電能計量基本知識

第五篇電能計量

授課人：第一章概述

第一節(jié)電能計量裝置的一般概況

電能計量是電力生產、營銷以及電網安全運行的重要環(huán)節(jié)，發(fā)、輸、配電和銷售、使用電能都離不開電能計量。電能計量的技術水平和管理水平不僅事關電力工業(yè)的發(fā)展和電力企業(yè)的形象，而且影響貿易結算的準確、公正，涉及國家、電力企業(yè)和廣大電力客戶的合法權益。

●

對于單相低壓供電(一般為居民用電)或三相低壓供電電流小于50A的線路，電能表可直接接到線路上進行電能計量；

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對于低壓供電電流大于50A或高壓供電的線路，電能表則需要經電壓互感器和電流互感器，使高電壓，大電流按一定比例變換為安全可靠的低壓、小電流，并通過電纜與電流表連接起來，方能進行電能的計量。此時，電能表示數須乘以互感器的變比，才是電路中的實際消耗電能。

因此，我們將電能表及與其相連接互感器，以及互感器到電能表的二次回路接線統(tǒng)稱為電能計量裝置。

為制定生產計劃、搞好經濟核算、合理計收電費提供依據。發(fā)供用電力系統(tǒng)裝設電能計量裝置測量發(fā)電量

廠電量

供電量及售電量等1987年7月1日國務院為實施我國計量法，已將用于貿易結算的電能表和測量互感列入強制檢定的工作計量器具目錄中，實行定點定期強制檢定。2001年1月1日國家經貿委發(fā)布實施了DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規(guī)程》，對能源部1991年發(fā)布的DL448-1991《電能計量裝置管理規(guī)程》進行了修訂。

第二節(jié)電能計量裝置的分類及銘牌標志

一、電能表的分類

我國目前電能表的分類情況大致如下：

(1)電能表按照結構原理來分，有感應式、電子式和感應電子式三種；

(2)電能表按所測的電源來分，有直流式和交流式兩種；

(3)電能表按所測的電能來分，有有功和無功兩種；

(4)電能表按接入線路的方式來分，有直接接入式、經互感器接入式和經萬用互感器接入式三種；

(5)電能表按用途來分，有單相、三相和特殊用途電能表(包括標準電能表、最大需量電能表、脈沖電能表、復費率電能表及多功能電能表等)；

(6)電能表按等級指數來分，有3級、2級、1級、0.5級等不同等級的電能表，隨著電子式電能表制造工藝及電子組件質量的提高，近年又增加了0.5S級和0.2S級。

每只電能表在銘牌上都應具有下列內容：

(1)名稱及型號。應寫成“……單相電能表”，“……有功電能表”，“……無功電能表”。前面的省略號為該電能表的型號。

我國電能表型號的表示方式如下：

第一部分第二部分第三部分

類別代號組別代號設計序號

D——電能表D——單相阿拉伯數字

S——三相三線862、864、95、98

T——三相四線

表示用途：X——無功

B——標準

Z——最大需量

J——直流

L——長壽命

F——復費率

A——安培小時計

D——多功能

H——總耗

M——脈沖

S——全電子式

Y——預付費

三相電能表尚應在其電壓、電流規(guī)格前分別加標3×。對于三相三線電能表只需標出線電壓，如3×100V、3×380V等。對三相四線三元件電能表則應標出相電壓與線電壓；如3×57.7／100V、3×220／380V等。電流規(guī)格則均標為3×5A、3×1.5(6)A等。

(4)電能表等級值。以記入圓圈中的等級數字來表示，或以“CL·×”來表示，其中CL表示級，×處填寫電能表的等級數。

(5)系列號和制造年份。

(6)標定電流和額定最大電流，如10(40)A、3×1.5(6)A，括號外的數字為標定電流，括號內的數字為額定最大電流。

(7)參比電壓(原稱為額定電壓)。單相表只標明相電壓，如220V，三相表表示方法見(3)。

(8)電能表常數。表示電能表每kW·h(或kvar·h)的盤轉數r(或rev)或每轉為多少kW·h(或w·h)，常用C來表示。

例

(a)1500r／kW·h，即該表每kW·h為1500r或1500r為1kW·h；

(b)C＝1.2，即該表每一轉為1.2W·h，那么lkW·h即為＝833.3r。

(9)參比頻率。標明該表使用的頻率，如50Hz。

(10)如電能表是特殊形式，應在銘牌上予以標明，如裝有止逆器，可標出“止逆”兩字或相應的符號。

(11)使用專用互感器的電能表，應在電壓、電流規(guī)格中予以標明，如3×110000／100V、3×200／5A等。

二、互感器的分類

1．電壓互感器

電壓互感器按工作原理可分為電磁感應型、電容分壓型；電壓互感器按裝置場所可分為戶內裝置型、戶外裝置型；電壓互感器按繞組結構可分為雙線圈型、三線圈型等。當然還可以有其它分類，一般可由銘牌了解其類型。

電壓互感器銘牌型號含義

字母排列順序型號含義1J——電壓互感器

2D——單相S——三相C——串級式

3

J——油浸式Z——澆注式G——干式C——瓷絕緣R——電容式

4——三相帶補償線圈J——接地保護W——五柱鐵芯例：

1)JDG——單相干式電壓互感器；

2)JDZJ——單相澆注式接地型電壓互感器；

3)JSB——三相油浸式帶補償線圈電壓互感器；

4)JSW——三相三線圈五鐵芯柱油浸式電壓互感器；

5)JDC——串級式瓷箱絕緣電壓互感器。

2．電流互感器

電流互感器按其用途可分為測量用電流互感器和試驗室用電流互感器等；電流互感器按其工作原理可分為電磁感應型、光電型等。與電壓互感器相同，一般也可由銘牌了解其類型。

電流互感器銘牌型號含義字母排列次序

型號含義lL——電流互感器

2

D——單匝式

M——母線式

R——裝入式

Q——支柱式F——多匝式

Q——線圈式Ａ——穿墻式

3C——瓷絕緣的K——塑料外殼式Z——饒注式G——干式

Ｗ——戶外式4B——有保護級Ｄ——差動保護用第二章電能表的結構和工作原理

目前，常用的單相電能表，都是感應式三磁通型積算式儀表。盡管單相電能表的型號不同，但其基本結構是相似的，都由測量機構(驅動元件、轉動元件、制動元件、上軸承、下軸承、計度器)和輔助部件(基架、底座、外殼、端鈕盒和銘牌)組成。

一、測量機構

測量機構是電能表實現(xiàn)電能測量的核心部分，它由下述部件組成：

1．驅動元件

2．轉動元件

3．軸承

4．制動元件

5．計度器

1．驅動元件

驅動元件包括電壓元件和電流元件，它的作用是將交變的電壓和電流轉變?yōu)榇┻^轉盤的交變磁通，與其在轉盤中感應的電流相互作用，產生驅動力矩，使轉盤轉動。

電壓元件由:電壓鐵芯1、電壓線圈2和回磁極12組成

繞在電壓鐵芯上的電壓線圈接在被測電壓所接入的線路上與負載并聯(lián)，所以稱為并聯(lián)電路或電壓線路。不管有無負載電流，電壓線圈總是保持帶電的，要消耗功率。

回磁極用1.5～2mm厚的鋼板沖壓而成，用作電壓工作磁通的回路，以便使電壓工作磁通與外加電壓相差90°左右，有的還在上面裝設了補償力矩調整裝置。

電流元件:由電流鐵芯3、電流線圈4和過載補償裝置(圖5-2-1中未畫出)組成。

繞在電流鐵芯上的電流線圈由于接在被測電流所流過的線路中與負載串聯(lián)，所以又稱為串聯(lián)電路或電流線路。電流鐵芯用0.35mm厚的“Ｕ”形高硅電工鋼片疊成。

為了提高電能表的過載能力，在某些電能表上還加裝過載補償裝置，一般是用截面較小的硅鋼片制成。在U形電流鐵芯的缺口處加裝一個磁分路，其作用是當電流過大時，因磁分路飽和，使在標定電流下，經過它的非工作磁通與穿過圓盤的工作磁通間的分配重新改變，使工作磁通增大與電流增大成正比，從而使轉盤轉速保持與電流成正比。

2、轉動元件:它由轉盤5和轉軸6組成能在驅動元件所建立的交變磁場作用下連續(xù)轉動。轉盤的導電率要大，重量要輕，且要保證一定的機械強度，所以轉盤用純鋁板制成。轉軸用鋁合金或銅合金棒材制成。轉軸上端裝有蝸桿11和上軸承9，蝸桿11與蝸輪10嚙合，把轉盤的轉數傳遞給計度器累積成kW·h數。3．軸承：電能表的軸承是主要元件，分為上軸承和下軸承。下軸承位于轉軸下端，支撐轉動元件的全部重量，減小轉動時的摩撼其質量好壞對電能表準確度和使用壽命有很大影響。4．制動元件

由制動元件7由永久磁鐵及其調整裝置組成

永久磁鐵產生的磁通被轉動著的轉盤切割時在轉盤中所產生的感應電流相互作用形成制動力矩，使轉盤的轉動速度和被測功率成正比變化。5．計度器

計度器又稱積算機構，用來累計轉盤的轉數，以顯示所測定的電能。目前常見的計度器有二種型式，即字輪式和指針式。

二、輔助部件

1．基架基架用來支撐和固定測量機構，它的不大的形變都將會對電能表的技術特性有一定的影響，故基架應有足夠的機械強度。

2．外殼外殼由底座與表蓋等組合而成，可用絕緣材料或金屬材料制作。

3．端鈕盒端鈕盒用來連接電能表的電流、電壓線圈和被測電路，其中的銅質端鈕表面要有良好的鍍層，整個端鈕盒應有足夠的機械強度和良好的絕緣。

4．銘牌銘牌附在表蓋上，或固定在計度器的框架上。

第二節(jié)單相電能表的工作原理

一、轉盤轉動原理與驅動力矩表達式

由電工原理得知，載流導體在磁場內受到的電磁力F與載流導體中的電流i和磁場中的磁通量φ的乘積成正比，可用式F=KLiφ

表示

式中KL——比例系數。

回磁極

轉盤

電流鐵芯

電壓鐵芯電流線圈

電壓線圈

第三節(jié)感應式三相電能表的結構

三相電能表和單相電能表的區(qū)別是每個三相表都有兩組或三組驅動元件，它們形成的電磁力作用于同一個轉動元件上，并由一個計度器顯示三相消耗電能，所有部件組裝在同一表殼內。所以，三相電能表具有單相電能表的一切基本性能。由于三組電能表每組驅動元件之間存在著相互影響，因此它們的性能也有其特殊性。

三相電能表驅動元件位置示意圖(ａ)二元件單轉盤；(ｂ)二元件雙轉盤；(c)三元件雙轉盤，(d)三元件三轉盤

第四節(jié)其他形式的電能表

一、電子式電能表它的測量組件一般是由采樣元件ＵI乘法器、Ｕ／F轉換器和計度器構成，輔助部件與感應式電能表相同。電子式電能表關鍵部分是ＵI乘法器，乘法器按其原理可分為模擬乘法器和數字乘法器，模擬乘法器主要有時分割乘法器和霍爾乘法器，