电能计量1-3章.ppt

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1、第五篇第五篇 电能计量电能计量第一章第一章 概概 述述第一节第一节 电能计量装置的一般概况电能计量装置的一般概况 电能计量是电力生产、营销以及电网安全运行的重要环节，发、输、配电和销售、使用电能都离不开电能计量。电能计量的技术水平和管理水平不仅事关电力工业的发展和电力企业的形象，而且影响贸易结算的准确、公正，涉及国家、电力企业和广大电力客户的合法权益。对于单相低压供电(一般为居民用电)或三相低压供电电流小于50A的线路，电能表可直接接到线路上进行电能计量；对于低压供电电流大于50A或 高压供电的线路，电能表则需要经电压互感器和电流互感器，使高电压，大电流按一定比例变换为安全可靠的低压、小电流，

2、并通过电缆与电流表连接起来，方能进行电能的计量。此时，电能表示数须乘以互感器的变比，才是电路中的实际消耗电能。因此，我们将电能表及与其相连接互感器，以及互感器到电能表的二次回路接线统称为电能计量装置。在电力系统发、供、用电的各个环节中，装设 电能计量装置是用来测量发电量、厂电量、供电量及售电量等。它为制定生产计划、搞好经济核算、合理计收电费提供依据。在工农业生产用电中，是加强经营管理，有效节约能源，考核产品电耗，制定电耗定额提高经济效益所必备的计量器具。1987年7月1日国务院为实施我国计量法，已将用于贸易结算的电能表和测量互感列入强制检定的工作计量器具目录中，实行定点定期强制检定。2001年

3、1月1日国家经贸委发布实施了DL/T448-2000电能 计量装置技术管理规程，对能源部1991年发布的DL448-1991电能计量装置管理规程进行了修订。多年来，在电力部门内部已形成一个较完整的电能计量检定和管理机构，加之全国范围内出现了许多专门生产电能表及互感器的制造厂，并不断提高质量、开发新产品、促进电能计量工作得到进一步发展。第二节第二节 电能计量装置的分类及铭牌标志电能计量装置的分类及铭牌标志 一、电能表的分类一、电能表的分类 我国目前电能表的分类情况大致如下：(1)电能表按照结构原理来分，有感应式、电子式和感应电子式三种；(2)电能表按所测的电源来分，有直流式和交流式两种；(3)电

4、能表按所测的电能来分，有有功和无功两种；(4)电能表按接入线路的方式来分，有直接接入式、经互感器接入式和经万用互感器接入式三种；(5)电能表按用途来分，有单相、三相和特殊用途电能表(包括标准电能表、最大需量电能表、脉冲电能表、复费率电能表及多功能电能表等)；(6)电能表按等级指数来分，有3级、2级、1级、0.5级等不同等级的电能表，随着电子式电能表制造工艺及电子组件质量的提高，近年又增加了0.5S级和0.2S级。每只电能表在铭牌上都应具有下列内容：(1)名称及型号。应写成“单相电能表”，“有功电能表”，“无功电能表”。前面的省略号为该电能表的型号。我国电能表型号的表示方式如下：D电能表 D单相

5、 阿拉伯数字 S三相三线 862、864、95、98 T三相四线 表示用途：X无功 B标准 Z最大需量 J直流 L长寿命 F复费率 A安培小时计 D多功能 H总耗 M脉冲 S全电子式 Y预付费第一部分 第二部分 第三部分 类别代号 组别代号 设计序号 例：1)DD单相电能表，如DD862、DD28型等；2)DS三相三线有功电能表，如DS864、DS8型等；3)DT三相四线有功电能表，如DT862型等；4)DX无功电能表，如DX862型等。(2)制造厂名称或商标。(3)电能表的相数和线数。可用国际统一规定的图形符号来表示(我国等同采用)。(a)(b)(c)图5-1-1 电能表图形符号(a)单相二

6、线电能表；(b)三相三线(二元件)电能表；()三相四线(三元件)电能表 如图5-1-1所示。图中以一直线表示一电压线圈，小圆圈表示电流线圈。二线圈有公共点时，表示元件电流线圈的点(小圆圈)位于表示同一元件的电压线圈的一端；如两个或三个电压线圈有一个公共端，此时以相交于一点的直线表示，二线之间的角度表示电压之间的相位差。线数表示电能表元件数。三相电能表尚应在其电压、电流规格前分别加标3。对于三相三线电能表只需标出线电压，如3100V、3380V等。对三相四线三元件电能表则 应标出相电压与线电压；如357.7100V、3220380V等。电流规格则均标为35A、31.5(6)A等。(4)电能表等级

7、值。以记入圆圈中的等级数字来表示，或以“CL”来表示，其中CL表示级，处填写电能表的等级数。(5)系列号和制造年份。(6)标定电流和额定最大电流，如10(40)A、31.5(6)A，括号外的数字为标定电流，括号内的 数字为额定最大电流。(7)参比电压(原称为额定电压)。单相表只标明相电压，如220V，三相表表示方法见(3)。(8)电能表常数。表示电能表每kWh(或kVarh)的盘转数r(或rev)或每转为多少kWh(或Wh)，常用C来表示。例(a)1500rkWh，即该表每kWh为1500r或1500r为1kWh；(b)C1.2，即该表每一转为1.2Wh，那么lkWh即为833.3r。(9)参

8、比频率。标明该表使用的频率，如50Hz。(10)如电能表是特殊形式，应在铭牌上予以标明，如装有止逆器，可标出“止逆”两字或相应的符号。(11)使用专用互感器的电能表，应在电压、电流规格中予以标明，如3110000100 V、32005A等。二、互感器的分类二、互感器的分类 1电压互感器 电压互感器按工作原理可分为电磁感应型、电容分压型；电压互感器按装置场所可分为户内装置型、户外装置型；电压互感器按绕组结构可分为双线圈型、三线圈型等。当然还可以有其它分类，一般可由铭牌了解其类型。铭牌上型号含义见表5-1-1。表5-1-1 电压互感器铭牌型号含义字母排列顺序 型 号 含 义 1J电压互感器2D单相

9、S三相C串级式 3J油浸式Z浇注式G干式C瓷绝缘R电容式 4B三相带补偿线圈J接地保护W五柱铁芯 例:1)JDG单相干式电压互感器；2)JDZJ单相浇注式接地型电压互感器；3)JSB三相油浸式带补偿线圈电压互感器；4)JSW三相三线圈五铁芯柱油浸式电压互感器；5)JDC串级式瓷箱绝缘电压互感器。2电流互感器 电流互感器按其用途可分为测量用电流互感器和试验室用电流互感器等；电流互感器按其工作原理可分为电磁感应型、光电型等。与电压互感器相同，一般也可由铭牌了解其类型。铭牌上型号含义见表5-1-2。表5-1-2 电流互感器铭牌型号含义字母排列次序 型 号 含 义 1 L电流互感器 2 D单匝式 M母

10、线式 R装入式 Q支柱式 F多匝式 Q线圈式 A穿墙式3 C瓷绝缘的 K塑料外壳式 Z饶注式 G干式 W户外式 4 B有保护级 D差动保护用 例：LFC-10型即为10kV多匝式瓷绝缘电流互感器第二章第二章 电能表的结构和工作原理电能表的结构和工作原理 第一节单相电能表的结构第一节单相电能表的结构 目前，常用的单相电能表，都是感应式三磁通型积算式仪表。尽管单相电能表的型号不同，但其基本结构是相似的，都由测量机构(驱动元件、转动元件、制动元件、上轴承、下轴承、计度器)和辅助部件(基架、底座、外壳、端钮盒和铭牌)组成。一、测量机构一、测量机构 测量机构是电能表实现电能测量的核心部分，图5-2-1是

11、单相电能表的测量机构简图，它由下述部件组成：1驱动元件 驱动元件包括电压元件和电流元件，它的作用是将交变的电压和电流转变为穿过转盘的交变磁通，与其在转盘中感应的电流相互作用，产生驱动力矩，使转盘转动。(1)电压元件。电压元件由电压铁芯1、电压线圈2和回磁极12组成(图5-2-1)。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，所以称为并联电路或电压线路。不管有无负载电流，电压线圈总是保持带电的，要消耗功率。为了使其消耗的功率不超过一定的限度(一般不应超过1.53W)，绕制电压线圈时，在保证所需安匝数(一般在100200安匝)的条件下，选取较多的匝数(2550匝V)。近年来为改善

12、负载特性，在减少电流元件安匝数又不降 低转矩的情况下，适当增加电压元件的安匝数(即取较少的每伏匝数)，如DD862型即为5700匝(额定电压220V)。由于电压线圈的匝数较多，故采用线径较细的漆包线(直径为0.080.16mm)。电压铁芯用O.35O.5mm厚的硅钢片叠成，具有较高的导磁率，使电压元件在不大的激磁安匝下就能得到所需的电压磁通。匝数较多的电压线圈和电压铁芯，能形成较大的阻抗，限制了并联回路中的电流和功率消耗。回磁极12用1.52mm厚的钢板冲压而成，用作 电压工作磁通的回路，以便使电压工作磁通与外加电压相差90左右，有的还在上面装设了补偿力矩调整装置。(2)电流元件。电流元件由电

13、流铁芯3、电流线圈4和过载补偿装置(图5-2-1中未画出)组成。绕在电流铁芯上的电流线圈由于接在被测电流所流过的线路中与负载串联，所以又称为串联电路或线路。电流铁芯用0.35mm厚的“”圈的安匝数一般在60150范围内，例如标定电流为5A的表，电流线 圈匝数为1230匝。为了减少自制动力矩引起的误差，改善负载特性，则电流线圈应选择较少线圈匝数。电流线圈通常分成匝数相等的两部分，分别绕在U形铁芯的两柱上，其绕制方向应使电流磁通在铁芯内部的方向相同。选择线圈线径一般按电流密度为35Amm2考虑。我国国家标准有功电度表、无功电度表规定，电能表单个电流线路在通入标定电流时，所消耗的视在功率为2.56.

14、OVA(根据准确度等级确定其上限)。图5-2-1单相电能表的测量结构1-电压铁芯；2-电压线圈；3-电流铁芯；4-电流线圈；5-转盘；6-转轴；7-制动元件；8-下轴承；9-上轴承；1O-蜗轮；11-蜗杆；12-回磁极 为了提高电能表的过载能力，在某些电能表上还加装过载补偿装置，一般是用截面较小的硅钢片制成。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与穿过圆盘的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。电能表的驱动元件，从其布置形式来看，有辐射式和切线式两种。2转动元件 它由转盘5

15、和转轴6组成(图5-2-1)，能在驱动元件所建立的交变磁场作用下连续转动。转盘的导电率要大，重量要轻，且要保证一定的机械强度，所以转盘用纯铝板制成。转盘直径通常为801OOmm，厚度为0.51.2mm。有些转盘上还印有计算转数的标记。转轴用铝合金或铜合金棒材制成。转轴上端装有蜗杆11和上轴承9，蜗杆11与蜗轮10啮合，把转盘 的转数传递给计度器累积成kWh数。此外，转轴上还装有用钢丝绕制的防潜钩(图中未画)。3轴承 电能表的轴承是主要元件，分为上轴承和下轴承。下轴承8位于转轴6下端，支撑转动元件的全部重量，减小转动时的摩撼其质量好坏对电能表准确度和使用寿命有很大影响。现代电能表轴承分为钢珠宝石

16、近代电能表为了避免使用表油，亦有采用瓷珠(Ceramic ball)宝石结构和磁力结构两种。上 轴承9位于转轴6上端，不承受转动元件重量，只起导向作用。4制动元件 图5-2-1中的制动元件7由永久磁铁及其调整装置组成。永久磁铁产生的磁通被转动着的转盘切割时在转盘中所产生的感应电流相互作用形成制动力矩，使转盘的转动速度和被测功率成正比变化。永久磁铁采用具有较大的矫顽力和剩磁感应强度的合金材料，如铝镍合金或铝镍钴合金压铸而成。磁性稳定，受外界磁场和温度影响较小。永久磁铁按其气隙磁场分布情况(相对于转盘)，可分为对称分布与不对称分布两种。对称分布者，当转盘轴向位移时，制动力矩基本不变；而不对称分布者

17、，则制动力矩变化较大。两者从结构上又可分为单磁通与多磁通两种。近代电能表逐步趋向采用多磁通对称分布的结构。5计度器 计度器又称积算机构，用来累计转盘的转数，以显示所测定的电能。目前常见的计度器有二种型式，即字轮式和指针式。二、辅助部件二、辅助部件 1基架 基架用来支撑和固定测量机构，它的不大的形变都将会对电能表的技术特性有一定的影响，故基架应有足够的机械强度。基架通常用薄钢板冲压而成或采用铸铝压铸而成，其结构分为与底座分开的和与底座连成一个整体的两种。2外壳 外壳由底座与表盖等组合而成，可用绝缘材料或金属材料制作。底座用来组装测量机构，常用钢板或塑料压制而成。采用塑料压制者，应有防止电能表安装

18、在铁制配电板上产生附加误差的措施。国产电能表的表盖用铝板冲成的，也有用玻璃或塑料压制而成的。3端钮盒 端钮盒用来连接电能表的电流、电压线圈和被 测电路，其中的铜质端钮表面要有良好的镀层，整个端钮盒应有足够的机械强度和良好的绝缘。4铭牌 铭牌附在表盖上，或固定在计度器的框架上。它应标明制造厂、表型、参比(额定)电压、标定及额定最大电流、频率、相数、准确度等级、1kW.h的转盘数或其它常数以及生产参照标准等。第二节单相电能表的工作原理第二节单相电能表的工作原理 一、转盘转动原理与驱动力矩表达式一、转盘转动原理与驱动力矩表达式 由电工原理得知，载流导体在磁场内受到的电磁力F与载流导体中的电流 和磁场

19、中的磁通量的乘积成正比，可用式(5-2-1)表示 F=KLi (5-2-1)式中KL比例系数。图5-2-2 电能表内各磁通的分布情况 1-回磁极；2-转盘；3-电流铁芯；4-电压铁芯；A-电流线圈；B-电压线圈 运行中的电能表，其转盘之所以能转动，就是因为受到某种电磁力所形成的转动力矩的作用。转盘就是一个载流导体，而盘中的电流 是由驱动元件产生的交变磁通感应产生的。图5-2-2示出了电能表内绕组绕向、各磁通的路径和分布情况。图中箭头指向为某一瞬间电流及其磁通方向。当负载电流 通过电流线圈时，产生了和 ，两部分磁通(图中未画)，磁通 沿电流铁芯、空气隙、穿过转盘，经电压、再穿过转盘回到 电流铁芯

20、另一柱，把这部分磁通称为电流工作磁通。而非工作磁通 ，不穿过圆盘，它比 大，它又分为两部分，其中一部分沿电流铁芯、回磁极到电流铁芯另一柱构成;另一部分是电流线圈的漏磁通。电流非工作磁通 ，对改善电能表负载特性是必要的。但因与所介绍的电能表工作原理无直接关系，所以暂不讨论。当电压线圈加上电压 时，线圈中有电流 通过，产生了磁通 和 ，它们总称为电压总磁通 。从电压铁芯的中柱向上，分别从上部磁轭两边、沿两个边柱、再经回磁极，通过回磁极与电压铁芯间的气隙穿过转盘，回到电压铁芯中柱构成回路，这部分穿过转盘的磁通叫电压工作磁通。磁通 比 大得多，它分两部分，一部分沿电压铁芯中柱、两边柱、上下磁轭构成回路

21、。另一部分是电压线圈的漏磁通。因 不穿过转盘而被称为电压非工作磁通。从图5-2-2看出，电流工作磁通从不同位置两次 穿过转盘构成回路，对转盘而言，相当于有大小相等方向相反的两个电流工作磁通 和 作用在上面。再加上电压工作磁通 一次穿过转盘的作用，便构成“三磁通”型感应式仪表。第三节感应式三相电能表的结构第三节感应式三相电能表的结构 三相电能表是由单相电能表发展形成的，三相电能表和单相电能表的区别是每个三相表都有两组或三组驱动元件，它们形成的电磁力作用于同一个转动元件上，并由一个计度器显示三相消耗电能，所有部件组装在同一表壳内。所以，三相电能表具有单相电能表的一切基本性能。由于三组电能表每组驱动

22、元件之间存在着相互影响，因此它们的性能也有其特殊性。三相电能表分为三相三元件和三相二元件两大类。三相三元件电能表有三组驱动元件，共用一个转动机构，其转盘可能是三转盘、双转盘或是单转盘；三相二元件电能表有两组驱动元件，它有双转盘和单转盘两种，结构如图5-2-3所示。考虑到单转盘结构 紧凑，在设法解决元件之间电磁干扰情况下，不少国家仍生产单转盘三相电能表。三相电能表的驱动力矩等于各元件驱动力矩之和，所以三相电能表的误差和各元件相对位置及所处的工作状态有关。影响三相电能表负载特性的因素比单相电能表多，而且较为复杂。为此，三相电能表 除了具有与单相电能表相同的调整装置外，每组驱动元件还增加了平衡调整装

23、置，用来分别调整各元件的驱动力矩，使得电能表在不平衡负载下，不致产生太大的附加误差。此外，三相电能表还对防止元件之间干扰采取一些措施。图5-2-3 三相电能表驱动元件位置示意图()二元件单转盘 ()二元件双转盘U UU U(b)I II IU UU U(a)I II I 图5-2-3 三相电能表驱动元件位置示意图(c)三元件双转盘 (d)三元件三转盘(c c)U UU U(d d)I II IU UI IU UU UI IU UI II I 第四节第四节 其他形式的电能表其他形式的电能表 一、电子式电能表一、电子式电能表 电子技术的飞速发展，使得体大笨重、功耗高而精度低的感应式电能表的测量机构

24、被电子电路所替代，它的测量组件一般是由采样元件UI乘法器、U/F转换器和计度器构成，辅助部件与感应式电能表相同，电子式电能表的基本工作原理如图5-2-4所示。电子式电能表关键部分是UI乘法器，乘法器按其原理可分为模拟乘法器和数字乘法器，模拟乘法器主要有时分割乘法器和霍尔乘法器，目前采用较多的是时分割乘法器。电子式电能表的显示部分一般有两种，是将脉冲累计值转换为用液晶显示的电能量数值：是用脉冲信号去驱动附有步进电机的计度器，直接显示电能量数值。图5-2-4 电子式电能表工作原理电流采样信号电压采样信号电流信号缓冲放大电压信号缓冲放大模拟乘法器U/F转换计数器驱动电路控制逻辑脉冲信号驱动步进电机信

25、号 二、多功能电能表二、多功能电能表 电子式多功能电能表根据需要可实现有功正、反向计量及其分时计量，无功四象限(无功正向感性、容性，无功反向感性、容性)计量及其分时计量，有功正反向、无功四象限多费率最大需量计量，以及电量定时冻结、自动显示、存储和传输数据等功能。其基本结构和工作原理见5-2-5图。图5-2-5多功能电能表结构及工作原理电流互感器(TA)电压取样AC/DC计量芯片V备用电源时钟芯片仪表用电源夜晶显示按扭485通信口红外通信口脉冲及缺相指示LED停电抄表电源(可扩展)MCU1CPUEEPROMMCU2CPUIAIBICUAUBUCUN+DC-DCGND 多功能电能表的测量原理是采用

26、高度集成的专用三相计量芯片完成pf转换，由微处理器MCUI和MCU2完成脉冲及缺相等信号的处理、分时计量，以及液晶显示、485通信和红外通信等，通过外配手持终端或便携微机可实现电能表的编程和抄表，也可通过485通信口实现。RS485接口为美国电子工业协会(EIA)数据传输标准，它采用串行二进制数据交换终端设备和数据传输设备之间的平衡电压数字接口，简称485接口。EEPROM为存储数据的非易失性芯片。三、预付费电能表三、预付费电能表 所谓预付费电能表，就是由电能计量单元和数据处理单元构成的一种先付费后用电的电能表。其基本结构和工作原理见5-2-6图。从预付费电能表的发展历程可将其分为三种类型：投

27、币式、磁卡式、电卡(IC卡)式。早期生产的投币式电能表基本上已不实用；而磁卡式由于其磁卡性能的局限性，尚未广泛应用就遭淘汰；目前大多数采用的预付费电能表都是电卡式电能表。11 预付费电能表的基本功能：(1)计量功能：计量有功电能并存储其数据：表计故障透支用电(指剩余电量为零时，由于表内继电器故障未能跳开电流回路，仍可继续用电的情况)记录并存储数据；反向用电量单独存储并计入正向用电量。(2)监控功能：剩余电量报警：超限定负荷跳闸：表计故障报警；记忆功能；辨伪功能：显示功能；叠加功能：自动冲减功能，本期购电电量自动冲减上期表计故障透支用电量。图5-2-6预付费电能表 (3)防窃电功能：预付费电能表

28、能防范以下方式的窃电。防电流线圈反接。机电式预付费电能表的电流进出线反接，电能表像普通电能表一样反转，但计度器显示的总电量仍在减少。这是由于采用了光电采样电路，它将转盘的角频率转换成电频率信号，再由数据处理单元进行累计和其他处理。不论转盘正转还是反转，光电采样电路中的接受管接收的转盘反射光信号是没有区别的，因此，仍然按正转情 况计量。所以这种表对于反接电流进出线窃电的行为有很好的防范作用。防短接电流线圈。电子式预付费电能表首先要对测量电路的电压和电流进行采样，才能进入乘法器，由于电流采样电阻一般小于2m，比机械式电能表的电流线圈内阻小得多，因此，从电子式预付费电表外对电流通路用普通导线短接时并

29、不能使其停止计度，只对计量精度有些影响。所以这种表具有一定的防窃电功能。四、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，但可能不同时使用。如果选用旧式的单量程电能表，额定电流选择偏大，在使用的家用电器很少时，实际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，若选用电能表额定电流偏小，一旦家用电器使用得很多时，电能表就可能因过负荷而烧毁。而宽量程电能表能克服以上问题，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，都可以完全准确的计量。因此，农网和城网改造中居民安装的电能表一般为宽量程电能表。宽量程电能表其过负荷能力可达2-4倍，这种电能表的

30、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，则该表过负荷能力为4倍；电能表的额定电流在1040A以内时，准确度仍能满足2.0级的要求。而2.0级，220V，10A的普通电能表，其过负荷能力一般只有1.5-2倍。由电能表的负荷特性曲线可知，电能表的电流在过负荷范围时，表的基本误差一般为负值且超差，就是说如果电能表长期处于此段工作，会少计电量。宽量程电能表通过采取以下技术措施，使得电能表在一定的电流范围内，特别是在过负荷情况下，基本误差满足要求：(1)增加永久磁钢的制动力矩。这样会使电流制动力矩在总制动力矩中的比例下降：同时，永久磁 钢制动力矩的

31、增加还会使圆盘的额定转速减小，进而又使电流制动力矩减小，使电能表在过负荷时的负荷特性得以改善。(2)增加电压工作磁通。为了减小电流制动力矩对误差的影响，可适当减少电流电磁铁的匝数以减小电流工作磁通。为不因此而使驱动力矩减小，应适当增加电压工作磁通，为此，可适当增加电压铁芯中柱的截面或减小电压工作磁通磁路的气隙。(3)采用过负荷补偿装置。这种方法比较常见,是在电流铁芯上加装磁分路，使磁分路在电流磁通增加时，其铁芯饱和得比电流铁芯快，电流工作磁通增加得多些，这样，驱动力矩随之增加的部分可补偿因负荷增加导致电流制动力矩增加而引起的负误差。第三章第三章 电能计量方式电能计量方式 电能计量包括单相、三相

32、三线、三相四线电路中有功及无功电能的测量。测量电路中的电能表按接入线路的方式可分为直接接入式、经互感器接入式和经万用互感器接入式三种。本章将阐述测量有功和无功电能的各种接线方式(测量电路)及适用范围。虽然电能和电功率的含义不同，但其数学表达式仅差时间因素。为了书写简单起见，在全部叙述中以电功率的形式写出数学表达式。第一节有功电能的测量第一节有功电能的测量 一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 单相电路有功功率的计算公式为 P Icos (5-3-1)单相电能表直接或经电流互感器接入电路的接线图，如图5-3-1所示。电能表的电流线圈或电流互感器的一次绕组必须与相线串联，而电能表的

33、电压线圈应跨接在电源端的相线与零线(中线)之间。电流、电压线圈标有黑点的一端，应与电源端的相 线连接。当负载电流 和流经电压线圈的电流 都由黑点端流入相应的线圈时，电能表才能正转。当电压线圈跨接在电源端时，电能表所测定的电能，为负载和电流线圈或电流互感器消耗的电能之和。如果电压线圈跨接在负载端，那么电能表测定的电能将包括负载和电压 线圈消耗的电能。当负载停止用电时，由于电能表的电压、电流线圈中仍有电流存在，将使电能表产生转动。虽然在这种状态下测得的电能很小，但它往往会使人们对电能表的准确性产生怀疑。为防止转动，一般采用图5-3-1的方式连接电能表的电压线圈。在安装电能表时，必须先弄清楚表内部接

34、线，以防电流线圈并接在电源上，造成电源短路而烧损电能表。还应当注意，当电能表经电流互感器接入时，电流互感器线圈应按减极性（见图5-3-1（）连接。图5-3-1 单相电能表的接线图(a)直接接入；(b)经电流互感器接入 图5-3-1 单相电能表的接线图 (a)直接接入相线零线电源负载 图5-3-1 单相电能表的接线图 (b)经电流互感器接入电源相线零线负载L1L2K1K2 二、三相四线电路有功电能的测量二、三相四线电路有功电能的测量 三相四线电路可看成是由三个单相电路构成的，其平均功率等于各相有功功率的总和，即 因此可用一只三元件(即三个驱动元件)三相四线有功电能表或三只相同规格的单相电能表来测

35、量三相四线电路有功电能，如图5-3-2和图5-3-3所示。这种接线方式不管三相电压是否对称，电流是否平衡，都不会由于电能表接线方式不同而引起线路附加误差。按图5-3-3接线，消耗的有功电能应等于三只单相电能表读数的代数和。应注意，在图5-3-2和以后的各个接线图中，各相线上的箭头表示电流由电源流向负载，一般就不在图中加注“电源”和“负载”字样。如果在任何两相之间接有负载，图5-3-3中各只电能表的运行状况如何呢?为便于分析，假定有一台电焊机DH接在图5-3-3()线电压上，电图5-3-2 三元件三相四线有功电能表测量三相四线电路有功电能的接线 ()直接接入 oABCN图5-3-2 三元件三相四

36、线有功电能表测量三相四线电路有功电能的接线 ()经电流互感器接入oABCNL1L1L1L2L2L2K1K1K1K2K2K2 焊机消耗的电流为 ，功率因数为cos，因而电焊机消耗的功耗P为 PUcos (5-3-2)若无其它负载，就只有电焊机电流通过相和B相电能表的电流线圈，此时接在C相上的电能表因无电流通过始终不能转动。在三相电压对称条件下，由图5-3-3(c)所示的相量图得知，、B两相电能表测得的功率分别为 (5-3-3)其总功率 所以：(5-3-4)计算结果，式(5-3-3)与式(5-3-4)相等，若三相电压不对称时，也会得到同样结论。由式(5-3-3)看出：当60时，P为正值，使相电能表

37、正转，P为负值，使B相电能表反转；当=60时，相电能表仍然正转，相电能表因=O将不转动。由此可见，当三只单相电能表按图3-3接线时，对接有像单相电焊机那样的相间负载，则接在超前相上的电能表(如电焊机接在线电压 上，相相对于B相为超前相)始终正转；另外一只 电能表将随cos变化，可能正转也可能反转或停止不转，都属正常现象。此时负载消耗的电能应等于各只电能表示数的代数和。应当指出，电能表由于受补偿力矩等影响，反转时负误差较大，特别是低负载范围更加明显。因而，在某一时期内，正转电能表读数减去反转电能表读数的绝对值，可能稍大于负载实际消耗的电能。而按图3-2接线的三相四线有功电能表，由于它的驱动力矩是

38、三个元件力矩之和，就不会出现反转现象。图5-3-2和图5-3-3的接线方式测量三相四线电路电能不会产生线路附加误差，然而当出现下列情况之一，都会带来附加误差。(1)电能表各元件电压线圈公共端点至中线间的连接线，如果没有连接或者因某种原因而断线，并在三相电压和电流都不对称情况下，电能表就不能正确地测量有功电能。因为这时三个元件的电压线圈，构成了相当于没有中线的对称星形负载，其相电压中没有零序电压 ，电能表测量的功率不包括负载的零序功率 就会引起线路附加误差 (5-3-5)(2)如果图5-3-2()和图5-3-3()中，三台电流互感器的二次回路不是由六根导线，而是由三图5-3-3 三只单相电能表测

39、量三相四线电路有功电能的接线()直接接入WCWBWANBCAO 图5-3-3 三只单相电能表测量三相四线电路有功电能的接线 ()经电流互感器接入DHAABBCCNL1L1L1L2L2L2K1K2K1K2K1K2图5-3-3 三只单相电能表测量三相四线电路有功电能的接线()负载电压、电流相量图 根相线和一根公共的电流回线组成三相四线制，当公共电流回路断线时，各相电流中的零序电流就没有通路。这时三相电压和电流若不对称，也会引起与式(5-3-5)相同的线路附加误差。另外，在三相电路中，各相电流互感器二次绕组应在同名端钮(K1或K2)设置公共的保安接地，通常将端钮K2接地。在各接线图中，为了与电压、电

40、流线路区别，我们用虚线表示接地线。三、三相三线电路有功电能的测量三、三相三线电路有功电能的测量 测量三相三线电路有功电能，一般采用三相二元件电能表。因为三相三线电路中各相电流之和为零，即 i+i+i=0或，i=-(i+i)将电流i代入三相电路的瞬时功率表示式，求得三相三线电路的瞬时功率为 P=uAiA+uBiB+ucic =uAiA-uB(iA+ic)+ucic =(uA-uB)iA+(uc-uB)ic 故 P=uABiA+uCBiC (5-3-6)上式用平均功率表示为 (5-3-7)若以i=-(i+i)或i=-(i+i)代入三相电路的瞬时功率表示式，同理可得三相三线电路的另外两个平均功率表达

41、式 从图5-3-5中看出式(5-3-7)、式(5-3-8)、式(5-3-9)分别可 改写成如下形式 (5-3-8)(5-3-9)式中 、为、C三相的功率因数角。(5-3-10)(5-3-11)(5-3-12)由式(5-3-10)、式(5-3-11)、式(5-3-12)可以了解在相序不变情况下，不论相位名称如何改变，计量结果都是相同的。实际可以证明，当可以忽略相序影响时，相序改变后也同样可以获得相同结果。为了统一起见，规定三相三线有功电能表根据式(5-3-7)接线，如图5-3-4所示。一个元件所加的电压为线电压 而通入的电流为 。另一个元件所加的电压为线电压 而通入的电流为(如电能表经电压、电流

42、互感器接入时，加入电能表的电压、电流分别用 、，、表示)，其相量图如图3-5所示。图中画双弧线联系的相量，表示加入同一个元件的线电压和相电流。当负载为感性时画单弧线表示相电流滞后对应相电压的角度。如按序将相位名称改变，例如将改为B，B改为，改为，则可以得出式(5-3-12)的相量图，用同样方法亦可得出式(5-3-11)的相量图。这样，在安装时一般只要核对一下相序即可，不必仔细核对相位。当对地电压大于250V时，电能表应经过测量用电压互感器和电流互感器接入，如图5-3-4(c)、(d)所示。三相三线有功电能表或两只单相电能表按图5-3-6接线，测量三相四线电路有功电能，将引起线路附加误差。因为三

43、相四线电路一般说来，很难满足三相电流之和为零的条件，而是 ，因此各相负载消耗的瞬时功率之和为 (5-3-13)然而三相三线有功电能表计量的功率只能是 ，因此用图5-3-6这种接线测量三相四线电路有功电能时，就会引起线路附加误差，其值表示为或或(5-3-14)如果只有相负载(感性)，此时中线电流 ，则式(5-3-14)变为 (5-3-15)当负载的功率因数cos30，cos(120-)0，电能表测得的电能少于负载消耗的电能；当cos0.866时，即30，cos(120-)0，电能表测得的电能多于负载消耗的电能；当cos0.866时，即30，cos(120-)0，则无线路附加误差。图5-3-4 三

44、相三线有功电能表的接线 ()直接接入ABC 图5-3-4 三相三线有功电能表的接线 ()经电流互感器接入ABCL1L1L2L2K1K1K2K2 图5-3-4 三相三线有功电能表的接线 (c)经电压、电流互感器接入ABCL1L1L2L2K1K1K2K2XXAAaaxx 图5-3-4 三相三线有功电能表的接线 (d)经电压、电流互感器接入ABCL1L1L2L2K1K1K2K2XXAAaaxx 图5-3-5 三相三线有功电能表按图5-3-4接线时电压、电流的相量图 ()三相电压和电流都不对称时 图5-3-5 三相三线有功电能表按图5-3-4接线时电压、电流的相量图 ()三相电压对称时 图5-3-5

45、三相三线有功电能表按图5-3-4接线时电压、电流的相量图 （）三相电压和电流都对称时 如果只有C相负载(感性)，此时中线电流 ，则式(5-3-14)变为 (5-3-16)图5-3-6 三相四线电路用三相三线有功电能表测量有功电能引起附加误差的接线ABCN 在式(5-3-16)中，当cos01时，即900，cos(120+)O，电能表测得的电能总是多于负载消耗的电能。如果只有B相带负载，电能表由于没有电流通过它的电流线圈，根本不会转动。由此可见，图5-3-6的接线方式，除在三相电流相量和等于零外，在一般情况下，不能正确计量三相四线有功电能。明显的三相四线电路一般大家比较注意，但对隐含的三相四线电

46、路则注意不够，如 110kV及以上线路普遍为大电流接地系统，大地与线路实际上构成了四线回路，而计量电能表却使用三相三线二元件表。由于负载不平衡(一般不平衡程度不大)及对地电容的不均衡，中性点普遍有电流存在，这些超高压线路容量均很大，故所引起的计量误差不容忽视。国外在70年代 初期,即已注意这一问题，并已着手改装三相四线电能表。我国引进的500kV系统计量表计多数已采用三相四线电能表计量。目前我国直接接地系统采用三相三线表计量，致使有些地区线路两端表计计量结果相差较大，仅用线损及表计误差难以分析清楚，因此有必要根据实际情况，对大电流(直接)接地系统改装三相四线电能表。在小电流接地系统中亦存在改用

47、三相四线电能表的情况，如经消弧线圈接地的系统中，当消弧线圈投入时，当处在位移电压较高的情况下，中性点电流亦会大到不可忽视的地步。此时若采用三相三线电能表，损失功率亦相当可观。有文献介绍，在降雨季节，某地区消弧线圈接地系统少计量电能竟占该网络损失功率43。对这样一些系统，运行后应测试线路的中性点电流，若电流较大宜改装三相四线电能表。第二节第二节 无功电能的测量无功电能的测量 一、无功电能的测量和无功电能表的分类一、无功电能的测量和无功电能表的分类 从功率的表达式P=Icos，不难看出，对于cos=0.5和cos=1.0的电力用户，要得到同样多的电能，前者所需的负荷电流为后者的1倍。也就是说，当用

48、户功率因数低时，会增加发电机、变压器和输电线路的负担。由于线路本身有阻抗，线路上的电压降增大，电力用户获得的电压质量下降，同时线路和变压器的损耗随着 负荷电流的增加也加大了。为了保证电能的供给，就得增加发电机组和输变电设备的容量。国家实行了依照功率因数高低调整电费的办法，以鼓励电力用户采取补偿措施，提高功率因数。用户功率因数是随有功和无功负荷变化而变化的。一般规定以电力用户在一个月内有功和无功负荷的累积量来计算功率因数，称为平均功率因数，其计算公式为：式中WP-有功电能;WQ-无功电能。当用户每月的平均功率因数高于或低于标准功率因数时，国家在依据功率因数调整电费的办法中规定了减收或增收电费的百

49、分数。测量无功电能的表计称为无功电能表。感应型无功电能表按有功电能表原理，采用跨相电压或采用附加电阻，自耦移相变压器的方法，使电能表反映三相无功电能。二、非跨相式无功电能表二、非跨相式无功电能表 非跨相式无功电能表又分单相正弦无功电能表和三相正弦无功电能表。1单相正弦无功电能表 从图5-3-7知道，电压工作磁通 与电流工作磁通 间的相角为 -（+）(5-3-17)欲使，必须设法使-0，即。具体方法是在电能表的电压线圈电路 中串入电阻R，以减小角；在电流线圈两端并联电阻R，以增大2；适当选择电阻R和R，再辅以其它措施，就可满足的要求。从式(5-3-17)中可以看出，当时-，即驱动力矩MQ将出现负

50、值。为此需将表的电流或电压线圈之一反接，即令180-，无功电能表就会正常运转。图5-3-7是单相正弦无功电能表的接线原理和简化相量图，图中-为电流线圈反接后的电流工作磁通。2三相正弦无功电能表 测量三相三线电路无功电能，应采用三相两元件正弦无功电能表按图5-3-8()接线。这种电能表的每个驱动元件的结构原理和单相正弦无功电能表相同。当三相电压对称时由图5-3-8()得知，它所测量的无功功率为 (5-3-18)如果三相电路不对称(包括电压、电流中任何一种不对称，称之为简单不对称，或是两者都不对 称，称之为复杂不对称)，图5-3-8的接线是能够正确地测量三相三线电路无功电能的，即不会产生线路附加误