电子式电度表知识

机械式电能表和电子式电能表比较

一、工作原理：

目前使用的电能表有两种：一种是机械式电能表（又称感应式电能表），一种是电子式电能表。它们由于出现的年代不一样，因而其工作原理截然不同。

机械式电能表的工作原理是：当电能表接入电路时，电压线圈和电流线圈产生的磁通穿过圆盘，这些磁通在时间和空间上不同相，分别在圆盘上感应出涡流，由于磁通与涡流的相互作用而产生转动力矩使圆盘转动，因磁钢的制动作用，使圆盘的转速达到匀速运动，由于磁通与电路中的电压和电流成正比例，使圆盘在其作用下以正比于负载电流的转速运动，圆盘的转动经蜗杆传动到计度器，计度器的示数就是电路中实际所使用的电能。

电子式电能表是近几年随着电子工业的发展而出现的，它是利用电子电路/芯片来测量电能；用分压电阻或电压互感器将电压信号变成可用于电子测量的小信号，用分流器或电流互感器将电流信号变成可用于电子测量的小信号，利用专用的电能测量芯片将变换好的电压、电流信号进行模拟或数字乘法，并对电能进行累计，然后输出频率与电能成正比的脉冲信号；脉冲信号驱动步进马达带动机械计度器显示，或送微计算机处理后进行数码显示。

二、电能表简单分类：

电能表是专门用来测量电能累积值的仪表，电力企业用以计量发电量，用电量、供电量、损耗电量、销售电量等数值均依赖于电能表。所以有人也把电能表比作电力工业销售产品的一杆秤。

上面所说的机械式电能表与电子式电能表是按照电能表的结构原理进行分类的，也是最常用的分类方法。除了这种分类之外，电能表还可以按以下标准进行分类：

1、按照所测不同电流种类可分为：直流式和交流式二种。

2、按照电能表的用途可分为：单相电能表、三相有功电能表、三相无功电能表、最大需量表、复费率电能表、损耗电能表。

3、按电能表的接线方式不同可分为：直接接入式、经互感器接入式、经万用互感器接入式；同时也分为单相、三相三线和三相四线等。

4、按照电能表的等级划分为：普通有功电能表（0.2或0.2S级、0.5或0.5S级、1.0级、2.0级），普通无功电能表（2.0级、3.0级）。标准电能表分为（0.5级、0.2级、0.05级、0.02级、0.01级）。

三、机械式电能表与电子式电能表的比较

机械式电能表与电子式电能表诞生于不同的年代，原理也大不相同，为什么这两种电能表还能并存呢？这是由它们各自的优缺点所决定的。这两种电能表在性能上有什么样的优缺点呢？

1、稳定性

电子表因采用高稳定性材料制作电流采样元件，高质量的电路作运算处理元件，因此总体的稳定性很好，用户在安装前可以实现免调，工作中的调校周期也可以大大延长，从而节省了人工。

机械表因采用机械转动方式工作，摩擦力不稳定，因此稳定性与电子表相比显得较差，经运输后准确度就可能更差，在安装之前必须重新调校。安装运行后的表由于上述原因，稳定性又会逐渐变差。

2、精度

电子表电路中的A/D模数变换器的精度可达2-14以上，因此分辨力和精度很高，可以设计0.5级以上的高精度电能表。因此，电网管理中计量精度可大大提高，线损统计也可以更为准确。

机械表由于采用磁路结构非线性失真大，一致性差，因此要采用各种补偿机构，采用补偿机构又降低了稳定性，也不利于生产使用中的调校，因此要生产精度高的机械电能表的难度相当大。

3、灵敏度

电子表的电子线路本身灵敏度极高，可比机械表高一个数量级，而且可以长时间保持这种高灵敏度。

机械表的机械摩擦阻力是原理性的问题，目前无法克服，特别是在低转速时，机械摩擦力接近静态摩擦力，数值明显提高，因而计量漏洞将增大，长时间工作后尤其如此。

4、线性动态范围与计量准确度

由于电子表的采样元件、A/D变换元件、放大电路等的线性好，使得电子表的线性动态范围较大，适应性很强，特别适合于用电量变化大的地方，能保证大小电流时计量精度不变。

机械表的线性动态范围小，原因是非线性因素太多，如小电流低转速时受制于摩擦力上升、磁阻上升等因素，大电流时磁路容易产生磁路饱和，因此当用电量变化很大时计量精度将受到很大影响。

5、功耗

由于电子表采用的CMOS元件，自身功耗很小，

例如一只单相电子表的每月功耗约为0.3～0.5kW·h。

而机械表的功耗约为每月0.8～1kW·h。不要小看了这0.5kW·h左右的差别，对一个拥有几十万只甚至上百万只电能表的大电网而言，这个总数是十分庞大的，对电网的节能效果及电网的管理成本影响十分巨大。

6、防窃电效果

由于电子线路内部在设计上很容易实现对付各种窃电行为防范措施，因此电子表在防窃电功能上要比机械表强得多

IC卡预付费电度表小知识

1. 什么是IC卡预付费电度表？

简单来说IC卡预付费电度表是以IC卡作为电能量值数据传输介质，在电度表（电子式电度表或机械式电度表）中加入负荷控制部分等功能模块，从而实现电量抄收和电量结算的智能型电度表。管理售电系统包括用户信息管理子系统、IC卡初始化系统、统计分析子系统和售电子系统。

2. 近几年IC卡预付费电度表发展状态

95年前，主要为电钥匙IC卡，以93C46和24C01为主IC卡为可擦写存储芯片（EEPROM）或一般存储卡，IC卡存储方便、使用简单、价格便宜，安全性不高，存在被破解的可能性，用户以物业小区为主。

95年~99年，主要为电话卡式IC卡，以存储卡（24C01）和逻辑加密卡（4442、4428）为主，其中逻辑加密卡（4442、4428）的安全性得到进一步提高，内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码正确，才能进行操作。用户从单纯物业小区扩展到电力行业管理部门，开始大规模普及使用

98年~至今，主要为金融级IC卡，以CPU卡（CPU卡和SAM模块为加密介质）为主CPU卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机，内部除了带有控制器，存储器，时序控制逻辑等外，还带有算法单元和操作系统，存储容量大，处理能力强，信息存储安全等特性。率先在北京供电局全面推广，并在河南、湖南等城市开始推广。

IC卡预付费电度表为电力部门的收费及抄表带来了极大的方便和收益，也为生产厂商带来了利润；作为IC卡预付费电度表各生产厂家应充分借鉴该案件所带来的众多思考，积极进行自我反思，防微杜渐，积极淘汰问题产品，做到对企业自身负责、对行业发展负责、对社会负责！共同维护电度表行业的健康发展！

特点：

（１）不需要人工抄表，有利于现代化管理。IC卡电表的使用避免人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便，且历史购电数据均可以保存，便于客户查询。

（２）充分体现了电力的商品属性。实行先买电后用电，客户可以根据自己的实际需要有计划地购电、用电，不会因欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。

（３）解决了收费难的问题。能很好地解决零散居民客户、临时用电客户、经常欠费客户的收费问题。

IC卡电表具有多种防窃电功能，启动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运行时稳定性好，外形美观、体积小、重量轻、安装方便。

准确度高：全电子式设计，内置进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压，高次谐波影响。

长寿命：采用SMT技术，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。

功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。

预购电量；IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累积购电量，总购电次数等信息。

储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息。

超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。

技术参数：采用长寿命基表，延长使用周期

DDSY-51-E 单相IC卡预付费集抄电能表技术分析

（深圳龙电电气有限公司）

单相电子式预付费电能表和单相电子式集抄电能表的报道，已在各种刊物上陆续见到，且有些厂家已批量生产。本文介绍的产品将两种功能合二为一，而且在抗干扰方面提出了独到的见解。

一、前言

目前，国内生产的各种型号的单相预付费电能表约有几十种，基本功能为：先买电后用电，剩余电量为零时跳闸断电。但由于实现预付费后取消了每月的抄表工作，电力局就无法知道用户每月的实际用电量，也就无法计算其线损，而线损是电力管理部门的一项重要考核指标。

单相集抄式电能表是为了解决传统抄表工作量大、易错抄、漏抄而设计的，但它对用户不交、欠交电费的情况却很难处理。我们将两者的优点结合起来设计了DDSY51-E单相电子式预付费集抄电能表。

二、工作原理

该表主要由两大功能模块组成（图1）：其一是信号采样和电能计量部分（图中虚线所示）。采用大规模专用集成电路，将输入的电流、电压取样信号经过模拟乘法器产生一个与输入功率成正比的电压，再经过V/F变换、分频电路，得到一个与输入电能成正比的电能脉冲，其常数为1600imp/kWh。其二为数据处理和控制部分，采用专用掩膜微处理器，完成电能计度、数据处理、IC卡操作、LED 显示、负荷控制及485接口通讯功能。

三、主要功能介绍

DDSY51—E型电能表采用一户一卡制。

1需先持卡到供电局购电，然后将卡插入电表，电表方能合闸供电。电表每隔30秒钟显示一次剩余电量（显示时间为2秒钟）。当剩余电量等于报警电量时，电表跳闸并显示“BEEP”，提醒用户购电。当用户负荷超过最大允许负荷时，LED显示“SUP”并跳闸，5分钟后恢复供电。当用户卡插入时，电表将累计用电量、超负荷次数、剩余电量等信息回写至用户卡上。当用户持IC卡购电时，售电系统将IC卡上的内容读入计算机数据库。该表具有485通讯接口，便于集中抄表和负荷监控。

四、可靠性分析

装有微处理器的电子产品其可靠性指标通常指两个方面，一是选取高可靠性的元器件，采用合理的生产工艺及老化工艺，保证产品在其预期的生命周期内元器件的失效率满足技术指标；二是工作程序尽可能不受干扰，即使受到干扰，微处理器不会“死机”，寄存器的数据不错、不丢。这两方面缺一不可，尤其是后者，由于电表的外界影响量是随机的，难以捕捉，其解决的方案是否正确也就难以确认，往往要通过批量的试用，才能验证该产品的抗干扰设计是否完善，这就给设计工作带来了相当大的难度。

下面就DDSY51-E电子式单相预付费电能表的抗干扰设计谈一谈我们的体会。

3电能表的微处理器的工作内容主要包括：对电能脉冲进行计数，对E2PROM进行读写操作，上电、下电的处理，IC卡内容的读取。干扰源主要以传导和辐射两种方式对微处理器进行干扰，而且干扰的强度和时间都是随机的。

我们采取了如下的软硬件抗干扰措施：

①在电源变压器前装高电感的共轭滤波器，配以吸收电容，有效地抑制传导干扰；

②采用德州公司的T17705A电源检测电路，该电路的特点是响应速度只有1μs，可以在干扰引起微处理器误动作之前，使微处理器处于复位状态，将其“屏蔽”起来，待干扰过去之后，微处理器恢复正常工作；

③PCB板采用大面积屏蔽地可以有效地抑制幅射干扰；

④IC卡的插座与微处理器的连接导线较多也较长，这就相当于有多根接受高频信号的“天线”。当干扰强烈，易引起错误。为此，我们对IC卡是否插入IC卡座给予判断。软件上采用数字滤波的方式，阻止干扰信号启动微处理器的读IC卡程序；

⑤微处理器具有内置硬件看门狗，防止其“死机”；

⑥微处理器受干扰后，只要不“死机”，只要错误的RAM数据不写入E2PROM，重新启动后，微处理器将E2PROM的数据调入RAM就可正确地工作（最多丢失011度电量）。为此我们对关键参数分两处写入E2PROM单元，写数据值又写入校验码方式，确保写入E2PROM的数据正确可靠。剩余电量是写入E2PROM最频繁的一个参数，也是最易受干扰的变量，下面详细说明剩余电量的软件处理过程。剩余电量在E2PROM中分两处轮流存放，每隔011度剩余电量保存一次。存放方式是：先写电量，再写校验码。为避免在写时受干扰造成写入有错误，电表在写入后再读出比较与判断，以确保写电量正确；若判断出写电量错则重复写3次，若仍有错，则置错误标志，继电器跳闸，LED显示“EBAD”表示E2PROM坏。上电复位时，先分别读出两个单元的剩余电量，校验比较，取出正确的值作为当前的剩余电量。写剩余电量流程框图如图2。读剩余电量流程框图如图3。

经过以上诸项措施，该产品电磁兼容性的高频脉冲串试验，可达4000V上,电力局用户反映良好。485通讯接口是具有较强抗干扰能力的较长通讯距离总线通讯方式。但当几十台电能表联成一个网以

后

，其抗高压特别是抗雷击产生的强干扰的能力较差，经常发生485接口电路被浪涌电压击穿失效，导致整个网无法通讯抄表的现象。

DDSY51-E表选用内置抗浪涌电压元件的485接口电路，抗浪涌电压可达6000V以上。

五、安全性分析

用户到售电部门购电，IC卡内所购的电量直接与钱挂钩，因此IC卡数据安全性、保密性显得特别重要。我们设计的加密算法，将用户号、购电次数、购电量三个参数均参加加密运算，一户一卡，互不通用。IC卡是普通的卡，可以通过通用的读写器读其整卡的数据，但由于电能表和售电的计算机内各有一套相同的密钥，用户如将IC卡中的上述三个量改变，电表中的密码就无法与售电系统的密码一致，电表会将此卡作为非用户卡而拒绝读入IC卡上的数据。我们在继电器触点之后设计了一个检测电路，当微处理器发出继电器合闸指令之后，若继电器合不上闸，LED显示“BAD”，提示继电器失效；若微处理器发出跳闸指令后，检测电路仍有信号输出，则说明继电器坏了或有非正常用电现象（短路窃电），此时电表记录此状态的累计时间，然后通过IC卡回读到售电系统中，提醒电力局作相应的处理。

六、结束语

我们通过对单相电子式预付费电能表5年多的艰苦的技术探索和实践，其中有成功的经验，也有失败的教训。经历了多次改型，对该产品的用户需求、基本原理、软硬件设计等关键有了比较深刻的认识。可以说DDSY51-E单相电子式IC卡预付费电能表是一个比较成熟的产品

电度表的原理及接线方法

节选

4、基本电流和额定最大电流

基本电流是确定电度表有关特性的电流值，额定最大电流是仪表能满足其制造标准规定的准确度的最大电流值。

如5（20）A即表示电度表基本电流为5A，额定最大电流为20A，对于三相电度表还应在前面乘于相数，如3*（20）A。

5、参比电压

指的是确定电度表有关特性的电压值

对于三相三线电度表以相数乘以线电压表示，如3*380V

对于三相四线电度表以相数乘以相电压或线电压表示。如3*220V/380V

二、机械式三相四线电度表的读法

1．如果您的三相四线电度表是最右边没有红色读数框的，那黑色读数框的都是整数，只是在最右边（即个位数）的“计数轮”的右边带有刻度，百这个刻度就是小数点后的读数，如果是带有红色读数框的，那红色读数框所显示的就是小数。

2．如果您的表输出是不带电流互感器的，那表上显示的读数就是你实际用电的计量读数，如果是计量逞有互感器的，那要看互感器的规格了，比如用的是100/5的互感器，那它的倍率为20（即100除以5），如果是200/5的即倍率为40，如果是500/5的那倍率就是100，以此类推把表上显示的读数，再乘以这个倍率，就是您实际使用的用电量，单位为KWh(千瓦时：度)。即：实际用电量-实际读数*倍率。

3．互感器如果不只绕一匝，那么，实际用电量-互感器倍率/互感器匝数*实际读数。。匝数，指互感器内圈导线条数，不指外圈。

三、一度电是多少

关于一度电的问题，举例说明，在用电口碑额定电压下，一个1000瓦房的用电器在使用上一个小时就消耗1度电。例如1度电是1元钱，那么说，一个1000瓦的用电器使用上一个小时一个小时就花掉1元钱。例如，一只电饭煲，它的铭牌上标1000W220V，那么这只电饭煲在家电上一个小时就花掉1元钱。

四、机械式单相电度表的接法

1．单相电度的构成及电路原理图

单相有功电度表（简称：单相电度表）由接线端子、电流线圈、电压线圈、计量转盘、计数器构成，只要电流线圈通过电流，同时电压线圈加有电压，转盘就受到电磁力而转动。单相电度表共有5个接线端子，其中有两个端子在表的内部用连接片短接，所以，单相电度表外接端子只有4个，即1、2、3、4号端子。由于电度表的型号不同，各类型的表在铅封盖内都有4个端子的接线图。原理图如下

A、直接入法

如果负载的功率在电度表允许的范围内，即流过电度表电流线圈的电流不至于导致线圈烧毁，那么就可以采用直接接入法。

直接接入法：单相电度表共有4个接线端子，从左至右按1、2、3、4编号，如下图

接线一般有两种，一种是1、3接进线，2、4接出线；另一种是1、2接进线，3、4接出线。无论何种接法，相线（火线）必须接入电表的电流线圈的端。由于有些电表的接线特殊，具体的接线方法需要参照接线端子盖板上接线图去接。

B、互感器接入法

在用单相电度测量大电流的用电量时，应使用电流互感感进行电流变换，电流互感器接电度表的电流线圈，接法有两种。

（1）单相电度内5和1端未断开时的接法。

由于表内短接片没有断开，所以互感器的K2端子禁止接地，如图

（2）单相电度内5和1端短接片已断开时的接法。

由于表内短接片已断开，所以互感器的K2端子应该接地，同时电压线圈应该接于电源两端。如图

五、机械式三相四线制有功电度表的常用接法

1、直接接法

如果负载的功率在电度表允许的范围内，那么就可以采用直接入法。

2、经电流互感器接入法

电度表测量大电流的三相电路的用电量时，因为线路流过的电流很大，例如300-500A，不可能采用直接接入法，应使用电流互感器进行电流变换，将大的电流变换成小的电流，即电度表能承受的电流，然后再进行计量，一般来说，电流互感咕咕的二次侧电流都是5A，例如300/5，200/5等。

单相三线三相四线三相五线接线图

单相就是220V 电压

三相就是380V 电压

单相双线----------1根火线1根零线

单相三线----------1根火线1根零线+1根地线

三相四线----------3根相线1根零线

三相五线----------3根相线1根零线+1根地线

三相就是工厂电路也可称工程电路，它根据场合需要有3线，4线和5线几种方式：

三线----------3根火线（没有零线N和接地线PE）

四线----------3根火线+1根零线N （TN-C系统）

五线----------3根火线+1根零线N+1根接地线PE （TN-S系统）

三相四线制供电的特点是可以给负载提供两种电压：

一种称为相电压，即火线与零线间的电压，其有效值用UA、UB、Uc或通常用Ur表示，参考方向规定为由相线指向零线；

另一种称为线电压，即相线与相线之间的电压，其有效值用UAB、UBc、UCA或通常用Ur．表示，其参考方向由双下标的先后顺序表示。例如UAB是自首端A指向末端B，2008《电线电缆识别标志方法第2部分：标准颜色》

（1）三相电：A相线：黄色；

B相线：绿色：

C相线：红色；

零线：蓝色；

地线：黄绿色。

（2）单相电：相线：红色；

零线：蓝色；

地线：黄绿色。

注：颜色版本不一，需要的建议咨询专业人士确定

进一步介绍：

1.三相四线制：

在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代表A，B，C三相，不分裂，

另一条是中性线中N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下，中性线是无电流的），故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从低压配电网中为了从380V相间电压中获得220V线间电压而设设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进

行三相供电平衡的监控。

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