电能计量基础知识讲义Word格式文档下载.docx

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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（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：

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）

*

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°

>

Ф>

0°

）

无功功率Q=IVSINФ

3、向量图：

Ú

Ú

iφi

COSФ=1.0COSФ=0

二、三相三线有功：

**

**

A

B负荷

C（直接接入式）

负荷**

CT

ABCPT

（带CT、PT接入式）总电量=电能表读数×

2、功率表达式：

P=√3ILULCOSФ

PAB=UABIACOS（30°

+Ф）、PCB=UCBICCOS（30°

-Ф）

3、向量图：

UAB

UCBUA

ICφIA

UC

UCA

三、三相四线有功表：

3、原理接线图：

B电源C负荷

N（直接接入式）

（带CT、PT接入式）

总电量=电能表读数×

3、功率表达式：

P=3IφUφCOSФ

PAO=UAOIACOSФ、PBO=UBOIBCOSФ、PCO=UCOICCOSФ

UAO

φ

IA

IC

UCOIBUBO

四、三相三线60°

无功电能表：

1、原理接线图：

4、功率表达式：

Q=√3IфULSIMФ

Q1=UBCIACOS（60°

-Ф）、

Q2=UACICCOS（120°

UAC`

UCBφ30°

UAC

IAOUBC`

ICOUBC

UCOUBO

三、三相四线三元件无功电能表：

负荷

Q=3IφULSIMФ

Q1=UBCIACOS（90°

Q2=UCAIBCOS（90°

Q3=UABICCOS（90°

UAO

UCO

UCAIBUBOUBC

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。

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、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：

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±

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±

5.0

0.5Ib-IMAXSINФ=0.5感性------±

第三章：

互感器的基本原理及结构

电流互感器的基本原理及结构

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。

2、电流互感器的类型：

根据一次绕组可分为单匝式和多匝式：

根据铁芯的数目可分为单铁芯式和多铁芯式；

根据安装方式可分为穿墙式、支柱式和套管式；

根据使用场所可分为户外式和户内式。

3、电流互感器铭牌标志：

电流互感器铭牌上应标有电压等级、一、二次电流、准确度、二次绕组输出容量、安装方式、绝缘方式所以，选用时应按说明书和铭牌上标明的电流互感器型号使用。

（！

）型号的第一部分：

L-电流互感器。

（2）型号的第二部分：

A-穿墙式、B-支持式、C-瓷箱式、D-单匝式、F-多匝式、J-接地保护、M-母线式、Z-支柱式、Q-线圈式、R-装入式、Y-低压式。

（3）型号第三部分：

C-瓷绝缘的、G-改进过的、K-瓷外壳式、L-电容式、M-母线式、P-中频、S-速饱和的、Z-浇注式、W-户外式。

4、工作原理：

δII1

L1L2I1fIIO

K1E2K2R2-I2IOIW

RXX2I0RIM

U2I2XU2E2

（CT等效电路）I2I2X2

当负荷电流I1通过初级绕组时，在次级绕组两端有感应电动势E2，次级电流I2也随之产生。

次级回路中接有电能表安培表等的电流线圈，它们的电阻及电感分别为R，X，互感器次级绕组本身也有电阻及电感R2、X2，因此次级电流I2滞后次级电压U2一个角度Φ，U2又滞后E2一个角度，感应电动势E2由磁通Φ产生并滞后Φ90°

。

Φ由励磁电流IM所产生，而互感器尚有铁芯损耗（磁滞及涡流损耗），需要IW供给，所以总的励磁电流为IO超前Φ一个角度，设互感器的额定变比等于1，因此电流I1应该由-I2急IO合成。

从图上可以看出I1与-I2之间有长短之差，就是电流互感器的变比误差（简称比差fI），夹角δ就是电流互感器的相角误差（简称角差δI）。

5、电流互感器的串联和并联；

同相两台电流互感器串联后，总的额定电流比和单台相同，每台电流互感器的二次负荷阻抗比单台使用时减少一半，总容量比单台电流互感器大了一倍。

同相两台电流互感器并联后，总的额定电流比和是单台电流互感器的1/2，每台电流互感器的二次负荷阻抗比单台使用时增加了一倍。

6、目前我国生产的互感器均为减极性，当被测电流或电压在初级绕组的极性标记端为进的时候，其次级电流或电压在次级绕组的极性标记端出来，这样的接线方式称为减极性。

7、电流互感器的等级和误差范围。

准确度比值差相位差

倍率额定电流下的百分值倍率额定电流下的百分值

级别因数520100120因数520100120

0.0012010101020101010

0.002±

×

10-640202020±

10-640202020

0.005100505050（rad）100505050

0.010.020.010.010.010.60.30.30.3

0.020.040.020.020.021.20.60.60.6

0.050.100.050.050.054222

0.10.40.20.10.115855

0.2±

%0.750.350.20.2±

（`）30151010

0.51.50.750.50.590453030

1.01%3.01.51.01.01%180906060

0.2S0.750.350.20.20.23015101010

0.5S1.50.750.50.50.59045303030

电压互感器的基本原理及结构

电压互感器是由一次绕组和二次绕组相互绝缘绕在公共铁芯上所构成，铁芯用硅钢片叠成。

变换交流电压的互感器称为电压互感器。

2、电压互感器的绝缘方式可分为：

干式、油浸式、浇注绝缘式。

3、电压互感器铭牌标志：

第一个字母：

J-电压互感器。

第二个字母：

D-单相电压互感器，S-三相电压互感器。

第三个字母：

Z-环氧树脂浇注，J-油浸。

第四个字母是数值-电压等级。

4、电压互感器的接线有

（1）开口三角形V、v接线方式。

（2）星形Y、y接线方式。

5、工作原理：

AI1I2a

R1X1R2X2

R

U1E1E2U2

X

X（等效电路图）x

U1I1X1

I1Z1I1R1

δ-U2

E2I1

I0

Φ

Φ

I2U2I2Z2

I2R2E2

I2X2

（向量图）

当系统电压U1通过初级绕组时，次级绕组产生感应电势E2，因次级绕组内有电阻R2与电抗X2，在次级回路中接有电能表等，它们也有一定的电阻R与电抗X，所以次级端电压U2滞后E2一个角度，次级电流I2滞后U2一个角度Ф，感应电势E2等于U2与I2Z2的向量和，并且滞后Ф90°

Ф是由I0产生假设互感器的额定变比为1，初级电流I1可由-I2及I0的向量求和求得，因初级绕组阻抗（R1及X1）它的电压降为I1Z1，因此U1等于U1与I1Z1的向量和，所以初级电压U1与-U2之间相差一个角度δ（角差fδ），而且U1不等于-U2（比差fv）。

6、电压互感器的等级和误差范围。

倍率额定电流下的百分值倍率额定电流下的百分值

级别因数205080100120因数205080100120

1----1.01.01.0----404040

%----0.50.50.5±

（`）----202020

0.20.40.30.20.20.22015101010

0.10.200.150.010.010.01107.55.05.05.0

7、为什么需要测量用互感器？

在交流电路中进行测量时，直接测量回遇到电压高，电流大，超过仪表量程的难度；

直接测量将带来高压危险。

为了解决这个矛盾，就采用测量用互感器来扩大交流仪表的量程，保证工作人员和测量仪表的安全。

8、计算题：

1、有一居民缩舍装有60W的灯泡二只，45W电视机一台，70W电冰箱一台，若以平均每日用电3小时计算，每月（30天计算）用电量是多少？

若电费为0.49元/kWh,该居民每月应交纳多少电费?

解:

月用电量=[（60×

2+45+70）/1000×

3×

30]kWh

=21.15（kWh）

应交纳电费=21.15×

0.49=10.36（元）

2、某三相电能表，经变比为10000/100V的电压互感器和变比为50/5A的电流互感器接入电路运行，试问该电能表的倍率是多少？

解:

该电能表的倍率=10000/100V×

50/5A=1000。

3、某三相电能表（380/220V，1.5/6A）经电流互感器（1000/5A）接入,前一次抄表时读数为1736.6,后一次抄表时读数为9003.7试求该表在以上两次抄表间所测电能是多少?

所测电量W=（W2-W1）×

BL=（9003.7-1736.6）×

1000/5A

=1453420（kWh）

第四章：

电能计量装置的安装要求和错接线或窃电检

及电量追补

电能计量装置分类、配置、安装要求；

一、计量装置分类:

运行中的计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度分五类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类）进行管理。

1、Ⅰ类电能计量装置；

月平均用电量500万kWh及以上或变压器容量为10000kVA及以上的高压计费用户、200MW及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量点的计量装置。

2、Ⅱ类电能计量装置；

月平均用电量100万kWh及以上或变压器容量为2000kVA及以上的高压计费用户、100MW及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。

3、Ⅲ类电能计量装置；

月平均用电量10万kWh及以上或变压器容量为315kVA及以上的计费用户、100MW及以下发电机、发电企业厂（站）用电量、供电企业内部用于承包考核的计量点、考核有功电量平衡的110KV及以上的送电线路电能计量装置。

4、Ⅳ类电能计量装置；

负荷容量为315kVA以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电能计量装置。

5、Ⅴ类电能计量装置；

单相供电的电力用户计费用电能计量装置。

二、配置要求原则：

电能计量

装置类别

准确度等级

有功电能表

无功电能表

电压互感器

电流互感器

Ⅰ

0.2S或0.5S

2.0

0.2

0.2S或0.2*

Ⅱ

0.5S或0.5

Ⅲ

1.0

0.5

0.5S

Ⅳ

3.0

Ⅴ

-

*）0.2级电流互感器仅指发电机出口电能计量装置中使用

1、Ⅰ、II类用于贸易结算的电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的0.2%；

其他电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的0.5%。

2、低压供电，负荷电流为50A及以下时，宜采用直接接入式电能表；

负荷电流为50A及以上时，宜采用经电流互感器接入式的接线方式。

3、I、II、III类贸易结算用电能计量装置应按计量点配置计量专用电压、电流互感器或者专用二次绕组。

电能计量专用二次绕组极其二次回路不得接入与电能计量无关的设备。

4、35KV以上贸易结算用电计量装置中电压互感器二次回路，应不装设隔离开关辅助接点，但可装设熔断器；

35KV以下贸易结算用电计量装置中电压互感器二次回路，应不装设隔离开关辅助接点和熔断器。

5、互感器二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线，对电流二次回路，连接导线截面积应按电流互感器的额定二次负荷计算确定，至少应不小于4mm2。

对电压二次回路，连接导线截面积应按允许的电压降计算确定，至少应不小于2.5mm