鉗形電流表校準方法及優化

國網江蘇省電力有限公司超高壓分公司 周建平 周小舟

鉗形電流表屬于手持式工具型多功能測量儀表，在電力系統電流測量工作中有著非常高的使用頻率，屬于我國常用電氣儀表之一。對鉗形電流表自身與使用情況進行分析發現，其優點在于不需接線，在線檢測，有效降低了測量難度，應用范圍廣。在《中華人民共和國國家計量技術規范》中，針對鉗形電流表校準要求進行了詳細闡述，因此在實際工作前應根據相關規定對鉗形電流表進行校準，當符合相關規定后才可開展具體工作。

鉗形電流表包括電流互感器（鐵芯）與電流表（表盤及量程轉換部分）。在使用過程中，捏緊扳手后，電流互感器的鐵芯將變為張開狀態，被測電流所經過導線經過鐵芯缺口，然后在松開扳手后鐵芯自動閉合，穿過鐵芯的被測電路導向將變做電流互感器的一次線圈，借助電流，可在二次線圈中感應到電流，然后與二次線圈存在連接的電流表將顯示測量數據。鉗形電流表可根據需求調整檔位開關，以達到改變自身量程的目的，實際測量范圍通常處于10～1000A之間。

1 鉗形電流表校準流程

鉗形電流表選型工作可決定實際工作效率與質量，在實際選型過程中應遵守如下流程：鉗形電流表量程非常廣，小到幾毫安、大到幾千安培，因此在實際選型過程中一定要結合自身實際需求選擇不同量程，不可使用小量程去測量大電流，也不可使用大量程測量小電流，以保證最終測量結果準確度；所選擇鉗形電流表是否可滿足實際測量需求，如電壓、電阻等[1]；鉗形電流表準確度是否滿足測量精度；鉗形電流表額定電壓是否高于被測線路電壓；鉗形電流表鉗口大小與被測導線是否相匹配。

在對鉗形電流表進行實際校準時，其詳細校準流程如下：

首先要進行測量誤差計算并選擇正確表示方法。鉗形電流表校準工作屬于常規項目之一，在實際校準過程中需要參考JJF1075-2001《鉗形電流表校準規范》，在此規范中，需借助滿量限額定電流值表示數字式或指針式鉗形電力表的基本誤差，具體計算方式為：γ=(X-X0)/Xm×100%。式中，X代表鉗形電流表所顯示數值，X0代表測量后所獲得實際數值，Xm代表鉗形電流表上限。目前鉗形電流表生產單位所提供誤差屬于相對誤差，與實際誤差間存在一定差距。即在實際校準過程中應對所使用誤差進行標注，明確所使用屬于相對誤差還是引用誤差，或參考客戶要求給出與實際顯示值所匹配的對應值。

在實際校準過程中應注意標準電流源與專用線圈、鉗形電流表三者間的匹配關系。鉗形電流表校準標準多為實驗室標準，實驗室所使用電流多為直流電且數值較小，因此在實際校準時可使用等安匝法進行校準，即將導線繞成N圈（假設N=10），之后將N匝線圈同時穿過鉗形電流表，標準電流源輸出電流I（假設I=10A）通過導線，則此時就證明有N×I=100A的電流穿過導線，實現了電流放大。由于鉗形電流表量程較大，鉗口大小不同，因此為確保全部導線都可通過鉗口，應結合不同需求選擇不同圈數、不同大小的線圈，確保鉗形電流表與線圈量程匹配、幾何尺寸匹配，確保校準工作可順利完成[2]。

在此時，還需注意專用線圈與標準電流源之間的匹配度，對已完成校準工作進行分析發現，當校準點與量程非常接近時，所獲得結果準確度明顯降低，對各項因素進行分析發現，之所以會出現此類情況，主要是因在實際校準過程中專用線圈導線過細，但匝數較多、阻力較高，以致于出現了校準誤差情況。為解決此類問題，在實際校準過程中應盡可能選擇較大功率電源，較粗的專用線圈，控制測量長度。需要注意的是，在實際校準過程中，應盡可能使線圈可垂直通過鉗口中心處。

在對鉗形電流表進行校準時，校準準確度會受到許多不確定因素的影響，為提高校準準確度，在實際校準過程中需注意：在開始校準前應對鉗口鐵芯進行清理，保證鉗口鐵芯整潔性，避免影響兩端接觸質量；在實際校準過程中不得受到外界因素干擾，通電導線與被測導線之間的距離應大于0.5m，其他大電流設備應處于停止狀態；被測導線或線圈應位于鉗口中心處，與電流互感器處于垂直狀態，如處于非垂直狀態會影響鐵芯上被測電流所產生磁場強度，影響測量準確度；如果在校準過程中使用了專用線圈，則在進行不確定評定工作時，必須考慮專用線圈的不確定度，以提高校準結果準確性[3]。

2 鉗形電流表常見校準方法

2.1 毫安級直流鉗形表校準

通常毫安級直流鉗形表會被應用在工業生產現場變送器直流電流測量工作中，測量核心為霍爾元件，測量范圍在0～100mA之間，鉗口較少，在進行校準時可選擇Fluke5500A、5520A、5522A等多個產品。以Fluke55xxA系列校準產品為例，其校準流程為使用一根導線將電流輸出端HI與LO端連接在一起，根據Fluke55xxA產品設置鉗形電表測量方位。

現以產品Fluke772作為被測鉗形表，使用Fluke5522A產品為校準器，對二者間的TUR展開詳細分析。Fluke772鉗形表直流電流測量準確度應為±（0.2%讀數+5dit）（0～20.99mA）到±（1.0%讀數+5dit）（21.0～100.0mA）之間。772鉗形表鉗口直徑較小，僅夠電流輸出導線穿過，此時單線圈導線的不確定度較小可忽略不計，標準器不確定度主要指標準器5522A直流電輸出不確定度。當輸出電流為20mA時，標準器5522A1年的不確定度大概在1.0×10-6輸出+0.25uA之間，置信水平為99%，因此不確定度0.00225mA。B類不確定度分類為um符合校準標準，由此說明此Fluke772符合校準要求。

2.2 1000A以下鉗形表校準

在對1000A以下鉗形表進行校準時可選擇的測量方法有兩種，分別是基于互感器原理的測量與基于霍爾效應原理的測量。第一種測量只適合交流電，鉗形表鉗口中有鐵芯，鐵芯中存在感應線圈，可與互感器進行聯動；第二種測量方法既適合交流電測量、也適合直流電測量。但由于在進行校準工作時加入了線圈，使得在對校準器不確定度進行分析時須考慮線圈不確定度，然后分析標準器不確定度。

以Fluke381為被測鉗形表，可測量量程為999.9A，選用Fluke5522A與5500A/COIL50匝標準線圈為標注器，在測量上限附近選擇校準點位，完成381鉗形表與標準器之間TUR分析。在等安匝電流為975A時5522A輸出電流為19.5A，則此時量程為20A，此量程1年不確定度指標為0.12%輸出+2mA，置信度水平99%，此時輸出不確定度指標為0.12%×19.5A+2mA，此時不確定度為0.13%。

在實際校準過程中，供工作人員選擇的線圈標準有兩個，一個為10匝、一個為50匝，對比發現50匝線圈準確度較高。在實際工作中如遇到TUR不足問題，可使用9100-200進行替換。將所獲得結果代入到9100-200線圈指標可得，所獲得校準點位測量標準與要求相符。

2.3 1000A以上鉗形表校準

工業現場使用鉗形電流表測量范圍遠高于1000A，如鉗形表Fluke345測量標準為2000A、Fluke381測量標準為2500A等，此類大型鉗形電流表校準難度較高，傳統校準方法所獲得結果準確性較低，在1000A以上鉗形電流表進行校準時，可使用輸出為120A的交流電或100A的直流電，選擇3000A（25匝）或6000A（50匝）的標準線圈[4]。

3 鉗形電流表校準方法優化方案

為解決鉗形電力表校準工作存在的各項問題，對相關資料進行整理分析后發現，可借助等安匝法輔助電流交流，提高直流電電流源的上限[5]。等安匝法的核心為將電流互感器的一次繞組與二次繞組相等的安培匝數進行擴大，即I1N1=I2N2，則I1/I2=N1/N2。在上述關系式中，I1、I2代表一次繞組與二次繞組所對應電流，N1、N2則代表一次繞組與二次繞組所對應匝數。在實驗中，將穿過鐵芯的被測電路導線進行擴大，比如將1芯擴大為10芯，結果顯示鉗形電流表上所顯示數值也將增大十倍，即通過等安匝法可更好的完成校準工作。為判斷校準工作質量，應對完成校準的鉗形電流表進行使用，在使用時需要注意如下問題：

了解被測線路電壓，判斷其與鉗形電流表額定電壓間的關系，以確保工作人員安全不會受到威脅。如針對高壓線路進行測量，則需要做好防護措施；不得對裸線電流進行測量，如需測量則需對其進行絕緣處理，以保護工作人員人身安全；定期對鉗口進行檢查，及時對鉗口附近出現的脫落、破裂等情況進行修復；在測量過程中，如鉗口附近出現電磁噪音，或工作人員感覺到手部傳來輕微震動則應立即停止測量，在對鉗口進行清潔后在進行繼續測量，保證測量準確度；在測量過程中不得更換量程，如需更換則需停止工作，否則將對鉗形電流表造成破壞，并會威脅工作人員人身安全；在實際測量過程中不得使用屏蔽類型導線，以防止磁場無法穿透被測鉗形電流表鐵芯，影響實際測量質量。

綜上，校準工作可影響鉗形電流表使用質量與工作效果，因此應提高對此項工作關注度，在實際校準過程中應嚴格遵守相關規定、重視準備工作，以保實際工作質量、提高校準結果可應用性。伴隨相關技術不斷成熟、社會不斷發展，還應對傳統校準方法進行優化，以滿足行業發展需求，對優化后鉗形電流表校準方法進行應用發現，在優化后不僅實際校準質量有所提高，操作安全性、工作難度也得到了改善，可節省一定的人力資源與物力資源，為企業發展提供更多幫助。