摘要：本文在分析感應(yīng)式電能表存在問題的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了全電子式電能表的特點(diǎn)、類型、功能及其合理選用。著重指出，以全電子式電能表取代感應(yīng)式電能表已勢在必行，而集中式多用戶全電子式電能表符合我國國情，具有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)式電能表 全電子式電能表 集中式多用戶電表
一、感應(yīng)式電能表已完成其歷史使命： 當(dāng)前，電能表、水表、燃?xì)獗砟酥僚瘹獗硪焉钊氲角Ъ胰f戶，而電能表應(yīng)用的最廣、最早。 目前我國生產(chǎn)電能表的廠家約有600多家，年產(chǎn)量約1億萬臺，其中70％以上為感應(yīng)式電能表。感應(yīng)式電能表已有100多年的歷史，當(dāng)前突出的問題是： 第一、 合格率低，超差嚴(yán)重：1996年、1997年和1999年國家曾三次對感應(yīng)式電能表進(jìn)行 抽查，其合格率分別為7.1% 、30.4%、和55.6％。有的產(chǎn)品最大實(shí)測基本誤差競高達(dá)-13.4％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家規(guī)定的 2％的技術(shù)指標(biāo)要求。 機(jī)械磨損是感應(yīng)式電能表無法克服的缺陷，磨損的后果是表計越走越慢。國家電力公司曾 對在用的電能表進(jìn)行了抽查，抽查的結(jié)果是：運(yùn)行一年、二年、三年、四年和五年的電能表中，超差分別為31.1％、41％、44.1％、42.9％和53.5％。這就是說，用了五年的表，將有50％以上不合格，為此，有關(guān)部門不得不做出規(guī)定，要求感應(yīng)式電能表"五年"更換一次，鼓勵企業(yè)科技創(chuàng)新，研究開發(fā)推廣使用性能可靠的長壽命的電能表。 第二、 偷竊電現(xiàn)象嚴(yán)重：感應(yīng)式電能表由于電流、電壓接線端子外露，很容易采用改接線 或倒表手段進(jìn)行偷竊電，這是包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家普遍存在的嚴(yán)重問題。在我國一些地區(qū)或單位，偷漏電量競超過了總用電量的30％，其經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國每年因竊電而造成的電費(fèi)損失超過50億。 第三、 抄表方式單一落后：感應(yīng)式電能表采用的是人工登門手工抄表，隨著電能表的數(shù)量 增加，抄表、核算的工作量越來越大。抄表人員要走家串戶上樓、下樓，極不方便，這與現(xiàn)代化用電管理極不適應(yīng)。目前市場上，有將感應(yīng)式電能表配以光電脈沖轉(zhuǎn)換裝置，稱之為機(jī)電式電能表，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表，但其測量原理還是感應(yīng)式，其準(zhǔn)確度仍難以提高。 當(dāng)今，電能已成為最重要的能源，在市場經(jīng)濟(jì)下，人們對電能的計量要求準(zhǔn)確度要高，使用壽命要求長，而對用電的管理要求實(shí)現(xiàn)智能化、自動化。這些都是感應(yīng)式電能表所無能為力的。近一二十年來，由于微電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)的高準(zhǔn)確度、長壽命且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表等多種功能的全電子式電能表，取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表已勢在必行。
二、全電子式電能表 全電子式電能表是通過對用戶供電電壓和電流實(shí)時采樣，采用專用的電能表集成電路，對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理并相乘轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出顯示。根據(jù)需要，也可以依據(jù)規(guī)定的協(xié)議（通信協(xié)議），將存貯的數(shù)據(jù)（電量等）上傳給上位機(jī)（主站），上位機(jī)也可以對電表進(jìn)行用、售電管理。由于它具有感應(yīng)式電能表無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來發(fā)展非常迅速。用全電子式電能表取代感應(yīng)式電能表，在發(fā)達(dá)國家，平均每年以20％多的速度在更換。在我國由于起步晚，宣傳的力度、廣度不夠，人們對全電子式電能表的認(rèn)識不足等原因，發(fā)展較慢。 以下就全電子式電能表的特點(diǎn)、類型及其合理選用給予介紹。 1、電子式電能表的主要特點(diǎn) 為了便于說明問題，現(xiàn)就戶用全電子式電能表和感應(yīng)式電能表的主要特點(diǎn)列表比較如下： （表中帶"*"號者，是根據(jù)實(shí)測的結(jié)果）。 項目 表型 感應(yīng)式電能表 電子式電能表 備 注 技 術(shù) 性 能 *百分百誤差 0.86% ~ -5.7% 0.2%~ -0.2% 在5％Ib ~ 400％Ib范圍內(nèi) *啟動電流 25(mA) 10(mA) 采用5（20）A電能表 *功 耗 1.68W 0.52W 壽 命 5年 10年以上 過載倍數(shù) 4 6 頻率范圍 45---55（HZ） 40---1000(HZ) 電子式電能表受諧波影響小 功 能 體 積 大 小 抄 表 人工 紅外、遠(yuǎn)程抄表等 反竊電 無 有 限量用電 無 有 遠(yuǎn)控功能 無 有 復(fù)費(fèi)功能 無 有 性能價格比 低 高 2、兩種采樣方式的全電子式電能表比較。 當(dāng)前電子式電能表對用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來采集用戶的電壓信號和電流信號；直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來取得電壓信號，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn)行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時更為突出。 例如：額定電流為20A時，直接采樣的啟動電流為20mA，互感器采樣的啟動電流為40 mA。 又如：采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到 0.5％，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤差就可能超過5％。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡單，成本低。 3、電子式多費(fèi)率電能表 在市場經(jīng)濟(jì)下，根據(jù)用電的性質(zhì)不同，地區(qū)不同，時段不同等實(shí)行多種電價制已是理所當(dāng)然。要推行多種電價制，除國家要制定有關(guān)法規(guī)和準(zhǔn)則外，還必須要有相關(guān)的測量設(shè)備。所謂多費(fèi)率電能表也稱復(fù)費(fèi)率電能表或稱之為分時計量電能表。它是根據(jù)每天用電的峰、平、谷的實(shí)際情況，分時段地進(jìn)行計量，以作為分時電價結(jié)算的依據(jù)。分時段計費(fèi)的多費(fèi)率電能表早期主要用于工業(yè)用戶，隨著我國家庭用電量的不斷增加和我國電業(yè)市場的商品化改革，近一年來分時段多費(fèi)率電能培長達(dá)238％，而傳統(tǒng)電能表比去年同期下降24％。今年國家還修訂了多費(fèi)率電能表的標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T15284-2002《多費(fèi)率電能表特殊要求》與此相適應(yīng)的分時電能表的專用集成電路也相繼面世，這必將為多費(fèi)戶電能表的發(fā)展提供了更廣闊的前景。 4、電子式電能表的抄表方式 全電子式電能表的抄表方式主要有以下幾種： （1）人工抄表：根據(jù)表頭顯示進(jìn)行抄表。 （2）手持紅外抄表器抄表：手持紅外抄表器抄表它是一個帶有紅外收發(fā)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。為此電能表應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的紅外收發(fā)功能。抄表器最小可在3米以外通過紅外收集電能表顯示的數(shù)據(jù)，一塊抄表器可同時存儲幾千戶的用電數(shù)據(jù)，根據(jù)需要它可以通過并行口用微型打印機(jī)打印輸出，或通過計算機(jī)的輸入口，輸入給計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，它具有體積小、重量輕、攜帶方便，操作簡單、性能價格比高等特點(diǎn)。有的抄表器還可帶售電功能，它很適合于樓群少、用戶數(shù)不多的情況下的用電管理。手持抄表器，通過RS232也可進(jìn)行短距離在線抄表，但一般很少用。 （3）遠(yuǎn)距離自動抄表系統(tǒng)：所謂遠(yuǎn)距離自動抄表系統(tǒng)是指管理人員可以坐在遠(yuǎn)距表的辦 公室里，應(yīng)用微機(jī)通過專用線、無線、電力線、光纖等做為通道，進(jìn)行抄表和用電管理。自動抄表技術(shù)（AMR）八十年代中葉誕生于美國，九十年代初引進(jìn)國內(nèi)，國內(nèi)居民用電"一戶一表"政策的推行和居民住宅小區(qū)管理智能化的發(fā)展，近幾年來在國內(nèi)AMR技術(shù)發(fā)展非常迅速，建設(shè)部關(guān)于《住宅、廚房、衛(wèi)生間三表計量出戶智能系統(tǒng)裝置》的標(biāo)準(zhǔn)也在制定。目前自動抄表系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)（草稿）已出臺，自動抄表系統(tǒng)不僅可用于電能表的抄表，同時也適用于帶有脈沖輸出的水表、氣表和熱量表的抄表。在功能上也不限于抄表的功能，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，它同時還應(yīng)具有監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)報警、參數(shù)設(shè)置、負(fù)荷控制、自定義等功能。 當(dāng)前在國內(nèi)隨功能的不同，自動抄系統(tǒng)平均每戶100元~300元不等，隨著自動抄表系統(tǒng) 的性能不斷完善和價格的降低，自動抄表系統(tǒng)在國內(nèi)將迅速推廣。 5、全電子式予付費(fèi)電能表 電是一種商品，長期以來，由于計劃經(jīng)濟(jì)的影響，一些人頭腦中對電是一種商品還缺乏認(rèn)識，因此"偷電不是偷"、"欠電不是欠"等錯誤觀念還有一定的市場。據(jù)了解全國電力系統(tǒng)欠費(fèi)已高達(dá)250億以上。 所謂予付費(fèi)電能表就是先購電后用電，完全按照商品交換的原則進(jìn)行。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文 化交流活動的增加，特別是一些出租門頭房、出租房、公寓等房主變動頻繁的用戶及經(jīng)常外出很難找到的房主的用戶，采用予付費(fèi)電能表實(shí)行先付費(fèi)、后用電更有現(xiàn)實(shí)意義。 予付費(fèi)電能表發(fā)展已經(jīng)歷了投幣式、磁卡式、電卡式、IC卡式、謝頻式及直接購電式等六 個階段。當(dāng)今IC卡式予付費(fèi)電能表仍占據(jù)著市場的主流，但有關(guān)專家提出，由于IC卡表存在著一個面向用戶完全開放的插口，用戶可用多種方法攻擊IC卡而造成死機(jī)，數(shù)據(jù)混亂。此外由于受到成本限制，IC卡使用的密碼容量有限，而容易解密，甚至出現(xiàn)偽造，為此電力部門曾專門指出"一戶一表"不宜用IC卡表。 所謂直接購電式予付費(fèi)電能表，用戶到供電或物業(yè)管理部門去買電，而供電或物業(yè)管理部 門采用遠(yuǎn)控或手持售電機(jī)，將購電量直接注入到用戶的電表內(nèi)，用戶表頭可顯示出購電數(shù)。當(dāng)顯示電量減到一定值時，可發(fā)出光（或聲）報警，提示用戶購電，否則，當(dāng)用完電時及時斷電。直接購電予付式表不僅用于電能表，同時也可用于水、氣表等。它完全可取代IC卡式表，且售價也將低于IC卡表，具有很好的市場前景。 三、集中式多用戶全電子式電能表符合我國國情 我國居民住宅或公寓多以樓房為主。一座樓一般含幾個單元，而每個單元少者一般近十戶、 十幾戶，多者幾十戶。針對上述情況，為了便于抄表和用電管理，目前一些物業(yè)管理部門將多個單塊表集中安裝在樓梯間。這樣簡單的組合造成體積龐大、不美觀又不經(jīng)濟(jì)。設(shè)計一種體積小、功能全又經(jīng)濟(jì)的集中式多用戶全電子式電能表十分必要。這種集中式表一個單元、乃至一幢樓同用一塊即可，但它又不是多個單表的簡單組合。 1、 集中式多用戶全電子電能表的結(jié)構(gòu)、原理： 下圖是該種表的結(jié)構(gòu)框圖，它主要由每戶電能計量單元、單片機(jī)系統(tǒng)和輸出三個部分組成。 接用戶 電 電能脈沖 紅外通信 遠(yuǎn)傳抄表通信 每戶電能脈沖輸出 （1） 每戶電能計量單元： 主要由電壓、電流采樣和專用電能表芯片（如BL0932B、 ADE7755等）構(gòu)成。它的任務(wù)是完成每個用戶的用電量累積、存儲，并同時將電量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖分別輸出或送入單片機(jī)處理。戶電能計量單元，集中安裝在一個印刷電路板上，其面積比一個紙煙盒還小，每戶一塊，每戶單獨(dú)計量，互不影響。 （2） 單片機(jī)系統(tǒng)：它是一個智能數(shù)據(jù)采集處理和控制單元。整個系統(tǒng)安裝在一個見方約 200*80mm2 的印刷電路板上。它的任務(wù)是接收并存儲各用戶電量，經(jīng)處理后控制公用顯示器，定時、輪流顯示各戶用（或剩余）電量，控制對外通信，完成抄表或遠(yuǎn)控等工作。 （3） 輸出部分：主要包括公用顯示器和對外通信、控制接口等。公用顯示器輪流顯示每 戶戶號和電量，可24小時連續(xù)工作，用戶隨時可查看各自的用量情況。不難看出，上述集中式多用戶電能表是集電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品。它具有體積小、可容戶數(shù)多（一塊24戶集中式多用戶電能表其面積約為用單表簡單集中安裝的1/3），同時又具有"一戶一表"的功能。 值得提及的是，目前市場上還有一種類型的集中式多用戶電子式電能表，其采樣是每戶分 別進(jìn)行，但每一戶的用電量計算則由同一個芯片或單片機(jī)系統(tǒng)來完成。這類表無論從結(jié)構(gòu)上還 是從原理上來看，都不具備"一戶一表"的功能。再一個問題是，每一戶的用電能量計算都由同 一的部件去完成，即每一戶的用電量計算都要排隊循環(huán)等待。這勢必要造成用電計量的誤差， 戶數(shù)越多，誤差越大。 2、技術(shù)指標(biāo)、功能及合理選用： 集中式多用戶全電子式電能表的主要技術(shù)指標(biāo)和單塊全電子式電能表相當(dāng)，而功能比單表 強(qiáng)，性能價格比高于單表，由于篇幅關(guān)系，這里只介紹幾點(diǎn)有關(guān)選用和使用的問題。 （1） 分路電能計量戶數(shù)：有兩種類型：一種是幾戶至幾十戶的表，這種表分嵌墻式（用 于新建樓房）和外掛式（舊樓改造）兩種，一般是一個單元裝一塊，安裝在樓梯間。另一種是上百戶以上的多用戶柜式電能表。這類表專為學(xué)生公寓設(shè)計，根據(jù)當(dāng)前高校學(xué)生公寓用電管理要求，這類表除具有遠(yuǎn)程自動抄表、予付費(fèi)等功能外，它還可設(shè)計成具有負(fù)載任意限定和惡性負(fù)載識別能力。所謂惡性負(fù)載，是指電爐、電熱墊等一類帶隱患的用電器。對于這類用電器，電表能自動斷電，以確保用電安全。 （2）供電方式：有以下幾種，可按需選用。 ① 單相進(jìn)線--單相、多戶出線。 ② 三相四線制進(jìn)線--單相多戶出線，即每相可接多戶。要求每相所接戶數(shù)盡量相等。 ③ 三相進(jìn)線--三相多戶出線，用戶三相用電設(shè)備。 ④ 三相四線制進(jìn)線--單、三相混合出線，其中三相出線可接三相用電電器，如中央空調(diào)，而單相出線主要用于照明和單相供電的電器。目前，這類用戶逐漸增多，出線時要盡量考慮到三相負(fù)載平衡。 （注：上述沒考慮地線。） 3、 價格 目前，市場上普通單相全電子式電能表（指只具有電能計量功能）額定電流在40安的，市場報價一般在80元左右；予付費(fèi)IC卡式全電子電能表的市場報價均在250元~300元之間。若考慮到外表殼和空氣開關(guān)（按六回路考慮），普通單相表的報價將近210元，而IC卡將近400元。 集中式多用戶全電子式電能表隨著功能不同，所用空氣開關(guān)有別其報價相差較大，現(xiàn)以19戶為例，選用DZ47空氣開關(guān)加外箱體，普通集中式帶遠(yuǎn)抄的表平均每戶報價約170元左右，帶予付費(fèi)的平均每戶報價約在300元以下。綜合上述，集中式多用戶全電子式電能表，體積小、功能全、性能價格比高，符合我國國情，具有很大的市場潛力。
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