三相四线电能表不接零线对计量的影响

电子质量2017年第03期(总第360期)作者简介：王思宇(1998-)，男，安徽省蚌埠市第二中学，学生；刘继红(1971-)，女，高级技师/工程师，国网蚌埠供电公司，从事计量工作。0前言三相四线电能表是安装在三相四线电路中用来计量三相有功电能的[1]。在现场安装三相四线电能表时需要将零线接入，但有时会因工作人员的疏忽或是异常情况造成零线断线，这种情况下三相四线电能表还能否准确计量负载所消耗的电能？1正确接线时计量情况的分析图1所示为三相四线电能表在计量有功电能时的标准接线方式，在感性负载时其对应相量图如图2所示。IA、IB、IC分别为通过元件1、元件2和元件3电流线圈的电流，UA、UB、UC分别为元件1、元件2和元件3电压线圈承受的电压，渍A、渍B、渍C分别为三相负载的功率因数角[1]。此时电能表三组元件所测得功率分别为：元件1：P1=UAIAcos渍A元件2：P2=UBIBcos渍B元件3：P3=UCICcos渍C当三相对称时可得出：UA=UB=UC=U渍IA=IB=IC=I渍A=渍B=渍C=渍则电能表所测得的总功率为三组元件分别测得的功率之和：P=P1+P2+P3=3U渍Icos渍=3姨UIcos渍(1)式(1)中：U渍———相电压；U———线电压；渍———功率因数角。公式(1)为三相四线电能表正确接线时的功率表达式。此时电能表所计量的电能是准确的。三相四线电能表不接零线对计量的影响TheInfluenceoftheMeteringforThree-phaseFour-wireWatt-hourMeternottoConnectingNeutralLine王思宇1,刘继红2（1.安徽省蚌埠市第二中学,安徽蚌埠233010;2.国网蚌埠供电公司,安徽蚌埠233010）WangSi-yu1,LiuJi-hong2(1.AnhuiBengbuNo.2HighSchool,AnhuiBengbu233010;2.StateGridBengbuPowerSupplyCompany,AnhuiBengbu233010）摘要：三相四线电能表是安装在三相四线电路中用来计量三相有功电能的。该文对三相四线电能表在有、无零线时所计量电能的情况进行分析和运算，得出结论：为了保证三相四线电能表能准确计量负载所消耗的电能，在安装时一定要将零线接入。关键词：三相四线；电能表；零线；计量；有功电能。中图分类号：TM933.4文献标识码：A文章编号：1003-0107(2017)03-0014-04Abstract:Three-phasefour-wireWatt-hourmeterisinstalledintheThree-phasefour-wirecircuitusedtomeasurethree-phaseactivepower.ThisarticleanalyzesandcalculatestheelectricenergyoftheThree-ph-asefour-wireWatt-hourmeterwhenthereisnoNeutralline,Cometoconclusion:InordertoensurethattheThree-phasefour-wireWatt-hourmetercanaccuratelymeasurethepowerconsumptionoftheload，intheinstallationmustbeconnectedtotheNeutralline.Keywords:Three-phasefour-wire;Watt-hourmeter;Neutralline;metering;ActivepowerCLCnumber:TM933.4Documentcode:AArticleID：1003-0107(2017)03-0014-0414图1三相四线电能表的标准接线图图2正确接线三相四线电能表感性负载时的相量图2电压线圈某一组开路时计量情况的分析我们通常把电能表正确接线时所测得的功率P与错误接线时所测得的功率P′之比称为更正系数K[1]，即：K=PP′(2)电能表正确接线时所计电量为A，错误接线时所计电量为A′，则：A=K×A′[1](3)则退补电量△A为正确接线时所计电量与错误接线时所计电量之差[1]，即：△A=A-A′(4)1)在电压线圈中性点不接零线的情况下，设B相电压线圈开路(开路的原因有电能表内部断线、人为等因素)，其接线图如图3所示，相量图如图4所示。此时A相电压线圈与C相电压线圈串联后接入UAC，因为A、C两相电压线圈阻抗相等，故两组线圈承受的电压绝对值相等，均为0.5UAC。B相电压线圈因断开未构成回路，故B相元件不工作。此时三相元件测得的功率分别为：元件1：P1=12UACIAcos(30°-渍A)元件2：P2=0元件3：P3=12UCAICcos(30°+渍C)当三相对称时：P′=P1+P2+P3=12UACIAcos(30°-渍A)+12UCAICcos(30°+渍C)=3姨2UIcos渍(5)式(5)中：U渍———相电压；U———线电压；渍———功率因数角。公式(5)为三相四线电能表在未接零线和B相电压线圈开路两种异常状态下的功率表达式。根据公式(1)和(2)，得出此时的更正系数：K1=PP′=3姨UIcos渍3姨2UIcos渍=2(6)图3三相四线电能表零线未接、B相电压线圈开路的接线图图4三相四线电能表零线未接、B相电压线圈开路的相量图2)如图5所示电压线圈中性点接零线，B相电压线圈开路，此时A、C两相元件都能正常工作，加在元件1上的电压为相电压UA，加在元件3上的电压为相电压UC。B相电压线圈因断开未构成回路，故B相元件不工作。其相量关系如图6所示。此时三相元件所测得的功率分别为：元件1：P1=UAIAcos渍A元件2：P2=0元件3：P3=UCICcos渍C15电子质量2017年第03期(总第360期)下转25页当三相对称时：P′=P1+P2+P3=2U渍Icos渍=23姨3UIcos渍(7)式(7)中：U渍———相电压；U———线电压；渍———功率因数角公式(7)为三相四线电能表在B相电压线圈开路异常状态下的功率表达式。根据公式(1)和(2)，得出此时的更正系数：K2=PP′=3姨UIcos渍23姨3UIcos渍=32(8)图5三相四线电能表B相电压线圈开路的接线图图6三相四线电能表B相电压线圈开路的相量图3)当A相或C相电压线圈开路(中性点接零线或不接零线)时的计量情况与上面分析的B相电压线圈开路(中性点接零线或不接零线)时相同。【例1】一只三相四线电能表，运行中发现其B相电压线断开，某段时间内抄见的错误电量A′为100kWh。求该表在中性点不接零线和接零线两种状态下负载实际所消耗的电量及应退补的电量？解：(1)中性点不接零线时：根据公式⑹可知此时更正系数K1=2根据公式(3)可得负载实际消耗的电能A1为：A1=K1A′=2×100=200(kWh)根据公式(4)可得应追补电量：△A1=A1-A′=200-100=100(kWh)(2)中性点接零线时：根据公式(7)可知此时的更正系数K2=32根据公式⑶可得负载实际所消耗的电能A2为：A2=K2A′=32×100=150(kWh)根据公式⑷可得应追补电量：△A2=A2-A′=150-100=50(kWh)得出：△A1≠△A2由此可见，三相四线电能表在电压线圈某一相开路的情况下，不接零线与接零线时所计的电量是不同的。如果我们遇到三相四线电能表在运行中有一相电压线圈开路，在没有考虑零线是否接入的情况下，想当然的用更正系数K2=32来进行追补电量的计算，若电能表未接零线，则会造成计算错误，在进行电量追补时就会少补电量。3电压线圈某两相开路时计量情况的分析当三相四线电能表某两相电压线圈开路时，若接零线，则该表只测得了三相负载中的一相功率，其更正系数K3=3。若不接零线，则电压线圈不构成回路，电能表不计量电量，即错误电量A′=0。因为正确电量A=K×A′，因此也就无法通过电能表抄见的错误电量来计算负载实际消耗的电量，无法进行电量的退补。【例2】一只三相四线电能表，运行中发现B、C两相电压线断开，某段时间内抄见的错误电量A′为100kWh。求负载实际所消耗的电量及应退补的电量？解：因为有抄见电量100kWh，通过该例上面的分析可判断电能表接入了零线。因此，可采用更正系数K3=3。根据公式(3)可得负载实际消耗的电量为：A3=K3A′=3×100=300(kWh)根据公式⑷可得应追补电量：△A3=A3-A′=300-100=200(kWh)。4电压线圈某一相短路时计量情况的分析设一只三相四线电能表未接零线，B相电压线圈由于线圈击穿或电压引线相碰等原因造成了短路，图7和图8所示为该种方式下的接线图和相量图。因电压线圈短路后其阻抗可以忽略不计，所以加在B相电压线圈上的电压为0。通过接线图和相量图分析得出A相电压线圈承受的电压为UAB,C相电压线圈承受的电压为UCB。A、C两相电压线圈承受的电压都升高了3姨倍，由相电压变为了线电压，相位也随16上接16页之发生了改变。此时三相元件测得的功率分别为：元件1：P1=UABIAcos(30°+渍A)元件2：P2=0元件3：P3=UCBICcos(30°-渍C)当三相对称时：P′=P1+P2+P3=UABIAcos(30°+渍A)+UCBICcos(30°-渍C)=3姨UIcos渍⑼式(9)中：U———线电压；渍———功率因数角。根据公式(1)和(9)可得：P′=P。即三相四线电能表在未接零线、B相电压线圈短路的两种异常状态下所计的电量和正确接线时所计的电量是相同的，但因工作的两组电压线圈承受的电压都升高了3姨倍，故长期运行可将电压线圈烧坏。图7三相四线电能表零线未接、B相电压线圈短路的接线图如果中性点接零线，那么当某一相短路时，则其电源熔丝会熔断或开关跳闸，此异常状态可以被及时发现并得到处理，从而避免电能表的电压线圈烧坏和造成计量误差。图8三相四线电能表零线未接、B相电压线圈短路的相量图当A相或C相电压线圈短路时的计量情况与B相短路时相同。5结语综上所述，为了正确计量三相四线制电路的有功电能，在安装三相四线电能表时，一定要将零线接入。参考文献：[1]陈向群.电能计量技能考核培训教材[M].北京:中国电力出版社,2003.参考文献：[1]张克旺,王同军,闵洁.基于单神经元PID控制的交流电机调速系统[J].计算机光盘软件与应用,2010,(14):139-139.[2]梁晏萱,苏成.双托盘喷淋塔在石灰石-石膏湿法脱硫装置改造中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2015,20(5):38-42.[3]吴安.工业锅炉烟气湿法脱硫实用技术设计[M].北京:机械工业出版社,2014.[4]王楠.电厂烟气脱硫脱硝控制系统的研究与应用[D].西安:西安建筑科技大学,2015.[5]鲁俊,胡建.湿法烟气脱硫中pH值模糊PID控制[J].新乡学院学报(自然科学版),2013,30(5):364-367,372.[6]赵智林,唐良宝.基于Smith预估模糊PID复合控制器的研究[J].世界科技研究与发展,2009,31(5):873-876.25