智能電能表國內外標準分析及開展全性能檢測的可行性分析

樊樺

摘 要：文章主要敘述了電能表的分類。國內外電能表標準的比對，IEC標準中將要求分為機械要求、電氣要求、氣候要求、準確度要求，及開展電能表全性能檢測急需解決的問題。

關鍵詞：種類；標準；影響量；檢測問題

1 電能表的分類

電能表按類別劃分一般有以下幾種：

1.1 按所測電流類型分為：直流電能表和交流電能表

1.2 按用途可分為：單相電能表、三相電能表、特殊用途電能表（如標準電能表、最大需量表、脈沖電能表、預付費電能表、多費率電能表等）、多功能電能表、智能電能表。

1.3 按計量單元驅動方式分為：感應式電能表和靜止式電能表。

按準確度等級分為：0.01級、0.02級、0.05級、0.1級、0.2S級、0.5S級、1級、2級、3級電能表，其中0.01級～0.1級為標準電能表，0.2S～3級為安裝式電能表。

2 國內外電能表標準分析對比

電能是目前世界上使用最為廣泛的一種能源，作為計量電能的電能表受到了世界各國的普遍重視，世界各國都制定有電能表的標準。綜觀眾多國家的標準，雖有種種差別，但可以IEC（國際電工委員會）、美國和日本的標準作為代表。也就是說掌握了這幾個標準則基本可以消除了電能表國際貿易的技術壁壘。

IEC標準是世界上最有影響的標準，目前大約為20多個國家或地區所采用（區別在于采用程度不同）。在歐洲幾乎所有國家都等同采用，亞洲也有很多國家，如印度、巴基斯坦等在采用。我國也是采用IEC標準的國家。

美國標準除在其本土使用外，在加拿大、墨西哥及中、南美的其它一些國家都有使用。美國國家標準ANSI C12自1910年第一次出版后，至今已修訂了多次。日本標準除在本國使用外，在東南亞的一些國家也有所使用。

這三種電能表標準在技術要求上有許多共同之處，也存在著一些差別，而且即使同樣的要求，由于測試水平和測試條件的不同，也有差別。正是這些差別體現了標準的水平。

2.1 IEC專門的技術委員會（TC13）制定的電能表標準

IEC專門的技術委員會（TC13）負責制定以電能表為主的有關電能測量的標準。TC13將調整后的標準體系包含已制定和正在制定的標準共45個，按不同專業劃分為九個分區：

2.1.1 IEC 62051：電能測量—術語

2.1.2 IEC 62052：電能測量設備—通用要求（包括通用的定義、要求、試驗和試驗條件）

2.1.3 IEC 62053：電能測量設備—特殊要求（按具體設備分別制定要求）

2.1.4 IEC 62054：電能測量設備—費率和負荷控制─特殊要求

2.1.5 IEC 62055：電能測量—付費售電系統

2.1.6 IEC 62056：電能測量—抄表、費率和負荷控制的數據交換

2.1.7 IEC 62057：電能測量—試驗設備

2.1.8 IEC 62058：電能測量設備—驗收檢驗

2.1.9 IEC 62059：電能測量設備—可靠性

2.2 美國標準ANSI C12

美國標準ANSI C12系列現行標準有6個：

2.2.1 ANSI C12.1 電能表規范

2.2.2 ANSI C12.10 機電式電能表

2.2.3 ANSI C12.18 ANSI 2型光口協議規范

2.2.4 ANSI C12.19 公用事業終端設備的表格

2.2.5 ANSI C12.20 0.2級和0.5級靜止式電能表

2.2.6 ANSI C12.21 電話網絡通信協議規范

2.3 日本標準JIS C12

日本標準JIS C12系列現行標準也有6個：

2.3.1 JIS C1210 電能表通則

2.3.2 JIS C1211 直接接入式交流電能表

2.3.3 JIS C1216 經儀用互感器接入式交流電能表

2.3.4 JIS C1263 無功電能表

2.3.5 JIS C1281 電能表耐氣候性能

2.3.6 JIS C1283 有功、無功電能及最大需量的遙測裝置

2.4 ANSI標準與IEC標準的比較

一般ANSI儀表和一般IEC儀表之間的最明顯區別是：ANSI儀表為圓形，可插入插座，而IEC儀表為矩形，設計了接線盒以接受帶條紋的電線。這些式樣開發于20世紀初，受到IEC儀表主要用于室內（或保護罩內）而ANSI儀表主要用于室外的影響，由于ANSI用于室外，所以它的工作溫度范圍更廣，提供更佳的氣候保護。但是必須指出，ANSI標準還確定了無插座的儀表式樣（帶有為條紋電線而設計的接線盒），IEC標準具有針對室外儀表的一整套擴大的溫度范圍。

兩套標準之間有許多相似之處。由于IEC和ANSI儀表的主要功能相同，所以這兩套標準規定了許多相同的測試。它們都規定了起動電流、蠕變和一系列負載電流的準確度、電壓和功率因數等性能測試，規定了不受電壓浪涌、電流浪涌、磁場、靜電放電和無線電干擾等外界影響的情況。但是，由于測試等級和測試條件方面存在的差異，IEC和ANSI儀表并非在完全相同的條件下接受測試。兩套標準均適用于50Hz和60Hz的頻率。

IEC標準中省略的一個重要方面是接線盒的尺寸。ANSI標準完整規定了插座型儀表（S底座）和接線盒儀表（A底座）外部接口的尺寸和形狀。

ANSI和IEC通信標準之間有部分兼容性。

2.5 ANSI電能表標準與IEC電能表標準技術要求對比

IEC標準中將要求分為機械要求、電氣要求、氣候要求、準確度要求共28項試驗，ANSI標準中將性能要求分為準確度的內部影響和外部影響二類共28項試驗。二個標準對一些技術要求的分類自有其內在的邏輯，但因電能表的主要功能就是用于測量電能的，所以對電能表應具有的基本性能要求應是一致的。下面對這些要求的異同作一簡要分析對比。

2.5.1 關于負載特性

所謂負載特性是指電能表在各種不同電流負載下對電能測量的準確度。這應是電能表的最基本的要求，也是體現電能表內在品質的主要指標，對此二個標準有不同的表述。有關內容見表1。

在不同功率因數時，不同電流負載相對的允許誤差改變。

從上表可看出，ANSI標準要求儀表在不同電流負載時，計量的一致性須控制在一定范圍內。就是要求儀表的誤差特性曲線要平直。

2.5.2 關于影響量影響

關于影響量，IEC給出的定義是：“可能影響儀表工作特性的任一量，一般為外部量。”由影響量引起儀表的誤差改變即為影響量影響，亦稱為附加誤差。IEC規定的影響量基本上是相對于參比條件（reference condition）的改變；美國標準將其分別列為對準確度的內部和外部影響。以IEC標準為參照，列表比較如下（見表2）。

ANSI沒列的影響量并不表示沒有影響，而是這些量不應引起電能表的誤差改變。

2.5.3 關于絕緣

對儀表的絕緣要求是涉及人身和儀表本身安全的一個指標。IEC標準規定了交流電壓和脈沖電壓二個試驗；美國標準只規定交流電壓試驗，見表3。

2.5.4 關于機械要求

IEC標準的機械要求可分為兩部分，一部分是對電能表的各零部件的要求，一部分是外部機械物理量的試驗。這些試驗共五項，包括：振動試驗、沖擊試驗、彈簧錘試驗、防塵和防水試驗、耐熱和阻燃試驗。美國標準除對結構上有要求外，涉及機械要求的也有五項：機械沖擊、運輸跌落、機械振動、運輸振動和防雨水。沖擊和振動二個標準都有，但其試驗參數和試驗條件是不一樣的。

2.5.5 關于使用環境溫度

環境溫度對電能表的計量準確度有較大的影響，二個標準對不同使用環境的電能表的溫度特性提出了要求。IEC按不同使用環境分為戶內用表和戶外用表；而美國只有戶外用表，見表4。

對于在溫度范圍內的誤差改變，IEC規定，在規定工作范圍內以平均溫度系數表示（%/K），在工作極限范圍內只要求能連續地運行。美國標準則規定在規定工作范圍的兩極端溫度時的允許的誤差改變，在極限工作范圍內能連續地運行。

2.5.6 關于氣候影響

氣候條件對電能表影響的試驗，IEC規定了四項試驗，即高溫度試驗、低溫試驗、交變濕熱試驗和陽光幅射試驗。美國標準有貯存溫度影響、相對濕度影響、氣候模擬試驗和鹽霧試驗等四項。

2.5.7 關于機械結構

以上僅涉及靜止式電能表的有關技術性能，而對儀表機械結構上的一些要求各國的差異更為顯著。所以IEC沒有對此作出具體規定，讓各國家委員會去制定相應的標準。而美國以及其它國家都有外形尺寸、安裝尺寸及端子的排列和尺寸方面的規定或專門標準。在研究電能表國際標準時也應對這些內容引起重視。

2.5.8 關于儀表等級

關于儀表等級的分類，IEC是按準確度來分的，即儀表在電能測量時所允許的最大百分數誤差。如IEC將儀表分為2級、1級、0.5級、0.2級，即允許的最大誤差為2%、1%、0.5%和0.2%。而美國則是以最大電流來分等級的，并以此決定儀表的負載特性。如class100、class200分別表示儀表的最大電流為100A和200A。

3 開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決的問題

開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決以下問題：

3.1 由于在儀表機械結構上的各國的差異非常顯著。所以針對不同的標準，不同的出口國需配置不同的臺體。

3.2 IEC標準和ANSI標準對應的電能表電流等級（電流大小）不同，所以需要檢定裝置的電流容量滿足相應標準要求。

3.3 ANSI標準有運輸跌落、運輸振動、鹽霧試驗，IEC標準和國標、國電網標準沒有此項試驗，需配置相應檢測設備。

3.4 通訊協議不同

國內智能電能表通訊和安全認證方面的技術由國電網壟斷。

參考文獻

[1]王兆宏，徐人恒，徐民.GB/T 17215.211-2006 通用要求、試驗和試驗條件[Z].2006.

[2]薛德晉，徐茂林，楊曉西.GB/T 17215.322-2008靜止式有功電能表（0.2S級和0.5S級） [Z].2008.

[3]鄧文棟，徐民.GB/T 17215.323-2008靜止式無功電能表（2級和3級）[Z].2008.

[4]宗建華，盧興遠.Q/GDW 364-2009 單相智能電能表技術規范[S].2009.

[5]宗建華，盧興遠.Q/GDW357-2009 0.2S級 三相智能電能表技術規范[S].2009.

[6]宗建華，盧興遠.Q/GDW 358-2009 0.5S級.三相智能電能表技術規范[S].2009.

IEC標準中將要求分為機械要求、電氣要求、氣候要求、準確度要求共28項試驗，ANSI標準中將性能要求分為準確度的內部影響和外部影響二類共28項試驗。二個標準對一些技術要求的分類自有其內在的邏輯，但因電能表的主要功能就是用于測量電能的，所以對電能表應具有的基本性能要求應是一致的。下面對這些要求的異同作一簡要分析對比。

2.5.1 關于負載特性

所謂負載特性是指電能表在各種不同電流負載下對電能測量的準確度。這應是電能表的最基本的要求，也是體現電能表內在品質的主要指標，對此二個標準有不同的表述。有關內容見表1。

在不同功率因數時，不同電流負載相對的允許誤差改變。

從上表可看出，ANSI標準要求儀表在不同電流負載時，計量的一致性須控制在一定范圍內。就是要求儀表的誤差特性曲線要平直。

2.5.2 關于影響量影響

關于影響量，IEC給出的定義是：“可能影響儀表工作特性的任一量，一般為外部量。”由影響量引起儀表的誤差改變即為影響量影響，亦稱為附加誤差。IEC規定的影響量基本上是相對于參比條件（reference condition）的改變；美國標準將其分別列為對準確度的內部和外部影響。以IEC標準為參照，列表比較如下（見表2）。

ANSI沒列的影響量并不表示沒有影響，而是這些量不應引起電能表的誤差改變。

2.5.3 關于絕緣

對儀表的絕緣要求是涉及人身和儀表本身安全的一個指標。IEC標準規定了交流電壓和脈沖電壓二個試驗；美國標準只規定交流電壓試驗，見表3。

2.5.4 關于機械要求

IEC標準的機械要求可分為兩部分，一部分是對電能表的各零部件的要求，一部分是外部機械物理量的試驗。這些試驗共五項，包括：振動試驗、沖擊試驗、彈簧錘試驗、防塵和防水試驗、耐熱和阻燃試驗。美國標準除對結構上有要求外，涉及機械要求的也有五項：機械沖擊、運輸跌落、機械振動、運輸振動和防雨水。沖擊和振動二個標準都有，但其試驗參數和試驗條件是不一樣的。

2.5.5 關于使用環境溫度

環境溫度對電能表的計量準確度有較大的影響，二個標準對不同使用環境的電能表的溫度特性提出了要求。IEC按不同使用環境分為戶內用表和戶外用表；而美國只有戶外用表，見表4。

對于在溫度范圍內的誤差改變，IEC規定，在規定工作范圍內以平均溫度系數表示（%/K），在工作極限范圍內只要求能連續地運行。美國標準則規定在規定工作范圍的兩極端溫度時的允許的誤差改變，在極限工作范圍內能連續地運行。

2.5.6 關于氣候影響

氣候條件對電能表影響的試驗，IEC規定了四項試驗，即高溫度試驗、低溫試驗、交變濕熱試驗和陽光幅射試驗。美國標準有貯存溫度影響、相對濕度影響、氣候模擬試驗和鹽霧試驗等四項。

2.5.7 關于機械結構

以上僅涉及靜止式電能表的有關技術性能，而對儀表機械結構上的一些要求各國的差異更為顯著。所以IEC沒有對此作出具體規定，讓各國家委員會去制定相應的標準。而美國以及其它國家都有外形尺寸、安裝尺寸及端子的排列和尺寸方面的規定或專門標準。在研究電能表國際標準時也應對這些內容引起重視。

2.5.8 關于儀表等級

關于儀表等級的分類，IEC是按準確度來分的，即儀表在電能測量時所允許的最大百分數誤差。如IEC將儀表分為2級、1級、0.5級、0.2級，即允許的最大誤差為2%、1%、0.5%和0.2%。而美國則是以最大電流來分等級的，并以此決定儀表的負載特性。如class100、class200分別表示儀表的最大電流為100A和200A。

3 開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決的問題

開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決以下問題：

3.1 由于在儀表機械結構上的各國的差異非常顯著。所以針對不同的標準，不同的出口國需配置不同的臺體。

3.2 IEC標準和ANSI標準對應的電能表電流等級（電流大小）不同，所以需要檢定裝置的電流容量滿足相應標準要求。

3.3 ANSI標準有運輸跌落、運輸振動、鹽霧試驗，IEC標準和國標、國電網標準沒有此項試驗，需配置相應檢測設備。

3.4 通訊協議不同

國內智能電能表通訊和安全認證方面的技術由國電網壟斷。

參考文獻

[1]王兆宏，徐人恒，徐民.GB/T 17215.211-2006 通用要求、試驗和試驗條件[Z].2006.

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[4]宗建華，盧興遠.Q/GDW 364-2009 單相智能電能表技術規范[S].2009.

[5]宗建華，盧興遠.Q/GDW357-2009 0.2S級 三相智能電能表技術規范[S].2009.

[6]宗建華，盧興遠.Q/GDW 358-2009 0.5S級.三相智能電能表技術規范[S].2009.

IEC標準中將要求分為機械要求、電氣要求、氣候要求、準確度要求共28項試驗，ANSI標準中將性能要求分為準確度的內部影響和外部影響二類共28項試驗。二個標準對一些技術要求的分類自有其內在的邏輯，但因電能表的主要功能就是用于測量電能的，所以對電能表應具有的基本性能要求應是一致的。下面對這些要求的異同作一簡要分析對比。

2.5.1 關于負載特性

所謂負載特性是指電能表在各種不同電流負載下對電能測量的準確度。這應是電能表的最基本的要求，也是體現電能表內在品質的主要指標，對此二個標準有不同的表述。有關內容見表1。

在不同功率因數時，不同電流負載相對的允許誤差改變。

從上表可看出，ANSI標準要求儀表在不同電流負載時，計量的一致性須控制在一定范圍內。就是要求儀表的誤差特性曲線要平直。

2.5.2 關于影響量影響

關于影響量，IEC給出的定義是：“可能影響儀表工作特性的任一量，一般為外部量。”由影響量引起儀表的誤差改變即為影響量影響，亦稱為附加誤差。IEC規定的影響量基本上是相對于參比條件（reference condition）的改變；美國標準將其分別列為對準確度的內部和外部影響。以IEC標準為參照，列表比較如下（見表2）。

ANSI沒列的影響量并不表示沒有影響，而是這些量不應引起電能表的誤差改變。

2.5.3 關于絕緣

對儀表的絕緣要求是涉及人身和儀表本身安全的一個指標。IEC標準規定了交流電壓和脈沖電壓二個試驗；美國標準只規定交流電壓試驗，見表3。

2.5.4 關于機械要求

IEC標準的機械要求可分為兩部分，一部分是對電能表的各零部件的要求，一部分是外部機械物理量的試驗。這些試驗共五項，包括：振動試驗、沖擊試驗、彈簧錘試驗、防塵和防水試驗、耐熱和阻燃試驗。美國標準除對結構上有要求外，涉及機械要求的也有五項：機械沖擊、運輸跌落、機械振動、運輸振動和防雨水。沖擊和振動二個標準都有，但其試驗參數和試驗條件是不一樣的。

2.5.5 關于使用環境溫度

環境溫度對電能表的計量準確度有較大的影響，二個標準對不同使用環境的電能表的溫度特性提出了要求。IEC按不同使用環境分為戶內用表和戶外用表；而美國只有戶外用表，見表4。

對于在溫度范圍內的誤差改變，IEC規定，在規定工作范圍內以平均溫度系數表示（%/K），在工作極限范圍內只要求能連續地運行。美國標準則規定在規定工作范圍的兩極端溫度時的允許的誤差改變，在極限工作范圍內能連續地運行。

2.5.6 關于氣候影響

氣候條件對電能表影響的試驗，IEC規定了四項試驗，即高溫度試驗、低溫試驗、交變濕熱試驗和陽光幅射試驗。美國標準有貯存溫度影響、相對濕度影響、氣候模擬試驗和鹽霧試驗等四項。

2.5.7 關于機械結構

以上僅涉及靜止式電能表的有關技術性能，而對儀表機械結構上的一些要求各國的差異更為顯著。所以IEC沒有對此作出具體規定，讓各國家委員會去制定相應的標準。而美國以及其它國家都有外形尺寸、安裝尺寸及端子的排列和尺寸方面的規定或專門標準。在研究電能表國際標準時也應對這些內容引起重視。

2.5.8 關于儀表等級

關于儀表等級的分類，IEC是按準確度來分的，即儀表在電能測量時所允許的最大百分數誤差。如IEC將儀表分為2級、1級、0.5級、0.2級，即允許的最大誤差為2%、1%、0.5%和0.2%。而美國則是以最大電流來分等級的，并以此決定儀表的負載特性。如class100、class200分別表示儀表的最大電流為100A和200A。

3 開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決的問題

開展符合IEC標準和ANSI標準的電能表全性能檢測需解決以下問題：

3.1 由于在儀表機械結構上的各國的差異非常顯著。所以針對不同的標準，不同的出口國需配置不同的臺體。

3.2 IEC標準和ANSI標準對應的電能表電流等級（電流大小）不同，所以需要檢定裝置的電流容量滿足相應標準要求。

3.3 ANSI標準有運輸跌落、運輸振動、鹽霧試驗，IEC標準和國標、國電網標準沒有此項試驗，需配置相應檢測設備。

3.4 通訊協議不同

國內智能電能表通訊和安全認證方面的技術由國電網壟斷。

參考文獻

[1]王兆宏，徐人恒，徐民.GB/T 17215.211-2006 通用要求、試驗和試驗條件[Z].2006.

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[3]鄧文棟，徐民.GB/T 17215.323-2008靜止式無功電能表（2級和3級）[Z].2008.

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[5]宗建華，盧興遠.Q/GDW357-2009 0.2S級 三相智能電能表技術規范[S].2009.

[6]宗建華，盧興遠.Q/GDW 358-2009 0.5S級.三相智能電能表技術規范[S].2009.