三相四线电能表不接零线对计量的影响.pdf

电子质量2017 年第 03 期(总 第 360 期) 作者简介： 王思宇(1998-)， 男， 安徽省蚌埠市第二中学， 学生； 刘继红(1971-)， 女， 高级技师 / 工程师， 国网蚌埠供电公司， 从事计量工作。 0 前言 三相四线电能表是安装在三相四线电路中用来计 量三相有功电能的1。在现场安装三相四线电能表时需 要将零线接入， 但有时会因工作人员的疏忽或是异常情 况造成零线断线， 这种情况下三相四线电能表还能否准 确计量负载所消耗的电能？ 1 正确接线时计量情况的分析 图 1 所示为三相四线电能表在计量有功电能时的 标准接线方式，在感性负载时其对应相量图如图 2 所 示。IA、 IB、 IC分别为通过元件 1、 元件 2 和元件 3 电流线 圈的电流， UA、 UB、 UC分别为元件 1、元件 2 和元件 3 电 压线圈承受的电压， 渍A、 渍B、 渍C分别为三相负载的功率因 数角1。 此时电能表三组元件所测得功率分别为： 元件 1： P1=UAIAcos渍A 元件 2： P2=UBIBcos渍B 元件 3： P3=UCICcos渍C 当三相对称时可得出： UA=UB=UC=U渍 IA=IB=IC=I 渍A=渍B=渍C=渍 则电能表所测得的总功率为三组元件分别测得的 功率之和： P=P1+P2+P3=3U渍Icos渍=3姨UIcos渍(1) 式(1)中： U渍相电压； U线电压； 渍功率因数角。 公式(1)为三相四线电能表正确接线时的功率表达 式。此时电能表所计量的电能是准确的。 三相四线电能表不接零线对计量的影响 The Influence of the Metering for Three-phase Four-wire Watt-hour Meter not to Connecting Neutral Line 王思宇 1,刘继红2 （1.安徽省蚌埠市第二中学,安徽 蚌埠 233010;2.国网蚌埠供电公司,安徽 蚌埠 233010） Wang Si-yu1,Liu Ji-hong2(1.Anhui Bengbu No.2 High School,Anhui Bengbu 233010;2.State Grid Bengbu Power Supply Company,Anhui Bengbu 233010） 摘 要：三相四线电能表是安装在三相四线电路中用来计量三相有功电能的。该文对三相四线电能表在 有、 无零线时所计量电能的情况进行分析和运算， 得出结论： 为了保证三相四线电能表能准确计量负载所 消耗的电能， 在安装时一定要将零线接入。 关键词： 三相四线； 电能表； 零线； 计量； 有功电能。 中图分类号： TM933.4文献标识码： A文章编号： 1003-0107(2017)03-0014-04 Abstract: Three-phase four-wire Watt-hour meter is installed in the Three-phase four-wire circuit used to measure three-phase active power.This article analyzes and calculates the electric energy of the Three-ph- ase four-wire Watt-hour meter when there is no Neutral line,Come to conclusion:In order to ensure that the Three-phase four-wire Watt-hour meter can accurately measure the power consumption of the load， in the installation must be connected to the Neutral line. Key words: Three-phase four-wire;Watt-hour meter;Neutral line;metering;Active power CLC number: TM933.4Document code: AArticle ID： 1003-0107(2017)03-0014-04 14 图 1 三相四线电能表的标准接线图 图 2 正确接线三相四线电能表感性负载时的相量图 2 电压线圈某一组开路时计量情况的分析 我们通常把电能表正确接线时所测得的功率 P 与 错误接线时所测得的功率 P 之比称为更正系数 K1， 即： K= P P (2) 电能表正确接线时所计电量为 A， 错误接线时所计 电量为 A ， 则： A=KA 1 (3) 则退补电量A 为正确接线时所计电量与错误接 线时所计电量之差1， 即： A=A-A(4) 1)在电压线圈中性点不接零线的情况下， 设 B 相电 压线圈开路(开路的原因有电能表内部断线、 人为等因 素)， 其接线图如图 3 所示， 相量图如图 4 所示。此时 A 相电压线圈与 C 相电压线圈串联后接入 UAC， 因为 A、 C 两相电压线圈阻抗相等， 故两组线圈承受的电压绝对值 相等， 均为 0.5UAC。B 相电压线圈因断开未构成回路， 故 B 相元件不工作。此时三相元件测得的功率分别为： 元件 1： P1= 1 2 UACIAcos(30 -渍A) 元件 2： P2=0 元件 3： P3= 1 2 UCAICcos(30 +渍C) 当三相对称时： P =P1+P2+P3= 1 2 UACIAcos(30 -渍A)+ 1 2 UCAICcos(30 +渍C) = 3姨 2 UIcos渍(5) 式(5)中： U渍相电压； U线电压； 渍功率因数角。 公式(5)为三相四线电能表在未接零线和 B相电压 线圈开路两种异常状态下的功率表达式。 根据公式(1)和 (2)， 得出此时的更正系数： K1= P P = 3姨UIcos渍 3姨 2 UIcos渍 = 2(6) 图 3 三相四线电能表零线未接、 B 相电压线圈开路的接线图 图 4 三相四线电能表零线未接、 B 相电压线圈开路的相量图 2)如图 5 所示电压线圈中性点接零线， B 相电压线 圈开路， 此时 A、 C 两相元件都能正常工作， 加在元件 1 上的电压为相电压 UA，加在元件 3 上的电压为相电压 UC。B 相电压线圈因断开未构成回路， 故 B 相元件不工 作。其相量关系如图 6 所示。此时三相元件所测得的功 率分别为： 元件 1： P1=UAIAcos渍A 元件 2： P2= 0 元件 3： P3=UCICcos渍C 15 电子质量2017 年第 03 期(总 第 360 期) 下转 25 页 当三相对称时： P =P1+P2+P3=2U渍Icos渍= 23姨 3 UIcos渍(7) 式(7)中： U渍相电压； U线电压； 渍功率因数角 公式(7)为三相四线电能表在 B 相电压线圈开路异 常状态下的功率表达式。根据公式(1)和(2)， 得出此时的 更正系数： K2= P P = 3姨UIcos渍 23姨 3 UIcos渍 = 3 2 (8) 图 5 三相四线电能表 B 相电压线圈开路的接线图 图 6 三相四线电能表 B 相电压线圈开路的相量图 3)当 A 相或 C 相电压线圈开路(中性点接零线或不 接零线)时的计量情况与上面分析的 B 相电压线圈开路 (中性点接零线或不接零线)时相同。 【例 1】 一只三相四线电能表， 运行中发现其 B 相电 压线断开，某段时间内抄见的错误电量 A 为 100kWh。 求该表在中性点不接零线和接零线两种状态下负载实 际所消耗的电量及应退补的电量？ 解： (1)中性点不接零线时： 根据公式可知此时更正系数 K1= 2 根据公式(3)可得负载实际消耗的电能 A1为： A1=K1A =2100=200(kWh) 根据公式(4)可得应追补电量： A1=A1-A =200-100 =100(kWh) (2)中性点接零线时： 根据公式(7)可知此时的更正系数 K2= 3 2 根据公式可得负载实际所消耗的电能 A2为： A2=K2A = 3 2 100=150(kWh) 根据公式可得应追补电量： A2=A2-A =150-100 =50(kWh) 得出： A1A2 由此可见， 三相四线电能表在电压线圈某一相开路 的情况下，不接零线与接零线时所计的电量是不同的。 如果我们遇到三相四线电能表在运行中有一相电压线 圈开路， 在没有考虑零线是否接入的情况下， 想当然的 用更正系数 K2= 3 2 来进行追补电量的计算， 若电能表未 接零线， 则会造成计算错误， 在进行电量追补时就会少 补电量。 3 电压线圈某两相开路时计量情况的分析 当三相四线电能表某两相电压线圈开路时， 若接零 线， 则该表只测得了三相负载中的一相功率， 其更正系 数 K3=3。若不接零线， 则电压线圈不构成回路， 电能表 不计量电量，即错误电量 A =0。因为正确电量 A=K A ， 因此也就无法通过电能表抄见的错误电量来计算负 载实际消耗的电量， 无法进行电量的退补。 【例 2】 一只三相四线电能表， 运行中发现 B、 C 两相 电压线断开， 某段时间内抄见的错误电量 A 为 100kWh。 求负载实际所消耗的电量及应退补的电量？解： 因为有 抄见电量 100kWh，通过该例上面的分析可判断电能表 接入了零线。因此， 可采用更正系数 K3=3。根据公式(3) 可得负载实际消耗的电量为： A3=K3A =3100 = 300(kWh) 根据公式可得应追补电量： A3=A3-A =300-100 =200(kWh)。 4 电压线圈某一相短路时计量情况的分析 设一只三相四线电能表未接零线， B 相电压线圈由 于线圈击穿或电压引线相碰等原因造成了短路， 图 7 和 图 8 所示为该种方式下的接线图和相量图。 因电压线圈 短路后其阻抗可以忽略不计， 所以加在 B 相电压线圈上 的电压为 0。 通过接线图和相量图分析得出 A 相电压线 圈承受的电压为 UAB, C 相电压线圈承受的电压为 UCB。 A、 C 两相电压线圈承受的电压都升高了 3姨倍， 由相电压变为了线电压， 相位也随 16 上接 16 页 之发生了改变。此时三相元件测得的功率分别为： 元件 1： P1=UABIAcos(30 +渍A) 元件 2： P2=0 元件 3： P3=UCBICcos(30 -渍C) 当三相对称时： P =P1+P2+P3=UABIAcos(30 +渍A)+UCBICcos(30 -渍C) =3姨UIcos渍 式(9)中： U线电压； 渍功率因数角。 根据公式(1)和(9)可得： P =P。 即三相四线电能表在未接零线、 B 相电压线圈短路 的两种异常状态下所计的电量和正确接线时所计的电 量是相同的， 但因工作的两组电压线圈承受的电压都升 高了3姨倍， 故长期运行可将电压线圈烧坏。 图 7 三相四线电能表零线未接、 B 相电压线圈短路的接线图 如果中性点接零线， 那么当某一相短路时， 则其电 源熔丝会熔断或开关跳闸， 此异常状态可以被及时发现 并得到处理， 从而避免电能表的电压线圈烧坏和造成计 量误差。 图 8 三相四线电能表零线未接、 B 相电压线圈短路的相量图 当 A 相或 C 相电压线圈短路时的计量情况与 B 相 短路时相同。 5 结语 综上所述， 为了正确计量三相四线制电路的有功电 能， 在安装三相四线电能表时， 一定要将零线接入。 参考文献： 1陈向群.电能计量技能考核培训教材M.北京:中国电 力出版社,2003. 参考文献： 1张克旺,王同军,闵洁.基于单神经元 PID 控制的交流 电机调速系统J.计算机光盘软件与应用,2010,(14):139- 139. 2梁晏萱,苏成.双托盘喷淋塔在石灰石 - 石膏湿法脱硫 装置改