1、第六章第六章第六章 电能计量装置的接线方式电能计量装置的接线方式 测量电路中的电能表按接测量电路中的电能表按接入线路的方式可分为直接接入入线路的方式可分为直接接入式、经互感器间接接入式两种。式、经互感器间接接入式两种。第六章第六章 电能计量装置的接线方式电能计量装置的接线方式 第一节 交流有功电能表的接线方式 第二节 交流无功电能表的接线方式 第三节 经互感器接入式电能表的接线方式 第一节第一节 交流有功电能表的接线方式交流有功电能表的接线方式 一、单相电路有功电能的测量 二、 三相电路有功电能的测量 一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 测量单相电路有功电能的原理接线图和相量
2、图如图6-1所示 电能表的电流线圈必须与电源相线串联，电压线圈电能表的电流线圈必须与电源相线串联，电压线圈应跨接在电源端的相线与零线之间，应跨接在电源端的相线与零线之间，当负载电流和流经当负载电流和流经电压线圈的电流都由标有同名端标志的一端流入相应的电压线圈的电流都由标有同名端标志的一端流入相应的线圈时，电能表才能正转（逆时针方向）。线圈时，电能表才能正转（逆时针方向）。 按图6-1所示的电能表接线，测得的有功功率为 而电能表的驱动力矩MQ由相量图得到 cosUIP sinUIQKM一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 若有一个线圈极性接反，例如电流线圈（如图6-2（a）所示）
3、，则流入电能表电流线圈中的电流方向与图6-1中相反，故产生的电流磁通方向也相反，如图6-2（b）所示。一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量在这种情况下，电能表的驱动力矩为驱动力矩为负值，导致电能表反转。 sin)180sin(sinUIoUIUIQKKKM一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 应注意图6-3的接线方式是不正确的。电压线圈跨接在负载两端，电能表测量的电能包括负载和电压线圈消耗的电能，当用户不用电时，可能因电压线圈消耗电能，使电能表发生正向潜动现象。 一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 国产直接接入式电能表应按单进双出方法接线，国产
4、直接接入式电能表应按单进双出方法接线，即单数接线柱接电源，偶数接线柱接负载，第一接线即单数接线柱接电源，偶数接线柱接负载，第一接线柱接相线（火线）。单相电能表实际接线图如图柱接相线（火线）。单相电能表实际接线图如图6-46-4所示。所示。 一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量 直接接入式单相电能表的电流线圈应该串接在相线上，若串接在零线上（如图6-5所示），电能表虽然仍是正转，一旦在相线与地之间接有负载，该负载中的电流不流经电能表的电流线圈，因而产生漏计量。我们把这种接线称为错误接线。一、单相电路有功电能的测量一、单相电路有功电能的测量二、二、 三相电路有功电能的测量三相电路有
5、功电能的测量 （一）三相四线电路有功电能的测量（一）三相四线电路有功电能的测量 三相四线电路可看成是由三个单相电路构成的，因此，可用一只三相四线有功电能表（即三个驱动元件）或三只相同规格的单相电能表来测量三相四线电路有功电能，原理接线图如图6-6所示，实际接线图如图6-7所示。（二）三相三线电路有功电能的测量（二）三相三线电路有功电能的测量 1 1三相三线电路中的功率三相三线电路中的功率 为了统一接线，三相三线有功电能表把下式为了统一接线，三相三线有功电能表把下式 规定为标准接线，原理接线图如图6-9所示，实际接线图如图6-10所示。 其接线方式为其接线方式为),cos(),cos(CCBCC
6、BAABAABIUIUIUIUP二、二、 三相电路有功电能的测量三相电路有功电能的测量, ,ABACBCUIUI、 2 2三相三线有功电能表的驱动力矩三相三线有功电能表的驱动力矩 单相电能表的驱动力矩MQ正比于负载功率P，因此单相电能表可以正确计量单相电能。同理，三相三线电能表的驱动力矩也必然正比于三相负载功率，以达到正确计量目的。 所以三相三线电能表的驱动力矩为 KPUIKKMUIQcos3cos3二、二、 三相电路有功电能的测量三相电路有功电能的测量第二节第二节 交流无功电能表的接线方式交流无功电能表的接线方式 一、正弦型无功电能表 二、跨相90o型无功电能表 三、60o型无功电能表 国家
7、对电力用户实行了依据功率因数的高低国家对电力用户实行了依据功率因数的高低调整电费的办法，以鼓励用户采取措施，提高功调整电费的办法，以鼓励用户采取措施，提高功率因数。率因数。如果负载功率因数低，意味着无功功率如果负载功率因数低，意味着无功功率增加，则将产生下列后果：增加，则将产生下列后果： （1 1）发、供电设备的容量不能充分利用。）发、供电设备的容量不能充分利用。 当发、供电设备的容量一定时，在额定电压和额定电流下，负载的功率因数越低，则发、供电设备发出的有功功率减少，无功功率增大，发、供电设备的容量就不能充分利用。 第二节第二节 交流无功电能表的接线方式交流无功电能表的接线方式 （2 2）增
8、加输电线路损耗和电压降。）增加输电线路损耗和电压降。从公式得到，当负载的功率P和电压U确定后，则 RIPI2cosUUIcoscosPUI第二节第二节 交流无功电能表的接线方式交流无功电能表的接线方式 通过电压表、电流表和功率表的指示值，可以计算出功率因数，或用功率因数表进行监视，但是这只能测量到某一时刻功率因数的瞬时值，而用户的功率因数是随着有功负载和无功负载的变化而变化的。 为了测量用户在一个月的平均功率因数，规定以用户在一个月内有功和无功负载的累积量来计算，它等于 22cosQPPWWW第二节第二节 交流无功电能表的接线方式交流无功电能表的接线方式 一、正弦型无功电能表一、正弦型无功电能
9、表 （一）单相正弦型无功电能表的结构及工作原理（一）单相正弦型无功电能表的结构及工作原理 感应式电能表驱动力矩感应式电能表驱动力矩M MQ Q表示为表示为 如令=I，则上式可该写为)sin(sinIUIUIQaKKMKQKUIKMUIQsin)sin( 公式中的“”号说明驱动力矩的方向反了。为解决转向问题，可将测量机构的电压线圈或电流线圈的进线端子与出线端子对换一下位置即可。 为了使=I，可在电压线圈中串入一个附加电阻，同时在电流线圈中再并入一个低值电阻。 一、正弦型无功电能表一、正弦型无功电能表 图6-12为单相正弦型无功电能表的原理图。 一、正弦型无功电能表一、正弦型无功电能表 （二）三相
10、正弦型无功电能表（二）三相正弦型无功电能表 两元件三相正弦型无功电能表是用于测量三相三线电路无功电能的。其接线原则与两元件三相有功电能表基本相同。图6-14（a）为其原理接线图。 一、正弦型无功电能表一、正弦型无功电能表 （三）正弦型无功电能表的优缺点（三）正弦型无功电能表的优缺点 优点：适用范围广，不论是单相电路还是三相电路均可采用。当用于三相电路时，不论电压是否对称、负载是否平衡，均能正确计量，而不会产生线路附加误差。另外，其构成原理简单，且可用有功电能表改制而成。 缺点：自身消耗功率大，工作特性较差，制造成本较高，准确度难以提高，所以，目前较少采用正弦型无功电能表测量无功电能。 一、正弦
11、型无功电能表一、正弦型无功电能表二、跨相二、跨相9090o o型无功电能表型无功电能表 如果将一只三元件三相有功电能表按图6-15（a）接线，可测量三相三线或三相四线电路的无功电能。因为接线方法是将每组元件的电压线圈，分别跨接在迟后相应电流线圈所接相的相电压90o的线电压上，所以称之为跨相90o接线。 三、三、6060o o型无功电能表型无功电能表 60o型无功电能表的结构特点是：在每个电压线圈中串入一个附加电阻RU，使得电压工作磁通迟后相应电压的相位角减小，即使角由有功电能表的I90o，减小到I60o。因此，将此种表称为60o型无功电能表。 图6-16为两元件60o型三相三线无功电能表原理接
12、线图和相量图。三、三、6060o o型无功电能表型无功电能表 60o型无功电能表中，每个元件电压回路的电抗与电阻之间有下列关系 RRXtgUo60RXRtgXRoU360三、三、6060o o型无功电能表型无功电能表第三节第三节 经互感器接入式电能表的接线方式经互感器接入式电能表的接线方式 一、单相有功电能表接线 二、三相有功电能表的接线 三、三相无功电能表的接线 四、三相有功电能表和无功电 能表的联合接线 五、变电站中互感器的配置 六、互感器的应用一、单相有功电能表接线一、单相有功电能表接线 单相有功电能表与电压、电流互感器联合原理接线图如图6-19所示。 二、三相有功电能表的接线二、三相有
13、功电能表的接线 图图6-206-20示出了三相二元件有功电能表与电压、示出了三相二元件有功电能表与电压、电流互感器的联合原理接线图。电流互感器的联合原理接线图。 三、三相无功电能表的接线三、三相无功电能表的接线 图6-21示出了内相角为60o的三相无功电能表与电压、电流互感器的联合原理接线图。四、三相有功电能表和无功电能表的联合接线四、三相有功电能表和无功电能表的联合接线 三相电路中，如果有功和无功功率的输送方向随时可能改变，采用两套电能表的联合接线如图6-22所示。五、变电站中互感器的配置五、变电站中互感器的配置 电压、电流互感器在一次回路和二次回路中所规定的图形符号不相同，以上图示都是二次
14、回路的表示方式，而他们在变电站的一次回路中的图形符号和配置图如图6-23所示。 六、互感器的应用六、互感器的应用 【例 6-1】电流互感器二次侧接有 DS862型0.5 级三相有功电能表一只, 其阻抗为0.04+j0.01, DX863型2.0级三相无功电能表一只,其阻抗为 0.1+j0.02,互感器为分相接线 ,它与电能表相距 60m,接触电阻为0.1,二次额定容量为 20VA,求导线最小截面为多少?六、互感器的应用六、互感器的应用 解: 这是三相二元件的有功电能表和无功电能表 ,a相(或 c相 )电路中负载阻抗Zb根据式(4-7) 得出 因为电流线圈的感抗很小，所以近似认为Zb=0.24+
15、2RL，已知电流互感器容量为20VA，LLbRjRjjZ203. 024. 021 . 0)02. 01 . 001. 004. 0(六、互感器的应用六、互感器的应用 根据 ,取铜线=0.0175 mm2/m,有 所以选取标准导线截面S=4.0mm2。)(28.02/)24.08 .0()(8 .02222520LISbRZee20.0175 600.283.75()LLRSmmLLSR可得六、互感器的应用六、互感器的应用 【例 6-2】 已知发电机测量回路使用的电压互感器采用Yy连接, 回路中接有三相三线有功电能表DS42型1只，DS862型1只，三相有功功率表1只, 三相无功功率表1只，b
16、c相接电压表1只 ,ab相接频率表1只，测量仪表的技术数据如表 6-1所示,试计算电压互感器的二次容量。六、互感器的应用六、互感器的应用解: 互感器各相的负载分配如表6-2所示 ，负载分配图如图 6-24所示。六、互感器的应用六、互感器的应用六、互感器的应用六、互感器的应用首先求出 Sab和Scb 值为2222cbS4.7352.995.6()cbcbPQV A2222abS6.7352.997.37()ababPQV A图图6-24 6-24 负载负载分配分配图图A AB BC Ca ab bc cZ Zf fZ ZQ QZ ZQ QZ ZU UZ ZP PZ ZP PWWp2p2WWp2p
17、2WWp1p1WWp1p1WWp1p1WWp1p1a ab bc cWWp1p1WWp1p1a ab bc ca ab bc ca ab ba ab b六、互感器的应用六、互感器的应用功率因数为6.7357.37cos0.91,24.5ababPababS4.7355.6cos0.85,31.79cbcbPcbcbS利用式(4-30) 式(4-32) 求出a 相负载值为1313cos(30)7.37 cos(3024.5 )42.4()aababPSW六、互感器的应用六、互感器的应用13sin(30)aababQS 22224.24( 0.41)4.26()aaaSPQV A 利用式(4-37
18、) 式(4-39) 求出b相负载值为137.37 sin(3024.5 )0.41(var) 六、互感器的应用六、互感器的应用1313cos(30)cos(30) 7.37cos(3024.5 )5.6cos(3031.79 ) 5.7()bababcbabPSSW1313sin(30)sin(30) 7.37sin(3024.5 )5.6sin(3031.79 ) 3.57(var)bababcbcbQSS六、互感器的应用六、互感器的应用22225.73.576.73()bbbSPQV A 从以上计算可知 ，b相负载较大，因此，选用电压互感器的额定容量必须满足关系式0.25SeSbSe所以应选取额定容量为10VA 的电压互感器。
