电能计量装置基础知识课件.ppt

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1、,制作时间：2014年6月25日,电能计量装置基础知识,学习时长：60分钟,第一节 电能计量装置基本概念,电能计量装置：为计量电能所必须的计量器具和辅助设备的总体，包括电能表、负荷管理终端、智能计量终端、集中抄表数据采集终端、集中抄表集中器、计量柜（计量表箱）、电压互感器、电流互感器、试验接线盒及其二次回路等。负荷管理终端：安装于专变客户现场的用于现场服务与管理的终端设备，实现对专变客户的远程抄表和电能计量设备工况以及客户用电负荷和电能量的监控功能。,1、术语及定义,负荷管理终端,第一节 电能计量装置基本概念,配变监测计量终端：安装于10kV公共变压器现场的用于实现配变供电计量和监测的现场终端

2、设备。配变监测计量终端具备计量和自动化功能。集中抄表数据采集终端：用于采集多个客户电能表电能量信息，并 经处理后通过信道将数据传送到系统上一级（中继器或集中器）的设备。集中抄表集中器：收集各采集终端的数据，并进行处理储存，同时能和主站进行数据交换的设备。,配变监测计量终端,采集器,集中器,电能计量柜:对电力客户用电进行计量的专用柜。计量柜包括固定式电能计量柜和可移开式电能计量柜，分专用高压电能计量柜与专用低压电能计量柜。计量表箱:对客户用电进行计量的专用箱。适合安装电能表、低压互感器、计量自动化终端设备和试验接线盒，适用于10kV高供高计、10kV高供低计和380/220V低压计量方式。,第一

3、节 电能计量装置基本概念,GGD3低压开关柜,10kV高压真空负荷开关柜,单相十五位表箱,试验接线盒:用于进行电能表现场试验及换表时，不致影响计量和用电 的专用接线部件 测控接线盒:用于进行负荷管理终端的现场试验及接线，不致影响计量和用电的专用接线部件。,第一节 电能计量装置基本概念,试验接线盒,测控接线盒,第一节 电能计量装置基本概念,2、电能计量装置的分类,根据计量电能多少和计量对象的重要性可分为I、II、III、 IV、V5类。类：月平均用电量500万kWh及以上或变压器容量为10000kVA及以上的高压计费用户、200MW及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省

4、级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置。类：月平均用电量100万kWh及以上或变压器容量为2000kVA及以上的高压计费用户、100MW及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置,第一节 电能计量装置基本概念,类:月均匀用电量10万kW及以上或受电变压器容量315kVA及以上计用度户，100MW以上发电机(发电量)、发电厂(大型变电所)厂用电、所用电和供电企业内部用于承包考核的计量点，考核有功电量平衡的100kV及以上的送电线路计量装置。类：用电负荷容量为315kVA以下的计用度户，发供电企业内部经济指标分析，考核用的计量装置。类：单相供电的电力用户计用度的计量装置

5、(住宅小区照明用电)。,3、电能计量柜（箱）的一般分类,第一节 电能计量装置基本概念,电能计量柜(箱)是对计费电力用户用电计量和管理的专用柜，简称计量柜（箱），一般分为分体式电能计量柜和整体式电能计量柜。,4、电能计量柜（箱）的主要结构,分体式电能计量柜：其电气一次设备与电气二次设备是分离的，其中，电能计量仪表和控制、信号、试验等辅助单元电气器件装设于一个(或几个并列构成一体)电气、机械结构组合的金属封闭低压柜(箱)内，以电缆与电流、电压互感器或电能计量互感器柜相连接。,第一节 电能计量装置基本概念,整体式电能计量柜：其所有的电器设备和器件均装设于一个(或几个并列构成一体)电气、机械结构组合的

6、金属封闭高、低压柜(箱)内。,计量柜内需配置的元器件,5、电能计量柜（箱）的综合误差,综合误差的测试条件为额定频率、额定电压、70%100%额定电流、环境温度（2010）。各类电力用户的电能计量柜允许综合误差(%)限值：0.7；1.2；1.2,6、电能计量柜（箱）二次电路导线选择,第一节 电能计量装置基本概念,二次电路导线选择：应采用单芯多股、单芯单股，额定电压不低于500V的铜质绝缘导线。导线的截面积：a.计量单元的电流回路不应小于4mm2。b.计量单元的电压回路不应小于2.5mm2。c.辅助单元为1.5mm2。导线颜色按GB2681的规定选择。,第二节 电能表的基础知识,按照工作原理分,机

7、械式电能表,电子式电能表,1、电能表的分类,第二节 电能表的基础知识,直流电能表,按使用的电路分,交流电能表,直接接入电能表,按按接入线路的方式分,经互感器接入电能表,第二节 电能表的基础知识,第二节 电能表的基础知识,交流表按相线分,单相电能表,三相三线电能表,三相四线电能表,按照用途分,有功电能表,第二节 电能表的基础知识,无功电能表,最大需量表,标准电能表,最大需量表,复费率分式电能表,预付费电能表,最大需量表,多功能电能表,第二节 电能表的基础知识,按准确度等级分,0.01、0.05、0.1、0.2、0.2S、0.5S、0.5、1.0、2.0、3.0级等,S级电能表与普通电能表的主要区

8、别在于小电流时的要求不同，普通电能表5%b 以下没有误差要求，而S级电能表在1%b 时既有误差要求，提高了电能表轻负荷的计量特性,第二节 电能表的基础知识,2、电能表铭牌标志含义,电能表的铭牌包括其名称、型号、准确度等级、电能计算单位、标定电流和额定最大电流、额定电压、电能表常数、频率,19,D表示电能表,电能表的型号,类别代号,D单相 S三相三线 T三相四线 X无功 B标准,组别代号,Z最大需量 F复费率 S电子 Y预付费 D多功能 M脉冲式 L 长寿命,用途代号,间隔符前的数字表示产品制造厂生产设计 规定的序号； 间隔符后的数字表示电能表 标定电流的最大允许过载倍数。,设计序号,第二节 电

9、能表的基础知识,第二节 电能表的基础知识,如： DTSD1088电能表表示：三相四线全电子式多功能电能表，设计序号为1088。D: 类别代号-表示电能表T：组别代号-表示三相四线S：用途代号-表示全电子式D：用途代号-表示多功能1088：设计序号,准确度等级:电能表的准确度等级用置于一个圆圈内的数字来表示（相对误差）。电能计量单位:有功：kW.h, 无功：kvar.h。电能表常数:表示电能表每千瓦时的盘转数或每转为多少千瓦时，例：1500r/kW.h表示该表每千瓦时1500转,C=1.2表示该表每一转为1.2W.h。标定电流和额定最大电:如5（30）A、10(60)A、31.5（6）A、31（

10、10）A，括号外为标定电流，括号内为最大电流。额定电压:单相电能表只标明相电压，如220V,三相三线只标明线电压,如:3100V,对于三相四线三元件表表应标出相电压和线电压，如357.7/100V等参比频率:使用的频率，如50Hz,第二节 电能表的基础知识,第二节 电能表的基础知识,3、感应式电能表基本知识,1、感应式电能表的原理 利用电压电磁铁和电流电磁铁固定交变磁场与该磁场在转盘中产生的感应电流相互作用，产生一驱动力矩，使转盘以正比于负载功率的转速转动。,2、感应式电能表的结构驱动元件：电压元件、电流元件。用来将交变的电流、电压转变为交变的磁通，以切割转盘并产生感应电流，交变的磁通和感应电

11、流形成驱动力矩，使转盘转动,第二节 电能表的基础知识,转动元件：转盘和转轴组成。在驱动元件所建立的交变磁场作用下连续转动制动元件：制动磁铁及其调整装置组成。制动磁铁产生制动磁通，与转盘中的感应电流作用形成制动力矩，使转盘的转动速度和被测功率成正比。其他元件：上下轴承、计度器、基架、端子盒、铭牌、表壳。3、影响三相电能表误差的因素元件间的电磁干扰相位误差转矩不平衡对误差的影响,第二节 电能表的基础知识,4、电子式电能表基本知识,1、电子式电能表的原理 测量的高电压u、大电流i经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器M，乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电

12、压U，然后再利用电压频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。,电子式电能表的原理,根据工作原理的不同，可分为 模拟乘法器 型电子式电能表和 数字乘法器 型电子式电能表。一般来说由电源单元 、电能测量单元 、 中央处理单元(单片机) 、 显示单元 、 输出单元 、 通信单元六个部分组成。2、电子式电能表的特点功能强大，易扩展准确度等级高且稳定：启动电流小且误差曲线平整频率响应范围宽受外部磁场影响小便于安装使用过载能力大防窃电能力强,第二节 电能表的基础知识,第二节 电能表的基础知识,5、多功能电能表基本知识,1、多功能电能表的特点高可

13、靠、低功耗、长寿命、宽量程、高精度分时计量正反向有功、无功电能、四象限无功电能分时计量正反向有功、无功最大需量及发生时间复费率功能具有RS485接口和一个红外通讯接口具有参数自动轮显功能，轮显的参数及时间、顺序可设置实时测量总及A、B、C各相的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素及电网频率,第二节 电能表的基础知识,具有失压、失流、断相、全失压、停电、编程、电能清零、电表上下电等事件记录功能具有电量冻结和负荷曲线记录功能有功和无功脉冲输出、需量周期等秒信号输出功能,6、单相预付费电能表基本知识,单相预付费电能表是在普通电子式电能表基础上增加了微处理器、IC卡接口和表内跳闸继电器构成。它通过

14、IC卡进行电能表电量数据以及预购电费数据的传输，通过继电器自动实现欠费跳闸功能。,第二节 电能表的基础知识,1、基本原理它和普通电子式单相电能表采用相同技术输出功率脉冲到微处理器如图所示（其中测量模块为表计核心），微处理器接收到测量部分的功率脉冲进行电能累计，并且存入存储卡中，同时进行剩余电费递减，在欠费时给出报警信号并控制跳闸，它随时监测IC卡接口，判断插入卡的有效性以及购电数据的合法性，将购电数据进行读入和处理，将数据输出到相应的显示器中显示。,单相预付费电能表原理框图,第二节 电能表的基础知识,2、单相预付费电能表特点计量功能：计量有功电量=正向有功+反向有功负荷控制：具有超功率自动断电

15、的负荷控制功能，且可设置功能限额及允许跳闸次数。防窃电功能：具有自动检测短接电流回路的防窃电功能，当短接进出线时，电能表显示“0”并且记录窃电次数。预付费功能：使用购电卡可购电量送入电能表，电能表按设定的费率递减，当剩余电费小于设定的报警门限时，电能表跳闸，提醒用户去购电，此时插入购电卡以恢复供电，当剩余电费小于0后，电能表将跳闸，直到购电后才恢复供电。,1、某一型号单相电能表，铭牌上标明C=1667r/kWh，该表转盘一圈所计量的电能应为（ ）。 A 1.7Wh B 0.6Wh C 3.3Wh D 1.2Wh答案：B2、复费率电能表为电力部门实行（ ）提供计量手段。 A 两部制电价 B 各种

16、电价 C 不同时段的分时电价 D 先付费后用电答案:C3、某电能表，其电表常数为8OOOimp/kWh，测得40个脉冲所需时问为12s,则功率为 ( )。 A 6kW B 3kW C l.5kW D不能确定。答案: C,第二节 电能表的基础知识,练习,第三节 电力互感器基础知识,1、电力互感器的作用,主要作用：可扩大仪表的量程；有利于仪表的规范化生产，降低生产成本；用互感器将高电压与仪表回路隔开，保证仪表回路及工作人员的安全。,第三节 电力互感器基础知识,2、电流互感器基础知识,2.1、电流互感器工作原理电流互感器结构原理图,第三节 电力互感器基础知识,电流互感器结构特点,1、一次绕组串联在电

17、路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的电流，而与二次电流大小无关； 2、CT二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，CT在近于短路的状态下运行。,电流互感器原理简图,电流互感器工作原理,第三节 电力互感器基础知识,1、电流互感器的工作原理和变压器相似，其工作原理为电磁感应原理 。2、当一次线圈通过被测电流I1，在铁心内产生交变磁通，使二次线圈感应出相应的二次电流I2 3、一次绕组直接串联于电源线路中，当一次负荷电流(I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应出二次电流(I2)；二次绕组与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路。,电流互感器的

18、极性,减极性：当电流互感器一次电流从首端流入，从尾端流出时，二次电流从首端流出，经二次负载从尾端流入，这样的极性标志规定为减极性。加极性：与减极性相反,第三节 电力互感器基础知识,按测量原理分：电磁式 、光电耦合式 、电子式 按一次绕组匝数分为：单匝（母线式、芯柱式、套管式）、多匝式 、（ 线圈式、线环式、串级式 ） 按安装地点分为 ：户内式、户外式 按用途分：（计量用、测量用、保护用） 按绝缘可分为: 干式、浇注式、油浸式、充气式,2.2、电流互感器的分类,第三节 电力互感器基础知识,2.3、部分电流互感器外观图,穿心式电流互感器,光电式电流互感器,第三节 电力互感器基础知识,2.4、电流互

19、感器的误差分析,电流互感器产生误差的原因： 由于电流互感器铁芯的结构以及材料性能等原因的影响，电流互感器在工作时，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流。电流互感器工作时存在着激磁电流0，是其产生误差的原因。存在励磁电流时：,第三节 电力互感器基础知识,从电流互感器一次电流1和折算后的二次电流2的向量图来看，折算后的二次电流旋转180后一2，与一次电流1相比较，不但大小不等而且两者相位不重合，即存在着两种误差，称为比差（比值误差）和角差（相角误差）。,影响电流互感器产生误差的因素,第三节 电力互感器基础知识,影响电流互感器比差和角差的主要因素。,注：表示

20、误差向正值变化；表示误差向负值变化。,第三节 电力互感器基础知识,2.5电流互感器接线方式 a):一相式接线； b):两相V形接线; c):两相电流差接线； d):三相星形接线。,2.6电流互感器使用的注意事项,第三节 电力互感器基础知识,电流互感器的接线应保证正确性： 一次绕组和被测电路串联，而二次绕组应和连 接的所有测量仪表、继电保护装置或自动装置的电流线圈串联，同时要注意极性的正确性，一次绕组与二次绕组之间应为减极性关系，一次电流若从同名端流入，则二次电流应从同名端流出。电流互感器的二次绕组绝对不允许开路。这是因为电流互感器正常工作时，二次电流有去磁作用，使合成磁势很小。当二次绕组开路时

21、，二次电流的去磁作用消失，一次电流将全部用来激磁，这时，将在二次侧产生超过正常值几十倍的,第三节 电力互感器基础知识,磁通，结果会使铁芯过热而损坏互感器。同时，由于铁芯中磁通的急剧增加，在二次绕组上产生过电压，可能达到数百甚至数千伏，将危及人身和设备安全。因此，为了防止二次绕组开路，规定在二次回路中不准装熔断器等开关电器。如果在运行中必须拆除测量仪表或继电器及其他工作时，应首先将二次绕组短路。二次应有可靠接地：电流互感器的二次侧必须可靠接地，但接地点只允许有一个。这是为了防止一、二次绕组之间绝缘损坏或击穿时，一次高电压窜入二次回路，危及人身和设备安全。,第三节 电力互感器基础知识,3、电压互感

22、器基础知识,3.1、电压互感器工作原理,U1,U2,N1,N2,u1,u2,v,电压互感器的原理结构图,i1,第三节 电力互感器基础知识,电压互感器工作原理电压互感器的工作原理是电磁感应原理：当电压U1加到一次绕组N1时，在一次绕组中产生一次绕组电流i1 ，根据电磁感应定律，电流将在铁芯中产生交变的磁通，这个交变的磁通穿过二次绕组，将在二次绕组产生感应电动势E2。忽略回路中的阻抗时，二次绕组感应电动势就是二次电压U2。电压互感器的极性主线圈在某一个瞬间电位为正时，付线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端叫做该设备线圈的同极性端，或者叫同名端。,U1,U2,N1,N

23、2,u1,u2,v,i1,*,*,电压互感器的极性,第三节 电力互感器基础知识,第三节 电力互感器基础知识,3.2电压互感器的分类,按照结构分类：三相式 三相五柱式、单相电压互感器 按照安装位置不同 ：母线PT:测量母线电压 、线路PT:测量线路电压 按照原理分类：电磁式PT （电力变压器型，原理和普通变压器相似,适用于6kV110kV系统）、电容式PT（电容分压型,适用于110kV500kV系统）,3.3、部分电压互感器外观图,第三节 电力互感器基础知识,现场高压电压互感器,标准电压互感器,电容式电压互感器,第三节 电力互感器基础知识,3.4电压互感器误差分析,电压互感器工作时有损耗（铜损和

24、铁损），绕组中有阻抗压降。这使得电压互感器二次电压 折算到一次侧后（ U2 ）与一次电压 U1 大小不等，且有相位差，就是说电压互感器存在着比差和角差 （1）比差： 电压误差为二次电压的测量值乘额定互感比所得一次电压的近似值（U2ku）与实际一次电压U1之差，而以后者的百分数表示 ，即,（2）角差：旋转180度的二次电压向量U2 与一次电压向量U1 之间的夹角 并规定U2 超前U1 时，角误差为正，反之为负值。,电压互感器产生误差的原因,第三节 电力互感器基础知识,电压互感器的误差特性1 、电压互感器误差的电压特性当一次电压比较低时，由于导磁率比较低，所需要的励磁电流I0比较大，故空载误差的比

25、差和角差都比较大。随着电压的增大，导磁率增加，铁芯工作在磁化曲线的平直部分，所以此时比差和角差开始减小并趋于平稳。随着电压的不断升高，绕组的负荷电流也增大，互感器的误差又开始变大。,2、 电压互感器误差的负载特性a、随着负载的增加，二次负载电流逐渐增大，负载电流产生的负载误差慢慢变大，电压互感器的误差将也逐渐变大。b、随着负载电流的增加，且二次负荷的功率因数越低，比差向负的方向增加得越多。c、角差：功率因数较低时，随着负载电流的增大，角差向正方向增加；功率因数较高时，角差先由正值变为零再向负方向变化,第三节 电力互感器基础知识,第三节 电力互感器基础知识,3.5电压互感器接线方式,a、二个单相

26、电压互感器接线V-V形b、三个单相电压互感器接线星形-星形，高压侧中性点不接地c、三个单相电压互感器接线星形-星形，高压侧中性点不接地,图a,图b,图c,3.6电压互感器使用的注意事项,第三节 电力互感器基础知识,1、接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。2、电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互

27、感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。3、为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。,1、当电流互感器一次电流不变，二次回路负载增大（超过额定值）时（ ）。A 其角误差增大，变比误差不变 B 其角误差不变，变比误差增大C 其角误差减小，变比误差不变 D 其角误差和变比误差均增大答案：D2、测量电流互感器极性的目的是为了（ ）。A 满足负载的要求 B 保证外部接线正确C 满足计量和保护装置的要求 D 提高保护装置动作的灵敏度答案：B3、电流互感器相当于普通变压器（ ）运行状态。A 开路 B 短路 C 带负荷 D 空载答案：B,练习,第三节 电力互感器基础知识,4、“S”级电流互感器，能够正确计量的电流范围是（ ）I 。A 10120 B 5120 C 2120 D 1120答案：D5、当电流互感器一二次绕组的电流 的方向相反时，这种极性关系称为（ ）。A 减极性 B 加极性 C 正极性 D 同极性答案：A6、关于电压互感器下列说法正确的是（ ）。A 二次绕组可以开路 B 二次绕组可以短路 C 二次绕组不能接地 D 二次绕组不能开路答案:A,第三节 电力互感器基础知识,