用于电能表现场校验的外置电流发生器及其参数确定方法与流程

1.本发明属于计量领域，涉及一种用于电能表现场校验的装置，具体涉及一种用于电能表现场校验的外置电流发生装置及其参数确定方法。


背景技术：

2.在对电能表进行现场检验时，若用户处于空载，电能表电流元件无电流，则无法进行现场校验。
3.现有的部分电能表现场校验仪内置虚拟负载，可以实现在用户空载条件下为电能表电流元件提供电流，从而完成现场校验。
4.但对于未配置内置虚拟负载的电能表现场校验仪，则无法实现用户空载的情况下现场校验电能表。
5.因此，需要设计一种外置电流发生装置，配合无内置负载功能的电能表现场校验仪使用，实现空载下电能表的现场校验。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种结构设计科学合理、方便操作、能够对收纳件进行保护、降低经济损失、提高校表效率、易于实现的用于电能表现场校验的外置电流发生装置及其参数确定方法。
7.本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
8.一种用于电能表现场校验的外置电流发生装置，其特征在于：包括磁芯、分压电阻、电源、一次侧保险丝、二次侧保险丝、一次侧绕组及二次侧绕组，磁芯的二次侧通过二次侧保险丝连接电能表，磁芯的一次侧依次串联一次侧保险丝、电源及分压电阻，
9.其中，电源取自用户现场电能表电压线电压，为220v或100v；
10.分压电阻用于分担一次侧绕组的电压降落，并将一次侧电流限制在一个较小的数值；
11.一次侧保险丝、二次侧保险丝起到限流保护作用，在电流异常时熔断保护人身及设备安全。
12.一种用于电能表现场校验的外置电流发生装置的参数确定方法，其特征在于：
13.步骤1，确定一次侧及二次侧的电流有效值大小及匝数比；
14.步骤2，根据步骤1确定的一次侧及二次侧的电流有效值大小，确定一次侧及二次侧线规；
15.步骤3，初步计算分压电阻设计值；
16.步骤4，确定磁芯尺寸及一次侧绕组匝数；
17.步骤5，计算一次侧阻抗的电阻分量及一次侧阻抗；
18.步骤6，根据步骤5得到的一次侧阻抗，计算实际一次侧电流值；
19.步骤7，对比实际一次侧电流值和一次侧电流有效值的偏差，若偏差超过5％，则返
回步骤3，调整分压电阻的阻值，直到实际一次侧电流值和一次侧电流有效值i1的偏差不高于5％，则得到装置各参数最终的设计结果。
20.而且，所述确定一次侧及二次侧的电流有效值大小及匝数比的方法为：
21.一次侧电流有效值设定为不大于0.1a；
22.二次侧电流有效值视被校验的电能表规格确定，与被校验的电能表标定电流保持一致；
23.一次侧电流及二次侧电流有效值确定后，得到一次侧与二次侧的匝数比n：
24.n＝i1/i225.其中，i1为一次侧电流，i2为二次侧电流。
26.而且，所述一次侧及二次侧线规为：
27.一次侧及二次侧回路采用铜质导线，导线电流密度j不超过2.5a/mm2，根据选取的电流密度分别确定一次侧及二次侧导线截面积：
[0028][0029]
其中，s1为一次侧导线截面积，s2为二次侧导线截面积，j为导线电流密度，i1为一次侧电流，i2为二次侧电流。
[0030]
而且，所述初步计算分压电阻设计值的方法为；
[0031][0032]
其中，r
x
为分压电阻，u
ac
为用户现场电能表电压线电压，取值为220v或100v；i1为一次侧电流。
[0033]
而且，所述确定磁芯尺寸及一次侧绕组匝数的方法为；
[0034]
磁芯采用环形磁芯，磁芯的宽度和厚度取值相等，则磁芯截面积a与磁芯宽度a间的关系为：
[0035]
a＝a2[0036]
将一次侧电源与分压电阻视为一个整体，则装置其余部分可视为一个电流互感器，则磁芯截面积与其他相关参数的关系为：
[0037][0038]
式中，z1为电流互感器一次侧回路阻抗，k为磁芯叠片系数，f为工作频率，n1为一次侧绕组匝数，b为磁芯工作磁密，i1为一次侧电流；
[0039]
z1的电阻分量r
1c
的计算式为：
[0040][0041]
式中，ρ为铜电阻率。
[0042]
而且，所述磁芯工作磁密b取决于磁芯材料，其值不超过磁芯饱和磁密；
[0043]
对于低压电流互感器，安匝数小于600时在0.05-0.1ω间取值，安匝数大于600时在0.1-0.2ω间取值，z1计算式如下：
[0044][0045]
其中，z1为电流互感器一次侧回路阻抗，r
1c
为电阻分量，x1为电抗分量。
[0046]
而且，所述磁芯宽度a和一次侧绕组匝数n1的选取在既定的参数取值范围内采用参数扫描的方式实现，并以磁芯工作磁密b的计算结果作为判断扫描参数是否为可行方案的依据，其步骤为：
[0047]
步骤4.1、确定a和n1取值范围；
[0048]
磁芯宽度a在10mm-50mm间进行取值，n1在20-1000之间进行取值；
[0049]
步骤4.2、确定参数每次扫描计算的增长步长；a的增长步长取5mm，n1取值不小于匝数比n；
[0050]
步骤4.3、根据a和n1的取值计算电阻分量r
1c
及电流互感器一次侧回路阻抗z1；
[0051]
步骤4.4、计算工作磁密度b；
[0052]
步骤4.4，判断工作磁密度b是否超过磁芯材料饱和磁密，若未超过，则记录该结果，若超过，则判断是否完成所有扫描组合计算，若完成，则进行步骤5，若没有完成，则更换一组未经计算的磁芯宽度a和一次侧绕组匝数n1，返回步骤4.3。
[0053]
本发明的优点和有益效果为：
[0054]
电能表现场校验时，若用户现场设备处于停运状态，则用户现场电能表无电流，将影响电能表校验仪正常使用。此时，通常需要用户启动一部分负荷配合工作人员进行校验。一方面，给用户增加了不必要的用电费用；另一方面，有些用户现场不具备临时启动负荷的条件，这都给电能表现场校验工作带来困难。
[0055]
本发明通过设计一种外置电流发生装置，可在用户现场无负荷的情况下，给电能表电流元件提供电流，让电能表校验仪可以正常校验，给现场校验工作提供便利的同时，也为供电单位节省了更换新型设备的支出。
附图说明
[0056]
图1为本发明的结构示意图；
[0057]
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0058]
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0059]
该电流发生装置主要由磁芯、分压电阻r
x
、电源u
ac
、一次侧保险丝f
u1
、二次侧保险丝f
u2
、一次侧绕组及二次侧绕组构成，磁芯的二次侧通过二次侧保险丝f
u2
连接电能表，磁芯的一次侧依次串联一次侧保险丝f
u1
、电源u
ac
及分压电阻r
x
，其中，u
ac
取自用户现场电能表电压线电压，通常为220v或100v；分压电阻r
x
的作用在于分担绝大部分一次侧的电压降落，并将一次侧电流i1限制在一个较小的数值；一次侧保险丝f
u1
及一次侧保险丝f
u2
主要起到限流保护作用，在电流异常时熔断保护人身及设备安全。
[0060]
一种用于电能表现场校验的外置电流发生装置的参数确定方法如下：
[0061]
步骤1，确定一次侧电流i1及二次侧电流i2有效值大小及匝数比n：
[0062]
其中，二次侧电流i2视被校验的电能表规格确定，与被校验的电能表标定电流保
持一致；一次侧电流i1的大小将影响一、二次侧的线圈匝数比，考虑到分压电阻r
x
将承担几乎全部一次回路的电压降落，因此i1的设计值应较小，实际设计时可按照不大于0.1a进行取值；
[0063]
i1、i2有效值确定后，得到一次侧与二次侧的匝数比n：
[0064]
n＝i1/i2[0065]
步骤2，根据步骤1确定的i1、i2有效值大小，确定一、二次侧线规：
[0066]
一、二次回路采用铜质导线，为避免发热等问题，导线电流密度j不超过2.5a/mm2，
[0067]
根据选取的电流密度确定一、二次导线截面积s1、s2：
[0068][0069]
步骤3，初步计算分压电阻r
x
设计值：
[0070]
由于r
x
占据绝大部分回路阻抗，在设计时可按下式初步确定r
x
的阻值：
[0071][0072]
步骤4，确定磁芯尺寸及一次侧绕组匝数：
[0073]
本装置磁芯采用环形磁芯，磁芯的宽度和厚度取值相等，则磁芯截面积a与磁芯宽度a间的关系为：
[0074]
a＝a2[0075]
将一次侧电源与分压电阻r
x
视作整体，装置的其他部分工作原理为一个电流互感器，则磁芯截面积与其他相关参数的关系为：
[0076][0077]
式中，z1为电流互感器一次侧回路阻抗；k为磁芯叠片系数；f为工作频率；n1为一次侧绕组匝数；b为磁芯工作磁密。z1的电阻分量r
1c
的计算式为：
[0078][0079]
磁芯工作磁密b取决于磁芯材料，设定其值不超过磁芯饱和磁密，z1电抗分量x1准确计算较为困难，根据实际工程经验，对于低压电流互感器，安匝数小于600时在0.05-0.1ω间取值，安匝数大于600时在0.1-0.2ω间取值，z1计算式如下：
[0080][0081]
综上，待确定的参数为磁芯宽度a和一次绕组匝数n1。考虑到参数选取存在一定自由度，a和n1的选取可在既定的参数取值范围内采用参数扫描的方式实现，在此基础上，以工作磁密b的计算结果作为判断扫描参数是否为可行方案的依据。具体步骤如下：
[0082]
1、确定a和n1取值范围。磁芯体积影响装置整体体积，因此a不宜过大，可在10mm-50mm间进行取值。为保证二次侧的升流效果，n1取值建议不小于20，可在20-1000之间进行选择。
[0083]
2、确定参数每次扫描计算的增长步长。a的增长步长取5mm，n1取值不低于匝数比n。
[0084]
3、按照图2的流程对相关参数进行计算并记录可行的设计方案。
[0085]
步骤5，计算一次侧阻抗的电阻分量r1及一次侧阻抗z
p
：
[0086]
r1＝r
1c
+r
x
[0087][0088]
步骤6，根据步骤5得到的设计结果，计算实际一次侧电流值i
1t
：
[0089][0090]
对比i
1t
和i1的偏差，若偏差超过5％，则返回步骤3，调整r
x
的阻值，直到i
1t
和i1的偏差不高于5％，则得到最终的设计结果。
[0091]
具体实施例：
[0092]
1、一次侧电流有效值i1大小设定为0.1a。若根据标定电流为10a的电能表设计该装置，则二次侧有效值i2的大小设定为10a。则一次侧与二次侧的匝数比n为100。电表工作电压u
ac
为220v。
[0093]
2、电流密度取2.5a/mm2，则一、二次侧导线的横截面积为：
[0094][0095]
3、初步计算分压电阻的阻值：
[0096][0097]
4、在设计方法的步骤4中，由于磁芯宽度a和一次绕组匝数n1在选取上有一定自由度，在进行参数扫描计算时可通过计算机程序实现，本实施例对该过程进行适当简化，仅取其中一种可行方案进行分析。当磁a＝20mm、n1＝100时，r
1c
、z1为(20℃时，铜电阻ρ率取0.0185ω.mm2/m)：
[0098]rc1
＝4an1ρ/s1＝1.48ω
[0099][0100]
磁芯材料可选取为硅钢，其饱和磁密约为1.8t。叠片系数k取0.8。根据上述已确定的参数，可计算出在该参数下磁芯的工作磁密为：
[0101][0102]
未超过磁芯饱和磁密。
[0103]
5、计算一次侧阻抗的电阻分量r1及一次侧阻抗z
p
：
[0104]
r1＝r
1c
+r
x
＝2201.48ω
[0105][0106]
6、计算实际一次侧电流值i
1t
：
[0107]
[0108]i1t
和i1的偏差未超过5％，故可采纳该设计方案。
[0109]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。