IR46標(biāo)準(zhǔn)下智能電能表量值溯源的研究

林勇

（福建省計量科學(xué)研究院，福建福州，350003）

0 引言

IR46是針對有功電能表的一份國際建議，該文件作為國際計量組織（OIML）的一份法規(guī)文件，一經(jīng)發(fā)布，要求所有成員國必須接受和執(zhí)行。1976國際計量組織（OIML）起草《直接接入式2級有功電能表》IR46版本，并于1978年正式頒布實施。1997因不能適應(yīng)新型電能表技術(shù)發(fā)展要求，1976年版IR46于1997年廢止。2002年：TC12工作組啟動IR46修訂工作，工作組多次召開國際法定計量會議，討論和參考眾成員國的意見，不斷規(guī)范和完善IR46的內(nèi)容，中國作為其成員國參加了歷次討論工作會議，并且提出了修改意見。

2012年經(jīng)過十年的討論和各方友好協(xié)商，發(fā)布了IR46-1《有功電能表計量計量和技術(shù)要求》和IR46-2《用功電能表計量控制和性能試驗》，次年發(fā)布IR46-3《試驗報告格式》。

2020年3月31號，參照國際建議OIML R 46-1/-2的新版《安裝式交流電能表型式評價大綱》開始執(zhí)行，此次發(fā)布參照IR46的新版《安裝式交流電能表型式評價大綱》與原版參照IEC標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17215）的主要變化差異在以下幾個方面。

1 術(shù)語及定義變化

在IR46的標(biāo)準(zhǔn)里面取消In(Ib)，代之最大電流Imax、最小電流Imin、轉(zhuǎn)折電流Itr、啟動電流Ist進行表述。具體應(yīng)用中，表述一個電能表電流的規(guī)格以“Imin-Itr(Imax)A”表示，例如如0.25-0.5(60)A，其中最小電流Imin為0.25A、轉(zhuǎn)折電流Itr為0.5A、最大電流Imax為60A。而如果是按照IEC標(biāo)準(zhǔn)上述電能表電流的規(guī)格就表述為5(60)A，其中In為5A、Imax為60A。同時在IR46標(biāo)準(zhǔn)里面，標(biāo)稱電壓用Unom代替Un來表示額定電壓。

IR46的標(biāo)準(zhǔn)里面，電能表的等級指數(shù)用A級 、B級、 C級、D級、E級進行表述，其分別對應(yīng)的是原先IEC標(biāo)準(zhǔn)里面電能表的2級、1級、0.5S級、0.2S級和0.1級。其中IR46標(biāo)準(zhǔn)里面增加了準(zhǔn)確度等級E級的要求，協(xié)調(diào)了國際建議與國家標(biāo)準(zhǔn)不一致的內(nèi)容。

IR46的標(biāo)準(zhǔn)里面，無論是直接接入儀表或者是經(jīng)互感器接入儀表，電能表的等級指數(shù)都有A級 、B級、 C級、D級、E級。而在原先IEC標(biāo)準(zhǔn)里面，0.5S級、0.2S級的電能表其接入方式只有一種經(jīng)互感器接入。

在IR46的標(biāo)準(zhǔn)里面，轉(zhuǎn)折電流Itr和最小電流Imin與IEC標(biāo)準(zhǔn)里面Ib、In是存在一定的等價比例關(guān)系，具體等價關(guān)系如下：

當(dāng)電能表是為直接接入儀表時，轉(zhuǎn)折電流Itr與Ib的對應(yīng)關(guān)系為：

當(dāng)電能表是為經(jīng)互感器接入儀表，轉(zhuǎn)折電流It與In的對應(yīng)關(guān)系為：

當(dāng)電能表是為直接接入儀表時，且電能表為A級（2級）或者B級（1級）時候，最小電流Imin與Ib的對應(yīng)關(guān)系為：

當(dāng)電能表是為經(jīng)互感器接入儀表時，且電能表為A級（2級）或者B級（1級）時候，最小電流Imin與In的對應(yīng)關(guān)系為：

當(dāng)電能表是為經(jīng)互感器接入儀表時，且電能表為C級（0.5S級）或者D級（0.2級）時候，最小電流Imin與In的對應(yīng)關(guān)系為：

2 諧波影響試驗

IR46的標(biāo)準(zhǔn)里面，電能表諧波試驗包含了方波、尖頂波試驗以及高次諧波掃頻試驗具體諧波試驗包含以下幾種：(1)電流和電壓電路中諧波-方頂波試驗；(2) 電流和電壓電路中諧波-尖頂波試驗；(3)電流和電壓電路中的諧間波-脈沖群觸發(fā)波形試驗；(4）電流電路中的奇次諧波-90度相位觸發(fā)波形試驗。而原先IEC標(biāo)準(zhǔn)里面僅要求對電能表進行5次諧波試驗。對比我們可以得出，現(xiàn)有的IR46標(biāo)準(zhǔn)對諧波要求高于 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，這就要求電能表在制造生產(chǎn)中要充分去考慮諧波對電能表的影響。

3 起動電流試驗

IR46標(biāo)準(zhǔn)里面對啟動電流試驗是這樣表述的：電能表在起動電流Ist下起動并持續(xù)工作，且且誤差不大于規(guī)定的最大允許誤差，歸納為就是電能表在起動電流點正常啟動并準(zhǔn)確計量，對比IEC標(biāo)準(zhǔn)里面對電能表起動電流只要求能夠在起動電流點正常啟動并沒有準(zhǔn)確計量這一說法。

表1 不同準(zhǔn)確度等級下的Ist 值

由上述公式（2）得出，電能表為D級、且為為經(jīng)互感器接入時，此時起動電流Ist與In的對應(yīng)關(guān)系為：

In為電能表經(jīng)互感器接入時候的互感器二次電流值，互感器的二次電流有5A、1A兩種，可以得出起動電流試驗時，最低起動電流可以達到1mA，電能表要在1mA電流下面準(zhǔn)確起動并且能夠準(zhǔn)確計量，這個也對電能表檢定裝置提出了新的要求，要求新的電能表檢定裝置的在1mA時候功率源要能夠穩(wěn)定穩(wěn)定輸出、同時電能表檢定裝置所配備的標(biāo)準(zhǔn)表也能夠?qū)崿F(xiàn)毫安級的電能準(zhǔn)確測量。

IR46起動電流的試驗程序步驟如下：

(1)起動儀表；(2）在1.5t（t為輸出兩個脈沖之間的預(yù)期間隔時間）時間內(nèi)觀察第一個脈沖是否輸出；(3)在第二個1.5t時間內(nèi)觀察第二個脈沖是否輸出；(4)計算儀表輸出兩個脈沖之間所需要的實際消耗實際；(5)在實際消耗時間內(nèi)觀察第三個脈沖是否輸出并計算誤差。

4 負(fù)載電流快速變化試驗

IR46標(biāo)準(zhǔn)增加了一個負(fù)載電流快速變化試驗，試驗的要求是：電流電路應(yīng)在開通和關(guān)斷狀態(tài)之間重復(fù)切換，按以下的試驗描述在ton期間施加電流并在toff期間中斷：

(1)ton=10s，toff=10s，總試驗持續(xù)時間4h；此時電能表共進行了720次啟停/通斷。

(2)ton=5s，toff=5s，總試驗持續(xù)時間4h；此時電能表共進行了1440次啟停/通斷。

(3)ton=5s，toff=0.5s，總試驗持續(xù)時間4h；此時電能表共進行了2618.2次啟停/通斷。

綜上述所述，在進行一個負(fù)載電流快速變化試驗時，電能表將進行4778.2次啟停/通斷試驗。在這樣要求下對電能表檢定裝置也提出了要求，(1)在測試過程中，電能表檢定裝置所配置的功率源能快速通斷，過渡時間相比20ms可忽略；(2)電能表檢定裝置的功率源上升沿和下降沿單調(diào)變化；(3)電能表檢定裝置每次通斷過程一致， 重復(fù)性優(yōu)異；(4)電能表檢定裝置所配備的標(biāo)準(zhǔn)表反應(yīng)速度要快，不能漏記或多記。

5 耐久性試驗

IR46標(biāo)準(zhǔn)增加了一個耐久性試驗，試驗的要求是：將儀表置于溫度試驗箱中，升溫至儀表規(guī)定的上限溫度，并保持穩(wěn)定（一般為2h）。儀表電壓電路施加1.1倍標(biāo)稱電壓（如有多個標(biāo)稱電壓，取最高的標(biāo)稱電壓），電流電路通最大電流Imax，功率因數(shù)為1，如儀表能同時測量有功電能和無功電能，則功率因數(shù)為0.866L，在此試驗條件下持續(xù)試驗1000h。

綜上述所述，在這樣要求下對電能表檢定裝置也提出了要求：(1)要求電能表檢定裝置的所配置的各個功耗器件要低功耗、元器件少、無需散熱、帶載能力強；(2)要求電能表檢定裝置能夠獨立輸出且不依賴外部標(biāo)準(zhǔn)表，并且實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)；(3)要求電能表檢定裝置能夠獨自動跟蹤負(fù)載變化。

6 初始固有誤差（基本誤差）試驗

IR46標(biāo)準(zhǔn)里面在進行儀表初始固定誤差（IEC里面稱為基本誤差）測試過程中，測試點的順序是從低電流到高電流，然后由高電流回到低電流。既每一個測試點的誤差值是測試數(shù)據(jù)的平均值，是由低電流到高電流得到一個測試點的誤差數(shù)據(jù)加上由高電流回到低電流時候一個測試點誤差數(shù)據(jù)的平均值。對比原先IEC標(biāo)準(zhǔn)在進行基本誤差測試時候，同樣進行一個測試點的誤差數(shù)據(jù)測量，IR46標(biāo)準(zhǔn)對一個測試點誤差數(shù)據(jù)的測量耗費時間將是IEC標(biāo)準(zhǔn)的1倍。

圖2是IR46標(biāo)準(zhǔn)里面，對電能表為A級、B級、C級、D級、E級時候的誤差限圖。以A級電能表為例，當(dāng)誤差測試點介于Imin—Itr時，電能表所允許最大誤差不超過±2.5%；當(dāng)誤差測試點介于Itr—Imax時，電能表所允許最大誤差不超過±2.0%。當(dāng)誤差測試點介于Ist—Imin時,電能表所允許最大誤差不超過±2.5·Imin/I，說明在此區(qū)間段進行誤差測試時候，電能表所允許最大誤差是與當(dāng)前測試點電流I值的大小成正比例關(guān)系的。

IR46標(biāo)準(zhǔn)里增加了一個組合最大允許誤差試驗，運用綜合誤差考察表計的綜合性能，而IEC標(biāo)準(zhǔn)里面暫無這塊項目。在進行組合最大允許誤差試驗評定時候，組合最大允許誤差按照下面公式（6）來進行計算。

式中：

ec(I,cos?)—組合的測量偏離；

e2(I,cos?)—計度器顯示值的測量偏離的平方，這個測量偏離與測試電流相關(guān)聯(lián)。這個測量偏離或者它的平方，必須在校準(zhǔn)框架內(nèi)，通過測量獲得。

δ2(T,I,cos?)—由于溫度波動，引起的誤差變化的平方。這個測量偏離或者它的平方，將從樣機檢測報告中查找得出，并作為表格數(shù)據(jù)使用。

δ2(U,I,cos?)— 由于電壓波動，引起的誤差變化的平方。這個測量偏離或者它的平方，將從樣機檢測報告中查找得出，并作為表格數(shù)據(jù)使用。

δ2(f,I,cos?)— 由于頻率波動，引起的誤差變化的平方。這個測量偏離或者它的平方，將從樣機檢測報告中查找得出，并作為表格數(shù)據(jù)使用。

7 結(jié)束語

文章解析IR46電能表標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，主要從術(shù)語定義變化、諧波影響試驗、起動試驗、耐久性試驗、負(fù)載電流快速變化試驗、初始固有誤差（基本誤差）等幾個方面分析了IR46標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)的不同點，同時對照IR46標(biāo)準(zhǔn)對電能表檢定裝置的性能也提出了新的要求。IR46電能表標(biāo)準(zhǔn)具體實施后，最終將必然會對一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC標(biāo)準(zhǔn)下的GB/T 17215標(biāo)準(zhǔn)、目前在用的電能表相關(guān)檢定規(guī)程規(guī)范）進行變更修訂，以便和國際接軌。同時相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)變更修訂后，也必然對電能表的生產(chǎn)制造在工藝制造水平、電能表計量檢定機構(gòu)的相關(guān)電能表檢定標(biāo)準(zhǔn)的計量檢定性能提出了更高的要求。