三相电能功率校准器

[em09502]一、简述测量依据：JJG307-1988《交流电度表 三相三有功电度表DS862-2 DS862-4 检定规程》。测量标准：三相电能表 导轨式安装电能表ADL300-EF/C 检定装置,型号SDX-1,规格3×(100～400)V；3×(0.1～50)A,准确度级别0.2级。环境条件：温度(20±2)℃,相对湿度(35～85)%。测量对象：三相四线有功电能表,准确度等级2.0级,型号DT241X-4,规格3×380/220V；3×1?郾5(6)A。测量过程：装置输出一定功率给被检表,并对被检表进行采样积分,得到的电能值与装置输出的标准电能值比较,得到被检表在该功率时的相对误差。二、数学模型 r="r0" 式中：r———被检电能表的相对误差；r0———三相电能表检定装置上测得的相对误差。三、输入量的标准不确定度评定输入量r0的标准不确定度u(r0)的来源主要有两个方面：在重复性条件下,对被测电能表测量其典型测量点引起的不确定度分量u(r01),采用A类评定方法；由三相电能表检定装置的误差引起的不确定度分量u(r02)采用B类评定方法。标准不确定度分量u(r01)的评定通过对2.0级被测电能表在3×380/220V；3×1.5A；cosΦ=1.0的量程上重复测量了10次,每一次测量都启动控制按键,测得结果如表1所示。标准不确定度分量u(r)=S(r)=0.028% 标准不确定度量分量u(r)的评定该不确定度分量主要由本相电能表检定装置的误差引起。它包括：三相标准功率电能表的不确定度u=0.2%/；三相标准功率电能表的数字显示分辨率带来的不确定度u=0.29×0.01%；误差数据化整间隔带来的不确定度u3=0.29×0.2%；标准电流互感器 电流互感器LDZ1 引起的不确定度u4≤0.02%；数控光电采样器带来的不确定度u5≤0.02%。标准不确定度分量u(r02)=0.1323% 输入量r的标准不确定度u(r)的计算 u(r)=［u2(r)+u2(r)］1/2=［0.0282+0.13232］1/2%=0.14%四、合成标准不确定度的评定合成标准不确定度汇总于表2。五、扩展不确定度的评定取置信概率p=95%、包含因子k=2,则扩展不确定度 U95=kuc(r)=2×0.14%=0.28% 六、测量不确定度报告本装置对2.0级三相线有功电能表在3×380/220V；3×1.5A；cosΦ=1.0时,相对误差测量结果的扩展不确定度U95=0.28% 测量不确定度验证按照《计量标准考核规范》规定的验证方法,采用其中传递比较法进行验证。将被测2.0级的三相四线有功电能表用本装置测量后,再送省计量院,用高两个级别的三相电能表检定装置(准确度级别为0.05级、测量时的扩展不确定度U0=0.036%)测量,测量的结果如表3所示。验证公式为：｜y-y｜≤；由于U≤成立, 故公式为｜y-y0｜≤U95 验证结果最大差值为：｜0.44-0.63｜≤0.28%、即0.19%≤0.28%, 证明：测量准确、可靠。

作为电表制造商和电力公司的首选IC解决方案提供商，ADI公司至今已向市场推出17种产品，并有超过2.25亿片电能计量IC被应用于世界各地。ADI公司还拥有超过一万种的其它创新和高性能技术产品，其中一些适用于电能计量应用，例如：ISM RF收发器、高速数字隔离器、基准电压源、温度传感器和RS-485驱动器等。如此全面广泛的技术使ADI公司能够出色地应对最新的低成本三相电表市场的需求。 现有解决方案的挑战 三相电表通常要求高性能。虽然低成本三相电表的发展趋势同时要求简化性能规格，但一些基本电气要求和电力公司的规范却对其成本有着重大影响。 各相之间的电气隔离：顾名思义，三相电表系统由三相组成，每一相代表一个独立的电压和电流源。在三相电表中，每相的电能测量通常合并为一个结果，这要求各相之间进行电能信息交换。因此，各相之间需要进行电气隔离。 兼容直流电流：该要求源于IEC62053-21标准和MID CENELEC欧洲标准的半波整流波形测试，它对于支持电气设备中大量使用简单的半波整流器至关重要。这样就需要使用可兼容直流电流的感测技术。 电压输入与电流输入之间的隔离：电表制造商和电力公司更乐意使用简单的测试设备来进行三相校准和验证，这种非标准要求需要在电压与电流之间提供隔离。 以上限制条件使得业界对于三相电表设计形成了如下共识：利用电流传感器隔离各相，并实现信号处理和数据管理与电力线的隔离(图1)。有四类技术可实现电流感测隔离：电流变压器(CT)、罗氏线圈、霍尔效应和变压器分流。不过，由于存在专利保护，电流变压器是在开放的市场器件中唯一能够利经济有效地实现的解决方案，这导致许多新兴电表制造商广泛采用兼容直流的电流变压器。ADI公司拥有丰富的三相模拟前端(AFE)产品组合，支持仅功率测量以及四象限电能测量。这些解决方案能够满足电能测量与隔离电流传感器连接的三相电表市场需求。http://cn.newmaker.com/nmsc/u/2011/20115/art_img/20115189361046306.jpg遗憾的是，由于技术非常独特，兼容直流的CT价格高昂，因此它并非实现低成本系统的灵丹妙药。总之，由于电流感测解决方案缺乏竞争，电流传感器技术的优势和弊端也就无从谈起。 替代方案 一种可选的方案是将ADI公司的单相AFE和片上系统(SOC)与高速数字隔离技术iCoupler和低阻值分流电阻相结合，来实现一种新型系统解决方案，从而为电表设计人员提供一种采用全新技术的系统架构选择(图2)。 http://cn.newmaker.com/nmsc/u/2011/20115/art_img/20115189365812507.jpg1.分流电阻 分流电阻可解决许多电流感测问题，但同时也存在一些局限性。其优点是成本低、易于获得、兼容直流、宽线性范围、宽频率范围和无需相位校准。局限性包括：最大电流小于100A，满量程信号电平只有数十毫伏(mV)，要求隔离，以及需要以线路电压为中心的双极性输入。 2.电能计量IC 虽然分流传感器的限制很少，但ADI公司的AFE和SoC能够以独特方式解决低信号电平和双极性输入的难题：内部模拟增益较大，可以与最低200μ?的分流电阻连接；已获专利的模拟输入结构支持在单极性IC接受双极性输入；精度高于1类标准；同类最佳可靠性；高品质、易于生产。 此外，电表设计工程师可以根据电能测量要求(仅功率、功率加均方根值或四象限)选择合适的AFE与广受业界青睐的ADE7569 SoC配合使用。ADE7569属于ADE75xx系列产品，它具有如下功能特性：带高精度基准电压源的高精度电能测量引擎、具有低功耗休眠模式和内部电池切换功能的电源管理、低电流实时时钟、电平可调的LCD驱动器，以及带嵌入式闪存和RAM的8位单周期8052微控制器内核。 3.数字隔离IC 电能计量AFE与SoC之间的数字隔离可以利用针对仅功率脉冲输出AFE的标准光耦合器实现。但是，随着三相电表变得越来越复杂，AFE需要提供的信息也越来越多，例如：均方根值、无功功率、视在功率或THD测量的瞬时波形等。为了从AFE收集这些信息，AFE与SoC的通信速度需要大幅提高。因此，从性能和成本的角度来看，光耦合器技术难以胜任。不过，ADI公司的iCoupler技术可解决这一问题，并允许电表制造商使用这种基于分流电阻的架构。ADuM2401系列产品给4个数字通道提供5kV的隔离(每个UL1577测试)，可以用于SPI接口。 此外，ADuM5242等器件提供的IsoPower技术集隔离式DC/DC电源与数字通道隔离于一体，不仅能够隔离AFE串行接口，而且还能够提供AFE电源，因此图2中的电源2可以去掉。 本文小结 利用电能计量AFE、SoC和数据隔离技术的结合，ADI公司提出了一种创新解决方案来解决低成本、多功能三相电子电表的设计难题。这种方案不仅符合与隔离相关的标准和要求，而且允许AFE与SoC之间传输更多的信息，分流传感器本身的优势也得以充分发挥。 虽然许多人认为电能计量是一个低成本市场，没有什么空间可供创新和开发高附加值解决方案，但ADI公司正不断挑战这一观念。2007年，ADI公司推出了集成电池切换和电源管理功能的ADE7569，解决了电池供电问题。ADE7569的创新系统架构使一些关键功能(包括温度测量、计时、LCD显示和UART)在电池供电模式下仍然有效，而功耗则非常低。同时推向市场的ADuM5242采用了突破性隔离技术，集成了高速数字数据隔离和隔离电源。这款产品用创新解决方案来解决电表制造商的最关键设计问题，进一步增强了ADI公司的三相电表系统解决方案。(end)

JJF1055—1997《交流电能表现场校准技术规范》，虽早在1997年11月20日发布，并于1998年6月1日实施。但因为当时我国没有在有谐波情况下的功率和电能标准，不能实现有谐波情况下的功率和电能的量值溯源，而不得不终止该规范的执行。我们是知道电能表的现场校准，不同于在实验室检定，在实验室检定时提供给被检电能表的功率和电能是我们的检定装置生成的，它可以据我们的需要，生成满足我们要求的失真度很小的完好正弦波，此时标准表和被检表都能在合符要求的正弦功率和电能情况下工作，我们能很方便地实现量值溯源。 而电能表现场校准情况就大不一样了，标准表和被检表不得不在不可能是完好的正弦波的真实负荷下工作，现场负荷，由于可控硅等非性用电设备的存在，使得电流和电压或多或少存在谐波。当有谐波的情况下计量功率和电能，自然要求我们的标准表应在有谐波的情况下溯源。 时隔十余年，不知我国现在有谐波情况下的功率和电能标准了吗？昨天我应邀对一铸钢厂的中频电炉的低压电能计量装置（由三只150/5电流互感器和三块单相电子式电能表组成）现校，因为自己的武器不过硬，着实心虚，故特地向各位老师打听一下该方面情况！因为我除现场电能表校准该保留节目外，现主要从事理化计量了，很长时间不在电学室了。