东北电力大学电能计量期末复习提纲讲义.docx
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东北电力大学电能计量期末复习提纲讲义
绪论
电能计量装置的定义
我们把电能表、与电能表配合使用的互感器以及互感器到电能表之间的二次回路连接线，称为电能计量装置。
第一章交流感应式电能表的结构和工作原理
第一节单相交流感应式有功电能表的结构
一、电能表的分类
1.按使用电源性质分类
交流电能表、直流电能表
2.按结构和原理分类
感应式电能表、电子式电能表、机电一体式
3.按准确度等级分类
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）
4.按用途分类
可分为工业与民用电能表及特殊用途电能表
5、按接入相线分
单相、三相三、三相四。
6、按测量对象分
有功表、无功表、最大需量表、分时计量电能表、多功能电能表。
7、按接入方式分
直接接入式、间接接入式。
二、电能表的结构
电能表一般由测量机构和辅助部件及误差调整装置三大部分组成
（一）测量机构（书图1-1）
1、驱动元件2、转动元件3、制动元件4、轴承5、计度器
1）．驱动元件组成（电磁元件）：
电压元件、电流元件。
驱动元件作用：
接受被测电路的电压和电流，并产生交变磁通，交变磁通通过转盘时，在转盘内产生感应电流，交变磁通和感应电流相互作用，产生驱动力矩，使转盘转动。
（1）电压元件
•组成：
电压铁芯、电压线圈、回磁极组成。
•电压线圈的特点：
匝数多、线径细。
•电压线圈接线：
接入被测电路的电压回路，与负载是并联连接。
•电能表接入被测电路后，不论有无负载电流，电压线圈总是带电，成年累月地消耗电能，一般要求功率消耗不超过1.5W。
•回磁极的作用：
构成电压工作磁通回路。
（2）电流元件
•组成：
电流铁芯、电流线圈组成。
•电流线圈的特点：
是匝数少、线径粗。
•电流线圈接线：
接到被测电路后，与负载是串联连接。
（3）驱动元件的布置形式
驱动元件相对于转盘的位置，可分为切线式和辐射式两种。
（4）切线式驱动元件的结构形式
分离式、封闭式、组合式
2）．转动元件
•组成：
转盘和转轴组成。
•特点：
转轴上装有蜗杆，蜗杆与计度器上的蜗轮相啮合，转轴上还装有钢丝制成的防潜针，用以防止潜动。
•作用：
转盘转动的转数传递给计度器。
3）．制动元件
•组成：
永久磁铁及其调整装置组成。
•作用：
产生制动力矩，以便使转盘的转动速度与被测电路的功率成
正比。
制动元件结构形式：
单磁通单磁铁、单磁通双磁铁、双磁通单磁铁单、双磁通双磁铁。
4）．轴承
分类：
钢珠宝石轴承、磁力轴承
5）．计度器
分类：
指针式和字轮式。
作用：
计度器的作用是累计电能表转盘的转数，并通过齿轮比换算为电能单位的指示值。
（二）辅助部件：
包括底座、表盖、基架、端钮盒和铭牌。
重点了解铭牌
1、计量单位名称或符号：
有功：
千瓦．时，kw.h；无功：
千乏．时，kvar.h；
2、字轮式计度器的窗口。
3、电能表的名称及型号。
组成：
类别代号（D）+组别代号（D、S、T、X、B、Z）+设计序号（数字）+派生号
组别代号表示用途分类：
D-多功能；S-全电子式；Y-预付费；F-复费率
4、基本电流和额定最大电流：
5（20）A表示，基本电流用Ib=5A；额定最大电流用Ｉmax=20A。
5、额定电压：
单相：
220V；三相三：
3*380V；三相四：
3*220/380V；
用互感器接入电路，并且在常数中已考虑互感器变比时，应标明互感器变比，如3×6000/100V。
6、额定频率，我国工业频率规定为50Ｈz。
7、电能表常数C：
感应表有功表C=1500r/kw.h；
电子式有功表C=3000imp/kw.h。
要明确物理意义。
8、准确度等级（精度）：
以圆圈中的等级数字表示，无标志时，单相电能表视为2.0级。
用电能表基本误差来定义的
【特别说明】电能表的质量是以准确度等级、过负载能力和一次使用寿命等几项指标为主要标志。
第二节单相交流感应式有功电能表的工作原理
一、转盘转动原理及驱动力矩表达式
1、转盘转动原理
驱动元件接受被测电路的电压和电流，并产生交变磁通，交变磁通通过转盘时，在转盘内产生感应电流，交变磁通和感应电流相互作用，产生驱动力矩，使转盘转动。
2、通过转盘的磁通
电压磁通
a、电压线圈通以电压u时，线圈中有iU通过，产生总磁通Φ∑U
b、磁通ΦU路径穿过转盘，称为电压工作磁通
c、磁通ΦUF路径不穿过转盘，称为电压非工作磁通。
电流磁通
a、当负载电流i通过电流线圈时，产生了磁通Φ∑I，
b、穿过转盘的磁通ΦI称为电流工作磁通。
3．驱动力矩MQ
4．驱动力矩和负载功率的关系
5、单相有功电能表正确计量的条件
（1）电流工作磁通ΦI正比于负载电流I。
（2）电压工作磁通ΦU正比于电压U。
（3）ψ＝90o±φ，这一条件称为正交条件。
6、结论
二、制动力矩
三、转盘的转数和负载消耗电能的关系
四、单相感应式电能表的相量图
1、实际感性负载时
2、理想感性负载时（见书1-21图）
第三节三相交流感应式电能表的结构
一、三相三线电能表
1．两元件双转盘式三相三线电能表
2．两元件单转盘式三相三线电能表
二、三相四线电能表
1．三元件双转盘式三相四线电能表
2．三元件三转盘式三相四线电能表
第二章交流感应式电能表
的误差特性及误差调整装置
第一节电能表误差的基本概念
一、绝对误差
二、相对误差
三、电能表的误差
1、分类为基本误差和附加误差。
2、基本误差：
电能表在规定条件下测得的相对误差。
强调两点：
电能表的准确等级就是根据基本误差确定的；
基本误差是由电能表的内部结构决定的。
3、附加误差：
由于外界条件变化引起的误差称为附加误差。
第二节交流感应式电能表的附加力矩及附加误差
（也是影响基本误差的因素）
一、电能表的附加力矩（也是影响基本误差的因素）
1．抑制力矩：
电流抑制力矩、电压抑制力矩，产生负误差。
——转盘的转动还切割交变的电流和电压工作磁通，因而在转盘中产生相应的感应电流。
此电流与交变的磁通相互作用，也能形成阻碍转盘转动的力矩，我们把这类力矩称为抑制力矩或自制动力矩。
2．摩擦力矩MM：
产生负误差。
3．电流铁芯曲线的非线性影响:
产生负误差或正误差。
4．补偿力矩MB：
产生正误差。
a、为了补偿电流抑制力矩、摩擦力矩和电流铁芯非线性影响引起的负误差，在电能表结构中设置轻负载调整装置，用以产生和驱动力矩方向相同的附加力矩，以补偿上述因素引起的误差，称为补偿力矩MB
b、补偿力矩的产生：
为获得补偿力矩，我们在电压磁极下面设置铜片。
二、影响感应式电能表的附加误差的因素
1．电压影响2．温度影响3．频率影响4.其他因素
第三节交流感应式电能表的负载特性曲线
1、负载特性曲线（也称误差特性曲线）电能表的基本误差随着负载电流和负载功率因数而变化的关系曲线，称为电能表的负载特性曲线。
2、负载特性曲线
第四节交流感应式电能表的误差调整装置
一、满负载调整装置
1、制动力矩的调整是在额定电压、基本电流、功率因数等于1的条件下进行，我们称之为满负载调整。
2、满载调整调整制动力矩。
二、相位角调整装置
1、相位角调整装置：
在额定电压、基本电流和cosφ=0.5情况下，调节电流工作磁通和电压工作磁通间的相位角，使其满足ψ=90°+-士φ关系的调整装置，称为相位角调整装置。
2、相位角调整装置通过调整电压工作磁通损耗角或电流工作磁通损耗角完成
三、轻负载调整装置
1、用改善轻负载范围内的负载特性曲线来调整补偿力矩的机构，称为轻负载调整装置。
2、轻负载调整调整补偿力矩
四、灵敏度和防潜动装置
1．灵敏度
在额定电压，额定频率，cosφ=1.0的条件下，当负载电流达到能使电能表转盘开始不停地转动的启动电流值时，此值与电能表基本电流Ib之比值，称为电能表的灵敏度，用字母S表示。
即
2．潜动
有时经过轻负载调整以后，可能出现这样一种现象，电流回路没有接入负载，而电能表的转盘在缓慢地转动，这种现象称为电压潜动，简称潜动。
3、防潜装置：
设置防潜勾、转盘打孔。
第三章电子式电能表的结构和原理
第一节机电式电能表的结构和工作原理
1、机电式电能表组成：
感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器四大部分组成，
2、根据光电转换器的不同分：
单向脉冲式电能表、双向脉冲式电能表
3、光电转换器的构成：
光电头、光电转换电路。
4．光电头：
发光器件（发光二极管）和光敏器件（光敏三极管）组成。
5、光电头结构：
穿透式、反射式。
第二节全电子式电能表的结构和工作原理
1、原理框图
2、组成：
输入变换电路、乘法器电路、电压／频率转换器、分频计数器、显示器
3、各部分特点及作用
1）输入变换电路
（1）输入电路的作用：
一方面是将被测信号按一定的比例转换成低电压、小电流输入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电网隔离，减小干扰。
（2）电流输入变换电路分类：
锰铜片分流器、电流互感器
（3）电压输入变换电路分类：
电阻网络分压|电压互感器
2）、乘法器电路
（1）作用：
模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络，如图3-15所示。
理想的乘法器的输出特性方程式可表示为
（2）分类：
模拟乘法器、数字乘法器
时分割乘法器
3）电压／频率转换器
（1）作用：
将乘法器输出的与功率成正比的电信号转化成脉冲，并使脉冲的频率与乘法器的输出成正比。
4）、分频计数器
5）、显示器
分类：
液晶（LCD）、发光二极管（LED）、荧光管（FIP）。
第三节单相电子式复费率电能表
1．复费率电能表
有多个计度器分别在规定的不同费率时段内记录交流有功或无功电能的电能表。
2．费率：
不同时段不同电价
3．尖、峰、平、谷电量（四种费率）
电力系统日负荷曲线高峰时段电能量称峰电量，低谷时段的电能量称谷电量，计量峰、谷时段以外的电能量称平电量，三者之和为总电量。
第四节单相预付费电能表
1、基于先付费后用电的电能表
2、IC卡技术
1）、IC卡：
集成电路卡（IntergratedCircuitGard）的简称。
它将集成电路镶在塑料卡片上。
2）、特点：
它与磁卡比较有接口电路简单、保密性好、不易损坏、存储容量大、寿命长等特点。
3）、IC卡种类：
存储卡、加密卡、CPU三种
第五节三相三线电子式多功能电能表
1、多功能电能表
由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功（无功）电能外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表。
2．需量周期
测量平均功率的连续相等的时间间隔。
国内一般为15min.
3．最大需量
在指定的时间区间内，需量周期中测得的平均功率最大值。
4．滑差（窗）时间
依次递推来测量最大需量的小于需量周期的时间间隔。
第四章互感器的结构和工作原理
使用互感器的主要作用有：
（1）将高电压变为低电压（100V），大电流变为小电流（5A、1A）。
（2）使测量二次回路与一次回路高电压和大电流实施电气隔离，以保证测量工作人员和仪表设备的安全。
（3）采用互感器后可使仪表制造标准化，而不用按被测量电压高低和电流大小来设计仪表。
（4）取出零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。
第一节电流互感器的结构和工作原理
一、电流互感器的主要技术数据
1、分类
（1）电流互感器按用途可分为两类：
一是测量电流、功率和电能用的测量用互感器；二是继电保护和自动控制用的保护控制用互感器。
（2）根据一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式
（3）根据安装地点可分为户内式和户外式
（4）根据绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式等。
（5）根据电流互感器工作原理可分为电磁式、光电式、电子式等电流互感器。
2、电流互感器的型号规定（重点：
产品型号字母第一个的含义、及电压等级）
3、电流互感器的主要参数
（1）．额定电流变比：
KI=I1N/I2N
（2）．准确度等级：
准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0、0.2S级及0.5S级。
明确S级与非s级的区别。
（3）．额定容量
电流互感器的额定容量，就是额定二次电流I2e通过二次额定负载Z2e时所消耗的视在功率S2e。
标准：
2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100V.A
（4）．额定电压
是指一次绕组长期能够承受的最大电压（有效值），它只是说明电流互感器的绝缘强度，而和电流互感器额定容量没有任何关系。
（5）．极性标志：
a、一次绕组：
首端L1，末端L2。
b、二次绕组首端标为K1，末端标为K2。
C、对应端子（L1、K1）为减极性。
d、减极性的含义。
二、电流互感器的结构和工作原理
1、结构
2、二次额定电流：
一般为5A，也有1A和0.5A的。
3、工作原理：
理想时kI=I1e/I2e=N2/N1；实际存在比差和角差。
4、工作特性
（1）电流互感器的一次电流（I1）取决于一次电路的电压和阻抗,与电流互感器的二次负载无关。
（2）电流互感器二次电路所消耗的功率随二次电路阻抗的增加而增大，即S2＝I22eZb。
（3）电流互感器工作状态接近于短路状态。
5、电流互感器的误差特性
（1）比差：
二次安匝数I2N2旋转180o与一次安匝数I1N1相量相比较，其大小不等，称为比值误差。
（2）角差：
相位角误差简称角差。
它是旋转180o后的二次磁动势安匝数与一次磁动势安匝数之间的相位差，用δI表示
（3）电流互感器的比差与角差的大小与励磁电流I10、负载功率因数φ2、损耗角θ有关。
三、电流互感器的接线方式
1．两相星形（V形）连接
2．分相连接
3．三相星形（Y形）连接
四、电流互感器的正确使用
1．电流互感器的选择
（1）额定电压的选择：
Ux≤Ue
（2）额定变比的选择
长期通过电流互感器的最大工作电流应小于或等于互感器一次额定电流，即Ix≤I1e，但不宜使互感器经常工作在额定一次电流的1／3以下。
（3）准确度等级的选择
在发电厂、变电站、电力用户运行中的电能计量装置按其所计量的电量不同和计量对象的重要程度分五类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）进行管理。
对Ⅰ、Ⅱ类计量对象互感器应采用0.2级，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类计量对象互感器应采用0.5级，0.1级以上互感器，主要用于实验室进行精密测量或用来校验低等级的电流互感器。
（4）额定容量的选择与计算
a、电流互感器的额定容量S2e＝I22eZb，Zb为互感器二次额定负载阻抗。
接入互感器的二次负载容量S2应满足
0.25S2e≤S2≤S2e
b、二次负载容量的计算主要决定于负载阻抗Zb的计算。
Zb包括表计阻抗Zm、接头的接触电阻Rk（一般取0.01～0.5Ω）以及导线电阻。
2．使用电流互感器应注意的问题
（1）运行中的电流互感器二次绕组不允许开路（为什么）。
（2）电流互感器绕组应按减极性连接。
（3）电流互感器二次侧应可靠接地（目的）。
第二节电压互感器的结构和工作原理
一、电压互感器的主要技术数据
1、电压互感器的分类
（1）．按用途分类
按用途分为测量用电压互感器和保护用电压互感器，这两种电压互感器，又可分为单相电压互感器和三相电压互感器。
（2）．根据安装地点分类
按安装地点分为户内型电压互感器和户外型电压互感器。
（3）．根据电压变换原理分类
1）电磁式电压互感器，以电磁感应来变换电压；
2）电容式电压互感器，以电容分压来变换电压；
3）光电式电压互感器，以光电元件来变换电压。
（4）．根据结构不同分类
l）单级式电压互感器，一次绕组和二次绕组均绕在同一个铁芯柱上。
2）串级式电压互感器，一次绕组分成匝数相同的几段，各段串联起来，一端子连接高压电路，另一端子接地。
2、电压互感器的型号规定（重点：
产品型号字母第一个的含义、及电压等级）
3、电压互感器的主要参数
（1）绕组的额定电压
额定一次电压：
是指可以长期加在一次绕组上的电压。
额定二次电压：
我国规定接在三相系统中相线与相线之间的单相电压互感器为100V，对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器，为100/√3V。
（2）额定电压变比：
额定电压变比为额定一次电压与额定二次电压之比。
（3）额定二次负载：
电压互感器的额定二次负载，为确定准确度等级所依据的二次负载导纳（或阻抗）值。
（4）准确度等级
国产电压互感器的准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0级。
（5）极性标志
a、一次绕组接线端子用大写字母A、B、C、N表示，二次绕组接线端子用小写字母a、b、c、n表示。
b、对应端子（A、a）为减极性。
二、结构及工作原理
1、结构
2、二次额定电压：
100V。
3、工作原理:
理想时kU=U1e/U2e=N1/N2；实际存在比差和角差。
4、电压互感器存在着比差和角差
比差：
二次电压相量旋转1800后与一次电压相量大小不等叫存在比差。
角差：
是指一次电压与旋转180o后二次电压相量间的相位差，用δU表示。
三、电压互感器的正确使用
1．电压互感器的选择
（l）额定电压的选择：
（2）准确度等级的选择：
电流互感器的准确度等级选择相同。
（3）接线方式的选择：
（4）额定容量的选择：
0.25Se＜S＜Se
2．使用电压互感器应注意的问题
（1）按要求的相序进行接线。
（2）电压互感器二次侧应可靠接地。
（3）电压互感器二次侧严禁短路。
第五章互感器检验（不做重点）
电流互感器检验项目
1、电流互感器的直观检查
2、电流互感器的绝缘电阻测定
3、互感器的耐压试验
4、电流互感器的伏安特性试验
5、电流互感器的退磁试验
6、电流互感器的极性试验
7、电流互感器误差测量
8、电流互感器实际负载的测量
电压互感器检验项目
1、电压互感器（TV）的直观检查。
2、绝缘电阻测定。
3、耐压试验。
4、电压互感器的伏安特性试验
5、电压互感器的极性试验
6、三相电压互感器的联结组别试验
7、电压互感器误差测量
8、电压互感器实际负载的测量
第六章电能计量装置的接线方式
一、电能表
1、有功表分类：
单相有功表、三相三有功表、三相四有功表
2、有功表特点：
单相有功表一组驱动元件、三相三有功表两组驱动元件、三相四有功表三组驱动元件
3、无功表分类：
正弦型无功表、跨相90型无功表、60型无功表。
4、无功表特点：
（1）正弦型无功表有一元件单相正弦型无功表、两元件三相三正弦型无功表、三元件三相四正弦型无功表；
（2）跨相90型无功表采用跨相90接线，既可以计量三相三电路、又可以计量三相四电路。
（3）60型无功表包括两元件三相三无功表和三元件三相四无功表。
二、接线图（重点）
1、单相有功电能表直接接入式
2、单相有功电能表经电流互感器接入式
3、三线三有功电能表直接接入式
4、三线三有功电能表经TA、TV接入式
（TA采用分相接线、TV采用V.v或Y.y接线）
5、三线四有功电能表直接接入式
6、三线四有功电能表经TA接入式
（TA采用分相接线）
7、跨相90型三相无功表直接接入式
8、60型三相三无功表直接接入式
9、60型三相四无功表直接接入式
10、三线三有功、无功（60型三相三无功表）电能表经互感器联合接入式
11、三线四有功、无功（90型三相四无功表）电能表经电流互感器联合接入式
第七章电能计量装置的接线检查
电能计量装置的接线检查分为停电检查和带电检查两种
第一节互感器的错误接线分析
一、电流互感器绕组极性接反时情况分析
1．电流互感器为两相星形（V形）接线，二次a相绕组极性接反时
结论：
电流互感器采用V形接线时，任何一台互感器绕组的极性接反，则公共线上b相电流都要增大倍。
2．电流互感器为三相星形（Y形）接线,二次a相绕组极性接反时
结论：
电流互感器采用Y形连接时，任何一台互感器绕组的极性接反，则公共接线上的电流In为每相电流值的2倍。
二、电压互感器一次断线时情况分析
正常情况下，电压互感器二次线电压Uab＝Ubc＝Uca＝100（V）。
1．TV为V，v接线,一次A相断线
A断
B断
C断
Uab
0
50
100
Ubc
100
50
0
Uca
100
100
100
2．电压互感器为Y,y接线,一次A相（或B相、C相）断线
A断
B断
C断
Uab
57.7
57.7
100
Ubc
100
57.7
57.7
Uca
57.7
100
57.7
结论：
一次断相时，二次输出与接线方式有关，
三、电压互感器二次断线时情况分析
结论：
当电压互感器二次断线时，其二次电压值与互感器的接线形式无关，而与互感器是否接入二次负载有关。
无载时
a断
b断
c断
Uab
0
0
100
Ubc
100
0
0
Uca
0
100
0
与断相有关的线电压为零，无关的为100。
有载时负载如图
A断
B断
C断
Uab
50
66.7
100
Ubc
100
33.3
33.3
Uca
50
100
66.7
四、电压互感器绕组的极性接反时情况分析
TV为V,v接线,若二次ab相极性接反时
ab反
bc反
Uab
100
100
Ubc
100
100
Uca
173
173
结论：
电压互感器采用V,v接线,若二次或一次的任一个绕组极性接反时,其二次电压Uab和Ubc仍为100V，而Uca为173V。
TV为Y,y接线,若a相绕组极性接反时
A反
B反
C反
Uab
57.7
57.7
100
Ubc
100
57.7
57.7
Uca
57.7
100
57.7
结论：
电压互感器采用
升级会员 