釹磁鐵對(duì)單相電能表的影響研究

摘 要：針對(duì)利用強(qiáng)磁體非法竊電的問題，研究了釹磁鐵對(duì)單相電能表的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，釹磁鐵的磁場(chǎng)增加了電能表的制動(dòng)力矩并造成電能計(jì)量的負(fù)誤差，增大啟動(dòng)電流，同時(shí)對(duì)儀表內(nèi)部永久磁鐵進(jìn)行消磁。利用消磁后永久磁鐵的異常現(xiàn)象可以有效的對(duì)電能盜竊進(jìn)行檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：釹磁鐵 單相電能表 誤差 啟動(dòng)電流 消磁

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（a）-0107-02

由于電費(fèi)是根據(jù)電表上的數(shù)字計(jì)算的，因此，測(cè)量電路中消耗電能的儀表必須準(zhǔn)確公平[1]。然而，利用強(qiáng)力釹磁鐵進(jìn)行電能盜竊現(xiàn)象逐漸增多[2～3]，那么，強(qiáng)力釹磁鐵對(duì)單相電能表工作到底有怎樣的影響，本文試從釹磁鐵對(duì)單相電能表計(jì)量誤差、制動(dòng)力矩、啟動(dòng)電流，永久磁鐵的消磁和對(duì)電能表永久性損壞[4～6]等幾個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 釹磁鐵的特性

釹磁鐵（Nd2Fe14B）是由稀土元素釹、鐵與硼等化合物粉末通過冶金方法生產(chǎn)制造出來的，釹磁鐵是目前發(fā)現(xiàn)的商品化性能最高的磁鐵，擁有極高的磁性能，其最大磁能積（BHmax）高過鐵氧體（Ferrite）10倍以上。

實(shí)驗(yàn)研究中使用的兩個(gè)圓柱形釹磁鐵為N42牌號(hào)的，如圖1所示，小的直徑為D=45 mm，高度為H=15 mm，大的直徑為D=70 mm，高度的H=30 mm。通過測(cè)量，兩個(gè)釹磁鐵周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度與距離之間的關(guān)系見圖2所示，圖中反映的是與釹磁體對(duì)稱軸平行方向不同距離和與對(duì)稱軸垂直方向不同距離的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從圖2可以看出，釹磁鐵在其表面十幾毫米左右的距離就可以產(chǎn)生等于或大于電能表永久磁鐵制動(dòng)間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度（約250～340 mT）的磁場(chǎng)，因此，釹磁鐵可以有效的通過電能表的外殼，干擾電能表的正常工作。

2 測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)所使用的單相電能表是DDS862型，額定電流是5（20） A，準(zhǔn)確度1.0級(jí)。

2.1 對(duì)感應(yīng)式電能表計(jì)量誤差的影響

如果把釹磁鐵的對(duì)稱軸和表盤中心軸平行對(duì)齊放置，且釹磁鐵位于電能表表殼外面，距離大于20 mm時(shí)，這個(gè)距離相當(dāng)于離內(nèi)部磁系統(tǒng)最遠(yuǎn)的地方，δA的測(cè)量沒有誤差。當(dāng)把電能表外殼拆掉后，釹磁鐵直接放在表盤上，δA能達(dá)到-10%以上，這個(gè)誤差是很大的，當(dāng)把釹磁鐵拿到距離轉(zhuǎn)盤12 mm左右距離時(shí)，誤差在-1%左右，因此，可以認(rèn)為12 mm就是釹磁鐵到電能表轉(zhuǎn)盤的最近距離，如圖3所示。

如果把釹磁鐵的對(duì)稱軸和表盤的中心軸垂直對(duì)齊放置，釹磁鐵的磁場(chǎng)B平行于表盤表面，不產(chǎn)生額外制動(dòng)力矩，但是會(huì)造成電能表內(nèi)部驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)減弱，產(chǎn)生δA誤差。釹磁鐵的磁場(chǎng)不影響圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是會(huì)增加啟動(dòng)電流，導(dǎo)致在低功耗時(shí)轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 釹磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與電能表內(nèi)部永久磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系

直徑D=70 mm的釹磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mx和電能表內(nèi)部永磁體產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mh之間的關(guān)系如圖4所示，根據(jù)電能表制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，以及參考文獻(xiàn)5的規(guī)定，當(dāng)把釹磁鐵放到距轉(zhuǎn)盤12 mm的時(shí)候，釹磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mx是內(nèi)部永久磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mh的10%。

2.3 釹磁鐵對(duì)電能表啟動(dòng)電流的影響

在電能表低功耗運(yùn)行時(shí)，如果把釹磁鐵貼在電能表外殼上，磁場(chǎng)平行于圓盤表面如圖3b，圓盤會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這意味著電能表的啟動(dòng)電流被增大了，甚至達(dá)到額定電流的10%，而最初電能表的啟動(dòng)電流只有額定電流1%，這就可以非法使用功率100瓦。這個(gè)方向的磁場(chǎng)，不增加額外的制動(dòng)力矩，但是，對(duì)電能表內(nèi)部磁場(chǎng)中永磁體能起有效的消磁作用。

2.4 釹磁鐵對(duì)永久磁鐵的消磁作用

如圖5所示，釹磁鐵對(duì)電能表內(nèi)部永久磁鐵的消磁試驗(yàn)利用了直徑D=70 mm釹磁鐵。圖中下線是釹磁鐵逐漸接近電能表時(shí)在永久磁鐵磁場(chǎng)間隙中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，上線是把釹磁鐵移開到遠(yuǎn)距離（∞）的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。距離在80 mm的時(shí)候制動(dòng)磁場(chǎng)開始恢復(fù)初始值。釹磁鐵接近50 mm距離的時(shí)候，就開始出現(xiàn)消磁。一次性的把釹磁鐵貼在電能表外殼上面（X=20 mm），就可能導(dǎo)致50%的消磁。尤其值得注意的是消磁前，后永久磁鐵周圍的磁場(chǎng)。如圖6，分別表示永磁體左邊的磁場(chǎng)（a）和右邊的磁場(chǎng)（b）的情況。

消磁之前磁場(chǎng)布局（1）是均勻的，消磁后（2）的磁場(chǎng)減弱和明顯不均勻：靠近電能表外殼的磁鐵部分（x=12 mm）的消磁程度比內(nèi)部多，釹磁鐵接近的次數(shù)越多，永磁制動(dòng)功能削弱的越多，而且磁場(chǎng)布局始終不均勻。當(dāng)然機(jī)械老化，溫度影響，機(jī)械振動(dòng)等，也可能會(huì)造成永磁體消磁，但是，絕不會(huì)出現(xiàn)這種磁場(chǎng)不均勻現(xiàn)象。

電能表永磁體的消磁結(jié)果，導(dǎo)致電能測(cè)量的誤差。圖7表示D=70 mm的釹磁鐵接近電能表外殼前（1），一次后（2）和多次后（3）的誤差。從圖7可以看出，多次接觸后，電表指數(shù)明顯提高，這對(duì)用電用戶是不利的。這樣的電能表，不符合要求，需要更換新的電能表。

3 結(jié)論

強(qiáng)力釹磁鐵對(duì)單相電能表工作的影響的因素是多樣的：出現(xiàn)額外的制動(dòng)力矩、產(chǎn)生測(cè)量誤差，啟動(dòng)電流數(shù)倍增加，以及對(duì)內(nèi)部永磁系統(tǒng)產(chǎn)生消磁現(xiàn)象，并可能永久性的破壞電能表。因此，我們可以根據(jù)內(nèi)部磁場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻現(xiàn)象，判斷出電能表是否用過強(qiáng)力釹磁鐵進(jìn)行竊電。

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[4]IEC 62052-11-2003：交流電測(cè)量設(shè)備 通用要求、試驗(yàn)和試驗(yàn)條件.第11部分：測(cè)量設(shè)備.

[5]IEC 62053-11-2003：電量測(cè)量設(shè)備（交流電）.特殊要求.第11部分：機(jī)電電度表（0.5、1和2級(jí)）.

[6]BSEN 50470-1-2008：電學(xué)計(jì)量設(shè)備（交流電）.第1部分：一般要求、試驗(yàn)和試驗(yàn)條件.測(cè)量設(shè)備（等級(jí)指數(shù)A、B和C）.