電子式電度表知識

電子式電度表知識電子式電度表知識電子式電度表知識xxx公司電子式電度表知識文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度機械式電能表和電子式電能表比較一、工作原理：目前使用的電能表有兩種：一種是機械式電能表（又稱感應式電能表），一種是電子式電能表。它們由于出現(xiàn)的年代不一樣，因而其工作原理截然不同。機械式電能表的工作原理是：當電能表接入電路時，電壓線圈和電流線圈產生的磁通穿過圓盤，這些磁通在時間和空間上不同相，分別在圓盤上感應出渦流，由于磁通與渦流的相互作用而產生轉動力矩使圓盤轉動，因磁鋼的制動作用，使圓盤的轉速達到勻速運動，由于磁通與電路中的電壓和電流成正比例，使圓盤在其作用下以正比于負載電流的轉速運動，圓盤的轉動經蝸桿傳動到計度器，計度器的示數(shù)就是電路中實際所使用的電能。電子式電能表是近幾年隨著電子工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的，它是利用電子電路/芯片來測量電能；用分壓電阻或電壓互感器將電壓信號變成可用于電子測量的小信號，用分流器或電流互感器將電流信號變成可用于電子測量的小信號，利用專用的電能測量芯片將變換好的電壓、電流信號進行模擬或數(shù)字乘法，并對電能進行累計，然后輸出頻率與電能成正比的脈沖信號；脈沖信號驅動步進馬達帶動機械計度器顯示，或送微計算機處理后進行數(shù)碼顯示。二、電能表簡單分類：電能表是專門用來測量電能累積值的儀表，電力企業(yè)用以計量發(fā)電量，用電量、供電量、損耗電量、銷售電量等數(shù)值均依賴于電能表。所以有人也把電能表比作電力工業(yè)銷售產品的一桿秤。上面所說的機械式電能表與電子式電能表是按照電能表的結構原理進行分類的，也是最常用的分類方法。除了這種分類之外，電能表還可以按以下標準進行分類：1、按照所測不同電流種類可分為：直流式和交流式二種。2、按照電能表的用途可分為：單相電能表、三相有功電能表、三相無功電能表、最大需量表、復費率電能表、損耗電能表。3、按電能表的接線方式不同可分為：直接接入式、經互感器接入式、經萬用互感器接入式；同時也分為單相、三相三線和三相四線等。4、按照電能表的等級劃分為：普通有功電能表（或級、或級、級、級），普通無功電能表（級、級）。標準電能表分為（級、級、級、級、級）。三、機械式電能表與電子式電能表的比較機械式電能表與電子式電能表誕生于不同的年代，原理也大不相同，為什么這兩種電能表還能并存呢這是由它們各自的優(yōu)缺點所決定的。這兩種電能表在性能上有什么樣的優(yōu)缺點呢1、穩(wěn)定性電子表因采用高穩(wěn)定性材料制作電流采樣元件，高質量的電路作運算處理元件，因此總體的穩(wěn)定性很好，用戶在安裝前可以實現(xiàn)免調，工作中的調校周期也可以大大延長，從而節(jié)省了人工。機械表因采用機械轉動方式工作，摩擦力不穩(wěn)定，因此穩(wěn)定性與電子表相比顯得較差，經運輸后準確度就可能更差，在安裝之前必須重新調校。安裝運行后的表由于上述原因，穩(wěn)定性又會逐漸變差。2、精度電子表電路中的A/D模數(shù)變換器的精度可達2-14以上，因此分辨力和精度很高，可以設計級以上的高精度電能表。因此，電網管理中計量精度可大大提高，線損統(tǒng)計也可以更為準確。機械表由于采用磁路結構非線性失真大，一致性差，因此要采用各種補償機構，采用補償機構又降低了穩(wěn)定性，也不利于生產使用中的調校，因此要生產精度高的機械電能表的難度相當大。3、靈敏度電子表的電子線路本身靈敏度極高，可比機械表高一個數(shù)量級，而且可以長時間保持這種高靈敏度。機械表的機械摩擦阻力是原理性的問題，目前無法克服，特別是在低轉速時，機械摩擦力接近靜態(tài)摩擦力，數(shù)值明顯提高，因而計量漏洞將增大，長時間工作后尤其如此。4、線性動態(tài)范圍與計量準確度由于電子表的采樣元件、A/D變換元件、放大電路等的線性好，使得電子表的線性動態(tài)范圍較大，適應性很強，特別適合于用電量變化大的地方，能保證大小電流時計量精度不變。機械表的線性動態(tài)范圍小，原因是非線性因素太多，如小電流低轉速時受制于摩擦力上升、磁阻上升等因素，大電流時磁路容易產生磁路飽和，因此當用電量變化很大時計量精度將受到很大影響。5、功耗由于電子表采用的CMOS元件，自身功耗很小，例如一只單相電子表的每月功耗約為～·h。而機械表的功耗約為每月～1kW·h。不要小看了這·h左右的差別，對一個擁有幾十萬只甚至上百萬只電能表的大電網而言，這個總數(shù)是十分龐大的，對電網的節(jié)能效果及電網的管理成本影響十分巨大。6、防竊電效果由于電子線路內部在設計上很容易實現(xiàn)對付各種竊電行為防范措施，因此電子表在防竊電功能上要比機械表強得多IC卡預付費電度表小知識1.什么是IC卡預付費電度表簡單來說IC卡預付費電度表是以IC卡作為電能量值數(shù)據傳輸介質，在電度表（電子式電度表或機械式電度表）中加入負荷控制部分等功能模塊，從而實現(xiàn)電量抄收和電量結算的智能型電度表。管理售電系統(tǒng)包括用戶信息管理子系統(tǒng)、IC卡初始化系統(tǒng)、統(tǒng)計分析子系統(tǒng)和售電子系統(tǒng)。2.近幾年IC卡預付費電度表發(fā)展狀態(tài)95年前，主要為電鑰匙IC卡，以93C46和24C01為主IC卡為可擦寫存儲芯片（EEPROM）或一般存儲卡，IC卡存儲方便、使用簡單、價格便宜，安全性不高，存在被破解的可能性，用戶以物業(yè)小區(qū)為主。95年~99年，主要為電話卡式IC卡，以存儲卡（24C01）和邏輯加密卡（4442、4428）為主，其中邏輯加密卡（4442、4428）的安全性得到進一步提高，內嵌芯片在存儲區(qū)外增加了控制邏輯，在訪問存儲區(qū)之前需要核對密碼，只有密碼正確，才能進行操作。用戶從單純物業(yè)小區(qū)擴展到電力行業(yè)管理部門，開始大規(guī)模普及使用98年~至今，主要為金融級IC卡，以CPU卡（CPU卡和SAM模塊為加密介質）為主CPU卡內嵌芯片相當于一個特殊類型的單片機，內部除了帶有控制器，存儲器，時序控制邏輯等外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)，存儲容量大，處理能力強，信息存儲安全等特性。率先在北京供電局全面推廣，并在河南、湖南等城市開始推廣。IC卡預付費電度表為電力部門的收費及抄表帶來了極大的方便和收益，也為生產廠商帶來了利潤；作為IC卡預付費電度表各生產廠家應充分借鑒該案件所帶來的眾多思考，積極進行自我反思，防微杜漸，積極淘汰問題產品，做到對企業(yè)自身負責、對行業(yè)發(fā)展負責、對社會負責！共同維護電度表行業(yè)的健康發(fā)展！特點：（１）不需要人工抄表，有利于現(xiàn)代化管理。IC卡電表的使用避免人工抄表上門收費給客戶帶來的諸多不便，且歷史購電數(shù)據均可以保存，便于客戶查詢。（２）充分體現(xiàn)了電力的商品屬性。實行先買電后用電，客戶可以根據自己的實際需要有計劃地購電、用電，不會因欠費而發(fā)生滯納金，增加不必要的開支。（３）解決了收費難的問題。能很好地解決零散居民客戶、臨時用電客戶、經常欠費客戶的收費問題。IC卡電表具有多種防竊電功能，啟動電流小、無潛動、寬負荷、低功耗，誤差曲線平直、長期運行時穩(wěn)定性好，外形美觀、體積小、重量輕、安裝方便。準確度高：全電子式設計，內置進口專用芯片，精度不受頻率、溫度、電壓，高次諧波影響。長壽命：采用SMT技術，優(yōu)化的電路設計，整機出廠后無需調整電路。功耗低：采用低功耗設計，降低電網線損。預購電量；IC卡傳遞數(shù)據，實現(xiàn)數(shù)據回讀，包括：回讀總電量，剩余電量，表內累積購電量，總購電次數(shù)等信息。儲存表常數(shù)、初始值、用戶住址、姓名等信息。超負荷報警斷電、剩余電量報警，提醒用戶及時購電。技術參數(shù)：采用長壽命基表，延長使用周期DDSY-51-E單相IC卡預付費集抄電能表技術分析（深圳龍電電氣有限公司）單相電子式預付費電能表和單相電子式集抄電能表的報道，已在各種刊物上陸續(xù)見到，且有些廠家已批量生產。本文介紹的產品將兩種功能合二為一，而且在抗干擾方面提出了獨到的見解。一、前言目前，國內生產的各種型號的單相預付費電能表約有幾十種，基本功能為：先買電后用電，剩余電量為零時跳閘斷電。但由于實現(xiàn)預付費后取消了每月的抄表工作，電力局就無法知道用戶每月的實際用電量，也就無法計算其線損，而線損是電力管理部門的一項重要考核指標。單相集抄式電能表是為了解決傳統(tǒng)抄表工作量大、易錯抄、漏抄而設計的，但它對用戶不交、欠交電費的情況卻很難處理。我們將兩者的優(yōu)點結合起來設計了DDSY51-E單相電子式預付費集抄電能表。二、工作原理該表主要由兩大功能模塊組成（圖1）：其一是信號采樣和電能計量部分（圖中虛線所示）。采用大規(guī)模專用集成電路，將輸入的電流、電壓取樣信號經過模擬乘法器產生一個與輸入功率成正比的電壓，再經過V/F變換、分頻電路，得到一個與輸入電能成正比的電能脈沖，其常數(shù)為1600imp/kWh。其二為數(shù)據處理和控制部分，采用專用掩膜微處理器，完成電能計度、數(shù)據處理、IC卡操作、LED顯示、負荷控制及485接口通訊功能。三、主要功能介紹DDSY51—E型電能表采用一戶一卡制。1需先持卡到供電局購電，然后將卡插入電表，電表方能合閘供電。電表每隔30秒鐘顯示一次剩余電量（顯示時間為2秒鐘）。當剩余電量等于報警電量時，電表跳閘并顯示“BEEP”，提醒用戶購電。當用戶負荷超過最大允許負荷時，LED顯示“SUP”并跳閘，5分鐘后恢復供電。當用戶卡插入時，電表將累計用電量、超負荷次數(shù)、剩余電量等信息回寫至用戶卡上。當用戶持IC卡購電時，售電系統(tǒng)將IC卡上的內容讀入計算機數(shù)據庫。該表具有485通訊接口，便于集中抄表和負荷監(jiān)控。四、可靠性分析裝有微處理器的電子產品其可靠性指標通常指兩個方面，一是選取高可靠性的元器件，采用合理的生產工藝及老化工藝，保證產品在其預期的生命周期內元器件的失效率滿足技術指標；二是工作程序盡可能不受干擾，即使受到干擾，微處理器不會“死機”，寄存器的數(shù)據不錯、不丟。這兩方面缺一不可，尤其是后者，由于電表的外界影響量是隨機的，難以捕捉，其解決的方案是否正確也就難以確認，往往要通過批量的試用，才能驗證該產品的抗干擾設計是否完善，這就給設計工作帶來了相當大的難度。下面就DDSY51-E電子式單相預付費電能表的抗干擾設計談一談我們的體會。3電能表的微處理器的工作內容主要包括：對電能脈沖進行計數(shù)，對E2PROM進行讀寫操作，上電、下電的處理，IC卡內容的讀取。干擾源主要以傳導和輻射兩種方式對微處理器進行干擾，而且干擾的強度和時間都是隨機的。我們采取了如下的軟硬件抗干擾措施：①在電源變壓器前裝高電感的共軛濾波器，配以吸收電容，有效地抑制傳導干擾；②采用德州公司的T17705A電源檢測電路，該電路的特點是響應速度只有1μs，可以在干擾引起微處理器誤動作之前，使微處理器處于復位狀態(tài)，將其“屏蔽”起來，待干擾過去之后，微處理器恢復正常工作；③PCB板采用大面積屏蔽地可以有效地抑制幅射干擾；④IC卡的插座與微處理器的連接導線較多也較長，這就相當于有多根接受高頻信號的“天線”。當干擾強烈，易引起錯誤。為此，我們對IC卡是否插入IC卡座給予判斷。軟件上采用數(shù)字濾波的方式，阻止干擾信號啟動微處理器的讀IC卡程序；⑤微處理器具有內置硬件看門狗，防止其“死機”；⑥微處理器受干擾后，只要不“死機”，只要錯誤的RAM數(shù)據不寫入E2PROM，重新啟動后，微處理器將E2PROM的數(shù)據調入RAM就可正確地工作（最多丟失011度電量）。為此我們對關鍵參數(shù)分兩處寫入E2PROM單元，寫數(shù)據值又寫入校驗碼方式，確保寫入E2PROM的數(shù)據正確可靠。剩余電量是寫入E2PROM最頻繁的一個參數(shù)，也是最易受干擾的變量，下面詳細說明剩余電量的軟件處理過程。剩余電量在E2PROM中分兩處輪流存放，每隔011度剩余電量保存一次。存放方式是：先寫電量，再寫校驗碼。為避免在寫時受干擾造成寫入有錯誤，電表在寫入后再讀出比較與判斷，以確保寫電量正確；若判斷出寫電量錯則重復寫3次，若仍有錯，則置錯誤標志，繼電器跳閘，LED顯示“EBAD”表示E2PROM壞。上電復位時，先分別讀出兩個單元的剩余電量，校驗比較，取出正確的值作為當前的剩余電量。寫剩余電量流程框圖如圖2。讀剩余電量流程框圖如圖3。經過以上諸項措施，該產品電磁兼容性的高頻脈沖串試驗，可達4000V上,電力局用戶反映良好。485通訊接口是具有較強抗干擾能力的較長通訊距離總線通訊方式。但當幾十臺電能表聯(lián)成一個網以后，其抗高壓特別是抗雷擊產生的強干擾的能力較差，經常發(fā)生485接口電路被浪涌電壓擊穿失效，導致整個網無法通訊抄表的現(xiàn)象。DDSY51-E表選用內置抗浪涌電壓元件的485接口電路，抗浪涌電壓可達6000V以上。五、安全性分析用戶到售電部門購電，IC卡內所購的電量直接與錢掛鉤，因此IC卡數(shù)據安全性、保密性顯得特別重要。我們設計的加密算法，將用戶號、購電次數(shù)、購電量三個參數(shù)均參加加密運算，一戶一卡，互不通用。IC卡是普通的卡，可以通過通用的讀寫器讀其整卡的數(shù)據，但由于電能表和售電的計算機內各有一套相同的密鑰，用戶如將IC卡中的上述三個量改變，電表中的密碼就無法與售電系統(tǒng)的密碼一致，電表會將此卡作為非用戶卡而拒絕讀入IC卡上的數(shù)據。我們在繼電器觸點之后設計了一個檢測電路，當微處理器發(fā)出繼電器合閘指令之后，若繼電器合不上閘，LED顯示“BAD”，提示繼電器失效；若微處理器發(fā)出跳閘指令后，檢測電路仍有信號輸出，則說明繼電器壞了或有非正常用電現(xiàn)象（短路竊電），此時電表記錄此狀態(tài)的累計時間，然后通過IC卡回讀到售電系統(tǒng)中，提醒電力局作相應的處理。六、結束語我們通過對單相電子式預付費電能表5年多的艱苦的技術探索和實踐，其中有成功的經驗，也有失敗的教訓。經歷了多次改型，對該產品的用戶需求、基本原理、軟硬件設計等關鍵有了比較深刻的認識。可以說DDSY51-E單相電子式IC卡預付費電能表是一個比較成熟的產品電度表的原理及接線方法節(jié)選4、基本電流和額定最大電流基本電流是確定電度表有關特性的電流值，額定最大電流是儀表能滿足其制造標準規(guī)定的準確度的最大電流值。如5（20）A即表示電度表基本電流為5A，額定最大電流為20A，對于三相電度表還應在前面乘于相數(shù)，如3*（20）A。5、參比電壓指的是確定電度表有關特性的電壓值對于三相三線電度表以相數(shù)乘以線電壓表示，如3*380V對于三相四線電度表以相數(shù)乘以相電壓或線電壓表示。如3*220V/380V二、機械式三相四線電度表的讀法1．如果您的三相四線電度表是最右邊沒有紅色讀數(shù)框的，那黑色讀數(shù)框的都是整數(shù)，只是在最右邊（即個位數(shù)）的“計數(shù)輪”的右邊帶有刻度，百這個刻度就是小數(shù)點后的讀數(shù)，如果是帶有紅色讀數(shù)框的，那紅色讀數(shù)框所顯示的就是小數(shù)。2．如果您的表輸出是不帶電流互感器的，那表上顯示的讀數(shù)就是你實際用電的計量讀數(shù)，如果是計量逞有互感器的，那要看互感器的規(guī)格了，比如用的是100/5的互感器，那它的倍率為20（即100除以5），如果是200/5的即倍率為40，如果是500/5的那倍率就是100，以此類推把表上顯示的讀數(shù)，再乘以這個倍率，就是您實際使用的用電量，單位為KWh(千瓦時：度)。即：實際用電量-實際讀數(shù)*倍率。3．互感器如果不只繞一匝，那么，實際用電量-互感器倍率/互感器匝數(shù)*實際讀數(shù)。。匝數(shù)，指互感器內圈導線條數(shù)，不指外圈。三、一度電是多少關于一度電的問題，舉例說明，在用電口碑額定電壓下，一個1000瓦房的用電器在使用上一個小時就消耗1度電。例如1度電是1元錢，那么說，一個1000瓦的用電器使用上一個小時一個小時就花掉1元錢。例如，一只電飯煲，它的銘牌上標1000W220V，那么這只電飯煲在家電上一個小時就花掉1元錢。四、機械式單相電度表的接法1．單相電度的構成及電路原理圖單相有功電度表（簡稱：單相電度表）由接線端子、電流線圈、電壓線圈、計量轉盤、計數(shù)器構成，只要電流線圈通過電流，同時電壓線圈加有電壓，轉盤就受到電磁力而轉動。單相電度表共有5個接線端子，其中有兩個端子在表的內部用連接片短接，所以，單相電度表外接端子只有4個，即1、2、3、4號端子。由于電度表的型號不同，各類型的表在鉛封蓋內都有4個端子的接線圖。原理圖如下A、直接入法如果負載的功率在電度表允許的范圍內，即流過電度表電流線圈的電流不至于導致線圈燒毀，那么就可以采用直接接入法。直接接入法：單相電度表共有4個接線端子，從左至右按1、2、3、4編號，如下圖接線一般有兩種，一種是1、3接進線，2、4接出線；另一種是1、2接進線，3、4接出線。無論何種接法，相線（火線）必須接入電表的電流線圈的端。由于有些電表的接線特殊，具體的接線方法需要參照接線端子蓋板上接線圖去接。B、互感器接入法在用單相電度測量大電流的用電量時，應使用電流互感感進行電流變換，電流互感器接電度表的電流線圈，接法有兩種。（1）單相電度內5和1端未斷開時的接法。由于表內短接片沒有斷開，所以互感器的K2端子禁止接地，如圖（2）單相電度內5和1端短接片已斷開時的接法。由于表內短接片已斷開，所以互感器的K2端子應該接地，同時電壓線圈應該接于電源兩端。如圖五、機械式三相四線制有功電度表的常用接法1、直接接法如果負載的功率在電度表允許的范圍內，那么就可以采用直接入法。2、經電流互感器接入法電度表測量大電流的三相電路的用電量時，因為線路流過的電流很大，例如300-500A，不可能采用直接接入法，應使用電流互感器進行電流變換，將大的電流變換成小的電流，即電度表能承受的電流，然后再進行計量，一般來說，電流互感咕咕的二次側電流都是5A，例如300/5，200/5等。單相三線三相四線三相五線接線圖單