“跑得快”？――科學(xué)解釋智能電表

一、智能電表的定義

所謂智能電表，就是應用計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等，形成以智能芯片(如CPU)為核心，具有電功率計量計時(shí)、記費、與上位機通訊、用電管理等功能的電度表。

智能電表通過(guò)用戶(hù)交費對智能IC卡充值并輸入電表中，電表才能供電，表中電量用完后自動(dòng)拉閘斷電，從而有效地解決上門(mén)抄表和收電費難的問(wèn)題。并對用戶(hù)的購電信息實(shí)行微機管理，方便進(jìn)行查詢(xún)、統計、收費及打印票據等。

二、智能電表的結構分類(lèi)

目前，國內智能電度表從結構上大致可分為機電一體式和全電子式兩大類(lèi)。機電一體式，即在原機械式電度表上附加一定的部件，使其既能完成所需功能，又能降低造價(jià)且易于安裝，一般而言其設計方案是在不破壞現行計量表原有物理結構，不改變其國家計量標準的基礎上加裝傳感裝置變成在機械計度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能電表，全電子式則從計量到數據處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(cháng)期使用的機械部件，與機電一體化電度表相比具有電表體積減小，可靠性增加，更加精確，耗電量減少，并且生產(chǎn)工藝大大改善，不必只在原有意義上的專(zhuān)業(yè)電度表廠(chǎng)生產(chǎn)等優(yōu)越性，最終會(huì )取代帶有機械部件的計量表。

1、機電一體式的電度表

第一類(lèi)機電結合的電度表，是在原有的機械表的基礎上，加裝電子式計數裝置和相應的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫(xiě)接口以實(shí)現自動(dòng)計量計費和控制;其基本結構是在原有機械電度表的轉盤(pán)上打孔或涂(貼)上能吸收光線(xiàn)的材料。這類(lèi)電度表由于其計量原理沒(méi)有改動(dòng)，其計量精度和特性與機械表完全一樣，而成本相對較高，其優(yōu)勢在于能充分利用現已安裝使用中的大量的機械電度表，且其計量原理為大眾所熟悉而容易接受。

另一類(lèi)機電結合的電度表則是采用電子式計量電路在獲得數字式脈沖信號后，通過(guò)微型電機驅動(dòng)字碼轉輪得到電能計數 值，這種結構是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案，但遺憾的是其對計量電路的要求較高，即要求所有的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉換為對應數量的數字脈沖，才能按正確的速度驅動(dòng)微電機以轉動(dòng)字輪。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(imp/kWh)，由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數離散性較大的阻容元件，為了保證電度表的計量精度和產(chǎn)品的一致性，就必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強對元件的篩選和對半成品的調校，也就是說(shuō)要增加相應的人力物力的投入并要延長(cháng)生產(chǎn)周期，從而使電度表的生產(chǎn)費用和成本有所增加。另外這種結構的電度表在數據收集和用戶(hù)繳費方式上與老式的機械表沒(méi)什么區別，應屬淘汰產(chǎn)品。

機電結合(一體式)的電度表

2、全電子式電度表

當前電子式電能表對用戶(hù)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(lái)采集用戶(hù)的電壓信號和電流信號;直接采樣則是用熱穩定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò )來(lái)取得電壓信號，而用電阻溫度系數非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動(dòng)電流、線(xiàn)性范圍、功耗和精度等指標皆不如直接采樣，尤其是小電流時(shí)更為突出。 例如：額定電流為20A時(shí)，直接采樣的啟動(dòng)電流為20mA，互感器采樣的啟動(dòng)電流為40 mA。又如：采用專(zhuān)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，若不采取補償措施，互感器本身誤 差就可能超過(guò)5%。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，成本低。

全電子式電能表

三. 智能電表的工作原理和特點(diǎn)

1. 智能電表的工作原理

用戶(hù)持IC卡到供電部門(mén)交款購電，供電部門(mén)用售電管理機將購電量寫(xiě)入IC卡中，用戶(hù)持IC卡在感應區刷非接觸式IC卡(簡(jiǎn)稱(chēng)刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當表內剩余電量等于報警電量時(shí)，拉閘斷電報警(或蜂鳴器報警)，此時(shí)用戶(hù)在感應區刷卡即可恢復供電;當剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶(hù)必須再次持卡交費購電，才可以恢復用電。

電子式智能電表，是在電子式電表的基礎上，近年來(lái)開(kāi)發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構成、工作原理與傳統的感應式電能表有著(zhù)很大的差別。而電子式智能電表主要是由電子元器件構成，其工作原理是先通過(guò)對用戶(hù)供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，再采用專(zhuān)用的電能表集成電路，對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理，并轉換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過(guò)單片機進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。

通常我們把智能電表計量一度電時(shí)A/D轉換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數稱(chēng)之為脈沖常數，對于智能電表來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)比較重要的常數，因為A/D轉換器在單位時(shí)間內所發(fā)出脈沖數個(gè)的多少，將直接決定著(zhù)該表計量的準確度。目前智能電表大多都采用一戶(hù)一個(gè)A/D轉換器的設計原則，但也有些廠(chǎng)家生產(chǎn)的多用戶(hù)集中式智能電表采用多戶(hù)共用一個(gè)A/D轉換器，這樣對電能的計量只能采用分時(shí)排隊來(lái)進(jìn)行，勢必造成計量準確度的下降，這點(diǎn)在設計選型時(shí)應該注意。 智能電表的工作特點(diǎn)

智能電表不只采用了電子集成電路的設計，再加上具有遠傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。

(1)功耗：由于智能電表采用電子元件設計方式，因此一般每塊表的功耗僅有0middot;6w~0middot;7w左右，對于多用戶(hù)集中式的智能電表，其平均到每戶(hù)的功率則更小。而一般每只感應式電表的功耗為1middot;7w左右。

(2)精度：就表的誤差范圍而言，2middot;0級電子式電能表在5%~400%標定電流范圍內測量的誤差為±2%,而且目前普遍應用的都是精確等級為 1middot;0 級，誤差更小。感應式電表的誤差范圍則為+0middot;86%~-5middot;7%,而且由于機械磨損這種無(wú)法克服的缺陷，導致感應式電能表越走越慢，最終誤差越來(lái)越大。國家電網(wǎng)曾對感應式電表進(jìn)行抽查，結果發(fā)現50%以上的感應式電表在用了5年以后，其誤差就超過(guò)了允許的范圍。

(3)過(guò)載、工頻范圍：智能電表的過(guò)載倍數一般能達到6~8倍，有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來(lái)越多用戶(hù)的選擇，有的甚至可以達到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40HZ~1000HZ范圍。而感應式電表的過(guò)載倍數一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

(4)功能：智能電表由于采用了電子表技術(shù)，可以通過(guò)相關(guān)的通信協(xié)議與計算機進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)編程軟件實(shí)現對硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn)，還具有了遠傳控制、復費率、識別惡性負載、反竊電、預付費用電等功能，而且可以通過(guò)對控制軟件中不同參數的修改，來(lái)滿(mǎn)足對控制功能的不同要求，而這些功能對于傳統的感應式電表來(lái)說(shuō)都是很難或不可能實(shí)現的。

四、智能電表帶給用戶(hù)的好處

智能電表較普通機械式電能表有著(zhù)計量更精準、智能扣費、電價(jià)查詢(xún)、電量記憶、余額報警、信息遠程傳送的優(yōu)勢。

對電力公司而言，采用智能電表可省去人工抄表的成本，并且減少竊電的損失。除此之外，電力公司利用智能電表取得客戶(hù)的用電量資料后，再用 Internet的方式實(shí)時(shí)回傳給用戶(hù)參考，客戶(hù)可據以分散用電的時(shí)間(因尖峰時(shí)段費率高)，作電力使用的管理，達到節省電費成本的效益。

對政府而言，智能電表有助用戶(hù)節約用電，可以達到節能減碳的政策目標。

對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，可以節省電費開(kāi)支，用戶(hù)可充分利用峰、谷電價(jià)的差異自主定制用電方案，做到用相同的電，花最少的錢(qián)。