可溯源冲击电压校准器特性研究
冲击电流测量系统校准方法的研究和应用
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ ｆｏｒＩｍｐｕｌｓｅＣｕｒｒｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ
ＨｏｕＹｏｎｇｈｕｉ ＷａｎｇＳａｉｓｈｕａｎｇ ＪｉａＨｏｎｇｂｉｎ ＬｉＬａｎ ＳｕｎＪｕｎｔａｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｎｅｗｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄＧＢ／Ｔ －２０１４－１６９２７．４ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆ ｉｍｐａｃｔｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｂｅａｂｌｅｔｏｍａｋｅｔｈｅｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅａｓｅｔｏｆｉｍｐａｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ ｃａｌｉ ｂｒａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｇｉｖｅｎｉｎｄｅｔａｉｌ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｉｓｐｒａｃｔｉｃｅ，ｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｄｅｅｐｅｎｉｎｇｔｈｅｕｎ ｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍｐａｃｔｃｕｒｒｅｎｔ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
冲击电流是检验电工设备、器件、材料在快速变 化的大电流作用下的电性能的试验，模拟该冲击电 流的主要设备由冲击电流发生器和测量系统构成， 广泛应用于氧化锌避雷器阀片、高压断路器等设备， 也可以用于其它研究性试验，为了能够使冲击电流 测量系统得到有效溯源，ＧＢ／Ｔ１６９２７４－２０１４标准 对该冲击电流测量系统的校准和测量程做了定义和 要求，并进一步进行了详细说明，文中通过对国标的 理解，系统的分析了冲击电流测量系统的校准方法。 １ 冲击电流测量系统
冲击电压测量的溯源与测量系统的认可
应参数， 这些参断应满足标准 9: ; <"=>&? 的要求。
#"!"$ 干扰试验
试验在测量系统上进行， 试验时电缆或传输系 统输入端短接， 电缆或传输系统的接地线不变。在 测量系统输入端产生一干扰信号 2 施加一典型的冲 击波， 产生破坏性放电 3 并记录其输出。试验应在最 高工作电压下进行。 测到的干扰幅值应小于 "# 的测量系统测此电 压时的输出。 干扰幅值大于 "# 是允许的， 但应证实 它对测量无影响。
钟连宏， 朱同春
!国家电力公司
武汉高压研究所，湖北 武汉
9-$$89"
摘
要：根据冲击电压测量技术的发展， 介绍冲击电压测量系统的溯源和比对方法， 并说明其校准可通
过与认可的标准测量系统进行相互比对来实现。同时介绍 )777:+$$) 年进行的冲击电压测量国际比对的 情况。 关键词：冲击电压； 测量； 比对
#"# 标准测量系统的校准
标准方法即比对测量， 应对照经由国内或国际 比对而自身可溯源的标准测量系统在高电压下进 行比对来证实标准测量系统的性能是满足要求的。 确定标准测量系统刻度因数的不确定度应在 !%@)# 范围内。 替代法即测量刻度因数和评估响应参数， 确定 标准测量系统的刻度因数， 其方法同认可的测量系 响应参数应满 统， 但其不确定度应在 !%@)# 范围内。 足表 " 的要求。
!$# 冲击电压测量 技 术 的 发 展 及 减 小 不 确 定 度
冲击测量系统动态特 ! 冲击峰值及时间参数的确定、 性的估计、 不确定度的确定# ；
!%# 建 立 和 发 展 冲 击 V 直 流 的 转 换 关 系 ! 冲 击 校
美国Omega校准入门手册
什么是校准？简言之，校准是对设备进行调整以使其达到厂商规格的过程。
校准有时候也可以定义为发布数据。
这些数据包括报告或校准证书，它们向最终用户保证产品符合规格并且还可能符合外部标准，例如国际标准化组织的标准。
例如，该组织的ISO 9001标准为行业设定了全球性规格。
公司遵守这些标准，以确保其产品和服务为供应商和客户所接受。
校准的第二个定义称为认证更恰当。
有设备需要校准的公司可能把该设备送到计量/校准实验室，在那里，技术娴熟的技师使用自身必须达到严格校准要求的测量/测试仪器，将设备调整到符合规格或者确认设备已经符合规格。
在工业过程中使用的全部或者一部分组件都可以校准。
例如，温度校准可能包括仅校准探头、仅校准仪器或者校准与仪器连接的探头（系统校准）。
一般而言，校准设备或校准器的精度至少要比被校准设备高四倍。
通常，设备有一个校准范围，技师在此范围内的不同数据点检查规格。
正如Mike Cable 在《校准：技师指南》中解释的那样，“校准范围定义为‘限值之间测量、接收或传送数量的区域，该区域通过声明范围下限值和上限值表示。
’ 限值由零位值和范围值确定。
零位值该范围的下限。
范围定义为范围上限值与范围下限值之间的代数差。
”在校准过程中进行的调整必须要在某些公差范围内。
这类公差表示相对设备规定精度的极小的、容许偏差。
以在企业内部进行、由第三方实验室进行或者由厂商进行。
再校准频率因设备类型而异。
例如，决定何时再校准一个流量计主要取决引言如果不校准，最先进的工业设备也不会有太大作用。
通过校准，对一台设备进行的调整可以确保它按预期工作，可以确保我们可以依靠该设备提供可预见的、达到质量标准的精确结果。
本白皮书由Omega Engineering 提供，它解释了什么是校准，为什么校准很重要，以及校准如何起作用。
其中对NIST可溯源性进行了定义和讨论，并且包括对基本校准的分步说明。
本文还讨论了企业内部校准与实验室校准，并介绍了主要校准设备类型。
冲击电压校准器校准方法的探讨
冲击电压校准器校准方法的探讨张 茜 贾转转 赵 昱 郭小妍（西安高压电器研究院有限责任公司，陕西西安７１００７７）摘 要：冲击电压校准器可以用来校准冲击电压测量系统的二次采集装置，包括数字示波器、数字记录仪以及冲击峰值电压表。
所以冲击电压校准器是冲击电压进行量值溯源的关键。
本文对冲击电压校准器的校准方法及步骤进行了详细介绍，为冲击电压的溯源提供了参考。
关键词：冲击电压校准器；校准；直流电压中图分类号：ＴＭ８３ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０ ４０２０ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０２０．１１．０２４ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＩｍｐｕｌｓｅＶｏｌｔａｇｅＣａｌｉｂｒａｔｏｒＺＨＡＮＧＱｉａｎ ＪＩＡＺｈｕａｎｚｈｕａｎ ＺＨＡＯＹｕ ＧＵＯＸｉａｏｙａｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｃａｌｉｂｒａｔｏｒｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｉｂｒａｔｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｏｆｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ，ｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｒｄｅｒａｎｄｄｉｇｉｔａｌｐｅａｋｖａｌｕｅｖｏｌｔｍｅｔｅｒ Ｓｏｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔ ａｇｅｃａｌｉｂｒａｔｏｒｉｓｔｈｅｋｅｙｆｏｒｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｉｍ ｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｃａｌｉｂｒａｔｏｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｕｌｓｅｖｏｌｔａｇｅｃａｌｉｂｒａｔｏｒ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ＤＣｖｏｌｔａｇｅ０ 引言冲击电压试验是电力设备高压试验的基本项目之一，电力设备每年都需要进行冲击试验以保证产品的质量。
可溯源冲击电压校准器特性研究
可溯源冲击电压校准器特性研究作者：李文婷刘少波龙兆芝肖凯宗贤伟来源：《中国测试》2016年第01期摘要：介绍一种可溯源的冲击电压校准器，该校准器可输出IEC 60060-1-2010《高电压试验技术第一部分：一般定义和试验要求》中所规定的标准雷电仝波、雷电操作波等4种时间参数波形，可作为标准波源对数字记录仪及冲击峰值表进行校准。
该校准器可通过理论分析的方式溯源至各元器件的国家标准，其输出电压峰值不确定度关键词：可溯源；标准波源；数字记录仪；冲击峰值表文献标志码：A文章编号：1674-5124（2016）01-0031-040 引言冲击电压测量系统包括冲击分压器及二次测量仪表，为保证冲击电压测量的准确性，应定期对该系统进行校准；其中，冲击二次测量仪表包括数字记录仪及冲击峰值表，通常采用冲击电压标准波源对冲击二次测量仪进行校准。
冲击电压标准波源，即可输出标准波形参数的冲击电压波源，主要用于校准冲击电压峰值表及冲击测量用数字记录仪的幅值及时间测量参数，还可用于标定冲击分压器的刻度因数。
目前各省计量院及电科院采用的冲击电压标准波源多为进口设备，如瑞士HAEFELY及德国Strauss公司生产的校准波源，国外研究机构相继开展了可溯源冲击电压校准器的研究；但国内目前暂无厂家及科研机构研制准确度等级较高的冲击电压标准波源，使用进口冲击波源存在难以溯源及维修困难的问题，目前亟需自行研制准确度等级较高的冲击电压标准波源。
1 冲击电压校准器1.1 基本功能冲击电压校准器作为标准波源既可用于校准冲击峰值表及数字记录仪，也可对冲击分压器的刻度因数进行标定，其设计要求主要为输出冲击电压幅值参数及时间参数准确且稳定性好、有较强的带载能力、输出电压有良好的线性度及长期稳定性、能够输H{多种参数的标准波形（如雷电全波、雷电截波及操作波）、能够输出不同幅值的电压。
本校准器波源共包括4种时间参数标准波形，分别为0.84μs/60μs、1.56μs/60μs、250μs/2500μs、20μs/4000μs，基本覆盖了IEC60060-I-2010中规定的雷电压标准波形。
TR-II型三相组合电压互感器溯源方式分析及测量结果评定
TR-II型三相组合电压互感器溯源方式分析及测量结果评定刘罡;李诗宇;周浩;刘志同;房琛【摘要】TR-II型三相组合电压互感器可进行变压比电桥的三相检定,对三相组合电压互感器的溯源原理进行分析,以标准感应分压器为标准器校准三相组合电压互感器,对8个组别总结出6种接线方法.从3个方面对校准结果不确定度进行评定,按照测量仪器特性要求对符合性进行评定,U95与MPEV之比小于1/3,可忽略不确定度对测量结果影响,简化测量流程,为变压比电桥其他主标准器的溯源研究打下良好基础.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2018(039)009【总页数】4页(P21-23,26)【关键词】三相组合电压互感器;标准感应分压器;不确定度评定;符合性评定;变压比电桥【作者】刘罡;李诗宇;周浩;刘志同;房琛【作者单位】国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁沈阳 110006;国网辽宁省电力有限公司检修分公司, 辽宁沈阳 110006;国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁沈阳 110006;国网沈阳供电公司, 辽宁沈阳 110003;大连电力建筑工程公司, 辽宁大连 116021【正文语种】中文【中图分类】TM451TR-II型三相组合电压互感器为变压比电桥检定装置的重要组成部分，可进行变压比电桥的三相检定，长期以来其溯源方式为每年送检至中国计量科学研究院。
该方式不仅需要花费大量的校准费用，更有长途运输可能带来的设备失准、损坏等隐患。
近年来，随着国网辽宁省电力有限公司计量中心工频电压比例标准装置尤其是多盘感应分压器应用技术的成熟，中心已具备在本地以多盘感应分压器为标准器校准TR-II型三相组合电压互感器的能力。
本文以现有设备基础，对其溯源方式进行分析并对测量结果进行评定。
1 仪器概况TR-II型三相组合电压互感器外观如图1所示。
变比共有10、20、50、100共4个档位。
A、B、C、N和a、b、c、n分别为高压侧和低压侧的三相线和中性点。
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可溯源冲击电压校准器特性研究李文婷，刘少波，龙兆芝，肖凯，宗贤伟（中国电力科学研究院，湖北武汉430074）摘要：介绍一种可溯源的冲击电压校准器，该校准器可输出IEC 60060-1———2010《高电压试验技术第一部分：一般定义和试验要求》中所规定的标准雷电全波、雷电操作波等4种时间参数波形，可作为标准波源对数字记录仪及冲击峰值表进行校准。
该校准器可通过理论分析的方式溯源至各元器件的国家标准，其输出电压峰值不确定度＜0.1%，时间参数不确定度＜0.5%，可满足实际应用中对冲击电压峰值表及冲击测量用数字记录仪的幅值及时间测量参数校准的需求，具有很好的实用性及较高的推广价值。
关键词：可溯源；标准波源；数字记录仪；冲击峰值表文献标志码：A文章编号：1674-5124（2016）01-0031-04Performance analysis for a traceable impulse voltage generatorLI Wenting ，LIU Shaobo ，LONG Zhaozhi ，XIAO Kai ，ZONG Xianwei（China Electric Power Research Institute ，Wuhan 430074，China ）Abstract:This paper introduces a traceable impulse voltage generator which can generate standardlighting impulse and switch impulse waveforms according to IEC 60060———1∶2010.It is used to calibrate the time parameters and peak value for digital recorder and digital peak value voltmeter.The estimated uncertainty for the impulse peak value is less than 0.1%and for time parameters ，lass than 0.5%.It can be traced to national compnent standard by theoretical analysis.It can satisfy the parameters calibration requirements of digital voltmeter and digital recorder used for measuring lighting waveform.It is of great practical use and can be used widely in impulse measurement calibration.Keywords:traceable ；standard waveform generator ；digital recorder ；peak value volmeter收稿日期：2015-04-19；收到修改稿日期：2015-06-11作者简介：李文婷（1987-），女，湖北孝感市人，工程师，硕士，主要从事高电压计量、高电压新技术方面研究工作。
0引言冲击电压测量系统包括冲击分压器及二次测量仪表，为保证冲击电压测量的准确性，应定期对该系统进行校准[1-4]；其中，冲击二次测量仪表包括数字记录仪及冲击峰值表[5]，通常采用冲击电压标准波源对冲击二次测量仪进行校准。
冲击电压标准波源，即可输出标准波形参数的冲击电压波源，主要用于校准冲击电压峰值表及冲击测量用数字记录仪的幅值及时间测量参数[6]，还可用于标定冲击分压器的刻度因数。
目前各省计量院及电科院采用的冲击电压标准波源多为进口设备，如瑞士HAEFELY 及德国Strauss 公司生产的校准波源，国外研究机构相继开展了可溯源冲击电压校准器的研究[7-9]；但国内目前暂无厂家及科研机构研制准确度等级较高的冲击电压标准波源，使用进口冲击波源存在难以溯源及维修困难的问题，目前亟需自行研制准确度等级较高的冲击电压标准波源。
1冲击电压校准器1.1基本功能冲击电压校准器作为标准波源既可用于校准冲击峰值表及数字记录仪，也可对冲击分压器的刻度中国测试CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.42No.1January ，2016第42卷第1期2016年1月doi ：10.11857/j.issn.1674-5124.2016.01.007中国测试2016年1月VUSV 1ⅠⅡⅢⅣC LR LC CR DC bR E R S L S KC SR 12R 11R 0图1校准器电路图因数进行标定，其设计要求主要为输出冲击电压幅值参数及时间参数准确且稳定性好、有较强的带载能力、输出电压有良好的线性度及长期稳定性、能够输出多种参数的标准波形（如雷电全波、雷电截波及操作波）、能够输出不同幅值的电压。
本校准器波源共包括4种时间参数标准波形，分别为0.84μs/60μs 、1.56μs/60μs 、250μs/2500μs 、20μs/4000μs ，基本覆盖了IEC60060-1———2010中规定的雷电压标准波形。
目前在电力行业中广泛使用的冲击电压峰值表的准确度等级为1级，因此要求校准用波源的准确度等级≥0.3级，或其输出幅值的测量不确定度≤0.3%，才能满足校准需求。
理论上，冲击电压校准器的输出电压值越高越好，但在实际研制过程中其输出电压多会受到元器件参数的限制，本文所研制的校准器输出波形峰值电压为1000V 。
本文研制的校准器系统包括充电电源、触发模块、校准波形形成模块、反馈测量模块及控制模块；其中，控制模块程序基于LabVIEW 编制[10]，安装于计算机中用于控制充电模块、触发模块及反馈测量模块。
为保证在校准过程中挂接不同试品负载时，校准波源均能输出预期的幅值电压，在校准器控制模块中设计了计算环节及反馈测量环节，可以根据每次校准器所带负载情况计算校准器中储能电容上的充电电压值，并在充电过程中将校准器形成回路中主电容上的充电电压值实时反馈给控制模块。
1.2校准器电路设计校准器模块如图1所示，I 为充电部分，II 为电压反馈测量部分，III 为标准波形形成回路，IV 为输出电缆及所挂接负载，V 为触发模块。
其中，控制模块用于控制波源中电容的充电幅值、充电时刻及回路放电时刻（即给出开关触发信号的时刻），测量模块用于测量储能电容上的电压值并实时反馈给控制模块，控制模块通过对反馈电压值判断后给出继续充电或停止充电的信号。
在主电容两端并联电阻R 11、R 12支路，使R 11与R 12构成一个反馈分压器，并将R 12上的电压反馈至数字电压表，用于监测主电容电压，当所监测电压达到预期充电值时，触发回路立刻给出信号，控制开关放电。
标准波形成回路为一个单级的冲击电压发生器回路，由储能电容C S 、波尾电阻R E 、波头电阻R D 、放电电容C b ，负载电容C L 、R L ，及回路杂散参数L S 、R S 组成。
当储能电容C S 充电完成后，触发模块给开关K 发送触发信号，开关K 立即闭合完成回路的放电，在负载上即可得到用于校准的标准冲击电压波形。
在校准器主开关K 闭合放电的瞬间，需要将储能电容C S 充电支路的开关S 切断，因此在校准器控制模块设计时，需要充分考虑这两个开关动作配合的准确性，若校准器回路开关K 闭合时，充电回路开关S 还未关断，这时主电容上的电压还在不断充电，将影响校准器放电回路的电压幅值；若储能电容充电回路开关S 关断后，主回路开关K 滞后闭合，则电容C S 上的电压将会沿反馈支路电阻R 11及R 12回路泄放，校准器回路输出电压值将会低于预计值。
本文研制的校准器采用的开关S 为继电器，开关K 为MOSFET ，为了保证开关S 动作时间充分，设计给出的两个开关的动作触发信号之间的时间间隔设定为40μs ，在保证继电器S 完全断开后，K 能够迅速闭合。
1.3校准器控制及测量系统在该冲击电压校准器中控制及反馈测量模块起着重要的调节作用，是保证校准器系统输出电压幅值准确可靠的关键因素。
当需要校准器输出指定波形电压时，首先在控制模块中选择校准器的输出波形类型、极性及幅值，控制模块会将充电电源切换至当前工作波形模块，计算储能电容上的充电电压值后，32第42卷第1期U p 的不确定度评定T 1的不确定度评定T 2的不确定度评定灵敏度不确定度分量/%灵敏度不确定度分量/%灵敏度不确定度分量/%电容C S 976.1553nF 0.0720.0360.0025920.07670.00552240.9580.06897电容C b 9.670187nF 0.058-0.036-0.0020880.810.046980.07120.004129电阻R E 81.9043Ω0.04750.030.0014250.0670.00318250.9580.045505电阻R S 0.3Ω10-0.0036-0.0360.0050.050.01890.189电阻R D 53.93556Ω0.048-0.0027-0.000130.810.038880.05450.002615电感L S 250nH 200.00030.006-0.01-0.2-0.0001-0.002电容C L 139.5pF 10-0.00085-0.00850.0040.040.00020.002电阻R L 1M Ω10.00030.00030.00010.00010.00010.0001电压U C 100V 0.01310.013----扩展不确定度（k =2）-0.08-0.44-0.40元件参数不确定度分量/%表11.56μs/60μs 冲击电压校准器的不确定度评定控制充电直流电源输出电压，充电过程中反馈测量用数字电压表将监测到的储能电容电压值反馈给控制模块，经控制模块判断后给出继续充电信号或者停止充电并发出开关触发动作信号。
为保证校准器输出电压的较高准确度，整个校准器系统中的各部件均应保证良好的准确性，其中所采用的直流充电电源为Keithley 公司生产的2657A 直流源，其直流电压输出准确度可达1/10000，反馈电压测量用数字多用表采用Agilent 公司生产的34401A ，其直流电压测量不确定度为1×10-5（k =2）。
1.4校准器回路参数设计为保证冲击电压校准器输出特性优良，除采用准确度高的充电直流电源及反馈测量用数字多用表外，还需选择优良的校准器波形形成回路元器件。