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电能表静电放电测量不确定度评定分析

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电能表静电放电测量不确定度评定分析 第2期(总第165期) 2011年4月 山西电力 SHANXIELE(:RICPOWER No.2(Ser.165) Apr.20ll 电能表静电放电测量不确定度评定分析 侯永亮 (山西电力科学研究院,山西太原030001) 摘要:指出静电放电抗扰度试验是电能表电磁兼容试验中重要的项目之一,而电能表静电放电 抗扰度试验的测量不确定度判据在国标中并没有具体的要求。通过某种型号的电能表的测量结 果,从实际出发,提出了静电放电抗扰度试验的测量原理,并建立了静电放电抗扰度试验的数 学模型,提出了基于该数学模型的静...
电能表静电放电测量不确定度评定分析
第2期(总第165期) 2011年4月 山西电力 SHANXIELE(:RICPOWER No.2(Ser.165) Apr.20ll 电能表静电放电测量不确定度评定分析 侯永亮 (山西电力科学研究院,山西太原030001) 摘要:指出静电放电抗扰度试验是电能表电磁兼容试验中重要的项目之一,而电能表静电放电 抗扰度试验的测量不确定度判据在国标中并没有具体的要求。通过某种型号的电能表的测量结 果,从实际出发,提出了静电放电抗扰度试验的测量原理,并建立了静电放电抗扰度试验的数 学模型,提出了基于该数学模型的静电放电抗扰度试验的测量不确定度的分析计算,对于静电 放电抗扰度试验是否通过不确定度判据的深入研究具有非常重要的意义。 关键词:静电放电;电磁兼容;不确定度;数学模型 中国分类号:TM933 文献标识码:A 文章编号:167l_0320(2011)(J2003103 1 测量原理和数学模型 电能表静电放电抗扰度试验是用来模拟人体 放电对电能表影响的试验,它以直接放电和间接 放电分别模拟人体直接接触电能表和接触电能表 周围的电气设备对电能表产生的影响。该试验广 泛应用于电能表的电磁兼容选型试验中。衡量电 能表通过该试验的主要技术指标有计度器读数变 化量、误差变化量、显示功能的降低或部分功能的 丧失。其中,计度器凑数变化量和误差变化量是电 能表静电放电抗扰度试验的主要指标。对某一种 型号的电能表检测结果的测量不确定度的评定如下。 静电放电抗扰度试验通常是用静电枪 EMTEsTDIT0来完成。将已选定型号的被试电能 表固定在距离水平耦合平面板Iocm处,由静电 枪发出信号,当受试电能表承受静电信号后,可能 会产生一定的功能变化,外在表现为显示屏的计 度器读数有变化、显示屏显示出现乱码、显示屏失 去显示等。 本文中,考虑将静电放电抗扰度试验对于电能 表产生的影响可以主要表述为计度器读数变化量 和误差变化量之和的形式。 秸靛+警知≤芒,罄圳。㈩ 式中: 艿——静电放电对于被试电能表产生的影响; S——静电放电试验后被试电能表的计度器 读数; Sa——静电放电试验前被试电能表的计度器 读数; m——被试电能表的相数(单相m=1,三相 巩=3): 玑——被试电能表的额定电压; k——被试电能表的最大电流; 矗——静电放电试验后被试电能表的误差滨数; 豌——静电放电试验前被试电能表的误差读数; 6。,广被试电能表的最大允许误差值。 从(1)式可以得出:静电放电抗扰度对于电能 表产生的影响可以通过测量试验前后被试电能表 的计度器读数、误差来获得⋯。 2实测数据 对于已经选定的某一种型号的三相网线多功 收稿日期:20lo—ll一24,修回日期:2011.0l一20 能电能表(V,10(40)A)10块进行试验,该型号电 作者简m竺妻耋:1翌!j曼:皇竺署警仝,,翼7年要当于等竺苎能表的准确度级别为o.2级(见表1)。 力大学电气厂程及其自动化专业,硕士,工程师,从事电 ⋯一’。一一⋯⋯’ 一⋯一 ~ 能计量、电磁兼容、密管系统技术1:作。 ·3l- 万方数据 电网技术 山西电力 2011年第2期 表1 10次独立重复测量静电放电抗扰度试验 前后受试电能表的读数误差变化 测量 表编号 试验前电试验后电 能表计度能表计度 器读数 ,(kW·h) 器渎数 /(kW.h) 通过直观观察试验前后被试电能表计度器的读 数(计度器的读数分为有功的总、峰、平、谷以及无功 的总读数,为了叙述方便,考虑以有功总读数为例 进行说明),以及误差测量(计度器的误差测量 1.0,h、o.5(L),h、o.8(C),b这3个测量点的误差量,考 虑以所有误差测量中误差改变量最大点为例进行说 明)得到试验前后电能表的计度器读数变化量和误 差变化量为 10 ∑|s; s2气1.20·004kw·h, 10 一∑蠡 占2气卜-o.07%。 器变化量很大时,误差变化还在允许范闱内,经过 很多次试验的数据对比,没有发现两者之间的变化 有关联,因此,可以认为它们之间互不相关。 ‘ 按照不确定度的传播率,静电放电对于被试电 能表的影响的不确定度计算方法如下。 从第一节,静电放电抗扰度试验影响的式子为 △=赫+芒。 (5) 式(5)中,&、m仉k、蠡、‰都是已知量,因 此,可以作为常数来处理;|s。、6。是经过试验才能得 到的数据,可以视为未知量。 按照不确定度的传播率,以及所取的数学模 璎,可得静电放电抗扰度试验影响△的校准结果不 确定度为 以△)-(等职聃(等)以耻(赤)2. 酽(S)+(毒一)‘酽(民)。 (6) oⅡⅢ 选定做静电放电抗扰度试验的电能表为三相 四线电能表,额定电压3×57.7V,最大电流40 A,准确度等级为0.2级,因此,最大运行误差值 为0.2%。 在(6)式中 mU厶=3×57.7×40×10屯0007,(7) 6一=0.2%。 (8) 代入(6)式,得 以(△)=(i麦r)2酽(5n)+(亡)2酽(氏)=2085&635× 酽(Sh)+250000×酽(赢)。 (9) (2) 4标准不确定度的分量评定 单次试验测量的计度器读数变化和误差变化标 准差为 S(5。)= S(a)= =洋= 0.()018kW.h。 (3) =俨乒=0.024%。(4) 3不确定度的传播率计算 在评估静电放电抗扰度试验对受试电能表的影 响中,有两个主要的因素,即计度器读数的变化量 和误差变化量⋯。在很多次的静电放电试验中,计度 ·32· 影响静电放电抗扰度试验结果的测量不确定度 主要来源有两个方而:一是由于一些随机因素(如 温度、湿度、人为凑数等)的影响,使受试电能表计 度器读数测量值不重复的A类标准不确定度;二是 由于电磁兼容试验室静电枪输出电压、输出电流的 测量而引起的,受试电能表计度器凑数测量变化的 B类不确定度,以及电能试验室的试验台因素、电 压、电流、频率的测量而引起的受试电能表误差测 量变化的B类不确定度。下面逐一对这些标准不确 定度的分量进行评定。 4.1 测量重复性引入的相对标准不确定度%(s) 由于被试电能表的计度器读数的数值是以单次 读数作为凑数结果的,所以用统计的方法计算得到 单次试验的标准差就是测量结果的A类标准不确 后误量 前表变%验能改, 试电差 电差%一.n吴,献托幢试能测电差%辅联幽试能测 万方数据 2011年4月 侯永亮:电能表静电放电测萤不确定度评定分析 电网技术 定度。即 以=S(si)=0.00l8kW·h。 (1o) 相对标准不确定度 啪)=掣=器笋北57。 ⋯) 4.2静电枪引起的测量不确定度 静电枪的输出电压和输出电流的测量不准确, 对于被试电能表计度器读数产生的影响而引入的标 准不确定度为此(d)。 4.2.1静电枪输出电压测量的不准确引入的相对标 准不确定度%(d。) 电磁兼容试验室的静电枪DITO经过国家计量 科学研究院的校准,其校准证书给出的输出电压的 扩展不确定度为0.03,包含因子为2,属于B类评 定,则 %(d1):罢堕:o.015。 (12) 4.2.2静电枪输出电流峰值测量的不准确引入的相 对标准不确定度%(如) 电磁兼容试验室的静电枪DITO经过国家计量 科学研究院的校准,其校准证书给出的输出电流峰 值的扩展不确定度为O.06,包含因子为2,属于B 类评定,则 %(也):雩堕:o.03。 (13) 4.3 电能试验室测量的不准确而引入的标准不确 定度(,一(e) 4.3.1 电能试验室的三相宽量程标准电能表的不准 确引入的相对标准不确定度%(e。) 电能试验室的三相宽量程标准电能表经过国家 计量科学研究院的校准,该宽量程电能表的最大允许 误差为o.01%,包含因子为、/丁,属于B类评定,则 巩(e1):掣=o.0000577。 (14) 、/3 4.3.2 电能试验室的三相电能表检定装置的不准确 引入的相对标准不确定度%(e:) 电能试验室的三相电能表检定装置经过国家计 量科学研究院的校准,该检定装置的最大允许误差 为0.02%,包含因子为、/丁,属于B类评定,则巩(e:):掣:o.000155。 (15) 、/3 5合成相对标准不确定度 玑。(。):、/u小)2托“d。)2州』如)2托“e∥托“e:)2: Q259。 (16) 6相对扩展不确定度 取包含因子l|}=、/丁,故相对扩展不确定度%为 £k=Ii}×【k(s)=、厂r×0.259=0.448。(17) 7结论 通过试验以及数学模型的计算得到了静电放电 抗扰度试验的不确定度,该不确定度的计算可以满 足该类型的电能表静电放电抗扰度试验的通过判 据,对于设备通过与否的判据具有非常重要的意义。 参考文献: [1]王英.自动化仪表的电磁兼容性分析与设计[J].仪器仪表标准 化与计量,2006(01):16_19. [2]郑会志,武占成,张滋堡.EsD模拟器校验装置的设计与实现 [c].中国物理学会静电专委会第14届静电技术年会,200r7: 29—31. [3]李坛,姚导.静电与静电放电[J].信息技术与标准化,2009, (12).22—27. AssessmentontheMeasurementUncertaintvofElectrostatic DischargefbrWatt—hourMeter HoUYong—liang (Shan】i【iEIectricPowerRes昀rchI璐titute,Taiy岫n,Shan嫡030∞1,Clli岫) Ab!m隐ct:TheimmunitytestofelectmstaticdischargeisoneoftheveryimponalltEMCexPerimentsofwatt—hourmeter, howeverinChine跎Standa一,thereisnotapositiVedemandonthejudgementofmeasurementuncerLaintyofelectIDstaticdischarge immunitytest.Basedontherne鹊uredresultsoface砌inmodelofwatt—hourmete瑁,itputsforwardthemeasurementprincipleof immunitytestofelectIDstaticdischarge,andsetsupthernathema“calmodelofthei棚unit)rtest.Basedonthemodel,t}Ie calculationof山euncenaintyispmposed,which埘llbeveryimponantforthejudgementofmeasurementuncenaintyofelectmstatic dischargei姗unitytest. Keywords:electrosLalicdischarge;EMC;uncenaint)r;啪山ematicalmodel ·33· 万方数据 电能表静电放电测量不确定度评定分析 作者: 侯永亮, HOU Yong-liang 作者单位: 山西电力科学研究院,山西,太原,030001 刊名: 山西电力 英文刊名: SHANXI ELECTRIC POWER 年,卷(期): 2011(2) 参考文献(3条) 1.李坛;姚导 静电与静电放电 2009(12) 2.郑会志;武占成;张滋堡 ESD模拟器校验装置的设计与实现 2007 3.王英 自动化仪表的电磁兼容性分析与设计 2006(01) 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxdl201102010.aspx
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