0.01超低功率因數(shù)下功率測量準(zhǔn)確度可達(dá)多高？
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- 發(fā)布時(shí)間：2013/10/15 8:30:55
- 作者：AnyWay中國
一、問題的提出
功率因數(shù)越低，功率分析儀功率測量誤差越大，這是一個(gè)不可改變的客觀事實(shí)！大型電力變壓器的短路試驗(yàn)功率因數(shù)可低至0.01，為了迎合用戶的需要，部分功率分析儀廠家夸大其超低功率因數(shù)下的準(zhǔn)確度指標(biāo)。在0.01的超低功率因數(shù)下，功率分析儀功率測量可以達(dá)到多高的準(zhǔn)確度呢？
二、功率因數(shù)對功率測量準(zhǔn)確度的影響
從正弦電路有功功率功率的數(shù)學(xué)表達(dá)式P=UIcosφ可以看出，有功功率P與電壓U、電路I和相位差φ均有關(guān)，我們把相位差φ的誤差稱為功率表角差。對于功率測量而言，U、I、φ三者的誤差都會影響最終的功率測量誤差。那么，它們是如何影響功率測量精度呢？影響程度是否相同呢？
由數(shù)學(xué)表達(dá)式的對稱性可知，電壓、電流測量誤差對功率測量誤差的影響方式和程度是相同的，而功率表角差的影響可能不同。
測量結(jié)果需要由多個(gè)直接測量的參數(shù)經(jīng)過數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算得出時(shí)，每個(gè)參量的誤差都會對測量結(jié)果誤差造成影響，且不同參量對測量誤差影響的權(quán)重不同，這種現(xiàn)象，我們稱為誤差傳遞。
EP=EU+EI+tanφEφ
式中，EP、EU、EI分別表示功率、電壓、和電流的相對誤差，而Eφ為功率表角差，單位為弧度。
三、準(zhǔn)確度確定方式
所謂準(zhǔn)確度，簡單理解就是指各種測量器具與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)器測量結(jié)果的一致程度。因此，標(biāo)定準(zhǔn)確度之前，必須有可對比的測量標(biāo)準(zhǔn)器，測量標(biāo)準(zhǔn)器可以是工作標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)。各類標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度，也是通過互相對比獲得的，他們的準(zhǔn)確度可追溯至國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn)。
國家計(jì)量基準(zhǔn)是特定計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位并且具有最高計(jì)量學(xué)特性，經(jīng)國家鑒定、批準(zhǔn)作為統(tǒng)一全國量值最高依據(jù)的計(jì)量器具。
保證測量結(jié)果準(zhǔn)確一致有量值傳遞和量值溯源兩種方法。
1、自下而上的量值溯源
量值溯源是指通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結(jié)果或測量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)(通常是國家計(jì)量基準(zhǔn)或國際計(jì)量基準(zhǔn))聯(lián)系起來的特性。
2、自上而下的量值傳遞
量值傳遞是指將計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的單位量值，通過計(jì)量檢定（或其它傳遞方法），傳給下一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級地傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被測對象的量值準(zhǔn)確一致。
3、1/4～1/10原則
相關(guān)計(jì)量法規(guī)規(guī)定：
a、測量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度與被檢測量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度之比應(yīng)該控制在1/4～1/10之間；
b、測量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度與被檢工作計(jì)量器具的最大允許誤差之比一般在1/3～1/10之間選擇；
c、對某些特殊的量，在量值傳遞技術(shù)上難以達(dá)到時(shí)，可在1/2～1/4之間確定。
四、超低功率因數(shù)計(jì)量能力
目前，我國對交流功率表溯源的最低功率因數(shù)一般為0.2。保存在國家變頻電量測量儀器計(jì)量站的交流功率標(biāo)準(zhǔn)源（變頻功率標(biāo)準(zhǔn)源），可對0.1Hz～400Hz范圍內(nèi)交流電量進(jìn)行超低功率因數(shù)溯源，在0.1～400Hz范圍內(nèi)，其角差不確定度為0.02°，50Hz時(shí)的角差不確定度為0.01°。
按照第二節(jié)給出的角差對功率測量準(zhǔn)確度的影響的計(jì)算公式，可以算出：
在功率因數(shù)為0.2、0.1時(shí)，對功率測量的附加誤差分別為：0.08%和0.17%
而在0.01超低功率因數(shù)下，對功率測量的附加誤差約為1.7%。
按照第三節(jié)所述的1/4～1/10原則，目前能夠溯源的角差不確定度為0.04°。換算為0.01超低功率因數(shù)下的功率測量準(zhǔn)確度，可知：市場上出現(xiàn)的功率測量儀器在0.01超低功率因數(shù)下的可溯源的最高功率測量準(zhǔn)確度約為7%。
電力變壓器短路試驗(yàn)還需采用電壓、電流互感器。目前實(shí)際用于功率測量的電壓、電流互感器的準(zhǔn)確度等級一般劣于0.01級。而0.01級電壓、電流互感器的角差為0.005°。在0.01超低功率因數(shù)下，電壓、電流互感器對功率測量的附加誤差約為0.9%，兩者綜合影響的附加誤差約為1.3%。
相對功率測量儀器而言，電壓、電流互感器技術(shù)較為成熟，不考慮溯源能力限制，假設(shè)功率測量儀器在0.01超低功率因數(shù)下對功率測量的附加誤差與0.01級電壓、電流互感器相同，也為1.3%，則功率測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度劣于1.8%。
綜合上述討論，0.01超低功率因數(shù)下功率測量儀器的功率測量準(zhǔn)確度一般劣于7%，對于標(biāo)稱準(zhǔn)確度優(yōu)于2%的功率測量儀器，應(yīng)當(dāng)要特別說明溯源的方法并出具校準(zhǔn)證書。
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