电能表测量技术简介，电工工具

电能表是用来测量某一段时间内发电机发出电能或负载消耗电能的仪表。电能表与功率表不同的地方是，它不仅能够反映出功率大小，而且，能够反映出电能随时间增长积累的总和。这决定了电能表需要有不同于其他仪表的特殊结构，即它的指示器不能像其他指示仪表一样停在某一位置，而应当随电能的不断增长而不断转动，随时反映出电能积累的总数值，所以电能表都装有“积算机构”。通过计数器将电能的数值指示出来，因此这种类型的仪表，又叫“积算仪表”。

1.电能表的类型

（1）电能表的分类

1）按所测量电流分类可分为直流式和交流式，电力系统中广泛采用的是交流电能表。

2）按用途分类可分为普通电能表和专用电能表。普通电能表分为单相电能表和三相电能表；专用电能表又称为特种电能表，包括最大需量电能表、定量电能表、多费率电能表、脉冲电能表、多功能电能表和标准电能表等。

3）按准确度等级分类可分为普通级电能表和精密级电能表。普通级电能表有3.0、2.0、1.0、0.5、0.2级，精密级电能表有0.5、0.2、0.1、0.05、0.02、0.01级。

4）按工作原理分类可分为感应式电能表、全电子式电能表和感应电子式电能表。

5）按接入线路的方式和测量能量的不同分类。

直接接入式可分为单相有功、三相三线有功、三相四线有功、三相三线无功、三相四线无功。

经互感器接入式可分为三相三线有功、三相四线有功、三相三线无功、三相四线无功。

经万用互感器接入式可分为单相有功、三相三线有功、三相四线有功、三相三线无功、三相四线无功。

目前电力系统和电力用户普遍采用0.5级以下的感应式单相、三相电能表和机电式三相电能表。

6）按平均寿命的长短，单相感应式电能表又分为普通型和长寿命技术电能表。按照规程规定，普通型感应式电能表在使用5年后就要进行抽检，当抽检不合格时就要进行轮换。而长寿命技术电能表是指平均不修理的有效使用时间在20年及以上的感应式电能表。

（2）感应式电能表的种类

交流电能表多为感应式仪表。感应式电能表中常用的有有功电能表、无功电能表、分时计费电能表、多费率电能表等。

1）有功电能表。有功电能表用来计算电路所消耗的有功电能。对单相电路而言，其计量结果可用式（4-20）表示，单位为kW·h，即

W_P=UIλt （4-20）

式中 U·I——交流电路中电流、电压有效值；

λ——负载功率因数；

t——计量电能的累计时间。

由式（4-20）可以看出，有功电能表实际上是计量电能的有功部分，即视在功率的有功分量与时间的乘积。

2）无功电能表。无功电能表用来计量无功电能。对单相电路言。无功电能计量结果可用下列公式表示，单位为kvar·h，即

W_Q=UIsinφt=Qt （4-21）

对于三相三线制电路，有功和无功电能可分别表示为

2.感应式电能表基本结构与原理

（1）单相电能表

1）单相电能表基本结构。单相电能表由驱动元件、转动元件、积算机构、调整装置、接线盒等构成，这些元件与基架、表底、表盖等互相结合为一整体，其外形、内部结构如图4-48所示。

2）基本工作原理。当交流电流通过电能表的电流线圈时，在铝盘上会感应产生涡流，这些涡流与交变磁通通过相互作用产生电磁力，使铝盘转动，同时，制动磁铁与转动铝盘相互作用，产生制动转矩。当转动转矩和制动转矩平衡时，铝盘以稳定的速度转动，其转数与被测电能的大小成正比，从而测量出负载所耗电能。(www.xing528.com)

图4-48 感应式单相电能表外形及结构示意图

1—电流部件 2—电压部件 3—铝制圆盘 4—转轴 5—永久磁铁 6—蜗轮 7—蜗杆

由以上简单的原理分析可知，铝盘转速与负载的功率有关，负载功率越大，转速越快，即

P=Cω （4-22）

式中 P——负载功率；

C——常数；

ω——转速。

若测量时间为t，且功率保持不变，则有

Pt=Cωt （4-23）

式（4-23）左端表示在时间t内负载消耗的电能W，而右端代表了铝盘在时间t内的转数n，即

W=Cn （4-24）

（2）三相有功电能表

三相电能表的工作原理与单相电能表完全相同，只是在结构上采用多组驱动部件和固定在转轴上的多个铝盘的方式，以实现对三相电能的测量。

1）三相四线有功电能表。三相四线有功电能表与单相电能表不同之处是它由3个驱动元件和装在同一转轴上的3个铝盘组成（如DT1型三相四线电能表），它的读数直接反映了三相所消耗的电能。也有些三相四线有功电能表采用三组驱动部件作用于同一铝盘的结构（如DT2型），这种结构具有体积小、重量轻、减小摩擦力矩等优点。有利于提高灵敏度和延长使用寿命等。但由于3组电磁元件作用于同一个圆盘，其磁通和涡流的相互干扰不可避免地加大了，为此，必须采取补偿措施，尽可能加大每组电磁元件之间的距离，因此，转盘的直径相应地要大些。三相四线有功电能表有接线端钮10个或11个，置于接线盒内，其中端钮2、5、8已分别与1、4、7在电能表内部连接好。

2）三相三线有功电能表。三相三线有功电能表采用两组驱动元件作用于装在同一转轴上的两个铝盘（或一个铝盘）的结构，其原理与单相电能表完全相同。

在380/220V低压供电系统中使用的三相三线有功电能表的电压线圈的额定电压为线电压380V；在10kV供电系统中使用的三相三线有功电能表，因其需要经过电压互感器接入，故电压线圈的额定电压为100V。而三相四线有功电能表电压线圈的额定电压为相电压220V，这一点是有区别的。

三相三线有功电能表的接线盒内有8个接线端钮，其中端钮1、6已分别与2、7在电能表内部连接好。

（3）三相无功电能表

1）具有附加电流线圈的三相无功电能表。这种表的基本结构与有功电能表的不同地方，在于每组电流元件上除了有一个电流基本线圈外，又增加了一个电流附加线圈，其匝数、线径与基本线圈完全相同，只是在接法上与基本线圈的极性相反。两个附加线圈串联后，再串接在第二相（V相）电路中。图4-49所示为DX1型三相无功电能表的线路图。

图4-49 DX1型三相无功电能表线路图

1—基本线圈 2—附加线圈

这种电能表可用于简单不对称三相电路的无功测量，包括三相三线制和三相四线制电路。

2）具有60°相角差的三相无功电能表。这种表的特点是：当负载功率因数λ=1时，电压工作磁通与电流工作磁通的相位差不是一般电能表的90°，而是60°。通过对与电压线圈串联的电阻R₁、R₂的选择，可以获得60°相位差的要求。

这种无功电能表（如DX2、DX8型）适用于三相三线制电路中，无论负载对称与不对称均可。其线路如图4-50所示，它的外部接线与普通有功电能表完全一样。

图4-50 DX2型无功电能表线路图