电气仪器仪表使用与三表检定.docx
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电气仪器仪表使用与三表检定
第一节电测仪表的误差及准确度
电测量用仪表仪器，无论制造工艺和性能质量如何高超，它的指示与被测量的实际值之间，总会存在一定的偏差，此偏差就叫仪表的误差。
仪表误差是客观存在的，没有误差的测量结果是没有意义的。
但仪表的误差越小，仪表测量越准确。
仪表的准确度就是用误差大小表示的，它说明的是仪表的指示值与实际值之间的接近程度，而不是仪表的测量误差。
如准确度为±0.5%，而该指示在实际测量中的误差可能是-0.4%，也可能是+0.3%，所以±0.5%应该是该仪表的允许最大误差值。
一、仪表误差的分类
根据仪表产生误差的原因的不同，电测仪表的误差可分为基本误差和附加误差。
1、基本误差
基本误差指仪表和附件在规定的正常工作条件下，由于结构，工艺等方面不够完善而产生的误差，应此，基本误差是仪表本身所固有的误差，是不可能完全消除的。
如内部摩擦误差，倾斜误差，内部磁场误差等
2、附加误差
附加误差是仪表在偏离了规定的正常工作条件下使用所产生的额外误差。
如温度附加误差，频率误差，外部电场，磁场引起的附加误差。
二、误差的表达方式
其表达方式有绝对误差，相对误差，应用误差
1、绝对误差
仪表的指示值Ax和被测值Ao之间的差值，叫做绝对误差。
以△表示，则
△=Ax-Ao
计算时，被测值的实际值Ao可以用标准表（用来检验工作仪表的高准确度仪表）值来代替
计算绝对误差时，要注意以下几点：
1）一定要把实际值Ao放在减数的位置
2）不要把多次测量同一值中的两次读数之差当作绝对误差
3）不要把绝对误差同修正值混淆。
修正值又称更正值或校正值，它和绝对误差大小相等，符号相反，用C表示，即
C=-△=Ao-Ax
应用修正值以后，可以对仪表进行校正。
4）绝对误差是有量纲的，有正号和负号的量纲
5）在测量时，不能把绝对误差表示不同仪表的准确程度
2、相对误差
如上所书，就测量不同大小的被测量时，不能简单的用绝对误差来判断起起其准确程度。
例如，甲表在测量100V电压时，绝对误差为△1=+1V，乙表在测量10V电压时，绝对误差为△2=+0.5V。
从绝对误差看，/△1/＞/△2/，既甲表误差大于乙表误差，但从仪表的误差对测量结果的相对影响来看，却正好相反。
因为甲表的误差只占被测量的1%，而乙表的误差却占被测量的5%，即乙表的误差对测量结果的影响比较大，所以工程上通常采用相对误差来比较测量结果的准确程度
相对误差就是绝对误差△与被测量的实际值Ao的比值，通常用百分数来表示。
以γ表示，
即γ=△/Ao*100%=（Ax-Ao）/Ao*100%
3、引用误差
相对误差可以表示测量结果的准确程度，但不能说明仪表本身的准确度，例如，一只测量范围为0~250的电压表，在测量200V电压时，绝对误差△1=+1V，则其相对误差γ1=+1/200*100%，同一只电压表用来测量10V电压时，如绝对误差△2=+0.9V,其相对误差
γ2=+0.9/10*100%=+9%.比较γ1,γ2可以看出,随着被测量的变化,相对误差由于分母随之变化,γ1,γ2相差很大,且随着被测量的减小,相对误差随之增大,这就使仪表在标度尺的不同部位,相对误差不是一个常数,而且变化很大.显然,相对误差反映不了仪表的准确度.
引用误差可以较好地反映仪表的基本误差,所谓引用误差,是指绝对误差△与仪表的基准值Am比值的百分比,用γm来表示,则
γm=△/Am*100%
在上式中,对各种标度式的仪表基准值Am其规定如下:
1）单表度式的仪表,其基准值Am为表度尺工作部分的上量限（即仪表满刻度）如电流表,电压表
2）双向标度式的仪表,其基准值Am为表度尺工作部分两上量限绝对值之和.
3）无零位标度式的仪表,其基准值Am为表度尺工作部分上下量限的差数表示
4）对于标度式特性为余弦的,双曲线的或指数为三及以上级数的仪表,其基准值Am为表度尺工作部分的长度
三、仪表的准确级
在引用误差中,虽然仪表的准确值Am是一个常数,但是随着被测量的改变,绝对误差△也将随着发生改变,故不能确切的表示仪表的准确度.因此,规定以最大引用误差来表示仪表的准确度.也就是说,仪表的准确度等级K的百分比,就是由最大绝对误差△m所决定的最大引用误差
±K%=△m/Am*100%
按照国家的规定,在正常工作条件下使用仪表时,仪表的实际误差应小于或等于该表的准确度等级所允许的基本误差范围.各等级仪表的基本误差见下表:
各等级仪表的基本误差
准确等级
0.05
0.1
0.2
0.3
0.5
1
基本误差（%）
±0.05
±0.1
±0.2
±0.3
±0.5
±1
准确等级
1.5
2
2.5
3
5
基本误差（%）
±1.5
±2
±2.5
±3
±5
电测仪表及附件的标志符号
根据国家规定,每块仪表刻度盘上应标明:
测量对象的单位,准确度等级,工作原理系列.使用条件,绝缘强度,仪表型号,工作位置,防外磁场能力及各种额定值等.有关常见测量单位符号及名称,仪表特性及附件标志见下表:
量
符号
名称
量
符号
名称
量
符号
名称
电流
A
安
频率
Hz
赫
电量
C
库
KA
千安
KHz
千赫
磁通
Wb
韦
mA
毫安
MHz
兆赫
磁感应强度
T
特
μA
微安
电阻
Ω
欧
力
N
牛
电压
V
伏
KΩ
千欧
压力
Pa
帕
KV
千伏
MΩ
兆欧
力矩
N·m
牛米
mv
毫伏
电感
H
亨
磁导率
H/m
亨/米
μV
微伏
mH
微亨
相位角
∠Φ
功率
W
瓦
μH
毫亨
无功功率因数
sinΦ
KW
千瓦
电容
F
法
功率因数
cosΦ
MW
兆瓦
pF
皮法
功率（视在功率）
VA
伏安
无功
功率
var
乏
μf
微法
KVA
千伏安
kvar
千乏
Mvar
兆乏
常见仪表特性及附件标志
符号
意义
符号
意义
符号
意义
磁电系仪表
电磁系仪表
电动系
磁电系比率表
电磁系比率仪表
电动系比率仪表
静电系仪表
整流系仪表
直流
弹簧系仪表
半导体整流器
交流（单相）
直流和交流
以标度尺上量限百分数表示的准确等级
以标度尺长度百分数表示的准确等级
不进行绝缘强度实验
绝缘强度实验为500V
以指示值百分数表示的准确等级
绝缘强度实验为2KV
第二节电测仪表的校验
根据国家规定，电测仪表经调修后，必须经过校验。
校验的目的，是检查仪表的各项技术特性，特别是准确度是否和规定的要求相符。
一、校验的基本知识
仪表的校验期限、项目、方法等都在国家检定规程JJG124-1993《电流表、电压表、功率表及电阻表》，以及原电力工业部SD110-1983《电气测量仪表检验规程》中均有具体的规定。
1、仪表的校验期限
按照上述规定，0.1、0.2、0.5级仪表的定期检验〈周期性检验〉，每年不得少于一次，其他准确度等级的仪表的校验期限，见表2-9。
表2-9
电测仪表的校验期限
仪表种类
安装场所或使用条件
定期检验次数
配电盘指示及纪录仪表
主要设备和主要线路的配电盘仪表
每年一次
其他配电盘仪表
每二年一次
试验用指示及纪录仪表
标准表
每年一次
常用的可携式仪表
每年二次
其余的可携式仪表
每年一次
电能表
标准电能表
每年二次
主要线路〈包括大用户〉的电能表
每年二次
容量在5kW以上的电能表
每二年一次
容量在5kW以下的电能表
每五年一次
2、仪表的校验方法
电测仪表的检验一般是利用电测仪表校验后，采用直接比较法进行。
所谓直接比较法，即是将被校表和标准表直接在试验中进行对比的方法，其具体接线及要求见上述各规程。
为了保证校验的准确性，标准表的准确度级别，一般应比被校表高三个等级以上。
此外标准表的量限还应和被校表的量限相适应，标准表的量限不得超出被校表的125%。
3、仪表的校验项目
电测仪表的校验有周期性校验及修理后校验两种，常见的校验方式是周期性校验。
所谓周期性校验是指，不管使用中的仪表工作状态如何，根据规程规定，定期（如表2-9所示）对仪表的主要技术指标进行检定。
其主要的项目有：
1）外观检查。
仪表的外观应从以下两个方面满足要求。
A.仪表的表盘、外壳、端钮应有正确使用该表的必要标志，并且这些樗应符合表1-3的规定要求。
B.表的外壳和表盘不应有可能引起测量错误的缺陷，如表盘镜面破损、指针弯曲、仪表内部零件脱落等。
2）倾斜影响。
倾斜影响是指仪表的可动部分机械平衡不好而引起仪表指示值的偏差。
平衡的检查和调整方法见本章第四节仪表的平衡调整部分。
3）仪表的基本误差的检定。
在仪表标度尺工作部分所有带数字的分度线上，用基准值的百分数表示的基本误差不应超过其允许的基本误差（见表1-1）。
具体的计算见每一章每二节仪表的误差部分。
4）降变差的试验。
仪表的升降变差主要与可动部分的摩擦（轴尖和轴承接触面的完好及接触情况）有关。
规程要求仪表的升降变差不得超过其基本误差。
5）示器不回零试验。
不回零试验主要是检查游丝的残余变形对仪表的误差影响。
其具体要求及方法见上述规程规定。
6）功率因数影响量的测量。
功率因数影响量主要是由电动系仪表的角误差引起的（角误差的概念见功率表部分），其具体的要求及方法见上述规程的规定。
二、测量数据的处理
1、数据的化整要求
校验仪表后，测得的数据和计算后的数据，在填入检验证书时都应经过化整。
判断仪表是否合格是根据化整后的数据为依据。
对于电流表、电压表、功率表，其数据化整后，所保留的有效数据位数应符合表2-10的规定，而且末位数的确定只能是以下三种情况之一：
1）末位数是1的整数倍（即取0-9的任何数）；
2）末位数是2的整数倍（即取0-8之间的任何偶数）；
3）末位数是5的整数倍（即取0或5）。
例如，当校验总分格数为120格的0.2级仪表时，标准表的计数应这样取法：
由表2-10可见，120分格和0.2级两栏在表中的交叉点的数字是2/5，这就是说，标准表的计数应取到小数点后的第二位，而且末位数只能是0或5，例如82.95，79.10等。
表2-10标准表实际值的修约单位
被检表
的准确
度等级
被检表实际值的修约单位
10
30
50
60
75
100
120
150
300
450
小数点后的位数/末位数的整数倍数
0.1
3/2
3/5
2/1
2/1
2/1
2/2
2/2
2/2
2/5
2/5
0.2
3/5
2/1
2/2
2/2
2/2
2/5
2/5
2/5
1/1
1/1
0.3
2/1
2/2
2/5
2/5
2/5
1/1
1/1
1/1
1/2
1/2
2、数据的化整方法
当标准表的计数或计算结果的位数不能满足表2-10的要求时，要进行化整，化整的方法如下。
1）当末位数取1的整数倍时，若保留位右边第一个数字小于5，则舍去；若大于5（包括5的右边有数字时），则进一位；恰等于5时，若保留数字的末位数是偶数，则舍弃，是奇数，则进一位（即四舍五入偶数法法则）。
例如：
49.949,49.951,49.950,49.850这几个数化成三位有效数字时，就分别是49.9,50.0,50.0和49.8。
2）当末位数取2的整数倍时，当待化整的有效数字多于欲保留的数的有效数字时，应这样化整：
若保留位是偶数，则舍去右边的数；若是奇数，则进一位。
例如：
49.91,49.89,50.05,50.11这几个数化整成三位有效数字时，根据以上原则，应该分别化整为50.0,49.8,50.0,50.2。
当化整后的有效数字不变时，应这样化整，若末位数是偶数，维持不变；若末位数是1，化为2；若末位数是3，5，则化为4；若末位数是7，9，则化为8。
例如：
119.0,119.1,119.3,119.5,119.7和119.9就应该分别化为119.0,119.2,119.4,119.4,119.8,119.8。
3）当末位数取5的整数倍时，向最靠近0或5的数化整。
例如：
100.74,100.76,100.50,100.05,100.2,100.7这几个数化成4位数时，就应化为100.5,101.0,100.5,100.0,100.0,100.5。
对于2.5及7.5这样介于中间的数可这样化整:
2.5舍去,7.5进一位。
例如：
100.25化成4位数时,就应化成100.0。
100.75化成4位数时，就应化成101.0。
三、检定结果的处理
检定完成以后，对被检表所做的检定项目要在检定原始记录中进行处理。
1）基本误差（包括上升和下降时的基本误差）中的最大值作为基本误差。
2）升降变差中的最大值作为升降变差。
3）计算某一带数字的分度线的修正值时，所取的实际值应是该分度线上再次测量所得的实际值的平均值。
4）测得的原始数据和经过计算后得到的数据在填入检定证书之前都需进行数据修约，判断仪表是否超差是根据修约后的数据进行。
5）对全部检定项目都符合规程要求的仪表，判定为合格。
6）经检定为合格的仪表发检定证书。
对于等级指数等于和小于0.5的仪表，在证书上注明仪表的基本误差、升降变差、被检分度线的修正值或实际值、有效值；对于等级指数大于0.5的仪表，不必给出数据。
不合格的仪表发检定结果通知书，并注明不合格的项目。
对降级使用的仪表（如电桥），可以发给降级后的检定证书。
根据国家检定规程规定，原始记录应至少保留一年。
第三节接地电阻测试仪
一、用途
ZC－8型接地电阻测量仪适于直接测量各种接地装置的接地电阻植，亦可供一般低电阻值的测量。
具有四个端钮的仪表（0—1/10/100欧姆），还可用来测量土壤电阻率。
二、结构
接地电阻测量仪系由手摇发电机，电流互感器，滑线电阻及检流计等所组成。
全部机构于铝合金铸造的携带式外壳内。
附件有接地探测针及联接导线等，装于附件袋内。
全部机件体积小巧，重量轻，携带及使用便利
三、工作原理
仪表的工作原理如图所示，当仪表发电机的摇把以每分钟120转以上的速度转动时，便产生约110—115周/秒的交流电流。
仪表的接线端钮E（或C2，P2）联接于接地极E，外两端钮P和C（或P1和C1）联接于相应的接地探测针：
电位的P和电流的C。
这两个接地探测针沿接地极E按适当的距离插入土壤中。
电流I1从发电机经过电流互感器CT的一次绕组，接地极E，大地和电流探测针C而回到发电机。
由电流互感器二次绕组产生的I2接于电位器RS。
当检流计指针偏转时，籍助调节电位器RS的接触点“B”以使其达到平衡。
在E和P之间的电位差是与电位器RS的0和B之间的电位差相等的。
四、使用与保管
1、接地电阻的测量
1）沿被测接地极E使电位探测针P和电流探测针C，依直线彼此相距20米，且电位探测针P系插于接地极E和电流探测针C之间。
2）用导线将E，P和C联于仪表相应的端钮。
3）将仪表放置水平位置，检查检流计的指针是否指于中心线上，否则可用零位调正器将其调正指于中心线。
4）将“倍率标度”置于最大倍数，慢慢转动发电机摇把，同时旋动“测量标度盘”使检流计的指针指于中心线。
5）当检流计的指针接近平衡时，加快发电机摇把的转速，使其达到每分钟120转以上，调正“测量标度盘”使指针指于中心线上。
6）如“测量标度盘”的读数小于1时，应将倍率标度置较小的倍数，再重新调正“测量标度盘”以得到正确读数。
7）用“测量标度盘”的读数乘以倍数标度的倍数即为所测的接地电阻值。
2、注意事项
1）当检流计的灵敏度过高时，可将电位探测针插入土壤中浅一些，当检流计灵敏度不够时，可沿电位探测针和电流探测针注水使其湿润。
2）接地极E和电流探测针C之间的距离大于20米时，电位探测针P的位置插在离开E，C之间的直线几米以外时，其测量的误差可以不计，但E，C间的距离小于20米时，则应将电位探测针P正确的插于E和C的直线中间。
3）用0—1/10/100/欧姆规格的仪表测量小于1欧姆的接地电阻时，应将C2，P2间联接片打开，分别用导线联接到被测接地体上，以消除测量时联接导线电阻附加误差。
第四节摇表
一、摇表的工作原理
手摇发电机的电压经整流回路整流成直流高压，加在被测设备上，在二个动圈上产生电流LV和Li，其相互作用产生偏转角。
e-发电机E–接地L-线路G-保护环Rv-限流电阻Ri-限流电阻
Lv-表头电压线圈Li-表头电流线圈C-电容器V-整流二极管
二、摇表的二倍频整流电路
当二极管v1导通时，发电机对电容c1充电，达到发电机电压e的√2倍，既e1=√2e，当二极管v2导通时，发电机对电容c2充电，达到发电机电压e的√2倍，既e2=√2e，所以端电压能够达到发电机电压e的2√2。
若发电机输出交流为220V，那么，经晶体管倍压整流后输出可达600V。
三、摇表的选择与使用
1、摇表的选择
摇表主要是根据被测对象的使用情况进行选择。
一般按照被测对象使用时所接触电压的大小，或电网额定电压的大小来选择其电压等级及测量范围。
我国摇表按准确度等级分为五级：
1.0,2.0,5.0,10.0,20.0。
按额定电压分为九种：
50，100，250，500，1000，2000，2500，5000，10000。
电气设备在额定电压较高的条件下运行时，其绝缘电阻要求就大，就应该选择额定电压高和测量范围大的绝缘电阻表。
如电力系统中常用的绝缘子，它的绝缘电阻一般在10000MΩ以上，进行绝缘电阻测量时，应用2500V以上的绝缘电阻表；反之，设备使用或处于额定电压较低的条件下运行，由于其内部绝缘电阻所能承受的电压不高，如仪表测量机构与外壳之间，为了安全在测量绝缘电阻时，就不能用额定电压太高的绝缘电阻表。
一般来说，额定电压在500V以下的设备，选用500V或1000V的绝缘电阻表，以避免损坏设备的绝缘；额定电压在500V以下的设备，则用1000V或2500V的绝缘电阻表，以便在尽可能高的电压条件下发现设备绝缘的缺陷。
表6-1列举了一些在不同情况下摇表的选择要求，仅供参考。
对于电测仪表和附件的绝缘电阻进行测量时，摇表额定电压的规定如表6-2所示。
有专用规程的，应以专用规程为准。
表6-1摇表的选择要求
被测对象
被测设备的额定电压（V）
所选绝缘电阻的电压（V）
线圈的绝缘电阻
<500
500
线圈的绝缘电阻
>500
1000
发电机的绝缘电阻
<380
1000
电力变压器、发电机、电动机绕组的绝缘电阻
>500
1000-2500
电气设备的绝缘
<500
500-1000
电气设备的绝缘
>500
2500
瓷瓶、母线、隔离开关
-
2500-5000
表6-2摇表额定电压的规定
被试仪表或附件的额定电压
（V）
摇表额定电压
（V）
被试仪表或附件的额定电压（V）
摇表额定电压（V）
≤100
>100
660-2000
>1000
100-660
>500
2000
2500-5000
2、摇表的使用
1）摇表的接线
摇表的接线，L是线路端，试验时应接被测设备的高电位。
E是地线端，试验时应接被测设备的外壳或低电位。
G是屏蔽端（即保护环），试验时应接被测设备的保护遮蔽部分，或其他不参加测量的部分。
例如，测量电缆的绝缘电阻时，L接芯线，E接外层铅皮，G接到芯线绝缘层上。
屏蔽端“G”是用来屏蔽表面电流的，测量的对象是电缆芯线和外层铅皮之间的绝缘电阻，即电缆内体积电流IV途径的电阻。
但是，由于绝缘材料表面漏电流I的存在，会使测量结果不准确。
特别是像电缆这类埋于地下运行，造成绝缘表面不干净以及湿度很大的设备，表面漏电流就更大，它将使测量结果受到严重的歪曲。
为了排除表面电流的影响，采用屏蔽端“G”的连接方式。
这样，表面电流I将不会通过绝缘电阻表的测量机构，而直接和发电机构成回路，从而消除了它的影响。
2）摇表的使用
（1）使用前的检查。
使用前应检查绝缘电阻表的状况是否良好，为此，先将绝缘电阻表的“线”、“地”端开路，摇动发电机达到额定转速，观察指针是否指到“∞”。
然后再将“线”、“地”端短路，慢慢摇动摇柄，观察指针是否指到“0”。
如果指针指示不对，则需调修绝缘电阻表后才能使用。
（2）注意安全。
为了保证安全，不可在设备带电的情况下测量其绝缘电阻。
对具有较大电容或电感的高压设备在停电后，还必须进行充分的放电，然后才可测量。
用绝缘电阻表测量过的设备，也要及时加以放电。
（3）被测设备表面应擦拭干净。
（4）绝缘电阻表应放置平稳，且应远离强电场与强磁场。
（5）测量时的注意事项：
A．测量时要注意环境温度与湿度。
B．测量时的接线不要用双股线或两根引线绞在一起，否则导线之间的绝缘电阻与被测对象之间的绝缘电阻相当于并联，使测量结果受影响。
C．在测量设备对地的绝缘时应当用E接外壳，L接被测设备。
否则，将可能会由于大地杂散电流的影响，使测量不准。
D．在测量绝缘时，应保持绝缘电阻表的额定转速为120r/min，切忌忽快忽慢。
E．绝缘电阻随着测试时间的长短而有差异，一般以1min以后的读数为准。
遇到电容量较大的被测设备（如电容器、变压器、电缆等）时，要等到指针稳定不变时才记取读数。
F．测量过程中，不能用手去触及被测对象，也不能进行拆接导线等工作。
测量完毕后，对具有大容量的设备，必须将测量连线断开后（如断开L端），然后才能停止手摇发电机的转动，这样可防止放电电流打坏表针。
G．做完具有大容量设备的测试后，应对被测设备进行充分地放电。
3、摇表的调修
晶体管绝缘电阻表的故障主要在高压部分，包括振荡器的振荡管、变压器及整流器的硅堆、高压电容等都较容易发生问题，还有电池使用过久，电压不稳定，也会引起工作不正常。
对电路故障只要逐级检查，找出故障部位，更换元件，便可排除。
对晶体管绝缘电阻表的使用与修理，要求修理人员要熟悉线路，搞清工作原理，这样才能做到正确使用和判断故障所在部位。
四、摇表常见故障及排除方法
1、手摇发电机式摇表的常见故障及排除方法见表6-4
表6-4手摇发电机式绝缘电阻表的常见故障及排除方法
手摇发电机部分
序号
故障性质
故障原因
排除方法
1
摇动发电机把手时感觉很重或打滑
1．发电机定子、转子相擦或间隙里有脏物
2．碳刷和整流环接触过紧，摩擦过大
3．加速齿轮有损坏或相互啮合不好
4．轴颈弯曲，或缺乏润滑油
5．小端盖未固定紧，轴承位置歪斜，轴线不重合
6．大胶木轮与保护带或底座相碰
7．偏心轮固定不牢，造成齿轮未咬合
1．拆卸发电机重新装配，调整间隙，排除异物
2．清洗整流环，拭净碳刷，调整碳刷弹簧压力
3．清洗齿轮，用什锦锉整修，不能用的要更换，调整位置
4．对轴承进行校正，清洗，并添加润滑油
5．装下地小端盖位置，拧紧固定螺钉
6．调整大胶木轮位置高低，使其不过高或过低
7．调整偏心轮位置，拧紧偏心轮固定螺钉
2
发电机电压低，或无输出电压
1．碳刷磨损过多，与整流器未接触好
2．“+”“-”电源引出线脱焊
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