电能计量知识讲座

1电能计量知识讲座第一章：电能计量装置的一般概念：第一节：电能计量装置在发、供、用电中的地位和组成？电力的生产和其他产品的生产不同，其特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门是连成一个系统，不间断地同时完成，而且是相互紧密联系缺一不可，而它们之间电量如何销售，如何经济计算，那就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量，这个装置就是电能计量装置。没有它，在发、供、用电三个方面就没法进行销售、买卖，所以电能计量装置在发、供用电的地位是十分重要的。我们把电能表和与其配合使用的互感器以及电能表到互感器二次回路接线统称为计量装置。第二节：电能计量装置的发展概况。电能表在世界上的出现和发展已有一百多年的历史，最早的电能表是1881年根据电解原理制成的，尽管这种电能表每只重达几十公斤，十分笨重，又无精度的保证，但是，当时仍然被作为科技界的一项重大发明受到人们的重视和赞扬，并很快地在工程上采用了它，随着科学技术的发展，1888年，交流电的发现和应用，又向电能表的发展提出了新的要求。经过科学家的努力，感应式电能表诞生了。由于感应式电能表具有结构简单、操作安全、价廉、耐用、又便于2维修和批量生产等一系列优点，所以发展很快。我国交流感应式电能表是在20世纪50年代从仿制外国电能表开始生产，经过二十多年的努力，我国的电能表的制造已具备相当的水平和规模，随着科学技术的发展，和对交流感应式电能表过负荷能力、使用寿命的要求。我国在80-90年代开始了对长寿命电能表、机电一体化电能表（半电子式电能表）、全电子式电能表、多功能全电子式电能表、预付费电能表、复费率电能表、最大需量表、损耗电能表等的研制生产，目前已开始使用。而国外生产的电能表，由于机械加工、工艺等方面比我国先进，所以他们生产的电能表都是较为准确和寿命较长。第三节：电能表的分类及铭牌标志一、电能表的分类：1、按照所测不同电流种类可分为：直流式和交流式二种。2、按照电能表的用途可分为：（1）单相电能表、（2）三相有功电能表（3）三相无功电能表（4）最大需量表（5）复费率电能表（6）损耗电能表。3、按照电能表的接线可分为：（1）单相两线有功电能表（2）三相三线有功电能表（3）三相四线有功电能表（4）三相三线（60°）无功电能表（5）三相四线（90°）无功电能表。4、按照电能表的等级划分为：普通有功电能表（0.2或30.2S级、0.5或0.5S级、1.0级、2.0级），普通无功电能表（2.0级、3.0级）。标准电能表分为（0.5级、0.2级、0.05级、0.02级、0.01级）。5、按结构原理分为：感应式和电子式两种。二、电能表的铭牌标志及含义：电能表的铭牌上通常标注了：名称、型号、准确度等级、电能计算单位、标定电流和额定最大电流、额定电压、电能表常数、频率、制造厂名称或商标、工厂制造年份和厂内编号、电能表产品生产许可证的标记和编号、计度器显示数的整数位与小数位的窗口应有不同的颜色，在它们之间应有区分的小数点、使用条件和包装运输条件分组的代号：（将代号置于一个三角形内）、对具有止逆器的电能表应标明“止逆”字样。1、名称：标明该电能表按用途分类的名称。（如单相电能表或三相有功电能表）2、型号：我国对电能表型号的表示方式规定如下：第一部分：类别代号（D-电能表）。第二部分：组别代号（D-单相、S-三相三线有功、T-三相四线有功、X-三相无功、B-标准、Z-最大需量）第三部分：设计序号如：DD28-单相28型电能表、DS15-三相三线15型有功电能表、DT8-三相四线8型有功电能表、DX15-三相15型无功4电能表、DZ1-1型最大需量电能表、DB2-2型单相标准电能表、DBS25-25型三相三线标准电能表。3、准确度等级：用置于圆圈内的数字来表示.4、电能计量单位:有功电能表为“千瓦·小时”(kW·h)、无功电能表为“千乏·小时”(kvar·h)、电子表为脉冲常数（imp/kW·h）。5、标定电流和额定最大电流：如：5（20）A、10（40）A。6、电能表常数：以每千瓦小时圆盘的转数或脉冲数表示：如800R/kW·h、（kvar·h）、4000imp/kW·h。7、计度器的小数点位一般用红色或白色区分，并标有X0.1或X10-1。第二章：电能表的结构和工作原理第一节：交流感应式电能表的基本结构单相电能表由驱动元件、转动元件、制动元件、上下轴承、计度器、接线端子盒、底座和表壳等构成。一、驱动元件：包括电流驱动元件和电压驱动元件。1、电压驱动元件：由电压铁芯、电压线圈和回磁极组成。绕在电压铁芯上的电压线圈接在被测电压所接入的线路上与负载并联，不管有无负载电流电压线圈总是保持带电的，所以要消耗功率。为减少消耗功率、保证所需安匝（100-200安匝，25-50匝/V）。电压线圈的匝数通常为（7000-12000匝）、线径一般为（0.1-0.15mm）漆包线、功率消耗5（0.5-1.2W）、回磁极用(1.5-2mm)厚的钢板冲压而成,用作电压工作的磁通。电压铁芯用0.35-0.5mm的硅钢片叠成,具有较高的导磁率。2、电流驱动元件：由电流铁芯、电流线圈和过载补偿装置组成。绕在电流铁芯上的电流线圈接在被测电流所经过的线路中与负载串联。电流铁芯用0.35mm厚的“U”形高硅电工钢片叠成，电流的安匝一般在（60-150）范围内，即标定电流为5A的电能表，其电流线圈匝数为（12-30匝），选择线圈线径一般按电流密度为3-5A/mm2，所消耗的视在功率不超过2.0VA过载补偿装置一般用较小的矽钢片制成,在U形电流铁芯的缺口处加装一个磁分路,其作用是当电流过大时,因磁分路饱和,使在标定电流下,经过它的非工作磁通间的分配重新改变,使工作磁通增大与电流增大成正比,从而使转盘转速保持与电流成正比。二、转动元件：由转盘和竖转轴用合金（铝）压铸在一起组成。转盘直径一班为80-100mm,厚度为0.5-1.2mm、质量为20g。轴承分为单宝石、双宝石，磁推轴承。第二节、交流感应式电能表的工作原理交流感应式电能表有单相和三相两种，下面就用单相电能表进行描述，单相电能表中，驱动元件和转动元件是交流感应式电能表基本结构中的两个主要组成部分，其工作原理是：6交流单相电能表接在交流电路中，当电压线圈两端加以线路电压，电流线圈串接在电源与负载之间流过负载电流时，电压元件和电流元件就产生在空间上不同位置，相角上不同相位的电压和电流工作磁通。它们分别穿过转盘（根据电工学的右手定则原理）在转盘中产生感应涡流（电流），于是电压工作磁通与电流工作磁通产生的感应涡流（电流）相互作用，电流工作磁通与电压工作磁通产生的感应涡流（电流）相互作用（根据电工学左手定则原理），结果在转盘中就形成以转盘转轴为中心的转动力矩，使电能表转盘始终按一个方向转动起来。要使电能表在各种负荷下均能正确计量电能，必须满足下列两个条件：（1）、电能表的转动力矩与负载功率成正比（2）作用于圆盘的仅两个基本力矩，即转动力矩与制动力矩。第三节：交流感应式电能表的原理接线图、功率表达式、向量图一、单相有功电能表：1、原理接线图：**火线电源负荷零线（直接接入式）7**火线电源负荷零线（经电流互感器接入式）总电量=电能表读数×倍率（倍率=一次电压/二次电压×一次电流/二次电流）2、功率表达式：有功功率P=IVCOSФ（90°Ф0°）无功功率Q=IVSINФ3、向量图：ÚÚiφiCOSФ=1.0COSФ=0二、三相三线有功：1、原理接线图：****AB负荷C（直接接入式）8负荷****CTABCPT（带CT、PT接入式）总电量=电能表读数×倍率2、功率表达式：P=√3ILULCOSФPAB=UABIACOS（30°+Ф）、PCB=UCBICCOS（30°-Ф）3、向量图：UABUCBUAICφIAUCUCA三、三相四线有功表：3、原理接线图：****AB电源C负荷N（直接接入式）9负荷****CTABCPT（带CT、PT接入式）总电量=电能表读数×倍率3、功率表达式：P=3IφUφCOSФPAO=UAOIACOSФ、PBO=UBOIBCOSФ、PCO=UCOICCOSФ3、向量图：UAOφIAICUCOIBUBO四、三相三线60°无功电能表：1、原理接线图：10负荷**CTABCPT（带CT、PT接入式）总电量=电能表读数×倍率4、功率表达式：Q=√3IфULSIMФQ1=UBCIACOS（60°-Ф）、Q2=UACICCOS（120°-Ф）3、向量图：UAC`UCBφ30°UACIAOUBC`ICOUBCUCOUBO三、三相四线三元件无功电能表：1、原理接线图：11负荷CTABCPT（带CT、PT接入式）总电量=电能表读数×倍率2、功率表达式：Q=3IφULSIMФQ1=UBCIACOS（90°-Ф）、Q2=UCAIBCOS（90°-Ф）、Q3=UABICCOS（90°-Ф）、3、向量图：UABUAOICφIAUCOUCAIBUBOUBC第四节：电子式电能表的工作原理与基本结构电子式电能表测量的有功电能是有功功率与时间的乘12积，与感应式电能表完全一样。即W=P×t=UICOSФ×t。1、基本结构：电压、电流变换器，乘法器、电压/频率转换器、分频器、计数器、工作电源等组成。由于科学技术的发展，目前单相电子式电能表均采用专用大规模集成电路。如：BL0931、ADE7755、ADE7755E等：电压信号乘法V/F变换计数电路驱动电路电流信号器单相电子表专用集成电路内部方框图2、全电子式电能表的工作原理及方框图：u电压变换器UOfo输入级乘法器电压/频率转换器(U/f)分频器、计数器i电流变换器送至微处理器处理工作原理：被测的高电压u、大电流I经电压变换器和电流变换转换后送至乘法器M，乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压UO，然后利用U/f转换器，UO被转换成相应的脉冲频率fo，即得到fo正比于平均功率，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。2、电子式电能表按其功能分为以下几类。（1）、电子式单相电能表。（2）、电子式三相有功电能表。（3）、电子式分时计费电能表。（4）电子式最大需量电能表。（5）电子式有功、13无功带脉冲的电能表。（6）、电子式多功能电能表。（7）、电子式断压、断流计量电量和时间的计量装置。（8）、IC卡电能表。3、安装式电能表检定项目：（1）、直观检查。（2）工频耐压试验。（3）潜动试验。（4）起动试验。（5）校核常数，（6）测定基本误差。4、对电能表误差影响的外界因素有：（1）环境温度的影响（温度↑，误差COSФ=1↑，COSФ=0.5↓，反之相反）；（2）电压的影响（电压↑，误差↓，反之相反）（3）自热影响（温度↑，误差COSФ=1↑，COSФ=0.5↓，反之相反）（4）波形畸变的影响（谐波含量↑，误差↓，反之相反）（5）频率影响（频率↑，误差COSФ=1↓，COSФ=0.5↑，反之相反）（6）倾斜影响（摩擦力↑，误差↓）。5、宽负载电能检定负载功率：（1）直接接入式：COSФ=1；0.1Ib、Ib、IMAX，COSФ=0.5（感性）；0.2Ib、Ib、（2）经互感器接入式：COSФ=1；0.1Ib、0.5Ib、IMAX，COSФ=0.5（感性）；0.2Ib、Ib。类别负载电流功率因素0.5级1级2级3级安装式有功0.1Ib-IMAXCOSФ=1±0.5±1.0±2.0---电能表0.2Ib-IMAXCOSФ=0.5感性±0.8±1.0±2.0---0.1IbSINФ=1.0感性-------±3.0±4.0安装式无功0.2Ib-IMAXSINФ=1.0感性-------±2.0±3.0电能表0.2IbSINФ=0.5感性------±4.0±5.00.5Ib-IMAXSINФ=0.5感性------±2.0±3.014第三章：互感器的基本原理及结构第一节：电流互感器的基本原理及结构1、基本结构：电流互感器是由一次绕组和二次绕组以及铁芯构成。变换交流电流的互感器称为电流互感器