電能表

1 定義

　　專門用來計(jì)量某一時(shí)間段電能累計(jì)值的儀表叫做電能表，俗稱電度表、火表。

2 分類

　　分類

　　按用途：有功電能表、無功電能表、最大需量表、標(biāo)準(zhǔn)電能表、復(fù)費(fèi)率分時(shí)電能表、預(yù)付費(fèi)電能表（分投幣式、磁卡式、電卡式）、損耗電能表、多功能電能表和智能電能表

　　按工作原理：感應(yīng)式（機(jī)械式）、靜止式（電子式）、機(jī)電一體式（混合式）

　　按接入電源性質(zhì)：交流表、直流表

　　按結(jié)構(gòu)：整體式、分體式

　　按接入相線：單相、三相三線、三相四線電能表

　　按準(zhǔn)確級：普通安裝式電能表（0.2S、0.5S、0.2.0.5.1.0、2.0級）和攜帶式精密電能表（0.01、0.05、0.2級）

　　按安裝接線方式：直接接入式、間接接入式

　　型號含義

　　第一部分：類別代號：D：電能表

　　第二部分：組別代號：

　　按相線：D—單相S—三相三線T—三相四線

　　按用途：B—標(biāo)準(zhǔn)D—多功能J—直流X—無功Z—最大需量F—復(fù)費(fèi)率S:全電子式

　　Y—預(yù)付費(fèi)H—總耗L—長壽命A—安培小時(shí)計(jì)

　　第三部分：設(shè)計(jì)序號：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如862、864等

　　第四部分：改進(jìn)序號：用小寫的漢語拼音字母表示

　　第五部分：派生號T—濕熱和干熱兩用TH—濕熱帶用G—高原用H—船用F—化工防腐用

　　K—開關(guān)板式J—帶接收器的脈沖電能表

3 電能計(jì)量

　　電能計(jì)量單位

　　有功電能表kW·h（俗稱度1kw。h=3.6×10的6次方在數(shù)值上表示功率1kw的用電器工作1h所消耗的電能）

　　無功電能表kvar·h

　　字輪計(jì)度器窗口（液晶顯示窗口）：

　　整數(shù)位和小數(shù)位不同顏色，中間小數(shù)點(diǎn)；各字輪有倍乘系數(shù)（無小數(shù)點(diǎn)時(shí)）多功能表液晶顯示有整數(shù)位和小數(shù)位兩位

　　準(zhǔn)確度等級：

　　相對誤差，用置于圓圈內(nèi)的數(shù)字表示

　　標(biāo)定電流和額定最大電流：

　　標(biāo)定電流：標(biāo)明于表上作為計(jì)算負(fù)載的基數(shù)電流值：Ib。通常標(biāo)定電流的0.005倍即為電能表的啟動(dòng)電流。一個(gè)電能表的標(biāo)定電流越大，電表計(jì)量時(shí)的誤差越小。

　　額定最大電流：電能表能長期正常工作，誤差和溫升完全滿足要求的最大電流值：Imax

　　額定電壓：

　　單相電能表標(biāo)注：220V

　　三相表有三種標(biāo)注法：

　　a.直接接入式三相三線：3×380V

　　b.直接接入式三相四線：3×380/220V

　　電能表常數(shù)：電能表記錄的電能與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)或脈沖數(shù)之間關(guān)系的比例數(shù)：r/kWh；imp/kWh

　　額定頻率：50Hz

4 產(chǎn)品說明

　　有功電能表

　　電能可以轉(zhuǎn)換成各種能量。如：通過電爐轉(zhuǎn)換成熱能，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過電燈轉(zhuǎn)換成光能等。在這些轉(zhuǎn)換中所消耗的電能為有功電能。而記錄這種電能的電表為有功電能表。

　　無功電能表

　　電工原理告訴我們，

　　有些電器裝置在作能量轉(zhuǎn)換時(shí)先得建立一種轉(zhuǎn)換的環(huán)境，如：電動(dòng)機(jī)，變壓器等要先建立一個(gè)磁場才能作能量轉(zhuǎn)換，還有些電器裝置是要先建立一個(gè)電場才能作能量轉(zhuǎn)換。而建立磁場和電場所需的電能都是無功電能。而記錄這種電能的電表為無功電能表。無功電能在電器裝置本身中是不消耗能量的，但會在電器線路中產(chǎn)生無功電流，該電流在線路中將產(chǎn)生一定的損耗。無功電能表是專門記錄這一損耗的，一般只有較大的用電單位才安裝這種電表。

5  發(fā)展

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對電的需求越來越大，不同時(shí)間用電量不均衡的現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線，改善用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實(shí)行峰、平、谷分時(shí)電價(jià)制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源，國內(nèi)部分省市的電力部門已開始逐步推出了多費(fèi)率電能表，對用戶的用電量分時(shí)計(jì)費(fèi)。1995年4月，由國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委和電力工業(yè)部聯(lián)合在上海召開的全國計(jì)劃用電工作會議上決定，用3～4年時(shí)間，在全國各大電網(wǎng)內(nèi)，有計(jì)劃、分步驟全面推行峰谷分時(shí)電價(jià)制度?？偰繕?biāo)是各網(wǎng)轉(zhuǎn)移高峰電力10～15%，全國實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移高峰電力1000～2000萬千瓦，推行的范圍不僅是工業(yè)、商業(yè)用戶，而且對非工業(yè)、農(nóng)業(yè)用電也要逐步實(shí)行。在有條件的地區(qū)，即已經(jīng)實(shí)行一戶一表的居民用電區(qū)，也將有計(jì)劃的開發(fā)低谷用電，實(shí)行峰谷電價(jià)，以提高電能利用率，提高居民的用電質(zhì)量。對電力用戶采用不同時(shí)段和不同計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵(lì)低谷時(shí)段的電力消費(fèi)。

　　1980年，河南地區(qū)首先提出了按峰、谷時(shí)間分段計(jì)量電能，以經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)合理、均衡、科學(xué)用電的建議，繼而開始進(jìn)行了試點(diǎn)，通過幾年實(shí)踐，初步摸索了一些有參考價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。隨后，山西省利用簡易設(shè)備先后在一部分用電單位進(jìn)行了聯(lián)合試點(diǎn)。1982～1985年，全國許多省市和地區(qū)也相繼實(shí)行了電能分時(shí)計(jì)量及與此相適應(yīng)的新的收費(fèi)制度，并取得了非常大的成效。一些大的電網(wǎng)局也把它作為技術(shù)改進(jìn)的重要內(nèi)容和開展科學(xué)用電的重要措施之一。至此，我國己跨進(jìn)了用多種電價(jià)作為輔助管理手段和控制用電負(fù)荷的國家行列。

　　早期主產(chǎn)的第一代石英鐘控分時(shí)電能表。這種電能表通過導(dǎo)線連接石英鐘各種不同時(shí)段來分別驅(qū)動(dòng)峰、谷電磁計(jì)數(shù)器，分別顯示出峰、谷電量及總電量，按總電量扣除峰、谷電量即為平常時(shí)段電量。由于這種分時(shí)計(jì)費(fèi)電能表的可靠性較差。計(jì)時(shí)分段精度太低（最小分割為5min），易受干擾，時(shí)段調(diào)整也比較麻煩，使用功能單一，不能適應(yīng)分時(shí)計(jì)費(fèi)中的一些特殊要求，目前已基本淘汰停用。

　　第二代機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的分時(shí)電能表。這種電能表采用1.0級感應(yīng)系電能表機(jī)芯為基礎(chǔ)，采用紅外光電變換器，脈沖輸出和中央處理器（CPU），單片機(jī)電路，使用附帶的鍵盤編程或者紅外無線鍵盤來進(jìn)行各種需求量、時(shí)鐘、時(shí)段、雙休日的設(shè)定，可保護(hù)本月最大需求量、上月最大需求量和本月峰、平、谷最大需求量顯示及存儲。帶有脈沖輸出及RS-232串行通信口，便于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送與監(jiān)控。儀表性能比較精密可靠，功能可滿足我國現(xiàn)階段分時(shí)計(jì)費(fèi)需求，生產(chǎn)工藝比較成熟，價(jià)格具有競爭力，是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一代產(chǎn)品。但是美中不足的是各生產(chǎn)廠家均為自行開發(fā)專用單片機(jī)，存在產(chǎn)品兼容性差，維修困難的缺點(diǎn)。這一系列產(chǎn)品常見的有DF68.DF93.DTF33.DF86.DSF20.DIF－2.DF32.DTF864MRZ、DSD66等。

6 原理應(yīng)用

　　電能表的工作原理

　　當(dāng)把電能表接入被測電路時(shí)，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個(gè)交變電流分別在它們的鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應(yīng)出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉(zhuǎn)矩（主動(dòng)力矩）而轉(zhuǎn)動(dòng)。負(fù)載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應(yīng)出的渦流也越大，使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩就越大。即轉(zhuǎn)矩的大小跟負(fù)載消耗的功率成正比。功率越大，轉(zhuǎn)矩也越大，鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)也就越快。鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又受到永久磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩的作用，制動(dòng)力矩與主動(dòng)力矩方向相反；制動(dòng)力矩的大小與鋁盤的轉(zhuǎn)速成正比，鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)得越快，制動(dòng)力矩也越大。當(dāng)主動(dòng)力矩與制動(dòng)力矩達(dá)到暫時(shí)平衡時(shí)，鋁盤將勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。負(fù)載所消耗的電能與鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)計(jì)數(shù)器，把所消耗的電能指示出來。這就是電能表工作的簡單過程。

　　按原理劃分

　　1.電能表分為感應(yīng)式和電子式兩大類：

　　感應(yīng)式電能表采用電磁感應(yīng)的原理把電壓、電流、相位轉(zhuǎn)變?yōu)榇帕?，推?dòng)鋁制圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤的軸（蝸桿）帶動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)計(jì)度器的鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的過程即是時(shí)間量累積的過程。因此感應(yīng)式電能表的好處就是直觀、動(dòng)態(tài)連續(xù)、停電不丟數(shù)據(jù)。

　　感應(yīng)式電能表對工藝要求高，材料涉及廣泛，有金屬、塑料、寶石、玻璃、稀土等等，對此，產(chǎn)品的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定和要求，用低價(jià)的劣質(zhì)材料代替標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料是影響電能表產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題之一，因此像大多數(shù)商品一樣，價(jià)格過低的商品不會有好的質(zhì)量保證。

　　感應(yīng)式電能表的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，但早已成熟和穩(wěn)定，工裝器具也全面配套。生產(chǎn)環(huán)境對溫度、濕度和空氣凈化度的要求較高。近十余年來在杭州、寧波、溫州等地發(fā)展形成的電能表的材料和零部件市場具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，形成鮮明的中國集約化大生產(chǎn)的特色，這也是那里生產(chǎn)的電能表在市場上具有價(jià)格優(yōu)勢的主要因素之一。

　　電子式電能表運(yùn)用模擬或數(shù)字電路得到電壓和電流向量的乘積，然后通過模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量功能。由于應(yīng)用了數(shù)字技術(shù)，分時(shí)計(jì)費(fèi)電能表、預(yù)付費(fèi)電能表、多用戶電能表、多功能電能表紛紛登場，進(jìn)一步滿足了科學(xué)用電、合理用電的需求。

　　電子式電能表在江蘇、浙江、深圳一帶的產(chǎn)量較高，這與電子產(chǎn)品集中在這一地區(qū)是一致的，也正是由于材料和零部件市場條件優(yōu)越的原因，形成價(jià)格的競爭力。

　　目前從總體來看，感應(yīng)式電能表與電子式電能表相比，感應(yīng)式電能表生產(chǎn)的數(shù)量為多。但電子式電能表的產(chǎn)量有明顯上升的趨勢。

　　2.按測量電能的準(zhǔn)確度等級劃分，一般有1級和2級表：1級表示電能表的誤差不超過±1%；2級表示電能表的誤差不超過±2%

　　3.按附加功能劃分，有多費(fèi)率電能表、預(yù)付費(fèi)電能表、多用戶電能表、多功能電能表、載波電能表等。多費(fèi)率電能表或稱分時(shí)電能表、復(fù)費(fèi)率表，俗稱峰谷表，是近年來為適應(yīng)峰谷分時(shí)電價(jià)的需要而提供的一種計(jì)量手段。它可按預(yù)定的峰、谷、平時(shí)段的劃分，分別計(jì)量高峰、低谷、平段的用電量，從而對不同時(shí)段的用電量采用不同的電價(jià)，發(fā)揮電價(jià)的調(diào)節(jié)作用，鼓勵(lì)用電客戶調(diào)整用電負(fù)荷，移峰填谷，合理使用電力資源，充分挖掘發(fā)、供、用電設(shè)備的潛力，屬電子式或機(jī)電式電能表；預(yù)付費(fèi)電能表俗稱卡表，用IC卡預(yù)購電，將IC卡插入表中可控制按費(fèi)用電，防止拖欠電費(fèi)，屬電子式或機(jī)電式電能表；多用戶電能表一只表可供多個(gè)用戶使用，對每個(gè)用戶獨(dú)立計(jì)費(fèi)，因此可達(dá)到節(jié)省資源，并便于管理的目的，還利于遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表，屬電子式電能表；多功能電能表集多項(xiàng)功能于一身，屬電子式電能表；載波電能表利用電力載波技術(shù)，用于遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表，屬電子式電能表。

7 使用

　　使用電能表時(shí)要注意，在低電壓（不超過500伏）和小電流（幾十安）的情況下，電能表可直接接入電路進(jìn)行測量。在高電壓或大電流的情況下，電能表不能直接接入線路，需配合電壓互感器或電流互感器使用。對于直接接入線路的電能表，要根據(jù)負(fù)載電壓和電流選擇合適規(guī)格的，使電能表的額定電壓和額定電流，等于或稍大于負(fù)載的電壓或電流。另外，負(fù)載的用電量要在電能表額定值的10%以上，否則計(jì)量不準(zhǔn)。甚至有時(shí)根本帶不動(dòng)鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。所以電能表不能選得太大。若選得太小也容易燒壞電能表。

8 技術(shù)分析

　　當(dāng)前電力行業(yè)電能計(jì)量儀表的主要方案一般都是基于半導(dǎo)體技術(shù)而實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量目的。電能表一般均采用了高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，將電網(wǎng)的電壓、電流信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后利用高速微處理器對數(shù)字信號進(jìn)行分析、處理和數(shù)據(jù)再加工、分揀，從而產(chǎn)生各種計(jì)量數(shù)據(jù)；最后利用各種通訊接口、人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)與各種設(shè)備進(jìn)行對接。

　　電能表是采樣技術(shù)、微處理技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的產(chǎn)物，是跨學(xué)科的高技術(shù)產(chǎn)品。電能表制造商根據(jù)自身設(shè)計(jì)的理解和應(yīng)用技巧，實(shí)現(xiàn)電能表的各項(xiàng)功能。電能表產(chǎn)品上，目前已經(jīng)具備了多功能、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化的需求，能夠滿足當(dāng)前各種計(jì)量的要求，如有功計(jì)量、無功計(jì)量、需量計(jì)算，電網(wǎng)質(zhì)量檢測、電網(wǎng)事件記錄等復(fù)雜功能，并能夠作為通訊從站與中央控制主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

　　目前，用電信息采集系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)處于持續(xù)發(fā)展和提升過程中，產(chǎn)品要求和產(chǎn)品功能不斷優(yōu)化、不斷增加，以適應(yīng)越來越高的信息化管理要求。產(chǎn)品技術(shù)上綜合了當(dāng)前成熟的電能表計(jì)量功能、電磁測量技術(shù)、DSP數(shù)據(jù)處理技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)、無線遠(yuǎn)傳技術(shù)、低壓電力線載波通訊技術(shù)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件平臺技術(shù)；是跨學(xué)科、高技術(shù)的系統(tǒng)性產(chǎn)品，屬于新興產(chǎn)品，國內(nèi)外廠商目前的技術(shù)水平基本處在同一水平上，與國際知名廠商在技術(shù)上、性能上差距不大。

　　電能表行業(yè)目前主流產(chǎn)品在國際上已經(jīng)處于快速發(fā)展階段，屬于朝陽行業(yè)，全球包括發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中國家均在進(jìn)行電能表的更新?lián)Q代，以適應(yīng)當(dāng)前整個(gè)世界形勢的變化。一是全球性的節(jié)能減排要求，必須進(jìn)行能量的精確計(jì)量，促進(jìn)各用電主體根據(jù)能量的變化進(jìn)行用電控制，改變用電習(xí)慣；二是適應(yīng)電力企業(yè)管理現(xiàn)代化、信息化的要求，通過智能電能表作為電網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以快速有效地了解電力用戶、變電站等計(jì)量測量點(diǎn)的用電實(shí)時(shí)情況，提供更加精確的服務(wù)和管理。

　　電能表產(chǎn)品中需求量最大的是單相居民電能表，但是由于居民用電量的逐年增加、用電負(fù)荷的增大，相關(guān)的用電設(shè)備要求使用三相供電。同時(shí)利用三相供電可以提高負(fù)荷平衡率、降低電力線損。目前發(fā)達(dá)國家居民用電大部分已經(jīng)采用三相供電，國內(nèi)如寧波等沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，三相電子式電能表的應(yīng)用范圍已逐步從工業(yè)用電為主擴(kuò)展到居民用電領(lǐng)域。因此三相計(jì)量電能表的需求將越來越大，在電能表的需求結(jié)構(gòu)中的占比將逐步提升。

　　為推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電能表和用電信息采集系統(tǒng)將作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對用電用戶的“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”，將促進(jìn)用電信息采集系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)的提升。