電子式電能表在工作中產(chǎn)生誤差的主要因素

【摘 要】 本文通過對電子式電能表工作原理的介紹，論述了電子式電能表在規(guī)程規(guī)定的參比條件下，隨負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)變化產(chǎn)生的基本誤差因素和電子式電能表在某項(xiàng)工作條件偏離規(guī)程規(guī)定的參比條件下產(chǎn)生的附加誤差因素，找出電子式電能表在工作中產(chǎn)生誤差的主要因素，從而確保電能計(jì)量準(zhǔn)確可靠。

【關(guān)鍵詞】 電子式電能表 基本誤差 附加誤差

電能計(jì)量是電力營銷系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到供用電雙方的經(jīng)濟(jì)利益，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電能計(jì)量工作逐步實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化。具有精度高、體積小、重量輕、功耗小、功能多等特點(diǎn)的電子式電能表正逐步取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式機(jī)電電能表。

電子式電能表在工作中產(chǎn)生的誤差將直接影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確可靠，因此有必要認(rèn)真分析其產(chǎn)生工作誤差的主要因素。在額定工作條件內(nèi)，電子式電能表工作誤差是由基本誤差和各影響量（如環(huán)境溫度、頻率、電壓、波形、外磁場等）偏離參比條件引起的附加誤差組成的。

1 產(chǎn)生基本誤差的主要因素

在規(guī)程規(guī)定的參比條件下，電子式電能表隨負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)變化產(chǎn)生的誤差稱為電子式電能表的基本誤差。

電子式電能表是以微電子電路為基礎(chǔ)來完成電能計(jì)量的一種電能表，很難像機(jī)電式電能表那樣用數(shù)學(xué)公式表達(dá)基本誤差特性，我們結(jié)合電子式電能表的結(jié)構(gòu)和基本工作原理來分析電子式電能表在工作中影響其基本誤差的主要因素。

電子式電能表是由電子器件組成測量電路的電能表，為了能將被測電壓、電流變?yōu)榇肀粶y功率的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，并顯示所計(jì)電能值，電子式電能表一般由4級組成。

其工作原理是將用戶消耗的電能通過分壓器和分流器元件上的信號取樣，送到乘法器電路，乘積信號再送到p/f變換器，變換成高頻脈沖，再經(jīng)分頻后變成低頻脈沖，用來驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，顯示所測得的電能。

由此，我們分析電子式電能表的基本誤差主要受下列幾方面因素的影響。

1.1在輸入級中電壓電流變換的影響

輸入級將被測的高電壓（一般幾十伏、幾百伏）、大電流（幾安、幾十安）按比例變?yōu)殡娮泳€路能處理的低電壓（幾伏、幾十毫伏）、小電流（幾毫安），這樣電路易于設(shè)計(jì)，工作也較安全。對直接接入的電子式單相電能表一般采用電阻器采樣電路，用金屬膜電阻分壓，而用錳銅電阻電壓降來變換電壓和電流時(shí)，變換的線性度較好，但其布線的分布電容和互感影響，對0.2級以上的電能表還是應(yīng)當(dāng)考慮這個(gè)問題；對經(jīng)互感器接入的高壓電網(wǎng)內(nèi)的電能表及三相電能表都不宜用電阻器采樣，在安裝式電能表內(nèi)每相用微型互感器變換電壓和電流。當(dāng)用微型電壓（電流）互感器變換電壓（電流）時(shí)，互感器比差和角差及其非線性，對電能表在輕載電流和最大電流時(shí)的誤差影響較大，所用的互感器級別不宜超過電能表等級指數(shù)的1/10，同時(shí)要特別注意選用誤差線性較好的電流互感器。

1.2乘法器和p/f變換器影響

乘法器是將儀表被測電壓、電流乘起來變?yōu)楣β剩请娔鼙淼年P(guān)鍵電路。目前廣泛應(yīng)用時(shí)分割乘法器、數(shù)字乘法器和霍爾乘法器，都有不同程度的原理性誤差。應(yīng)力求把乘法器引起的誤差降到電能表等級指數(shù)的（1/10～1/20）范圍。

p/f變換電路的功能是將乘法器輸出的代表被測功率的電壓（或電流）信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)脈沖信號，脈沖信號的頻率正比于被測功率的大小。這樣，在單位時(shí)間內(nèi)對脈沖計(jì)數(shù)，就可測得功率的大小，在一定時(shí)間內(nèi)對脈沖計(jì)數(shù)，即累加起來，就可測量得電能值。乘法器和p/f變換器的原理性誤差，是影響電能表誤差的主要因素。p/f變換過程會(huì)產(chǎn)生脈沖的量化誤差影響，負(fù)載電流越小，量化誤差的相對影響就越大。另外p/f變換所得的頻率太低，還影響電能表的測量重復(fù)性，因此必須將功率變成高頻脈沖FH，p/f變換器所得的高頻功率脈沖信號，要考慮脈沖的均勻性和脈沖量化誤差影響應(yīng)達(dá)到忽略不計(jì)的程度。

1.3響應(yīng)時(shí)間和測量重復(fù)性影響

負(fù)載功率總是在變化的，特別是沖擊負(fù)載功率的變化速度很快，要求電能表應(yīng)有足夠快速的響應(yīng)能力，把短暫（t≤0.1S）的功率變化電能測定出來，否則就可能多計(jì)或少計(jì)電能。電能表的響應(yīng)時(shí)間較長、脈沖的量化誤差較大和脈沖均勻性不夠好，都會(huì)使電能表的測量重復(fù)性較差。因此，表征測量重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S（%）若超過電能表等級指數(shù)的1/10，對電能表的檢定結(jié)果可能會(huì)引起置疑。

2 產(chǎn)生附加誤差的因素

電子式電能表的附加誤差是指某項(xiàng)工作條件偏離規(guī)程規(guī)定的參比條件時(shí)，電能表誤差與基本誤差的差值。

2.1電壓變化影響

電子式電能表中常用電阻分壓器或微型電壓互感器變換負(fù)載電

壓，同時(shí)乘法器輸出的功率隨輸入電壓成線性變化，當(dāng)輸入電壓偏離參比電壓時(shí)，電能表就會(huì)產(chǎn)生電壓附加誤差。

2.2頻率變化影響

采集電壓和電流的互感器，其誤差與電網(wǎng)頻率有關(guān)，電子式電能

表的電能計(jì)量芯片會(huì)受頻率變化影響，頻率升高時(shí)使電能表誤差向負(fù)值變化，頻率降低時(shí)誤差則向正值變化，從而產(chǎn)生頻率附加誤差。

2.3溫度變化影響

環(huán)境溫度對電子式電能表的元器件都有影響，通常情況下，溫度

升高時(shí)會(huì)引起負(fù)的溫度附加誤差，溫度降低時(shí)會(huì)引起正的溫度附加誤差。

2.4自熱影響

自熱誤差不同于溫度附加誤差。環(huán)境溫度不變，電子式電能表通電后各元器件消耗功率排出熱量，各元器件受到加熱的先后順序和加熱的程度不同，是引起自熱誤差的根本原因。當(dāng)各元器件達(dá)到熱平衡后，電能表誤差才能穩(wěn)定。

2.5波形畸變影響

對于非線性負(fù)載，其負(fù)載電流不是正弦波，負(fù)載端的電壓也是非正弦的，因此加在電能表上的電壓和電流都是畸變的波形，其中含有奇次和/或偶次諧波，同頻率的電壓和電流才能形成功率。非線性負(fù)載除了消耗基波功率外還能消耗諧波功率。有些諧波功率的潮流方向與基波功率相反，使電子式電能表測得的電能等于基波電能與反向諧波電能之差，從而少計(jì)電能，產(chǎn)生附加誤差。

2.6沖擊負(fù)荷影響

根據(jù)數(shù)字乘法器制成的電能表，延時(shí)充得的電量和延時(shí)放掉的電量是相等的，通常是在某一時(shí)間[Δt]內(nèi)將累計(jì)的電能[Δw]除以電能脈沖當(dāng)量[np]，求得在時(shí)間[Δt]內(nèi)應(yīng)發(fā)的電能脈沖數(shù)。而時(shí)間[Δt]是由軟件設(shè)定的，它是為輸出功率示值的穩(wěn)定性所需要的時(shí)間，也就是電能表的響應(yīng)時(shí)間，因此電子式電能表輸出電能脈沖滯后沖擊負(fù)載的時(shí)間，但輸出電能脈沖是隨沖擊負(fù)載同時(shí)停止的，而且沖擊負(fù)載的起止時(shí)間往往是隨機(jī)的，所以電子式電能表對沖擊負(fù)載一般會(huì)少計(jì)電能。

2.7其他因素影響

電子式三相電能表除了受上述因素影響外，還受三相電壓不對稱、相序改變和負(fù)載不平衡的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張有順，馮井崗.《電能計(jì)量基礎(chǔ)》.北京，2002.8

[2]宗建華，閆華光.《智能電能表》.北京，2010.9