電能表

隨著我國經濟的飛速發展，各行各業對電的需求越來越大，不同時間用電量不均衡的現象也日益嚴重。為緩解我國日趨尖銳的電力供需矛盾，調節負荷曲線，改善用電量不均衡的現象，全面實行峰、平、谷分時電價制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源，國內部分省市的電力部門已開始逐步推出了多費率電能表，對用戶的用電量分時計費。

1995年4月，由國家計委、國家經貿委和電力工業部聯合在上海召開的全國計劃用電工作會議上決定，用3～4年時間，在全國各大電網內，有計劃、分步驟全面推行峰谷分時電價制度。總目標是各網轉移高峰電力10～15%，全國實現轉移高峰電力1000～2000萬千瓦，推行的範圍不僅是工業、商業用戶，而且對非工業、農業用電也要逐步實行。在有條件的地區，即已經實行一戶一表的居民用電區，也將有計劃的開發低谷用電，實行峰谷電價，以提高電能利用率，提高居民的用電質量。對電力用戶採用不同時段和不同計費標準。鼓勵低谷時段的電力消費。

1980年，河南地區首先提出了按峰、谷時間分段計量電能，以經濟手段促進合理、均衡、科學用電的建議，繼而開始進行了試點，通過實踐，初步摸索了一些有參考價值的經驗。隨後，山西省利用簡易設備先後在一部分用電單位進行了聯合試點。

1982～1985年，全國許多省市和地區也相繼實行了電能分時計量及與此相適應的新的收費制度，並取得了非常大的成效。一些大的電網局也把它作為技術改進的重要內容和開展科學用電的重要措施之一。至此，我國己跨進了用多種電價作為輔助管理手段和控制用電負荷的國家行列。

早期主產的第一代石英鐘控分時電能表。這種電能表通過導線連接石英鐘各種不同時段來分別驅動峰、谷電磁計數器，分別顯示出峰、谷電量及總電量，按總電量扣除峰、谷電量即為平常時段電量。由於這種分時計費電能表的可靠性較差。計時分段精度太低（最小分割為5min），易受干擾，時段調整也比較麻煩，使用功能單一，不能適應分時計費中的一些特殊要求，目前已基本淘汰停用。

第二代機電一體化結構的分時電能表。這種電能表採用1.0級感應系電能表機芯為基礎，採用紅外光電變換器，脈衝輸出和中央處理器（CPU），單片機電路，使用附帶的鍵盤編程或者紅外無線鍵盤來進行各種需求量、時鐘、時段、雙休日的設定，可保護本月最大需求量、上月最大需求量和本月峰、平、谷最大需求量顯示及存儲。帶有脈衝輸出及RS-232串列通信口，便於數據遠程傳送與監控。儀錶性能比較精密可靠，功能可滿足我國現階段分時計費需求，生產工藝比較成熟，價格具有競爭力，是目前國內應用最為廣泛的一代產品。但是美中不足的是各生產廠家均為自行開發專用單片機，存在產品兼容性差，維修困難的缺點。這一系列產品常見的有DF68、DF93、DTF33、DF86、DSF20、DIF2、DF32、DTF864、MRZ、DSD66等。

（1）電能表按其使用的電路可分為直流電能表和交流電能表。交流電能表按其相線又可分為單相電能表、三相三線電能表和三相四線電能表。

（2）電能表按其工作原理可分為電氣機械式電能表和電子式電能表（又稱靜止式電能表、固態式電能表）。電氣機械式電能表用於交流電路作為普通的電能測量儀錶，其中最常用的是感應型電能表。電子式電能表可分為全電子式電能表和機電式電能表。

（3）電能表按其結構可分為整體式電能表和分體式電能表。

（4）電能表按其用途可分為有功電能表、無功電能表、最大需量表、標準電能表、復費率分時電能表、預付費電能表、損耗電能表和多功能電能表等。

（5）電能表按其準確度等級可分為普通安裝式電能表（0.2、0.5、1.0、2.0、3.0級）和攜帶式精密級電能表（0.01、0.02、0.05、0.1、0.2級）。

1．型號及其含義

電能表型號是用字母和數字的排列來表示的，內容包括類別代號+組別代號+設計序號+派生號。

（1）類別代號。D一電能表。

（2）組別代號。

1）表示相線：D一單相；T一三相四線有功；S一三相三線有功；X一三相無功。

2）表示用途：B一標準；D一多功能；M一脈衝；S一全電子式；Z一最大需量。Y一預付費：F一復費率。

（3）設計序號。用阿拉伯數字錶示。

（4）派生號。T一濕熱、乾燥兩用；TH一濕熱帶用；TA一乾熱帶用；G一高原用；H一船用；F一化工防腐用。

例如：

DD表示單相電能表，如DD862型，DD701型，DD95型。

DS表示三相三線有功電能表，如DS8、DS310、DS864型等。

DT表示三相四線有功電能表，如DT862型、DT864型。

DX表示無功電能表，如DX8、DX9、DX310、DX862型。

DZ表示最大需量表，如DZl型。

DB表示標準電能表，如DB2型，DB3型。

2．銘牌

銘牌上應包含以下內容：

（1）商標。

（2）計量許可標誌（CMC）。

（3）計量單位名稱或符號，如：有功電能表為“千瓦·時”或“kWh”；無功電能表為“千乏·時”或“kvarh”。

字輪式計度器的窗口，整數位和小數位用不同的顏色區分，中間有小數點；若無小數點位，窗口各字輪均有倍乘係數，如×100、×10、×1等。對於液晶顯示屏的整數位和小數位，中間有小數點。

（4）電能表的名稱及型號。

（5）基本電流和額定最大電流。基本電流（標定電流）是確定電能表有關特性的電流值，是電能表的基本工作電流，以Ib表示；額定最大電流是儀錶能滿足其製造標準規定的準確度的最大電流值。以Imax表示。如1.5（6）A即電能表的基本電流值為1.5A，額定最大電流為6A。如果額定最大電流小於基本電流的150%時，則只標明基本電流。對於三相電能表應在前面乘以相數，如3×5（20）A。

（6）參比電壓。參比電壓是確定電能表有關特性的電壓值，是電能表的工作電壓，以Un表示。參比電壓對於三相三線電能表以相數乘以線電壓表示，如3×100V：對於三相四線電能表則以相數乘以相電壓/線電壓表示，如3×220/380V；對於單相電能表則以相電壓表示，如220V。

（7）參比頻率。參比頻率是確定電能表有關特性的頻率值，即工頻，以赫茲（Hz）作為單位。

（8）電能表常數。電能表常數是電能表記錄的電能和相應的轉數或脈衝數之間關係的常數，有功電能表以r（imp）/kwh或kwh/r（imp）形式表示，無功電能表以r（imp）/kvarh或kvarh/r（imp）形式表示。兩種常數互為倒數關係。

（9）準確度等級。以記入圓圈中的等級數字錶示，如面．勻、@．習，無標誌時，電能表視為2級

（10）相數、線數的符號。

（11）耐受環境條件的能力級別，分P、S、A、B共4組。

（12）製造標準。

當把電能表接入被測電路時，電流線圈和電壓線圈中就有交變電流流過，這兩個交變電流分別在它們的鐵芯中產生交變的磁通；交變磁通穿過鋁盤，在鋁盤中感應出渦流；渦流又在磁場中受到力的作用，從而使鋁盤得到轉矩（主動力矩）而轉動。負載消耗的功率越大，通過電流線圈的電流越大，鋁盤中感應出的渦流也越大，使鋁盤轉動的力矩就越大。即轉矩的大小跟負載消耗的功率成正比。功率越大，轉矩也越大，鋁盤轉動也就越快。鋁盤轉動時，又受到永久磁鐵產生的制動力矩的作用，制動力矩與主動力矩方向相反；制動力矩的大小與鋁盤的轉速成正比，鋁盤轉動得越快，制動力矩也越大。當主動力矩與制動力矩達到暫時平衡時，鋁盤將勻速轉動。負載所消耗的電能與鋁盤的轉數成正比。鋁盤轉動時，帶動計數器，把所消耗的電能指示出來。這就是電能表工作的簡單過程。

機械電能表（也叫感應式電能表）的種類、型號儘管很多，但它們的結構基本相似，都是由測量機構、補償調整裝置和輔助部件（外殼、機架、端鈕盒、銘牌）組成。以下是幾種常用機械電能表。

（1）長壽命電能表。正常使用的機械式電能表的壽命主要取決其下軸承的磨損程度。那麼從投入使用到由於下軸承磨損使電能表的基本誤差超差，其間所持續的時間就是電能表的壽命。電能表的下軸承對電能表的使用壽命有很大影響。

現代電能表的軸承結構主要有：鋼珠寶石軸承、石墨軸承和磁力軸承等。寶石軸承它可分為單寶石軸承和雙寶石軸承。雙寶石軸承的摩擦力較小，耐磨性能更好。磁力軸承主要靠同極性磁鐵之間的排斥力將轉動元件懸浮於空間。磁力軸承由於減少了機械磨損，延長了電能表的使用壽命。目前逐步推廣應用的長壽命電能表，大多是在軸承上採用了磁力結構。

普通機械電能表採用單寶石軸承，使用壽命一般是5年。長壽命電能表的軸承由於採用了或磁力軸承或石墨軸承或雙寶石軸承等新材料、新技術，使其壽命可延長至10年左右。

（2）寬量程電能表。近年來，由於居民生活水平的提高，裝設的家用電器日益增多，容量很大，但同時使用的可能性較小。如果選用舊式的單量程電能表，額定電流選擇偏大，在實際負荷很小時，運行電流可能低於電能表額定電流的10%而使計量不準；反之若電能表額定電流選擇偏小，一旦家用電器同時使用，電能表就可能因過負載而燒毀。而寬量程電能表就能克服以上問題，只要所使用家用電器的電流總和在電能表的額定電流範圍之

內，都可以安全準確的計量。因此農網和城網改造中居民安裝的電能表一般為長壽命、寬量程電能表。寬量程電能表又叫高過載倍數電能表，其過載能力可達2～4倍。即這種電能表的額定電流並非一個固定值，而是一個彈性範圍。如單相表銘牌標有：2.0級，220V，10（40）A，則說明該表過載能力為4倍；電能表的額定電流在10～40A以內時，準確性仍能滿足2.0級的要求。而2.0級，220V，10A的普通電能表，其過載能力一般只有1.5～2倍。

具有單一電能計量功能的機械電能表難以同時勝任分時計量、負荷控制、參數預置、測量數據的採集、存儲及實時傳輸等多種功能，因此全電子式新型計量器具應運而生。

多功能電能表。無論什麼電能表，要完成電能的計量至少要具備兩項功能，一是產生與實際功率相符的功率信號；二是將該功率信號進行累加從而獲得電能數值。

電子式電能表也不例外。它首先對實際線路的電壓、電流進行採樣，並通過UI乘法器產生功率信號；其次利用U/f（壓/頻）轉換器將功率信號變為具有一定頻率的脈衝信號，並由計數器將脈衝信號累計而得電能量。多功能電能表的結構，如圖所示。

圖中計量晶元W是高度集成的專用三相計量晶元，它完成功率信號P（即UI乘積）的產生；P—f的頻率轉換。而脈衝累計、分時計量、缺相處理、液晶顯示、RS485通信等功能則由微處理器CPU控制完成。

多功能電能表一般具有以下幾種功能：

1）計量及存儲功能。能計量多種時段的單、雙向有功、無功電能；能完成當前功率、需量、功率因數等參數的測量和顯示。能至少儲存上一個抄表周期的數據。

2）監視功能。能監視客戶功率及最大需量，並通過分析客戶電力負荷曲線防止其竊電行為。

3）控制功能。能對客戶實行時段控制和負荷控制。前者用於多費率分時計費；後者是指通過通信介面接收遠方控制指令或通過表計內部的編程(考慮時段和負荷定額)控制負荷。帶IC卡介面的電子式電能表不僅能完成預付費功能，還具有所購電能將用盡時的報警延時、拉閘停電的控制功能。

4）管理功能。電子式電能表通過通信介面，與電力系統的通信網路或抄表系統連接起來，實現與外界的遠程數據交換。電力網路中具有許可權的客戶伺服器利用電能表的地址編碼（一般為12位十進位數字），可準確無誤地對其完成時段、時段費率、時段功率限額、剩餘電量報警限額、代表日、凍結日、需量的方式、時間和滑差等的設置；調用、查看客戶的實時功率；抄讀其相關用電量，並將電能計量信息按需要傳送給相應的部門，供系統調度、電能控制、電能交換和營業計費等使用。

在科技迅猛發展的今天，新型電能表已快步進入千家萬戶。下面介紹具有較高科技含量的靜止式電能表和電卡預付費電能表。

靜止式電能表是藉助於電子電能計量的先進機理，繼承傳統感應式電能表的優點，採用全屏蔽、全密封的結構，具有良好的抗電磁干擾性能，集節電、可靠、輕巧、高準確度、高過載、防竊電等為一體的新型電能表。

靜止式電能表由分流器取得電流採樣信號，分壓器取得電壓採樣信號，經乘法器得到電壓、電流的乘積信號，再經頻率變換產生一個頻率與電壓、電流乘積成正比的計數脈衝，通過分頻驅動步進電動機，使計度器計量。

靜止式電能表按電壓分為單相電子式、三相電子式和三相四線電子式等，按用途又分為單一式和多功能（有功、無功和複合型）等。

靜止式電能表的安裝使用要求，與一般機械式電能表大致相同，但接線宜粗，避免因接觸不良而發熱燒毀。

電卡預付費電能表即為機電一體化預付費電能表，又稱IC卡表或磁卡表，如圖所示。它不僅具有電子式電能表的各種優點，而且電能計量採用先進的微電子技術進行數據採集、處理和保存，實現先付費後用電的管理功能。

電卡預付費電能表通過電阻分壓網路和分流元件分別對電壓信號和電流信號採樣，送到電能計量晶元，在計量晶元內部經過差分放大、A—D轉換和乘法器電路進行乘法運算，完成被計量電能的瞬時功率測量再通過濾波和數字、頻率轉換器，輸出與被計量電能平均功率成比例的頻率脈衝信號，其中高頻脈衝輸出可供校驗使用，低頻脈衝輸出給計度器顯示電量及CPU進行通信抄收等數數據處理。

電卡預付費電能表也有單相和三相之分。

智能電錶採用了電子集成電路的設計，因此與感應式電錶相比，智能電錶不管在性能還是操作功能上都具有很大的優勢。

1）功耗。由於智能電錶採用電子元件設計方式，因此一般每塊表的功耗僅有0.6～0.7W左右，對於多用戶集中式的智能電錶，其平均到每戶的功率則更小。而一般每隻感應式電錶的功耗為1.7W左右。

2）準確度。就表的誤差範圍而言，2.0級電子式電能表在5%～400%標定電流範圍內測量的誤差為±2%，而且目前普遍應用的都是準確等級為1.0級，誤差更小。感應式電錶的誤差範圍則為0.86%～5.7%，而且由於機械磨損這種無法克服的缺陷，導致感應式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國家電網曾對感應式電錶進行抽查，結果發現50%以上的感應式電錶在用了5年以後，其誤差就超過了允許的範圍。

3）過載、工頻範圍。智能電錶的過載倍數一般能達到6～8倍，有較寬的量程。目前8～10倍率的表正成為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，範圍為40～1000Hz。而感應式電錶的過載倍數一般僅為4倍，且工作頻率範圍僅為45～55Hz。

4）功能。智能電錶由於採用了電子技術，可以通過相關的通信協議與計算機進行聯網，通過編程軟體實現對硬體的控制管理。因此智能電錶不僅有體積小的特點，還具有遠程控制、復費率、識別惡性負載、反竊電、預付費用電等功能，而且可以通過對控制軟體中不同參數的修改，來滿足對控制功能的不同要求，而這些功能對於傳統的感應式電錶來說都是很難或不可能實現的。