电能计量技术第五章共44页文档

第六节 *谐波对电能计量的影响
2.谐波潮流
基波功率有基波潮流，同样电网中各次谐波功率也各有自己的 谐波潮流。谐波功率的潮流方向对计量的影响主要为： （1）当用户为线性用户时计量值大于基波电能：主要是因为基波潮
第一节 单相有功电能的计量
按图5-1接线电能表可以正确计量电能，按图5-2接线驱动力矩为负 值，电能表反转。实际上还有一种接线方式，但在实际中这种接线是不 被采用的。如下图5-3所示
图5-3 电能表的另一种接线方式
第二节 三相有功电能的计量
当三相电压对称时，驱动力矩为 当三相电路完全对称时，驱动力矩为
同样化简可得
（5-27）
第五节 电能计量装置的综合误差
2.三相三线有功电能计量装置的综合误差 （1）电压互感器按Vv形连接
如图所示互感器的合成误差为
其中
图5-19 三相二元件有功电能表与电压、 电流互感器的连接
第五节 电能计量装置的综合误差
（1）电压互感器按Yy形连接
利用前面讨形接线时互感器合成误差的公式计算出电压 互感器接成形连接时互感器的合成误差，最后计算出电能计量 装置的综合误差，即
现分析如下：
一般三相四线制电路中，三相电流之和
。因此，各相负载消
耗的瞬时功率为
图5-9 三相四线制电路用 二表法测量的接线图
而二表法测量的三相瞬时功率只能
是
，因此按图5-9
接线测量电能计量方式
单相电路中无功功率的计算公式为 三相电路中无功功率的计算公式为
（5-16）
图5-1所示为测量单相电路有功 电能的接线。电能表的电流线圈或 电流互感器的一次绕组必须与电源 相线串联。而电能表的电压线圈应 跨接在电源端的相线与零线（中线） 之间的电流、电压线圈标有黑点”.” 的一端（称为电源端）应与电源端 的相线连接。当负载电流I和流经电 压线圈的电流 都由黑点这端流入 相应的线圈时,电能表的驱动力矩 可由相量图得到，即
（5-34）
式中：
分别表示三相三元件电能表的相对误差。
第五节 电能计量装置的综合误差
二、无功电能计量装置的综合误差
1.单相无功电能计量装置的综合误差
互感器的合成误差为
（5-35）
单相无功电能计量装置的综合误差为
第五节 电能计量装置的综合误差
2.三相无功电能计量装置的综合误差
（1）内相角为 6 0 0 的三相二元件无功电能表组成的三相三线无功电能计量 装置的综合误差：
第三节 无功电能计量方式
二、内相角为 6 0 0 的三相二元件无功电能表
如图5-13所示，内相角为的无
功电能表电压元件的等值电路图和
600
相量图。在电压线圈回路中，感抗
分量X与电阻分量RU+R之间的关系 为
式中 R—附加电阻
RU—电压线圈的直流电阻 合理选择R是指满足公式522，来保证相角为6 0 0
第三节 无功电能计量方式
如图5-12所示，三相二元件正弦式无功电能表测量三相 无功电能。把两只单相正弦式无功电能表或一只三相两元件 的正弦式无功电能表按三相三线有功方式接线，可以计量三 相三线无功电能。
假设两元件结构相同，则 。当三相电路完
全对称时
图5-12三相二元件正弦式无功电能表接线 （a）原理接线图 （b）向量图
第六节 *谐波对电能计量的影响
一、波功率和谐波潮流
1.谐波功率
按照给定方向通过电网某个环节的谐波有功功率,可表示为
（5-38）
式中
—表示总的谐波有功功率； —分别表示A、B、C相的第h次谐波的有功功率； —分别表示A、B、C相的第h次谐波电压； —分别表示A、B、C相的第h次谐波电流； —分别表示A、B、C相的第h次谐波电压和电流的相角差。
（2）有功输送方向不变，无功输送方向改变：采用一只三相三线 有功电能表和两只无功电能表，通过电压和电流互感器进行联 合接线。
（3）有功和无功功率的输送方向随时都改变：采用两只三相三线 有功电能表和两只无功电能表，通过电压和电流互感器进行 联合接线。
三相有功电能表、无功电能表和互感器的联合接线见图5-17。
I
由于 I , IQ , I ,U ,U , 则
（5-21）
式中负号表明电压磁通超前于电流磁通，电
能表反转，将电压或电流线圈的任意一对端钮反
接，则电能表正转，即电能表的驱动力矩与电路
中的无功功率成正比。因此，此表可以
正确计量单相无功电能。
图5-11单相正弦式无功电能表的接线
（a）原理接线图 （b) 简化相量图
一次侧实际的有功功率 为
式 —U2互感器二次侧的电压； 中 —I2互感器二次侧电流；
—KU电压互感器的额定变比； —KI电流互感器的额定变比。
图5-15三相二元件有功电能表与电 压、电流互感器联合接线
（a）原理接线图（b）相量图
第四节 电能表和互感器的联合接线
如图所示5-16内相角为 6 0 0 的三相无功电能表与电压、电流互感器 的联合接线。
（5-14）
假设三相二元件有功电能表的结构完全相同，则
，
可进一步化简上式，驱动力矩为
（5-15）
第二节 三相有功电能的计量
应当指出，电能表由于受补偿力矩的影响，其反转速度较慢，特别是 低负载范围更加明显。用两只单相电能表计量三相有功电能时，随着负载 功率因数的变化，表计有正、反转的可能。因而，在某一时间内，正转电 能的指示值减去反转电能指示值的绝对值，可能稍大于负载实际消耗的电 能，出现测量误差。用三相二元件有功电能表计量三相有功电能时，由于 它的驱动力矩是两个元件驱动力矩之和，就不会出现反转，因此可减小测 量误差。
第五章 电能计量方式
本章重点讲述单相和三相有功电能表以及无功电能表的计量 方式和适用范围。电能计量包含单相、三相三线和三线四线 制电路中有功电能和无功电能的计量。测量电路中电能表除 了直接接入式以外，还有经互感器接入的，即电能表和互感 器的联合接线。
其次讨论了电能计量装置的综合误差。 最后就高次谐波对电能计量的影响作为选修内容进行了分析。
一 有功电能计量装置的综合误差
1.单相电能计量装置的综合误差
左图为单相有功电能表与互 感器的联合接 线图和相量图。互感器的合成误差为:
经过简化可得合成误差
（5-26）
图5-18单相有功电能表与 互感器连接图及相量图
第五节 电能计量装置的综合误差
上述推导是在感性负载下得到的。对于容性负载，也可根据 上述方法导出互感器的合成误差为
第五章 电能计量方式
第一节 单相有功电能的计量 第二节 三相有功电能的计量 第三节 无功电能计量方式 第四节 电能表和互感器的联合接线 第五节 电能计量装置的综合误差 第六节 *谐波对电能计量的影响 小结 复习思考题
第一节 单相有功电能的计量
单相交流电路有功功率的计算 公式为
一次侧实际的无功功率为
600
（a）原理接线图
（b）向量图
图5-16 内相角为 6 0 0 的三相无功电能表与电压、电流互感器的联合接线
第四节 电能表和互感器的联合接线
二、三相有功电能表、无功电能表和互感器的联合接线
常见的接线方式有：
（1）有功和无功功率同一方向输出：采用一只三相三线有功电能 表和一只无功电能表，通过电压和电流互感器进行联合接线。
第五节 电能计量装置的综合误差
三、减少电能计量装置综合误差的方法
1. 电能表与互感器配合进行误差调整
这一方法的实质就是在调整电能表的误差时，同时考虑互感器的合 成误差。
2.根据互感器的合成误差合理组合配对
这一方法的实质就是通过合理选择电流互感器和电压互感器，使其 合成误差减小以达到减小电能计量装置综合误差的目的。
d (% ) —电压互感器二次导线压降引起的误差。
第五节 电能计量装置的综合误差
互感器的合成误差可以根据下面的基本公式计算
（5-25）
式中
K I —电流互感器的额定变比； K U —电压互感器的额定变比； P 1 —互感器一次侧的功率； P 2 —互感器一次侧的功率。
第五节 电能计量装置的综合误差
第二节 三相有功电能的计量
当三相负载不对称时，例如在任何两相之间接有负载，如图5-8所示。 则三相电路总功率为
即
图5-8三相不对称负载时有功电能的测量 （a）原理接线图 （b）相量图
第二节 三相有功电能的计量
需要注意的是，三相四线制电路不能采用二表法测量电能，只有在三相电
路完全对称的情况下，即
时才允许，否则计量电能会产生误差，
载功率因数角的正弦成正
比，则这只电能表就可以
直接反映出无功电能。正
弦式无功电能表就是基于 这样一种原理而制造的。
图5-10 感应式电能表 简化相量图
第三节 无功电能计量方式
图5-11所示为单相正弦式无功电能表的接线
根据电能表工作原理及图5-11所示相量图可得
（5-20） 适当调节 RU 及 RI ，使得 I 则上式化简为
（b）
图5-14带有附加电流线圈的三相无功电能表 （a）原理接线图 （b）向量图
（5-23）
第四节 电能表和互感器的联合接线
实行电能表和互感器的联合接线,必须注意以下几点要求：
（1）所有电能表的计量方式在联合接线中仍然适用；
（2）使用电压互感器和电流互感器应注意的事项在联合接 线中仍然适用；
（3）接在互感器二次回路的总负载，不得超过互感器的额 定二次负载值；
图5-13内相角为6 0 0 的无功电能表
（a）等值电路图 （b）相量图
第三节 无功电能计量方式
三、带有附加电流线圈的三相无功电能表
图5-14所示为带有附加电流线圈 的三相无功电能表的接线图。在三相 二元件电能表的电流铁芯上，绕有绕 制方向和匝数相同的两个电流线圈。 两组元件的转矩分别为