JJF(京) 2011《电能质量分析仪》

JJF（京）

中华人民共和国地方计量技术规范

JJF（京）43-2011

电能质量分析仪

PowerQualityAnalyzer

2011-01-01发布2011-06-01实施

北京市质量技术监督局发布

JJF(京)43-2011

电能质量分析仪校准规范

1范围

本规范适用于新生产和使用中的电能质量分析仪、多功能测量仪器的电能质量分析功能、

与电能质量相关的测试分析类仪器的校准。

2引用文献

GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差

GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差

GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波

GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变

GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡度

GB/T19862-2005电能质量监测设备通用要求

JJF1071-2000国家计量校准规范编写规则

JJF1001-1998通用计量术语及定义

JJF1059-1999测量不确定度评定与表示

使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本规范。

3.1电能质量分析仪PowerQualityAnalyzer

用来测量分析电网中电压、电流、功率、频率、功率因数、谐波、闪变、骤升骤降、三

相不平衡度等参数的仪器。

3.2基波Fundamental

对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量。

3.3谐波Harmonic

对周期性交流量进行分解，得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量。

1

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3.4总谐波含量HarmonicContent

从周期性交流量（电压、电流）中减去基波分量（电压、电流）后所得的量。

3.5谐波含有率HarmonicRatio

周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分

数表示）。

3.6谐波次数（h）HarmonicOrder（h）

谐波频率与基波频率的整数比。

3.7不平衡度UnbalanceFactor

指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序基波分量或零序基波分量与正

序基波分量的方均根值百分比表示。

3.8正序分量Positive-sequenceComponent

将不平衡的三相系统的电压或电流按对称分量法分解后，其正序对称系统中的分量。

3.9负序分量Negative-sequenceComponent

将不平衡的三相系统的电压或电流按对称分量法分解后，其负序对称系统中的分量。

3.10短时间闪变值PstShortTermSeverity,Pst

衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值。短时间闪变值的基本记录周期为

10min。

3.11长时间闪变值PltLongTermSeverity,Plt

由短时间闪变值Pst推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值。长时间闪变值的

基本记录周期为2h。

3.12电压变动频度rRateofOccurrenceofVoltageChanges,r

单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。同一方向的若

干次变动，如间隔时间小于30ms，则算一次变动。

4概述

电能质量分析仪是用来测量分析电网中电压、电流、功率、频率、功率因数、谐波、闪

变、骤升骤降、三相不平衡度等参数的仪器，按电源相数可分为单相电能质量分析仪和三相

电能质量分析仪，按电流接线方式可分为直连式和钳式，按使用方式可分为手持式和台式。

2

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5计量特性

5.1电压

电压范围：50mV～1000V

电压最大允许误差：±0.5%

5.2电流

电流范围：10mA～50A（*1000A）

电流最大允许误差：±1%（*±2%）

5.3功率

功率范围：500mW～50kW（*1MW）

功率最大允许误差：±1%（*±2%）

5.4频率

基波频率范围：45Hz～65Hz

谐波频率范围：DC～9kHz

基波频率最大允许误差：±2×10-4

5.5相位

相位范围：0～360°

相位最大允许误差：±0.5°

5.6谐波

谐波次数：0～60

被测量条件最大允许误差

Uh≥1%Un±5%Uh（V）

电压

Uh＜1%Un±0.05%Un（V）

Ih≥3%In±5%Ih（A）

电流

Ih＜3%In±0.15%In（A）

Un为基波电压值，Uh为谐波电压值，In为基波电流值，Ih为谐波电流值。

5.7三相不平衡度

三相不平衡度范围：0～30%

三相电压不平衡度最大允许误差：±0.2%

三相电流不平衡度最大允许误差：±1%

3

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5.8闪变

闪变限值：Pst1，Plt3

闪变最大允许误差：±5%

注：1.带“*”为钳式电能质量分析仪的测量范围和最大允许误差。

2.以上所列各项参数包含了大部分电能质量分析仪检测参数的测量范围和最大允许误差要求，校准时

应以被校电能质量分析仪的技术说明书中所列的技术参数为准。上述技术指标不作合格性评价，仅供参考。

6校准条件

6.1环境条件

供电电源：电压：（220±11）V，频率（50±1）Hz

环境温度：（20±2）℃

相对湿度：（50±20）%

6.2标准器及其他设备

校准装置的扩展不确定度应小于被校仪器的最大允许误差绝对值的1/3。

6.2.1三相交流功率源

能够输出三相电压、电流、功率和功率因数。

基波频率范围：45Hz～65Hz。

电压范围：50mV～1000V，

电流范围：10mA～50A，

功率范围：500mW～50kW，

相位范围：0°～360°；

6.2.2标准功率表

电压范围：50mV～1000V，

电流范围：10mA～20A，

功率范围：500mW～20kW，

相位范围：0°～360°；

6.2.3标准相位表

相位测量范围：0°～360°；

6.2.4标准谐波源（或标准谐波分析仪）

能够输出（或测量）1～60次电压、电流谐波。

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6.2.5标准三相不平衡度测量仪

三相不平衡度测量范围：0～30%

6.2.6电流线圈

单匝线圈允许电流不小于20A

6.2.7交流稳压、稳流电源

电压、电流能够连续调节，能够输出三相电压、电流，电压、电流幅值稳定度不大于

0.01%/10min，相位稳定度不大于0.005/10min。

注：除以上规定的标准器外，也可使用其他符合上述要求的计量器具作为标准器。

7校准项目和校准方法

7.1外观及工作正常性检查

被校仪器的外观应该完好，标志清晰，标注有生产厂家、型号、出厂编号等，不应有影

响仪器正常工作的机械损伤和缺陷。校准所用附件和说明书等齐全。

被校仪器通电后应正常工作，能够清晰显示所测数据。

7.2电压校准

电压的校准主要采用以下两种校准方法：直接测量法（标准源法）和比较测量法（标准

表法）。根据被校仪器的准确度、量程和频率来选择校准点，一般在工频下选择不少于5个

点进行校准，对手动切换量程的每个量程至少选择1个校准点。

7.2.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图1所示

标准电压源被校仪器

图1标准电压源校准电压接线图

（2）设置被校仪器的电压量程，调节标准电压源输出至UN，被校仪器电压显示值为Ux，

则被校仪器电压显示值的绝对误差为：

UxUN（1）

相对误差为：

UU

xN100%（2）

UN

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（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程对每相电压分别校准，也可用三相标准电压

源进行校准。

7.2.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图2所示

交流稳压源被校仪器

标准电压表

图2标准电压表校准电压接线图

（2）设置被校仪器和标准电压表的电压量程，调节交流稳压源的输出，标准电压表的

显示值为UN，被校仪器显示值为Ux，被校仪器电压显示值的绝对误差按（1）式计算，

相对误差按（2）式计算。

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程对每相电压分别校准，也可用三相交流稳

压源和标准电压表进行校准。

7.3电流校准

电能质量分析仪的电流测量可分为直接接线测量和电流钳测量。直接接线测量电流的校

准方法与电压校准方法类似，采用标准源直接测量法和标准表比较测量法两种。电流钳测量

的校准方法采用等安匝法。

根据被校仪器的准确度、量程和频率来选择校准点，一般在工频下选择不少于5个点进

行校准，对手动切换量程的每个量程至少选择1个校准点。

7.3.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图3所示

标准电流源被校仪器

图3标准电流源校准电流接线图

（2）设置被校仪器的电流量程，调节标准电流源的输出电流至IN，被校仪器电流显示

值为Ix，则被校仪器电流显示值的绝对误差为：

IxIN（3）

6

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相对误差为：

II

xN100%（4）

IN

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程对每相电流分别校准，也可用三相电流标

准源进行校准。

7.3.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图4所示

标准电流表

I

交流恒流源被校仪器

图4标准电流表校准电流接线图

（2）参照电压校准中的标准表比较测量法进行电流校准，被校仪器的电流显示值的绝

对误差按（3）式计算，相对误差按（4）式计算。

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程对每相电流分别校准，也可用三相交流恒

流源和标准电流表进行校准。

注：1.被校表和标准表电流输入端均应浮地。

2.对于被校仪器mA级电流量程的校准，建议使用标准源直接测量法。

7.3.3等安匝法

（1）仪器接线如图5所示

标准电流源电流线圈被校仪器

图5等安匝法校准电流接线图

（2）检查电流钳钳口，确保清洁干净，两端面接触良好。电流线圈要置于电流钳几何

中心位置，并尽量保持与电流钳水平面垂直，测量时除电流线圈等必要的导线外，其它

所有载流体要与被校仪器保持不小于0.5m的距离。

7

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（3）设置被校仪器的电流量程，调节标准电流源的输出为In，使N匝电流线圈的输出

电流为IN，被校仪器显示值为Ix，则被校仪器电流显示值的绝对误差为：

IxINIxNIn（5）

相对误差为：

IIINI

xNxn100%（6）

INNIn

（4）对于三相电能质量分析仪可按上述过程对每相电流分别校准。

7.4功率校准

电能质量分析仪的功率校准在（45～65）Hz范围内的某一频率点下进行。通常采用调节

电流的方式来达到改变功率的目的。电压选择常用点（通常选择220V或380V）作为基本量

程，在电压基本量程下，电流在测量范围的10%～100%之间均匀选取不少于5个点进行功率

的测量，在电压非基本量程下电流仅选择满量程点测量。功率因数选择1.0、0.5C（容性）、

0.5L（感性）三个值，其中0.5C、0.5L的功率因数仅在电流量程的100%点进行校准。

7.4.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图6所示

标

UU被

准

校

功

率仪

源II器

图6标准功率源校准功率接线图

（2）设置被校仪器的电压和电流量程，调节标准功率源的输出电压至额定电压值UN，

设置功率因数cosN，调节标准功率源的输出电流IN，使输出功率为标准值PN，被校仪

器的功率显示值为Px，则被校仪器功率显示值的绝对误差为：

PxPNPxUNINcosN（7）

相对误差为：

PPPUIcos

xNxNNN100%（8）

PNUNIN

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程分别校准，也可用三相标准功率源校准。

8

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7.4.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图7所示

标准功率表

UI

UU

交流

功率源被校仪器

II

图7标准功率表校准功率接线图

（2）设置被校仪器的电压和电流量程，调节交流功率源的输出电压使标准功率表电压

显示为额定电压值UN，并设置功率因数使标准表显示值为cosN，调节交流功率源的输

出电流，使标准功率表功率显示值为PN，被校仪器功率显示值为Px，则被校仪器功率显

示值的绝对误差为：

PxPN（9）

相对误差为：

PP

xN100%（10）

P视在

式中：P视在——标准功率值为PN时的视在功率。

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程分别校准，也可用三相交流功率源和三相

标准功率表校准。

7.5频率校准

电能质量分析仪的频率校准主要采用两种校准方法：标准源直接测量法和标准表比较测

量法。根据被校仪器的测量范围来选择校准点，一般在测量范围内均匀选取不少于5个频率

校准点。

7.5.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图8所示

标准源被校仪器

图8标准源校准频率接线图

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（2）设置标准源的输出频率至fN，被校仪器显示值为fx，则被校仪器频率显示值的绝

对误差为：

fxfN（11）

相对误差为：

ff

xN100%（12）

fN

7.5.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图9所示

交流源被校仪器

标准频率表

图9标准表校准频率接线图

（2）参照电压校准中的标准表比较测量法进行频率校准，被校仪器的频率示值的绝对

误差按（11）式计算，相对误差按（12）式计算。

7.6相位校准

电能质量分析仪的相位校准根据其测量功能的不同分为相角测量和功率因数测量。相角

测量是对同相电压与电流之间的相角差的测量以及三相信号不同相之间相角差的测量，示值

单位为度（°）。功率因数测量是对同相电压与电流之间的相位角的余弦的测量，功率因数无

量纲。

相位校准可以在（45～65）Hz范围内的任意频率下进行，一般选择在50Hz下进行校准。

相位校准点通常选择0°，超前30°，超前60°，90°，滞后30°，滞后60°。

7.6.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图10所示

标

UU被

准

校

功

率仪

源II器

图10标准功率源校准相位接线图

10

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（2）设定信号频率，调节标准功率源对电压线路施加100%额定电压,对电流线路施加

40%～100%的额定电流。调节标准功率源的输出相位至N，被校仪器显示值为x，则被

校仪器相位显示值的绝对误差为：

xN（13）

（3）测量三相信号的相位时，同时接好三相信号线，并测量各相相位，并按式（13）

计算误差。

7.6.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图11所示

标准相位表

UI

UU

交流

功率源被校仪器

II

图11标准相位表校准相位接线图

（2）设定信号频率，调节交流功率源对电压线路施加100%额定电压,对电流线路施加

40%～100%的额定电流。调节交流功率源的输出相位，使标准相位表显示为N，被校仪

器显示值为x，则被校仪器相位显示值的绝对误差按式（13）计算。

7.7谐波校准

电能质量分析仪的谐波校准分为电压谐波校准和电流谐波校准，基波频率一般选择

50Hz。谐波次数可以选择2～60次范围内的全部或部分次数。

谐波含量可以用绝对值表示，也可以用相对值表示。选择相应电压（电流）作为基波电

压值（电流值）UN（IN），谐波含有率hn的大小可以在10%范围内选择。

7.7.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图12所示

标

UU被

准

校

谐

波仪

源II器

图12标准谐波源校准谐波接线图

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（2）设置信号频率和各次谐波含有率，使标准谐波源输出相应的谐波值（电压值为UNhn，

电流值为INhn），读取被校仪器显示值（电压值为Uxhn，电流值为Ixhn），则被校仪器

第n次电压谐波显示值的误差为：

Un

UhUh（14）

UnxnNn

被校仪器第n次电流谐波显示值的误差为：

In

IhIh（15）

InxnNn

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程分别校准。

7.7.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图13所示

标准谐波分析仪

UI

UU

谐波源被校仪器

II

图13标准谐波分析仪校准谐波接线图

（2）设置信号频率，调节谐波源输出，标准谐波分析仪显示值为UNhn（INhn），被校

仪器显示值为Uxhn（Ixhn），则被校仪器第n次电压（电流）谐波显示值的绝对误差按

式（14）、（15）计算。

（3）对于三相电能质量分析仪可按上述过程分别校准。

7.8三相不平衡度校准

三相不平衡度的校准分为电压三相不平衡度和电流三相不平衡度。电能质量分析仪通常

采用对称分量法（见附录1）来分析和计算三相电路的不平衡度。本规范主要采用以下两种

校准方法：标准源直接测量法和标准表比较测量法。大部分电能质量分析仪能够同时显示正

序分量、负序分量和零序分量，本规范只对不平衡度进行校准，如用户需要对各分量进行校

准也可参照以下校准方法。

选择被校仪器的电压、电流值，电压值通常选择220V，电流值选择最大量程的50%～70%

范围内。三相电压不平衡度选择2%和4%、三相电流不平衡度选择10%和30%进行校准。

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7.8.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图14所示

AA三AA被

三相

B相校

标准B被校

标

源CC仪器BB仪

准

器

N源

NCC

a）三相电压不平衡度校准接线图b）三相电流不平衡度校准接线图

图14三相标准源校准三相不平衡度接线图

（2）设置被校仪器的电压（电流）量程，调节三相标准源的输出电压（电流）幅值和

各相间的相位，使其不平衡度为，被校仪器显示值为，则被校仪器三相电压（电

UNUx

流）不平衡度的示值误差U（I）为：

（16）

UUxUN

（17）

IIxIN

7.8.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图15所示

AA

三相

B

交流B被校

源CC仪器

NN

A

标准三相

B

不平衡度

C测量仪

N

图15标准三相不平衡度测量仪校准三相电压不平衡度接线图

（2）设置被校仪器和标准三相不平衡度测量仪的电压量程，调节三相交流源的输出电

压和各相电压间的相位，分别读取标准三相不平衡度测量仪的显示值和被校仪器显示值

UN

Ux，则被校仪器三相电压不平衡度的示值误差按（16）式计算。

（3）对于三相电流不平衡度的校准，只需把接线方式改成相应的电流接线。

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7.9闪变值校准

电能质量分析仪测量闪变值时，电压值通常选取230V（50Hz）。

标准闪变输出装置通常采用方波调制的方法来输出闪变信号，通过设置调制深度（电压

变动量）和调制信号频率（变动频率）来确定短时间闪变值Pst。表1是Pst1时，电压变动

量、变动频率和变动频度的设定值。

表1Pst1时设定值

变动频率（Hz）变动频度（次/分钟）电压变动量（%）

0.00833312.724

0.01666722.211

0.05833371.459

0.325390.906

0.9161100.725

13.516200.402

33.33340002.400

Pst3时，变动量设置为表1的3倍，其他设置不变。

若标准闪变输出装置输出闪变值保持恒定，并且时间达到2h，长时间闪变值PltPst。若

标准闪变输出装置输出闪变发生变化，则可按下式计算长时间闪变值：

12

13

3（）

Plt(Pstj)18

12j1

式中：Pstj为2h内第j个短时间闪变值。

7.9.1标准源直接测量法

（1）仪器接线如图16所示

标准闪变输出被校仪器

装置

图16标准闪变输出装置校准闪变值接线图

（2）设置被校仪器的电压量程和闪变测量功能，按照表2设定标准闪变输出装置的调

制频率和调制深度并输出标准闪变值P（P），10min后读取被校仪器短时间闪变值

stNltN

P，2h后读取被校仪器长时间闪变值P，则被校仪器短时间闪变值的相对误差为：

stxltxs

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PP

stxstN100%（19）

sP

stN

被校仪器长时间闪变值的相对误差l为：

PP

ltxltN100%（20）

lP

ltN

7.9.2标准表比较测量法

（1）仪器接线如图17所示

闪变输出装置被校仪器

标准闪变仪

图17标准闪变仪校准闪变值接线图

（2）设置被校仪器和标准闪变仪的电压量程和闪变测量功能，按照表2设定闪变输出

装置的调制频率和调制深度并输出，10min后分别读取标准闪变仪短时间闪变值P和被

stN

校仪器短时间闪变值P，2h后分别读取标准闪变仪长时间闪变值P和被校仪器长时间

stxltN

闪变值P，则被校仪器短时间闪变值的相对误差和长时间闪变值的相对误差按（19）、

ltx

（20）式计算。

（3）对于多通道电能质量分析仪可按上述过程分别校准每个通道。

8校准结果表达

8.1数据修约按照偶数法则。修约后实际值与显示值位数相同（如果需要实际值可多一位）。

8.2校准后，出具校准证书。校准数据按附录2所列数据表格，并可根据被测仪表的情况进

行填写。证书上的信息应满足以下信息要求。

（1）标题，如“校准证书”或“校准报告”；

（2）实验室名称和地址；

（3）证书或报告的唯一标识（如编号），每页及总页数的标识；

（4）送校单位的名称和地址；

（5）被校对象的描述和明确标识；

（6）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接

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收日期；

（7）对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

（8）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

（9）校准环境的描述；

（10）校准结果及其测量不确定度；

（11）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期。

9复校时间间隔

校准时间间隔可视用户使用情况而定，推荐为一年。

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附录1

对称分量法

对称分量法是电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法，广泛应用于三相交

流系统的三相不平衡度的计算。正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现

不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。任何

不对称的三相相量A，B，C都可以分解为三组相序不同的对称分量：正序分量A1，B1，C1；

负序分量A2，B2，C2；零序分量A0，B0，C0。即存在如下关系：

AA1A2A0

BB1B2B0（21）