外界因素對電能表的影響

劉惠穎黑龍江省電力科學(xué)研究院

外界因素對電能表的影響

劉惠穎
黑龍江省電力科學(xué)研究院

電能表在實際使用中所處的外界條件時常與技術(shù)條件規(guī)定不同，例如，電能表安裝場所的環(huán)境溫度和按入的電壓都可能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化；交流頻率也會隨時偏離額定值。外界條件改變后，電能表的誤差就會改變，其改變量叫做電能表的附加誤差。電能表的技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn)，對這些附加誤差也都有規(guī)定。下面將敘述各項附加誤差的形成原因及對電能表的影響。

外界因素；電能表；影響

一、電壓影響

如果加在電能表上的電壓(以后簡稱工作電壓或電壓)與額定電壓不同，那么會引起電壓工作磁通不隨電壓成正比地變化，并破壞了電壓抑制力矩、補償力矩與驅(qū)動力矩之間原有的比例關(guān)系，結(jié)果使電能表產(chǎn)生了電壓附加誤差，簡稱電壓誤差。

1.電壓抑制力矩的變化

因為轉(zhuǎn)速和磁通由都與電壓成正比，所以根據(jù)式(1)，電壓抑制力矩應(yīng)隨電壓的三次方變化，而驅(qū)動力矩隨電壓的一次方變化。這樣，電壓升高時，電壓抑制力矩比驅(qū)動力矩增加更快，引起負誤差；電壓降低時，電壓抑制力矩比驅(qū)動力矩減小更快，引起正誤差。把電壓抑制力矩隨電壓變化引起的誤差稱為電壓抑制誤差，當(dāng)電壓由額定值變化±10%?UY0.5%一1.5%。電壓抑制誤差和負載電流無關(guān)，因為電壓抑制力矩和驅(qū)動力矩都與負載電流成正比。負載電流改變時，兩者的比值aU仍舊不變，因此?UY也不變。

2.并聯(lián)電路非線性系數(shù)的變化

在并聯(lián)電路中，磁通ΦF比ΦU大3—6倍，且ΦF通過的鐵芯因其截面較小而處于飽和程度較高的狀態(tài)，當(dāng)電壓升高時，ΦU所通過的磁路磁阻比ΦU通過的磁路磁阻的變化要小，ΦU隨電壓增加的比例就要大一些，引起正誤差，而電壓降低時，ΦF比ΦU減小很快一些，引起負誤差。把因電壓變化而導(dǎo)致磁通ΦF比ΦU重新分布所產(chǎn)生的誤差稱為并聯(lián)電路的非線性誤差，其公式為

式中 PU——并聯(lián)電路的非線性吸收，PU=ΦU/mUΦUN。

串聯(lián)和并聯(lián)電路產(chǎn)生非線性誤差的原因是有區(qū)別的。串聯(lián)電路因有非線性磁阻，使電流總磁通Φ∑I和電流工作磁通由ΦI成非線性變化。并聯(lián)電路中電壓總磁通Φ∑U和外加電壓U的關(guān)系式為U=E∑U=4.44?WUΦ∑U，雖然電壓鐵芯導(dǎo)磁率隨電壓變化，但只引起電壓線圈中的勵磁電流改變，而Φ∑U與U仍然近似成正比，因而并聯(lián)電路產(chǎn)生的非線性誤差即是前述的由于總磁通Φ∑U的兩個分量ΦF和ΦU所經(jīng)磁路磁阻隨電壓變化的比例各不相同所引起的。因此，補償力矩在輕負載下對誤差的影響也就降低了。

二、頻率影響

1.幅值頻率誤差

當(dāng)cosφ＝1時，電流、電壓工作磁通和有關(guān)力矩隨頻率變化引起的頻率誤差稱為幅值頻率誤差。下面分析引起這種誤差的主要原因。

(1)電壓工作磁通和頻率之間的變化關(guān)系。其實并不這樣簡單，因為在討論頻率影響時，假定電壓U是不變的，即U=E∑U= 4.44 ?WUΦ∑U。所以，Φ∑U?成反比變化，且Φ∑U?＝常數(shù)，但是電壓工作磁通ΦU與?之間只是大致成反比關(guān)系，它們的乘積并不等于常數(shù)，當(dāng)頻率升高時，磁通路徑上的有功損耗(主要是圓盤中的渦流損耗)增加，引起ΦU隨其磁阻增大而減小。電壓非工作磁通ΦF路徑上的損耗也會隨頻率升高而增加，但是由于ΦF不穿過圓盤，有功損耗就小很多，其磁阻變化很小，因而ΦF隨頻率變化很小，頻率升高的結(jié)果，改變了和Φ∑U之間的比例關(guān)系，使?ΦU減小。

(2)電流工作磁通和頻率之間的變化關(guān)系。電流鐵芯中的損耗和頻率的平方成正比，所以當(dāng)負載電流不變、頻率升高時，電流鐵芯的有功損耗增加，勵磁電流減小，電流工作隨之減小。

2.相位頻率誤差

當(dāng)cosφ≠1時，電壓工作磁通與電流工作磁通問的相位角少隨頻率變化而引起的誤差叫做相位頻率誤差。

三、溫度影響

1.產(chǎn)生溫度誤差的原因

環(huán)境溫度改變后，制動磁通會發(fā)生變化，電流、電壓工作磁通及其相位角都要改變，從而引起誤差，稱為溫度附加誤差，簡稱溫度誤差。今就產(chǎn)生溫度誤差的主要原因敘述如下。

(1)制動磁通的變化。因為制動磁鐵的溫度系數(shù)aT是負值，它的大小與磁鐵材料及處理等因素有關(guān)，一般aT＝一0.02一一0.04%/℃。所以溫度升高時，制動磁通減小，制動力矩隨之減小，即產(chǎn)生了正的溫度誤差。反之，則為負的溫度誤差。

(2)電壓工作磁通的變化。當(dāng)溫度升高時，電壓工作磁通ΦU回路中的轉(zhuǎn)盤及相位補償，環(huán)的電阻都增大，因而有功損耗降低，ΦU的這部分磁路磁阻隨之減小。同時，ΦU回路的鐵芯損耗減小，亦使回路磁阻減小。然而，非工作磁通回路的磁阻雖減小，因其不經(jīng)過圓盤，有功損耗不大，磁阻減小的程度較小。這樣，便引起磁通ΦU和ΦF的重新分布，使ΦF增加，電能表轉(zhuǎn)速變快，因而引起正的溫度附加誤差。溫度降低，則引起負的溫度附加誤差。

2.溫度誤差的補償方法

(1)利用雙金屬片補償幅值溫度誤差。將具有不同溫度系數(shù)的兩種金屬片焊接在一起構(gòu)成雙金屬片，它的一端固定在制動磁鐵上，溫度系數(shù)較大的金屬片靠近磁鐵。雙金屬片的另一端(自由端)固定著靠近磁鐵氣隙的鐵片。溫度升高時，雙金屬片向外彎曲，鐵片離開磁鐵氣隙遠一些，流過鐵片的磁通減少，穿過轉(zhuǎn)盤的制動磁通增加，就補償了制動磁鐵磁通隨溫度升高而減少的磁通量，即補償了正的幅值溫度誤差。溫度降低時，所發(fā)生的變化過程與上述情況相反。

(2)利用熱磁合金補償幅恒溫度誤差。經(jīng)常用來補償電能表幅值溫度誤差的熱磁合金有好幾種。

四、自熱影響

電能表連續(xù)通電使用時，串聯(lián)和并聯(lián)電路消耗功率產(chǎn)生的熱量會使表內(nèi)各部件和空氣溫度升高，導(dǎo)致電能表的誤差發(fā)生變化。電能表從通電開始到熱穩(wěn)定狀態(tài)需要—定的時間，電能表誤差在這段時間內(nèi)也不斷變化，這一過程稱為自熱。以預(yù)熱開始至穩(wěn)定狀態(tài)，電能表誤差的變化雖與產(chǎn)生溫度誤差的原因相似，但是并不完全一樣。一般電能表接入電路2h后誤差才能穩(wěn)定。但是誤差變化的主要部分約在60min內(nèi)就基本完成。通常，把這種自熱影響產(chǎn)生的附加誤差叫做自熱誤差。

自熱影響可分為電壓自熱影響和電流自熱影響。按照電能表標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電壓線路加額定電壓1h后，一直到熱穩(wěn)定后的誤差變化稱電壓自熱影響。其次在電壓線路熱穩(wěn)定下，電流線路在最大的負載下預(yù)熱15min后，一直到熱穩(wěn)定后的誤差變化稱為電流自熱影響。由于電能表投入使用后，總是長期加電壓的，因而實際使用中，電壓自熱影響對電能表誤差并沒有多大影響，而電流線路消耗的功率與負載電流的平方成正比。所以自熱影響不僅與電能表電流線路通電持續(xù)時間有關(guān)，而且還取決于負載電流的大小。

[1]劉國宏.外界因素對電能表的影響[J].電世界，2006（01）.

[2]李勇，焦建.分析影響智能電能表運行可靠性的主要因素[J].通訊世界,2015(6):146-147.