能源計量器具及其使用 電能計量器具

任務(wù)3-6電能計量器具2主要內(nèi)容一、電能計量概述二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

三、電能計量方式目錄

電能計量是電力生產(chǎn)、營銷以及電網(wǎng)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(shù)水平和管理水平不僅事關(guān)電力工業(yè)的發(fā)展和電力企業(yè)的形象，而且影響貿(mào)易結(jié)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(quán)益。

一、電能計量概述1.1電能計量裝置的一般概況●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；

●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(jīng)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(shù)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。

1.1電能計量裝置的一般概況一、電能計量概述為制定生產(chǎn)計劃、搞好經(jīng)濟核算、合理計收電費提供依據(jù)。發(fā)供用電力系統(tǒng)裝設(shè)電能計量裝置測量發(fā)電量

廠電量

供電量及售電量等1.1電能計量裝置的一般概況一、電能計量概述

1987年7月1日國務(wù)院為實施我國計量法，已將用于貿(mào)易結(jié)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(jīng)貿(mào)委發(fā)布實施了DL/T448-2000《電能計量裝置技術(shù)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。

1.1電能計量裝置的一般概況一、電能計量概述

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(jié)構(gòu)原理來分，有感應(yīng)式、電子式和感應(yīng)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(jīng)互感器接入式和經(jīng)萬用互感器接入式三種；

1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述

(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(fù)費率電能表及多功能電能表等)；

(6)電能表按等級指數(shù)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(zhì)量的提高，近年又增加了0.5S級和0.2S級。1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述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(shè)計序號

D——電能表D——單相阿拉伯數(shù)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(fù)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(yù)付費

1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述

三相電能表尚應(yīng)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(yīng)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。1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述(4)電能表等級值。以記入圓圈中的等級數(shù)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(shù)。

(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(shù)字為標定電流，括號內(nèi)的數(shù)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。

1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述(8)電能表常數(shù)。表示電能表每kW·h(或kvar·h)的盤轉(zhuǎn)數(shù)r(或rev)或每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)為1.2W·h，那么lkW·h即為＝833.3r。1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述

(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(yīng)在銘牌上予以標明，如裝有止逆器，可標出“止逆”兩字或相應(yīng)的符號。

(11)使用專用互感器的電能表，應(yīng)在電壓、電流規(guī)格中予以標明，如3×110000／100V、3×200／5A等。1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述互感器的分類

電壓互感器

電壓互感器按工作原理可分為電磁感應(yīng)型、電容分壓型；電壓互感器按裝置場所可分為戶內(nèi)裝置型、戶外裝置型；電壓互感器按繞組結(jié)構(gòu)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。1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述

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(yīng)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。

1.2電能計量裝置的分類及銘牌標志一、電能計量概述

目前，常用的單相電能表，都是感應(yīng)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(jié)構(gòu)是相似的，都由測量機構(gòu)(驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)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。1、電能計量概述2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

測量機構(gòu)

測量機構(gòu)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(qū)動元件

2．轉(zhuǎn)動元件

3．軸承

4．制動元件

5．計度器2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

驅(qū)動元件

驅(qū)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(zhuǎn)變?yōu)榇┻^轉(zhuǎn)盤的交變磁通，與其在轉(zhuǎn)盤中感應(yīng)的電流相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理電壓元件由: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(shè)了補償力矩調(diào)整裝置。2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理電流元件: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。

2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

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(jīng)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(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速保持與電流成正比。

2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理轉(zhuǎn)動元件:

它由轉(zhuǎn)盤5和轉(zhuǎn)軸6組成能在驅(qū)動元件所建立的交變磁場作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)盤的導(dǎo)電率要大，重量要輕，且要保證一定的機械強度，所以轉(zhuǎn)盤用純鋁板制成。轉(zhuǎn)軸用鋁合金或銅合金棒材制成。轉(zhuǎn)軸上端裝有蝸桿11和上軸承9，蝸桿11與蝸輪10嚙合，把轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)傳遞給計度器累積成kW·h數(shù)。2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理軸承：

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(zhuǎn)軸下端，支撐轉(zhuǎn)動元件的全部重量，減小轉(zhuǎn)動時的摩撼其質(zhì)量好壞對電能表準確度和使用壽命有很大影響。2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理制動元件

由制動元件7由永久磁鐵及其調(diào)整裝置組成永久磁鐵產(chǎn)生的磁通被轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)盤切割時在轉(zhuǎn)盤中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用形成制動力矩，使轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動速度和被測功率成正比變化。2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

計度器

計度器又稱積算機構(gòu)，用來累計轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，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。

2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理輔助部件

1．基架基架用來支撐和固定測量機構(gòu)，它的不大的形變都將會對電能表的技術(shù)特性有一定的影響，故基架應(yīng)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(zhì)端鈕表面要有良好的鍍層，整個端鈕盒應(yīng)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。

2.1電能表的結(jié)構(gòu)二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理由電工原理得知，載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受到的電磁力F與載流導(dǎo)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(shù)。

回磁極

轉(zhuǎn)盤

電流鐵芯

電壓鐵芯電流線圈

電壓線圈

單相電能表工作原理二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)式三相電能表的結(jié)構(gòu)

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(qū)動元件，它們形成的電磁力作用于同一個轉(zhuǎn)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(nèi)。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(qū)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。二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

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(zhuǎn)換器和計度器構(gòu)成，輔助部件與感應(yīng)式電能表相同。電子式電能表關(guān)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(shù)字乘法器，模擬乘法器主要有時分割乘法器和霍爾乘法器，目前采用較多的是時分割乘法器電子式電能表的顯示部分一般有兩種，①是將脈沖累計值轉(zhuǎn)換為用液晶顯示的電能量數(shù)值：②是用脈沖信號去驅(qū)動附有步進電機的計度器，直接顯示電能量數(shù)值。二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理多功能電能表電子式多功能電能表根據(jù)需要可實現(xiàn)有功正、反向計量及其分時計量，無功四象限(無功正向感性、容性，無功反向感性、容性)計量及其分時計量，有功正反向、無功四象限多費率最大需量計量，以及電量定時凍結(jié)、自動顯示、存儲和傳輸數(shù)據(jù)等功能。二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理預(yù)付費電能表所謂預(yù)付費電能表，就是由電能計量單元和數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成的一種先付費后用電的電能表。二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理寬量程電能表

近年來由于居民生活水平的提高，家用電器日益增多，容量很大，但可能不同時使用。如果選用舊式的單量程電能表，額定電流選擇偏大，在使用的家用電器很少時，實際運行電流可能低于電能表額定電流的10％而使計量不準；反之，若選用電能表額定電流偏小，一旦家用電器使用得很多時，電能表就可能因過負荷而燒毀。而寬量程電能表能克服以上問題，只要所使用家用電器的電流總和在電能表的額定電流范圍之內(nèi)，都可以完全準確的計量。因此，農(nóng)網(wǎng)和城網(wǎng)改造中居民安裝的電能表一般為寬量程電能表。二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

寬量程電能表其過負荷能力可達2-4倍，這種電能表的額定電流并非一個固定值，而是一個彈性范圍。如單相表銘牌標有：2.0級，220V，10(40)A，則該表過負荷能力為4倍；電能表的額定電流在lO～40A以內(nèi)時，準確度仍能滿足2.0級的要求。而2.0級，220V，10A的普通電能表，其過負荷能力一般只有15-2倍。

由電能表的負荷特性曲線可知，電能表的電流在過負荷范圍時，表的基本誤差一般為負值且超差，就是說如果電能表長期處于此段工作，會少計電量。

二、電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

電能計量包括單相、三相三線、三相四線電路中有功及無功電能的測量。測量電路中的電能表按接入線路的方式可分為直接接入式、經(jīng)互感器接入式和經(jīng)萬用互感器接入式三種