电能表

电能表
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测量电能的仪表
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发展
随着我国经济的飞速发展，各行各业对电的需求越来越大，不同时间用电量不均衡的现象也日益严重。为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，调节负荷曲线，改善用电量不均衡的现象，全面实行峰、平、谷分时电价制度，“削峰填谷”，提高全国的用电效率，合理利用电力资源，国内部分省市的电力部门已开始逐步推出了多费率电能表，对用户的用电量分时计费。
1995年4月，由国家计委、国家经贸委和电力工业部联合在上海召开的全国计划用电工作会议上决定，用3～4年时间，在全国各大电网内，有计划、分步骤全面推行峰谷分时电价制度。总目标是各网转移高峰电力10～15%，全国实现转移高峰电力 1000～2000万千瓦，推行的范围不仅是工业、商业用户，而且对非工业、农业用电也要逐步实行。在有条件的地区，即已经实行一户一表的居民用电区，也将有计划的开发低谷用电，实行峰谷电价，以提高电能利用率，提高居民的用电质量。对电力用户采用不同时段和不同计费标准。鼓励低谷时段的电力消费。
1980年，河南地区首先提出了按峰、谷时间分段计量电能，以经济手段促进合理、均衡、科学用电的建议，继而开始进行了试点，通过实践，初步摸索了一些有参考价值的经验。随后，山西省利用简易设备先后在一部分用电单位进行了联合试点。
1982～1985年，全国许多省市和地区也相继实行了电能分时计量及与此相适应的新的收费制度，并取得了非常大的成效。一些大的电网局也把它作为技术改进的重要内容和开展科学用电的重要措施之一。至此，我国己跨进了用多种电价作为辅助管理手段和控制用电负荷的国家行列。
早期主产的第一代石英钟控分时电能表。这种电能表通过导线连接石英钟各种不同时段来分别驱动峰、谷电磁计数器，分别显示出峰、谷电量及总电量，按总电量扣除峰、谷电量即为平常时段电量。由于这种分时计费电能表的可靠性较差。计时分段精度太低（最小分割为5min），易受干扰，时段调整也比较麻烦，使用功能单一，不能适应分时计费中的一些特殊要求，目前已基本淘汰停用。
第二代机电一体化结构的分时电能表。这种电能表采用1.0级感应系电能表机芯为基础，采用红外光电变换器，脉冲输出和中央处理器（CPU），单片机电路，使用附带的键盘编程或者红外无线键盘来进行各种需求量、时钟、时段、双休日的设定，可保护本月最大需求量、上月最大需求量和本月峰、平、谷最大需求量显示及存储。带有脉冲输出及RS-232串行通信口，便于数据远程传送与监控。仪表性能比较精密可靠，功能可满足我国现阶段分时计费需求，生产工艺比较成熟，价格具有竞争力，是目前国内应用最为广泛的一代产品。但是美中不足的是各生产厂家均为自行开发专用单片机，存在产品兼容性差，维修困难的缺点。这一系列产品常见的有DF68、DF93、DTF33、DF86、DSF20、DIF2、DF32、DTF864、MRZ、DSD66等。 
常用电能表的分类
（1）电能表按其使用的电路可分为直流电能表和交流电能表。交流电能表按其相线又可分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。
（2）电能表按其工作原理可分为电气机械式电能表和电子式电能表（又称静止式电能表、固态式电能表）。电气机械式电能表用于交流电路作为普通的电能测量仪表，其中最常用的是感应型电能表。电子式电能表可分为全电子式电能表和机电式电能表。
（3）电能表按其结构可分为整体式电能表和分体式电能表。
（4）电能表按其用途可分为有功电能表、无功电能表、最大需量表、标准电能表、复费率分时电能表、预付费电能表、损耗电能表和多功能电能表等。
（5）电能表按其准确度等级可分为普通安装式电能表（0.2、0.5、1.0、2.0、3.0级）和携带式精密级电能表（0.01、0.02、0.05、0.1、0.2级）。 
电能表的型号及铭牌标志符号的含义
1．型号及其含义
电能表型号是用字母和数字的排列来表示的，内容包括类别代号+组别代号+设计序号+派生号。
（1）类别代号。D—电能表。
（2）组别代号。
1）表示相线：D—单相；T—三相四线有功；S—三相三线有功；X—三相无功。
2）表示用途：B—标准；D—多功能；M—脉冲；S—全电子式；Z—最大需量；Y—预付费；F—复费率。
（3）设计序号。用阿拉伯数字表示。
（4）派生号。T—湿热、干燥两用；TH—湿热带用；TA—干热带用；G—高原用；H—船用；F—化工防腐用。
例如：
DD表示单相电能表，如DD862型、DD701型、DD95型。
DS表示三相三线有功电能表，如DS8、DS310、DS864型等。
DT表示三相四线有功电能表，如DT862型、DT864型。
DX表示无功电能表，如DX8、DX9、DX310、DX862型。
DZ表示最大需量表，如DZl型。
DB表示标准电能表，如DB2型、DB3型。
2．铭牌
铭牌上应包含以下内容：
（1）商标。
（2）计量许可标志（CMC）。
（3）计量单位名称或符号，如：有功电能表为“千瓦·时”或“kWh”；无功电能表为“千乏·时”或“kvarh”。
字轮式计度器的窗口，整数位和小数位用不同的颜色区分，中间有小数点；若无小数点位，窗口各字轮均有倍乘系数，如×100、×10、×1等。对于液晶显示屏的整数位和小数位，中间有小数点。
（4）电能表的名称及型号。
（5）基本电流和额定最大电流。基本电流（标定电流）是确定电能表有关特性的电流值，是电能表的基本工作电流，以Ib表示；额定最大电流是仪表能满足其制造标准规定的准确度的最大电流值。以Imax表示。如1.5（6）A即电能表的基本电流值为1.5A，额定最大电流为6A。如果额定最大电流小于基本电流的150%时，则只标明基本电流。对于三相电能表应在前面乘以相数，如3×5（20）A。
（6）参比电压。参比电压是确定电能表有关特性的电压值，是电能表的工作电压，以Un表示。参比电压对于三相三线电能表以相数乘以线电压表示，如3×100V：对于三相四线电能表则以相数乘以相电压/线电压表示，如3×220/380V；对于单相电能表则以相电压表示，如220V。
（7）参比频率。参比频率是确定电能表有关特性的频率值，即工频，以赫兹（Hz）作为单位。
（8）电能表常数。电能表常数是电能表记录的电能和相应的转数或脉冲数之间关系的常数，有功电能表以r（imp）/kwh或kwh/r（imp）形式表示，无功电能表以r（imp）/kvarh或kvarh/r（imp）形式表示。两种常数互为倒数关系。
（9）准确度等级。以记入圆圈中的等级数字表示，如面．匀、@．习，无标志时，电能表视为2级。
（10）相数、线数的符号。
（11）耐受环境条件的能力级别，分P、S、A、B共4组。
（12）制造标准。 
电能表的工作原理
当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。 
常用电能表简介
机械电能表
机械电能表（也叫感应式电能表）的种类、型号尽管很多，但它们的结构基本相似，都是由测量机构、补偿调整装置和辅助部件（外壳、机架、端钮盒、铭牌）组成。以下是几种常用机械电能表。
（1）长寿命电能表。正常使用的机械式电能表的寿命主要取决其下轴承的磨损程度。那么从投入使用到由于下轴承磨损使电能表的基本误差超差，其间所持续的时间就是电能表的寿命。电能表的下轴承对电能表的使用寿命有很大影响。
现代电能表的轴承结构主要有：钢珠宝石轴承、石墨轴承和磁力轴承等。宝石轴承它可分为单宝石轴承和双宝石轴承。双宝石轴承的摩擦力较小，耐磨性能更好。磁力轴承主要靠同极性磁铁之间的排斥力将转动元件悬浮于空间。磁力轴承由于减少了机械磨损，延长了电能表的使用寿命。目前逐步推广应用的长寿命电能表，大多是在轴承上采用了磁力结构。
普通机械电能表采用单宝石轴承，使用寿命一般是5年。长寿命电能表的轴承由于采用了或磁力轴承或石墨轴承或双宝石轴承等新材料、新技术，使其寿命可延长至10年左右。
（2）宽量程电能表。近年来，由于居民生活水平的提高，装设的家用电器日益增多，容量很大，但同时使用的可能性较小。如果选用旧式的单量程电能表，额定电流选择偏大，在实际负荷很小时，运行电流可能低于电能表额定电流的10%而使计量不准；反之若电能表额定电流选择偏小，一旦家用电器同时使用，电能表就可能因过负载而烧毁。而宽量程电能表就能克服以上问题，只要所使用家用电器的电流总和在电能表的额定电流范围之内，都可以安全准确的计量。因此农网和城网改造中居民安装的电能表一般为长寿命、宽量程电能表。宽量程电能表又叫高过载倍数电能表，其过载能力可达2～4倍。即这种电能表的额定电流并非一个固定值，而是一个弹性范围。如单相表铭牌标有：2.0级，220V，10（40）A，则说明该表过载能力为4倍；电能表的额定电流在10～40A以内时，准确性仍能满足2.0级的要求。而2.0级，220V，10A的普通电能表，其过载能力一般只有1.5～2倍。 
电子式电能表
具有单一电能计量功能的机械电能表难以同时胜任分时计量、负荷控制、参数预置、测量数据的采集、存储及实时传输等多种功能，因此全电子式新型计量器具应运而生。
多功能电能表。无论什么电能表，要完成电能的计量至少要具备两项功能，一是产生与实际功率相符的功率信号；二是将该功率信号进行累加从而获得电能数值。
电子式电能表也不例外。它首先对实际线路的电压、电流进行采样，并通过UI乘法器产生功率信号；其次利用U/f（压/频）转换器将功率信号变为具有一定频率的脉冲信号，并由计数器将脉冲信号累计而得电能量。多功能电能表的结构，如图1所示。
图1中计量芯片W是高度集成的专用三相计量芯片，它完成功率信号P（即UI乘积）的产生；P—f的频率转换。而脉冲累计、分时计量、缺相处理、液晶显示、RS485通信等功能则由微处理器CPU控制完成。
多功能电能表一般具有以下几种功能：
1）计量及存储功能。能计量多种时段的单、双向有功、无功电能；能完成当前功率、需量、功率因数等参数的测量和显示。能至少储存上一个抄表周期的数据。
2）监视功能。能监视客户功率及最大需量，并通过分析客户电力负荷曲线防止其窃电行为。
3）控制功能。能对客户实行时段控制和负荷控制。前者用于多费率分时计费；后者是指通过通信接口接收远方控制指令或通过表计内部的编程（考虑时段和负荷定额）控制负荷。带IC卡接口的电子式电能表不仅能完成预付费功能，还具有所购电能将用尽时的报警延时、拉闸停电的控制功能。
4）管理功能。电子式电能表通过通信接口，与电力系统的通信网络或抄表系统连接起来，实现与外界的远程数据交换。电力网络中具有权限的客户服务器利用电能表的地址编码（一般为12位十进制数字），可准确无误地对其完成时段、时段费率、时段功率限额、剩余电量报警限额、代表日、冻结日、需量的方式、时间和滑差等的设置；调用、查看客户的实时功率；抄读其相关用电量，并将电能计量信息按需要传送给相应的部门，供系统调度、电能控制、电能交换和营业计费等使用。 
新型电能表简介
在科技迅猛发展的今天，新型电能表已快步进入千家万户。下面介绍具有较高科技含量的静止式电能表和电卡预付费电能表。
静止式电能表
静止式电能表是借助于电子电能计量的先进机理，继承传统感应式电能表的优点，采用全屏蔽、全密封的结构，具有良好的抗电磁干扰性能，集节电、可靠、轻巧、高准确度、高过载、防窃电等为一体的新型电能表。
静止式电能表由分流器取得电流采样信号，分压器取得电压采样信号，经乘法器得到电压、电流的乘积信号，再经频率变换产生一个频率与电压、电流乘积成正比的计数脉冲，通过分频驱动步进电动机，使计度器计量。
静止式电能表按电压分为单相电子式、三相电子式和三相四线电子式等，按用途又分为单一式和多功能（有功、无功和复合型）等。
静止式电能表的安装使用要求，与一般机械式电能表大致相同，但接线宜粗，避免因接触不良而发热烧毁。
电卡预付费电能表
电卡预付费电能表即为机电一体化预付费电能表，又称IC卡表或磁卡表，如图2所示。它不仅具有电子式电能表的各种优点，而且电能计量采用先进的微电子技术进行数据采集、处理和保存，实现先付费后用电的管理功能。
电卡预付费电能表通过电阻分压网络和分流元件分别对电压信号和电流信号采样，送到电能计量芯片，在计量芯片内部经过差分放大、A—D转换和乘法器电路进行乘法运算，完成被计量电能的瞬时功率测量再通过滤波和数字、频率转换器，输出与被计量电能平均功率成比例的频率脉冲信号，其中高频脉冲输出可供校验使用，低频脉冲输出给计度器显示电量及CPU进行通信抄收等数数据处理。
电卡预付费电能表也有单相和三相之分。 
智能电表的工作特点
智能电表采用了电子集成电路的设计，因此与感应式电表相比，智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。
1）功耗。由于智能电表采用电子元件设计方式，因此一般每块表的功耗仅有0.6～0.7W左右，对于多用户集中式的智能电表，其平均到每户的功率则更小。而一般每只感应式电表的功耗为1.7W左右。
2）准确度。就表的误差范围而言，2.0级电子式电能表在5%～400%标定电流范围内测量的误差为±2%，而且目前普遍应用的都是准确等级为1.0级，误差更小。感应式电表的误差范围则为0.86%～5.7%，而且由于机械磨损这种无法克服的缺陷，导致感应式电能表越走越慢，最终误差越来越大。国家电网曾对感应式电表进行抽查，结果发现50%以上的感应式电表在用了5年以后，其误差就超过了允许的范围。
3）过载、工频范围。智能电表的过载倍数一般能达到6～8倍，有较宽的量程。目前8～10倍率的表正成为越来越多用户的选择，有的甚至可以达到20倍率的宽量程。工作频率也较宽，范围为40～1000Hz。而感应式电表的过载倍数一般仅为4倍，且工作频率范围仅为45～55Hz。
4）功能。智能电表由于采用了电子技术，可以通过相关的通信协议与计算机进行联网，通过编程软件实现对硬件的控制管理。因此智能电表不仅有体积小的特点，还具有远程控制、复费率、识别恶性负载、反窃电、预付费用电等功能，而且可以通过对控制软件中不同参数的修改，来满足对控制功能的不同要求，而这些功能对于传统的感应式电表来说都是很难或不可能实现的。