專利名稱：三相電能表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力測量裝置，特別是一種三相電能表。
技術背景 電能是國民經(jīng)濟中使用的最基本的能源，電能產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟總產(chǎn)值GDP中占10％以上。電能是一種即生即用的商品，在我國每年發(fā)電總量超過2萬億千瓦時，都即時地被用戶消費，用戶用電量通過電能表計量。居民用電由單相供電，使用單相電能表計量，居民的消耗大約占總電量的10％。占供電量90％以上的工礦、企業(yè)、事業(yè)單位等大用戶均采用三相供電，所以三相電能表是用電結算中最重要的電能計量器具。一些大的用戶還需要高壓供電，同時還存在電力生產(chǎn)、電力傳輸企業(yè)間的電量結算，需要更高高壓的網(wǎng)口高壓電能表。
傳統(tǒng)的三相電能表有兩大類一類是三相四線制，一類是三相三線制。
典型的三相四線制電網(wǎng)中三相電能表的原理如圖1中所示。三相四線電能表實際上由三個分別設置在A、B、C三相和地線N之間的電能計量機構W1、W2、W3組成，分別計量三相的用電量，每一個電能計量機構均包涵電流、電壓兩個支路，其數(shù)學表達為 式中P∑為三相總功率(電能是功率的積分，即用電功率的累加)； PW1，PW2，PW3為三個功率測量機構功率測量結果； uA，uB，uC為相電壓，即每相火線對中線(地)的電壓； iA，iB，iC為每一相的用電電流。
三相四線制電能表的計量結果準確，但需要引入電網(wǎng)的地線(中線)，因此測量結構較為復雜。
三相三線制電網(wǎng)中的電能表原理圖如圖2中所示。顯然，這時計量三相電能只需要兩個電能計量機構W1，W2，不同的只是W1，W2的電壓支路分別跨接于A-B、C-B之間，這樣使三相電能表結構和接線都大大簡化了，是三相四線電能表的一個重要簡化，其基本條件上是三相負載對稱，即 iA+iB+iC＝0(2) 則有 iB＝-iA-iC (3) 這樣(1)式就可以簡化為 所以三相三線電能表得到了廣泛的應用。
問題是(2)式的條件在通常情況下不能滿足，三相負載在基本相同的情況下存在一個偏離Δi，即iA+iB+iC＝Δi(5) 這樣(4)式的正確表達應是 (6)式中末尾一項就是三相三線電能表測量結果的誤差。三相三線制電能表只需要引入三條火線，結構簡單，但三相負載不平衡時存在原理性誤差。
而且，目前的三相電能表都無法直接用于高壓，它要通過電壓互感器(PT)將高壓轉換為低壓(100V)，它要將大電流通過電流互感器(CT)將大電流變?yōu)樾‰娏?5A或1A)，不但提高了結構的復雜性和造價，同時還無法實現(xiàn)整體的計量校準和檢定。

實用新型內容本實用新型克服了上述缺點，提供了一種計量準確、可以用于高壓線路測量的三相電能表。
本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是一種三相電能表，包括 電流檢測單元，用于檢測所在線路的線電流； 電壓檢測單元，用于檢測兩兩相間的線電壓； 電能測算單元，接收各電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測結果，計算出累計電能。
所述電壓檢測單元可為跨接在兩相間的電壓/電壓變換器，將檢測到的線電壓信號，輸出到所述電能測算單元中。
所述電壓檢測單元可包括跨接兩相間，串聯(lián)連接的分壓器和電流/電壓變換器，將檢測到的串聯(lián)電路中的電流信號，輸出到所述電能測算單元中。
所述分壓器可由多個串聯(lián)的分壓電阻構成。
所述分壓電阻外環(huán)繞可有多個由電容連接的導電環(huán)。
所述導電環(huán)的輸出端可連接有一個電源單元，將所述導電環(huán)輸出的電流轉換為直流電源輸出。
所述電流檢測單元可包括串聯(lián)在所在線路中的電流/電壓變換器，將檢測到的線電流轉換為電壓信號，輸出到所述電能測算單元中。
所述電能測算單元可包括 A/D轉換模塊，將電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測結果，轉經(jīng)過模擬/數(shù)字信號，轉化為A/D電平信號； 功率計算模塊，根據(jù)所述A/D電平信號計算出功率值； 數(shù)字/頻率轉換模塊，將計算出的功率值變換為相應頻率的脈沖； 電能累計模塊，將上述脈沖信號進行累計獲得電能值。
本實用新型通過電流檢測單元、電壓檢測單元分別檢測獲得準確比例于各相的線電流和線電壓信號，再統(tǒng)一傳送到所述電能測算單元中，由所述電能測算單元進行電能累計計算，在未提高硬件成本的前提下，消除由三相負載電流不平衡引起的原理性誤差，極大地提高了測算結果的準確性，此外，采用檢測作用于分壓器上的電流的方式，實現(xiàn)對線電壓的測量，可以無需使用電壓互感器，使電能表本身不但具有較低的復雜度，還進一步提高高壓線路電能測算的準確度，能夠在高壓電網(wǎng)的電能檢測中得到更好的應用。

圖1為現(xiàn)有技術中三相四線制電能表的結構示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術中三相三線制電能表的結構示意圖； 圖3為本實用新型實施例一的結構示意圖； 圖4為本實用新型實施例二的結構示意圖。
具體實施方式
如圖3中所示，為本實用新型的一種優(yōu)選實施例的結構示意圖，本實施例為適用于線電壓380V、10kV、35kV，相電流0-1000A的新型三相三線電能表，三相中的線電流iA、iB、iC分別通過串聯(lián)在各自所在線路中的電流/電壓變換器(以下簡稱I/V變換器)I/V①、I/V②、I/V③實現(xiàn)測量，將檢測到的電流信號轉換為電壓信號，輸出到所述電能測算單元中。而三個線電壓uAB、uBC、uCA通過跨接在每兩相間的電壓/電壓變換器(以下簡稱V/V變換器)V/V④、V/V⑤、V/V⑥，檢測到的電壓信號也輸出到所述電能測算單元中。三路線電壓信號和三路線電流信號同時作用于電能測算單元M⑦的輸入端，所述電能測算單元，將接收到的上述由I/V①、I/V②、I/V③、V/V④、V/V⑤、V/V⑥測量到的模擬信號經(jīng)A/D變換，轉化為A/D電平信號，根據(jù)上述(6)式所描述的共B相三相三線電能表的數(shù)學表達，可得到共C相和共A相的三相三線電能表的數(shù)學表達分別為 如果取(6)、(7)、(8)式之平均值，則三相總的功率為 (10)式中末項為上述測量結果的誤差項，考慮三相電壓的對稱性即 uA+uB+uC＝Δu(11) (10)式中的誤差項變?yōu)? 顯然ΔP與(6)式中的誤差相比大大降低了，通常情況下達到可以忽略的程度。
因此通過上述測量和計算獲得的總的功率P∑，數(shù)字/頻率轉換模塊(以下簡稱D/F轉換)將計算獲得的功率變換為相應頻率的脈沖；最后通過對上述脈沖信號的累計得到電能值。上述測算、D/F轉換和累計過程也可以通過計算機、芯片中的軟件計算獲得，其中uAB＝-uBA，uBC＝-uCB，uAC＝-uCA。
從本實施例中可以看出，本實用新型提供的三相電能表，其硬件成本和現(xiàn)行的三相四線電能表無太大差別，但它實現(xiàn)了一種無原理性誤差的三相三線電能表，從外部看，其線路連接也與現(xiàn)有的三相三線電能表同樣簡單，因此推廣和應用比較容易。
本實用新型的另一種實施例，提供了一種網(wǎng)口三相三線高壓電能表，如圖4中所示為本實施例的結構示意圖。
為了確保安全，網(wǎng)口三相高壓電能表由三個測量機構W1，W2，W3構成，其結構是完全相同的，所以僅以A相的W1為例加以說明。W1位于電網(wǎng)A相端口，電能傳輸方向由A→A′(反相則電能為負值)，A相線電流iA通過I/V變換器I/V①進行測量，將比例于iA的電壓信號輸出到電能測算單元M④的輸入通道中；所述A、B兩相間，串聯(lián)有分壓器RA和I/V變換器I/V③，RA中的電流流過I/V③產(chǎn)生比例于UAB的電壓，因此通過檢測到的與分壓器RA串聯(lián)電路中的電流轉換為電壓信號，輸出到所述電能測算單元M④中；同理，所述A、C兩相間的線電壓，通過測量RC中的電流流過I/V②產(chǎn)生比例于UAC的電壓，也輸出到所述電能測算單元M④中。所述分壓器由多個串聯(lián)的分壓電阻構成，以確保每一個分壓電阻的電壓和功耗的絕對安全。所述分壓電阻外環(huán)繞有多個用電容連接的導電環(huán)構成相間的另一個電容分壓支路，形成一個鼠籠狀的等電位屏蔽機構，以確保電阻分壓的準確和抗干擾。所述導電環(huán)構成的電容分壓支路CA、CC的電流(典型值為2mA)，經(jīng)過SP⑤收集并處理，轉換為直流電源輸出，為W1內部電流提供直流供電。
所述電能測算單元M④硬件結構與一個三相三線電能表芯片基本相同，并進行如下計算 同理 將上述三個測量機構的測量結果相加并除以3則得到 這便是上述實施例一中(10)式的三相電能測量結果，它和(6)-(10)式的順序不同，但合成的結果是一樣的。
本實施例中，W1，W2，W3三個測量機構分別選擇A，B，C三個端口作為電的參考點，同時W1，W2，W3均設置于一個電和熱的屏蔽機構中以確保本級的安全和穩(wěn)定。由于本實施例應用于高壓電能的測量，因此需要將各測量機構中電能測算單元M④各自的測量的線電壓和線電流結果，通過載波芯片T⑥發(fā)送到地面，由地面載波系統(tǒng)進行接收，再傳送到的另一電能測算單元中做進一步數(shù)據(jù)處理，由電能測算單元M④通過所述載波芯片T⑥發(fā)送出的結果不拘限于電能，還可以包括電流、電壓以及保護信號等。因此本實施例能夠在高壓線路中的電能測算中得到更好的應用，例如應用于配電高壓(10kV，35kV)電能計量柜中，或應用于制造電網(wǎng)高壓(110kV，220kV及以上)的三相三線電能表中。
此外，所述電流/電壓變換器還可以采用電流互感器CT加電阻取樣替代實現(xiàn)，而所述電壓/電壓變換器也可以采用電壓互感器PT替代實現(xiàn)。
以上對本實用新型所提供的三相電能表進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種三相電能表，其特征在于包括
電流檢測單元，用于檢測所在線路的線電流；
電壓檢測單元，用于檢測兩兩相間的線電壓；
電能測算單元，接收各電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測結果，計算出累計電能。
2.根據(jù)權利要求1的三相電能表，其特征在于所述電壓檢測單元為跨接在兩相間的電壓/電壓變換器，將檢測到的線電壓信號，輸出到所述電能測算單元中。
3.根據(jù)權利要求1所述的三相電能表，其特征在于所述電壓檢測單元包括跨接兩相間，串聯(lián)連接的分壓器和電流/電壓變換器，將檢測到的串聯(lián)電路中的電流信號，輸出到所述電能測算單元中。
4.根據(jù)權利要求3所述的三相電能表，其特征在于所述分壓器由多個串聯(lián)的分壓電阻構成。
5.根據(jù)權利要求4所述的三相電能表，其特征在于所述分壓電阻外環(huán)繞有多個由電容連接的導電環(huán)。
6.根據(jù)權利要求5所述的三相電能表，其特征在于所述導電環(huán)的輸出端連接有一個電源單元，將所述導電環(huán)輸出的電流轉換為直流電源輸出。
7.根據(jù)權利要求1～6中任一項所述的三相電能表，其特征在于所述電流檢測單元包括串聯(lián)在所在線路中的電流/電壓變換器，將檢測到的線電流轉換為A/D電平信號，輸出到所述電能測算單元中。
8.根據(jù)權利要求1～6中任一項所述的三相電能表，其特征在于所述電能測算單元包括
A/D轉換模塊，將電流檢測單元和電壓檢測單元的檢測結果，轉經(jīng)過模擬/數(shù)字信號，轉化為A/D電平信號；
功率計算模塊，根據(jù)所述A/D電平信號計算出功率值；
數(shù)字/頻率轉換模塊，將計算出的功率值變換為相應頻率的脈沖；
電能累計模塊，將上述脈沖信號進行累計獲得電能值。
專利摘要本實用新型涉及一種電力測量裝置，特別是一種三相電能表。本實用新型通過電流檢測單元、電壓檢測單元分別檢測獲得各相的線電流和線電壓，再統(tǒng)一傳送到所述電能測算單元中，由所述電能測算單元進行電能累計計算，在未提高硬件成本的前提下，消除由三相負載電流不平衡引起的原理性誤差，極大地提高了測算結果的準確性，此外，采用檢測作用于分壓器上的電流的方式，實現(xiàn)對線電壓的測量，可以無需使用電壓互感器，使電能表本身不但具有較低的復雜度，還進一步降低高壓線路電能測算的準確度，能夠在高壓電網(wǎng)的電能檢測中得到更好的應用。
文檔編號G01R22/10GK201011520SQ20072000301
公開日2008年1月23日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權日2007年1月29日
發(fā)明者瞿清昌 申請人:北京雙目佳測控技術有限責任公司