釹磁鐵對單相電能表的影響研究

摘 要：針對利用強磁體非法竊電的問題，研究了釹磁鐵對單相電能表的影響。實驗結果表明，釹磁鐵的磁場增加了電能表的制動力矩并造成電能計量的負誤差，增大啟動電流，同時對儀表內部永久磁鐵進行消磁。利用消磁后永久磁鐵的異常現象可以有效的對電能盜竊進行檢測。

關鍵詞：釹磁鐵 單相電能表 誤差 啟動電流 消磁

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0107-02

由于電費是根據電表上的數字計算的，因此，測量電路中消耗電能的儀表必須準確公平[1]。然而，利用強力釹磁鐵進行電能盜竊現象逐漸增多[2～3]，那么，強力釹磁鐵對單相電能表工作到底有怎樣的影響，本文試從釹磁鐵對單相電能表計量誤差、制動力矩、啟動電流，永久磁鐵的消磁和對電能表永久性損壞[4～6]等幾個方面進行試驗研究。

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制造出來的，釹磁鐵是目前發現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。

實驗研究中使用的兩個圓柱形釹磁鐵為N42牌號的，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。通過測量，兩個釹磁鐵周圍磁感應強度與距離之間的關系見圖2所示，圖中反映的是與釹磁體對稱軸平行方向不同距離和與對稱軸垂直方向不同距離的磁感應強度，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生等于或大于電能表永久磁鐵制動間隙的磁感應強度（約250～340 mT）的磁場，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 測試結果

實驗所使用的單相電能表是DDS862型，額定電流是5（20） A，準確度1.0級。

2.1 對感應式電能表計量誤差的影響

如果把釹磁鐵的對稱軸和表盤中心軸平行對齊放置，且釹磁鐵位于電能表表殼外面，距離大于20 mm時，這個距離相當于離內部磁系統最遠的地方，δA的測量沒有誤差。當把電能表外殼拆掉后，釹磁鐵直接放在表盤上，δA能達到-10%以上，這個誤差是很大的，當把釹磁鐵拿到距離轉盤12 mm左右距離時，誤差在-1%左右，因此，可以認為12 mm就是釹磁鐵到電能表轉盤的最近距離，如圖3所示。

如果把釹磁鐵的對稱軸和表盤的中心軸垂直對齊放置，釹磁鐵的磁場B平行于表盤表面，不產生額外制動力矩，但是會造成電能表內部驅動磁場減弱，產生δA誤差。釹磁鐵的磁場不影響圓盤的轉動，但是會增加啟動電流，導致在低功耗時轉盤停止轉動。

2.2 釹磁鐵產生的制動力矩與電能表內部永久磁鐵產生的制動力矩之間的關系

直徑D=70 mm的釹磁鐵產生的制動力矩Mx和電能表內部永磁體產生的制動力矩Mh之間的關系如圖4所示，根據電能表制動力矩與轉速的關系，以及參考文獻5的規定，當把釹磁鐵放到距轉盤12 mm的時候，釹磁鐵產生的制動力矩Mx是內部永久磁鐵產生的制動力矩Mh的10%。

2.3 釹磁鐵對電能表啟動電流的影響

在電能表低功耗運行時，如果把釹磁鐵貼在電能表外殼上，磁場平行于圓盤表面如圖3b，圓盤會停止轉動，這意味著電能表的啟動電流被增大了，甚至達到額定電流的10%，而最初電能表的啟動電流只有額定電流1%，這就可以非法使用功率100瓦。這個方向的磁場，不增加額外的制動力矩，但是，對電能表內部磁場中永磁體能起有效的消磁作用。

2.4 釹磁鐵對永久磁鐵的消磁作用

如圖5所示，釹磁鐵對電能表內部永久磁鐵的消磁試驗利用了直徑D=70 mm釹磁鐵。圖中下線是釹磁鐵逐漸接近電能表時在永久磁鐵磁場間隙中產生的磁感應強度值，上線是把釹磁鐵移開到遠距離（∞）的磁感應強度值。距離在80 mm的時候制動磁場開始恢復初始值。釹磁鐵接近50 mm距離的時候，就開始出現消磁。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。如圖6，分別表示永磁體左邊的磁場（a）和右邊的磁場（b）的情況。

消磁之前磁場布局（1）是均勻的，消磁后（2）的磁場減弱和明顯不均勻：靠近電能表外殼的磁鐵部分（x=12 mm）的消磁程度比內部多，釹磁鐵接近的次數越多，永磁制動功能削弱的越多，而且磁場布局始終不均勻。當然機械老化，溫度影響，機械振動等，也可能會造成永磁體消磁，但是，絕不會出現這種磁場不均勻現象。

電能表永磁體的消磁結果，導致電能測量的誤差。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，電表指數明顯提高，這對用電用戶是不利的。這樣的電能表，不符合要求，需要更換新的電能表。

3 結論

強力釹磁鐵對單相電能表工作的影響的因素是多樣的：出現額外的制動力矩、產生測量誤差，啟動電流數倍增加，以及對內部永磁系統產生消磁現象，并可能永久性的破壞電能表。因此，我們可以根據內部磁場出現嚴重的不均勻現象，判斷出電能表是否用過強力釹磁鐵進行竊電。

參考文獻

[1]褚靜.用電檢查的措施分析[J].科技向導，2010（32）：241，253.

[2]呂相波.永磁體強磁法竊電的防治[J].農村電氣化，2011（7）：49-50，52.

[3]邵強，李丹，劉曉湘.單相電能表防竊電原理的研究及應用[J].電測與儀表，2009，46（6）：51-62.

[4]IEC 62052-11-2003：交流電測量設備 通用要求、試驗和試驗條件.第11部分：測量設備.

[5]IEC 62053-11-2003：電量測量設備（交流電）.特殊要求.第11部分：機電電度表（0.5、1和2級）.

[6]BSEN 50470-1-2008：電學計量設備（交流電）.第1部分：一般要求、試驗和試驗條件.測量設備（等級指數A、B和C）.