三相三元件电能表的原理和应用

三相四线制低压交流电路通常采用三只单相电能表或者一只三相三元件电能表计量有功电能。当采用三只单相电能表计量时，其接线方法和原理分析在上述单相电能表各部分已经讨论过，在此不再赘述。

10kV以上高压用户通常也是采用一只三相三元件电能表计量，但由于这类用户较少，而且与低压三相三元件电能表计量原理和分析方法大同小异，其共性之处则以三相三元件电能表计量低压三相电能为例，高压计量因电压互感器的接入而可能产生的各种异常状况见第二章。

1.三相三元件电能表计量三相四线电源有功电能的正常接线

其接法及相量图如图1-55所示。直接接入式的测量功率为

图1-55　用一只三相四线电能表计量三相有功电能的接线

P＝P1＋P2＋P3

＝UAIAcosφA＋UBIBcosφB＋UCICcosφC

经TA接入式的测量功率为

P＝UAIacosφa＋UBIbcosφb＋UCIccosφc

这种接法原理和采用三只单相电能表测量三相四线制的有功电能相似，无论三相电路是否对称，都能正确计量三相电能。

2.三相三元件电能表的非正常接线

（1）电流回路存在开路故障，如图1-56所示。

图1-56　电能表电流回路开路

（a）一相开路；（b）二相开路；（c）三相开路

1）一相开路时，一个元件的测值为零，电能表仅计量两相电量；

2）二相开路时，两个元件的测值为零，电能表仅计量一相电量；

3）三相开路时，三个元件的测值均为零，电能表停转。

（2）电流回路存在短路故障，如图1-57所示。

图1-57　电能表电流回路短路

（a）一相短路；（b）二相短路；（c）三相短路

1）一相短路时，一个元件的测值为零，电能表仅计量两相电量；

2）两相短路时，两个元件的测值为零，电能表仅计量一相电量；

3）三相短路时，三个元件的测值均为零，电能表停转。

（3）电压回路存在开路故障，如图1-58所示。

图1-58　电能表电压回路开路

（a）一相开路；（b）二相开路；（c）三相开路

1）一相开路时，一个元件的测值为零，电能表仅计量两相电量；

2）两相开路时，两个元件的测值为零，电能表仅计量一相电量；

3）三相开路时，三个元件的测值均为零，电能表停转。

（4）电流互感器二次（或一次）极性接反。

1）一相电流反接，其接线及相量图如图1-59所示。

图1-59　电能表A相电流反接

一相电流反接时，测值为两正一负，例如A相反接，则

P＝UBIbcosφB＋UCIccosφC－UAIacosφA

2）两相电流反接，其接线及相量图如图1-60所示。

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图1-60　电能表两相电流反接

两相电流反接时，测值为两负一正，例如A、B相接反，则

P＝UCIccosφC－UAIacosφA－UBIbcosφB

这时电能表可能反转。

3）三相电流全反接，其接线及相量图如图1-61所示。

三相电流全反接时，三个元件的测值均为负值，则

P＝－UAIacosφA－UBIbcosφB－UCIccosφC

图1-61　电能表三相电流反接

这时电能表反转。

4）A、B两相电流电压不同相，其接线及相量图如图1-62所示。

图1-62　电能表A、B相电流电压不同相

功率计算为

P3＝UCIccosφ

当三相负载平衡时，UA＝UB＝UC＝Ue，Ia＝Ib＝Ic＝I则

这时电能表不转。

5）三相电流电压不同相，其接线及相量图如图1-63所示。

图1-63　电能表三相电流电压不同相

功率计算为

P1＝UBIacos（120°－φ）

P2＝UCIbcos（120°－φ）

P3＝UAIccos（120°－φ）

P＝P1＋P2＋P3

当三相负载平衡时，UA＝UB＝UC＝Ue，Ia＝Ib＝Ic＝I，则

电能表计量电量无意义。

6）A、B两相电流电压不同相，且A相电流反接，其接线及相量图如图1-64所示。

功率计算为

P3＝UCIccosφ

图1-64　电能表A、B相电流电压不同相，且A相电流反接

当三相平衡时，UA＝UB＝UC＝Ue，Ia＝Ib＝Ic＝I，则