外界因素对电能表的影响

刘惠颖黑龙江省电力科学研究院

外界因素对电能表的影响

刘惠颖
黑龙江省电力科学研究院

电能表在实际使用中所处的外界条件时常与技术条件规定不同，例如，电能表安装场所的环境温度和按入的电压都可能在相当大的范围内变化；交流频率也会随时偏离额定值。外界条件改变后，电能表的误差就会改变，其改变量叫做电能表的附加误差。电能表的技术条件或标准，对这些附加误差也都有规定。下面将叙述各项附加误差的形成原因及对电能表的影响。

外界因素；电能表；影响

一、电压影响

如果加在电能表上的电压(以后简称工作电压或电压)与额定电压不同，那么会引起电压工作磁通不随电压成正比地变化，并破坏了电压抑制力矩、补偿力矩与驱动力矩之间原有的比例关系，结果使电能表产生了电压附加误差，简称电压误差。

1.电压抑制力矩的变化

因为转速和磁通由都与电压成正比，所以根据式(1)，电压抑制力矩应随电压的三次方变化，而驱动力矩随电压的一次方变化。这样，电压升高时，电压抑制力矩比驱动力矩增加更快，引起负误差；电压降低时，电压抑制力矩比驱动力矩减小更快，引起正误差。把电压抑制力矩随电压变化引起的误差称为电压抑制误差，当电压由额定值变化±10%ϒUY0.5%一1.5%。电压抑制误差和负载电流无关，因为电压抑制力矩和驱动力矩都与负载电流成正比。负载电流改变时，两者的比值aU仍旧不变，因此ϒUY也不变。

2.并联电路非线性系数的变化

在并联电路中，磁通ΦF比ΦU大3—6倍，且ΦF通过的铁芯因其截面较小而处于饱和程度较高的状态，当电压升高时，ΦU所通过的磁路磁阻比ΦU通过的磁路磁阻的变化要小，ΦU随电压增加的比例就要大一些，引起正误差，而电压降低时，ΦF比ΦU减小很快一些，引起负误差。把因电压变化而导致磁通ΦF比ΦU重新分布所产生的误差称为并联电路的非线性误差，其公式为

式中 PU——并联电路的非线性吸收，PU=ΦU/mUΦUN。

串联和并联电路产生非线性误差的原因是有区别的。串联电路因有非线性磁阻，使电流总磁通Φ∑I和电流工作磁通由ΦI成非线性变化。并联电路中电压总磁通Φ∑U和外加电压U的关系式为U=E∑U=4.44ƒWUΦ∑U，虽然电压铁芯导磁率随电压变化，但只引起电压线圈中的励磁电流改变，而Φ∑U与U仍然近似成正比，因而并联电路产生的非线性误差即是前述的由于总磁通Φ∑U的两个分量ΦF和ΦU所经磁路磁阻随电压变化的比例各不相同所引起的。因此，补偿力矩在轻负载下对误差的影响也就降低了。

二、频率影响

1.幅值频率误差

当cosφ＝1时，电流、电压工作磁通和有关力矩随频率变化引起的频率误差称为幅值频率误差。下面分析引起这种误差的主要原因。

(1)电压工作磁通和频率之间的变化关系。其实并不这样简单，因为在讨论频率影响时，假定电压U是不变的，即U=E∑U= 4.44 ƒWUΦ∑U。所以，Φ∑Uƒ成反比变化，且Φ∑Uƒ＝常数，但是电压工作磁通ΦU与ƒ之间只是大致成反比关系，它们的乘积并不等于常数，当频率升高时，磁通路径上的有功损耗(主要是圆盘中的涡流损耗)增加，引起ΦU随其磁阻增大而减小。电压非工作磁通ΦF路径上的损耗也会随频率升高而增加，但是由于ΦF不穿过圆盘，有功损耗就小很多，其磁阻变化很小，因而ΦF随频率变化很小，频率升高的结果，改变了和Φ∑U之间的比例关系，使ƒΦU减小。

(2)电流工作磁通和频率之间的变化关系。电流铁芯中的损耗和频率的平方成正比，所以当负载电流不变、频率升高时，电流铁芯的有功损耗增加，励磁电流减小，电流工作随之减小。

2.相位频率误差

当cosφ≠1时，电压工作磁通与电流工作磁通问的相位角少随频率变化而引起的误差叫做相位频率误差。

三、温度影响

1.产生温度误差的原因

环境温度改变后，制动磁通会发生变化，电流、电压工作磁通及其相位角都要改变，从而引起误差，称为温度附加误差，简称温度误差。今就产生温度误差的主要原因叙述如下。

(1)制动磁通的变化。因为制动磁铁的温度系数aT是负值，它的大小与磁铁材料及处理等因素有关，一般aT＝一0.02一一0.04%/℃。所以温度升高时，制动磁通减小，制动力矩随之减小，即产生了正的温度误差。反之，则为负的温度误差。

(2)电压工作磁通的变化。当温度升高时，电压工作磁通ΦU回路中的转盘及相位补偿，环的电阻都增大，因而有功损耗降低，ΦU的这部分磁路磁阻随之减小。同时，ΦU回路的铁芯损耗减小，亦使回路磁阻减小。然而，非工作磁通回路的磁阻虽减小，因其不经过圆盘，有功损耗不大，磁阻减小的程度较小。这样，便引起磁通ΦU和ΦF的重新分布，使ΦF增加，电能表转速变快，因而引起正的温度附加误差。温度降低，则引起负的温度附加误差。

2.温度误差的补偿方法

(1)利用双金属片补偿幅值温度误差。将具有不同温度系数的两种金属片焊接在一起构成双金属片，它的一端固定在制动磁铁上，温度系数较大的金属片靠近磁铁。双金属片的另一端(自由端)固定着靠近磁铁气隙的铁片。温度升高时，双金属片向外弯曲，铁片离开磁铁气隙远一些，流过铁片的磁通减少，穿过转盘的制动磁通增加，就补偿了制动磁铁磁通随温度升高而减少的磁通量，即补偿了正的幅值温度误差。温度降低时，所发生的变化过程与上述情况相反。

(2)利用热磁合金补偿幅恒温度误差。经常用来补偿电能表幅值温度误差的热磁合金有好几种。

四、自热影响

电能表连续通电使用时，串联和并联电路消耗功率产生的热量会使表内各部件和空气温度升高，导致电能表的误差发生变化。电能表从通电开始到热稳定状态需要—定的时间，电能表误差在这段时间内也不断变化，这一过程称为自热。以预热开始至稳定状态，电能表误差的变化虽与产生温度误差的原因相似，但是并不完全一样。一般电能表接入电路2h后误差才能稳定。但是误差变化的主要部分约在60min内就基本完成。通常，把这种自热影响产生的附加误差叫做自热误差。

自热影响可分为电压自热影响和电流自热影响。按照电能表标准规定，电压线路加额定电压1h后，一直到热稳定后的误差变化称电压自热影响。其次在电压线路热稳定下，电流线路在最大的负载下预热15min后，一直到热稳定后的误差变化称为电流自热影响。由于电能表投入使用后，总是长期加电压的，因而实际使用中，电压自热影响对电能表误差并没有多大影响，而电流线路消耗的功率与负载电流的平方成正比。所以自热影响不仅与电能表电流线路通电持续时间有关，而且还取决于负载电流的大小。

[1]刘国宏.外界因素对电能表的影响[J].电世界，2006（01）.

[2]李勇，焦建.分析影响智能电能表运行可靠性的主要因素[J].通讯世界,2015(6):146-147.