三相电能表测量结果不确定度评定及校准证书评审

三相电能表测量结果不确定度评定及校准证书评审

孙倩

（云南电网有限责任公司昭通供电局云南省昭通市657000）

摘要：电能表作为居民用户家庭用“三表”（水表、煤气表、电能表）之一，其稳定性、准确性及可靠性对居民用户的生活显尤为重要。本文以三相电能表的测量结果不确定度评定为对象，通过分析不同影响因素引入的测量不确定度分量，并根据校准和测量能力表示方式对三相电能表的测量不确定度进行评定和计算，更加规范、准确地表示了校准实验室的校准和测量能力。并在此基础上，对《校准证书》的校准结果的符合性判定进行探讨。

关键词：三相电能表；不确定度评定；校准证书；符合性判定

引言：电能表是国家规定的强制检定的电能计量器具，如何保证准确、可靠的进行电能计量，是计量管理部门和用户最关心的问题。作为市质量技术监督管理部门授权的计量检定机构及中国合格评定国家认可委员会认可的校准实验室，核心工作就是对客户送检的电能表进行检定和校准，并使用维护实验室的标准设备。笔者结合自身参与的实验室工作情况，主要对三相电能表测量不确定度的评定和校准结果的符合性判定进行讨论，为计量人员提供参考。

一、测量不确定度的引入及校准结果评审的必要性

通常，人们是用测量误差来说明测量结果的准确程度，由于测量误差是测量结果与真值之差，真值往往是未知的，这种表示方法虽然我们已经长期使用过，但国际计量界现在认为这是不够科学的。当完成测量时，给出测量结果的同时必须给出其可信程度或可信的范围，这种测量结构才是完整的。所以测量结果必须有不确定度说明时，才是完整的和有意义的。

其中采用不确定度有利于：1.用户对校准证书或检测报告的理解和使用；2.根据测量结果做出有效的决策；3.对计量标准、标准物质和标准参考数据进行评定与发布；4.测量结果间的比较；5.校准或检测实验室技术能力认可和国际互认；6.科学技术成果的评价与交流等。

目前本中心实验室的部分标准设备送检上级机构后，上级机构进行校准工作并出具校准证书后，实验室从事校准和检定工作的从业人员需对这些标准设备的校准证书进行进行符合性判定，即对校准证书进行评审，确认适用后，才能安装使用标准设备来开展实验室内的检定/校准工作。另外本中心是中国合格评定国际认可委员会（以下简称CNAS）认可并颁发证书的国家认可实验室，从事单/三相电能表和电流/电压互感器的校准工作，出具校准证书。

因此，掌握测量结果的不确定度评定工作以及懂得如何进行校准结果评审，并能向客户答疑，显得尤为重要。

二、三相电能表测量结果不确定度评定

1.概述

1.1目的：评定三相电能表测量结果不确定度。

1.2测量依据：JJG596-2012《电子式交流电能表检定规程》。

1.3评定依据：JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。

1.4环境条件：温度（20±2）℃，相对湿度（45-75）%。

1.5测量标准：0.05级三相电能表标准装置，型号**，编号**，测量范围：**V，**；标准电能表0.05级，型号**，编号**，测量范围：**V，**A。

1.6被校电能表：0.2s级三相四线电子式电能表；型号**，编号**，**V，**A，**imp/kWh。

1.7测量原理、过程：根据客户要求的负载点进行校准。首先设定负载电流和功率因数，使电能表标准装置输出一定功率给被校电能表。电能表标准装置对被校电能表进行采样积分，得到的电能值与装置的标准电能表读数进行比较。电能表标准装置的读数值，即在该负载电流和功率因数下的被校电能表示值误差（%）。

2.数学模型建立

根据测量原理，电能表示值误差的不确定度评定数学模型为

=+++（1）

式中，——被校表的相对误差，（%）；

——电能表标准装置的相对误差，（%）；

——计量标准测量的被校电能表的相对误差（%）；

——被校电能表误差化整的误差（%）；

——电能表标准装置中导线压降误差（%）。

3.求最佳估计值

测量时，在每一负载点，做10次测量，取其平均值作为测量结果。

4.测量结果不确定度的来源分析

测量结果不确定度的来源主要有：

4.1在重复条件下测量结果不重复引起的不确定度分量，采用A类评定方法；

4.2电能表标准标准装置引起的不确定度分量，采用B类评定；

4.3测量结果数字修约引入的不确定度分量，采用B类评定；

4.4电能表标准装置中导线压降产生的标准不确定度分量，采用B类评定。

5.测量结果的不确定度评定

5.1在重复条件下测量结果不重复引起的不确定度分量

不同负载电流和功率因数下，被校电能表的示值误差重复测量结果

则不同负载电流和功率因数cosφ下，被校电能表测量不重复引起的不确定度分量等于各个负载点的10次重复测量平均值的标准偏差。

5.2电能表标准装置引入的不确定度分量评定

该不确定度分量是电能表标准装置的误差所引起。0.05级三相电能表标准装置在不同功率因数的最大允许误差不同。例如，对于平衡负载，在cosφ＝1.0时，电能表标准装置的最大允许误差为0.05%，区间半宽度a=0.05%。按均匀分布，包含因子k=。因此有：

（2）

5.3测量结果数字修约引入的不确定度分量评定

规程规定对于校准0.2s级电能表，其结果数字修约到0.02%，修约引入的误差为±0.01%，半宽为0.01%，按均匀分布，包含因子k=。因此有：

（4）

5.4装置中导线压降产生的不确定度分量评定

0.05级三相电能表标准装置中导线压降产生的误差限为：0.05%/5=0.01%，在此区间服从均匀分布，包含因子k=3，则：

（5）

5.5测量结果的合成标准不确定度评定

因为各不确定度分量互不相关，采用方和根的方法合成。将不同负载电流和功率因数cosφ下，不重复引起的不确定度分量、校准装置引入的不确定度分量、测量结果数字修约引入的不确定度分量及装置中导线压降产生的不确定度分量予以合成。因此有：

（6）

不同负载电流和功率因数cosφ下，测量结果的合成标准不确定度为：

5.6电能表示值误差的扩展不确定度U（）评定

5.6.1包含因子k的选择

由上述不确定度评定可知，电能表测量结果的合成标准不确定度主要是由标准装置以及测量结果数字修约引起的，其概率分布应认为服从均匀分布，选择包含因子k＝2，则：

（7）

5.6.2不确定度报告

经过计算，将该被校的0.2s级电能表在不同负载电流和功率因数下，合成标准不确定度和扩展不确定度列于下表：

不同负载电流和功率因数下，被校0.2s级电能表合成标准不确定度和扩展不确定度为：

三、校准证书的评审

利用上述方法出具的校准证书或接收到其他类的校准证书时，用根据以下这些规则进行符合性判定。

1.若证书给出的扩展不确定度U95与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值MPEV之比，应小于或等于1：3，即

此时可不用考虑示值误差的测量不确定度带来的影响。即：

被评定测量仪器的示值误差在其最大允许误差限内时，可判为合格。

被判定测量仪器的示值误差超出其最大允许误差时，可判为不合格。

2.依据计量检定规程对测量仪器进行评定，所以当规程要求的各个检定点的示值误差不超过某一级别的最大允许误差的要求时，测量仪器的示值误差判为符合该准确度级别的要求，不需要考虑对示值误差评定的测量不确定度影响。

3.依据计量检定规程以外的技术规范对测量仪器示值误差进行评定，如示值误差的测量不确定度不符合的要求，必须考虑下面判据：

判为合格；

判为不合格；

为待定。

注：当测量仪器示值误差的评定处在不能做出符合性判定时，可以通过采用准确度更高的测量标准、改善环境条件、增加测量次数和改变测量方法等措施，以降低测量不确定度评定的不确定度U95，使满足与最大允许误差绝对值MPEV之比小于或等于1：3的要求，然后对测量仪器的示值误差重新进行判定。

四、结论

本文对三相电能表测量结果的不确定度评定及《校准证书》的评审进行了研究。对不确定度的各个分量进行了阐述，校准证书（报告）的符合性评审应根据其扩展不确定度、最大允许误差以及示值误差综合判定，其准确与否对计量器具的试验显得至关重要。

参考文献：

[1]吴晓明.三相电子式电能表测量值的不确定度评定[J].计量与测试技术，2017，44（07）：58-59.

[2]马洁.三相四线电子式电能表测量值的不确定度评估[J].计量与测试技术，2017，44（03）：101-103.

[3]欧阳勃，吴颖.三相电子式电能表测量结果的不确定度评定[J].中国计量，2014（05）：82-83.

作者简介：

孙倩（1988-），女，工程师，研究方向：电能计量。