负荷判定的柔性线圈电流测量装置的研制

负荷判定的柔性线圈电流测量装置的研制

罗波 李高定 郑述星 罗荣阳 张鉴云

广西电网有限责任公司河池罗城供电局 广西河池 546400

摘要：本文针对日常用电检查工作中，由于用户报装容量不同以及计量装置配线有大有小，导致使用传统的多功能用电检查仪所配置钳表在测量电流时存在不能适配线径的情况的问题，设计一种柔性线圈电流测量装置，该装置以钳性电流表为基础加以改进，将传统的机械开口式钳口改造为柔性测量钳口，用于匹配不同用户计量装置，实现不同配线大小用户计量装置电流的准确测量。

关键词：柔性线圈；电流测量；测量装置

引言

在日常的用电检查工作中，多数情况下均采用多功能用电检查仪开展工作，但由于用户报装容量不同，所以其计量装置配线有大有小，线径较大的约35平方毫米，线径较小的仅2.5平方毫米，而多功能用电检查仪所配置钳表仅仅只能测量较少线径规格的电流，很多情况下不适用，众所周知对用户计量装置电流的准确、实时测量是用电检查工作的关键点，如果做不到这一点将导致用电检查工作效率低，工作质量不高，费时费力而且无法准确判定用户计量装置的运行情况，以及是否存在偷电情况等。本文采用钳形电流互感器的设计原理，以钳性电流表为基础加以改进，将传统的机械开口式钳口改造为柔性线圈测量钳口，并对钳口及钳体进行特殊设计，能匹配不同用户计量装置，可根据用户计量装置配线的大小准确测量电流,并对钳形电流测量装置进行性能试验，有效解决上述问题。

1柔性线圈电流测量装置的研制

1.1设计思路

为解决多功能用电检查仪所配置钳表与计量装置线径的适配问题，需要对钳形测量装置的测量前端及钳口形状进行设计，同时也要保证新设计的钳形电流测量装置能够准确地在线测量电流。基于上述目的，负荷判定的柔性线圈电流测量装置主要包含柔性电流测量模块和实时显示模块，其设计思路为：

（1）柔性电流测量模块以钳性电流表为基础加以改进，将传统的机械开口式钳口改造为柔性测量钳口，能匹配不同用户计量装置，可根据用户计量装置配线的大小准确测量电流。

（2）量数据通过专用数据线实时传输到实时显示模块，实时显示模块可随机固定在用户计量装置的任何部位，便于用电检查人员核查柔性测量模块所测电流数据是否和计量装置所显示的数据一致，从而来判断用户计量装置的运行情况，以及是否存在偷电情况等。

（3）由于装置是开口式设计，磁导率将不可避免地降低，会影响电流测量的准确性，故在测量装置的软硬件设计时应采取补偿措施。

1.2柔性线圈电流测量装置结构设计

柔性线圈电流测量装置主要包括：柔性线圈、磁吸盘、弹簧、握柄、外壳。两铁芯均匀缠绕相同圈数的软铜线，并将两铁芯上的软铜线绕组进行串联，增大钳形电流采样器的负载阻抗；钳形电流采样器钳口的开合由弹簧控制，轻轻按压握柄钳口即可弹开。使用插孔引出接线，连接手持式测量装置，接线可根据现场需要选择尺寸，方便灵活，给使用带来便利；钳形电流采样器全部外壳选用ABS工程塑料制成，保证与内部铁芯绝缘，保证使用安全。握柄进行防滑设计，减少钳形电流采样器使用时滑落和摔坏的机率。

图1 柔性线圈电流测量装置

1.3手持式测量装置设计

由钳形电流互感器的工作原理可知，钳形电流采样器参与电流变换过程的基本元件是铁芯及铁芯上均匀缠绕的线圈，在理想状态下，被测电流应该等于线圈上的感应电流与线圈匝数的乘积，但在实际上，铁芯和线圈均有损耗，引起容性误差和磁性误差。容性误差是指初次级本身和两者之间存在的容性泄漏电流所造成的误差。磁性误差是由漏磁、激励电流和气隙磁势等造成的。虽然在设计钳形电流采样器时考虑铁芯材料的选取，对线圈进行屏蔽减少磁泄漏和外部干扰的问题，仍然不能保证特殊的电力二次接线钳形电流测量装置准确度能达到0.5％，为此在手持式测量装置设计时，增加了修正电路以及在嵌入式软件中进行分段线性补偿的方法，确保在电流测量范围内装置整体指标优于0.5级。硬件结构框图见图2。

图2测量装置硬件结构框图

软件的多段线性补偿：用实验的方法，测试出钳形电流采样器与手持式测量装置的整体补偿曲线，并将补偿曲线按其线性度进行分段，按照分段范围对装置产生的误差进行补偿。

2柔性线圈电流测量装置的性能试验

2.1校准试验

准确度试验采用的是标准表比较法，由0.05级交流标准源和0.02级标准表组成标准校验设备。在温度为20.3℃，相对湿度为52.6％的实验室环境下，进行校准。实测数据见表１。

表1

通过对上表数据进行分析，所有检测点的误差均小于特殊的电力二次接线钳形电流测量装置设计的允许误差，优于设计技术指标±（0.3％读数＋0.2％量程）。

2.2高低温试验

依照国标要求，在温度为-10℃和40℃点进行试验，并在此温度点对量程的10％和100％的电流点进行测量，测量误差均在两倍的允许误差范围内。测试数据见表２。

表2

2.3安全试验

（1）介电强度试验

用耐压测试仪，在钳形电流采样器铁芯与外壳、手持式测量装置电流输入端与外壳之间输出50Hz正弦波电压1000V，试验电压平稳由零升到规定值并保持1min，试验过程中未出现击穿、电晕放电、闪烁等异常现象。介电强度符合设计要求。

（2）绝缘电阻试验

用数字绝缘电阻测试仪，在钳形电流采样器铁芯与外壳、手持式测量装置电流输入端与外壳之间加载500V电压，绝缘电阻大于100MΩ。绝缘电阻符合设计要求。

结束语

本文以钳性电流表为基础进行改装设计了一种柔性线圈电流测量装置，可以解决日常用电检查工作中多功能用电检查仪所配置钳表与计量装置线径的适配问题。装置设计完成后进行性能试验，试验结果表明装置的整体性能指标优于设计指标，环境试验和安全试验符合要求。

参考文献

[1]李振琦,朱佳申,梁培恩.特殊的电力二次接线钳形电流测量装置的研制[J].电气技术与经济,2023(2):118-120.

[2]张志,王平欣."气隙对钳形电流互感器的性能影响分析."中国电机工程学会青年学术会议2014.

[3]顾惠芬."钳形电流互感器的误差分析与补偿."仪表技术5(2000):2.