時間：2023-09-20 18:16:14
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在電子拖動與技能訓(xùn)練的教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課不僅能幫助學(xué)生鞏固和加深理解上課所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識,更為重要的是能夠訓(xùn)練到他們的實(shí)驗(yàn)操作技能,進(jìn)而培養(yǎng)出他們敢于操作、善于操作的能力,有助于學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)。
1、培養(yǎng)目標(biāo)和定位
對電氣類技術(shù)人才的職業(yè)教育目標(biāo),是要求我們培養(yǎng)出的學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)良的職業(yè)道德和素質(zhì);在業(yè)務(wù)水平上,應(yīng)具有熟練專業(yè)的操作技能;當(dāng)踏入社會,走上職業(yè)崗位后,應(yīng)具備可以繼續(xù)發(fā)展的個人能力?？傮w來說,在校的學(xué)習(xí)階段,要求學(xué)生能夠通過學(xué)校的學(xué)習(xí)而具備必要的“應(yīng)用知識”而不是“專業(yè)知識”或“專業(yè)理論”。從從事的工作領(lǐng)域來看,培養(yǎng)的學(xué)生在進(jìn)入職場后,主要從事的是電氣設(shè)備的運(yùn)行、生產(chǎn)、維修、技術(shù)服務(wù)、管理等等在第一線的工作。這就要求他們需要擁有很強(qiáng)的技術(shù)操作能力和對知識的應(yīng)用能力,以此來解決在工作上遇到的實(shí)際問題。
2、傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷
老式的課程教學(xué)方式是,首先在教室進(jìn)行理論課的學(xué)習(xí),在完成了理論的教學(xué)之后,實(shí)際的操作訓(xùn)練在專門的實(shí)習(xí)場所進(jìn)行。一套完整的知識體系因?yàn)檫@種教學(xué)模式被割裂成兩部分,把原本學(xué)生就難以理解的理論知識變得更加的抽象難懂。等到學(xué)生參加實(shí)作訓(xùn)練時,早已經(jīng)把原本就沒能理解的理論知識忘光了,在實(shí)際操作中只能機(jī)械的模仿老師的教學(xué),而不能真正學(xué)到知識和技能。
這些缺陷可以具體概括為如下幾點(diǎn)。
(1)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)對于學(xué)生來說很抽象,學(xué)生不能把這些書本知識與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合起來。
(2)學(xué)習(xí)內(nèi)容相當(dāng)枯燥,很難激發(fā)起學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣,難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生對于理論知識的記憶與理解只是被動的在大腦中反復(fù)記憶,更不要說要求他們能夠達(dá)到靈活應(yīng)用。
(3)傳統(tǒng)的教學(xué)方式,理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)不協(xié)調(diào)。實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容是依據(jù)現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)條件,這樣就會造成實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容不同步,這樣使得學(xué)習(xí)重點(diǎn)模糊不清,教學(xué)內(nèi)容缺乏針對性。
(4)現(xiàn)在很多學(xué)校一味追求職業(yè)資格等級考試的通過率。這樣勢必會給學(xué)生造成實(shí)習(xí)課無聊、枯燥的感受。
3、教學(xué)內(nèi)容應(yīng)調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
為了改進(jìn)現(xiàn)在的教學(xué)模式,我們應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)場教學(xué),努力激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。電力拖動是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科。在電力拖動的教學(xué)中教師要加強(qiáng)現(xiàn)場教學(xué)的內(nèi)容,例如現(xiàn)場演示、采用實(shí)物教學(xué)等手段,要充分的利用學(xué)生的各種感知信息之間的互相協(xié)調(diào)配合的作用。舉個例子說明一下,比如在講解接觸器這課時,在介紹結(jié)構(gòu)和原理時,教師可以讓每位學(xué)生直觀的看到,觸摸到接觸器的外觀,然后再進(jìn)一步的對接觸器的動作過程進(jìn)行演示,這樣能激發(fā)學(xué)生的求知欲,學(xué)生很想知道接觸器的工作原理,可促使學(xué)生積極思維、主動掌握規(guī)律、理解原理,產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。
還可以通過設(shè)置問題,來激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣。往往,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課題訓(xùn)練時,如果嚴(yán)格的要求學(xué)生完全按照規(guī)范布置元器件,合理而美觀走線,時時都在提醒學(xué)生注重細(xì)節(jié),都必須要一次性到位,云云,這樣是不會得到好的效果的。反而,我們應(yīng)該時常在強(qiáng)調(diào)要求得基礎(chǔ)上有意在示范電路板某個電氣接點(diǎn)的過程中上做些小“文章”,例如通過人為設(shè)置電氣接點(diǎn)故障點(diǎn),可促使學(xué)生積極思考,排除故障點(diǎn),最終通過多次這樣訓(xùn)練之后,學(xué)生能夠在不經(jīng)意之間掌握那些常用的排處故障的方法。
4、教學(xué)方式的改進(jìn)
由上節(jié)的表述可見,老式的課程安排缺乏科學(xué)性,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,不能培養(yǎng)出學(xué)生的實(shí)際操作應(yīng)用技能,與今后學(xué)生進(jìn)入社會后實(shí)際生產(chǎn)技能要求距離相差太遠(yuǎn)。這就要求我們要改革傳統(tǒng)的課程體系和教學(xué)模式,要以我們的人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求為依據(jù)來重新設(shè)置課程設(shè)計(jì)內(nèi)容,重新整合教學(xué)資源,突出教學(xué)中能力本位的特點(diǎn),逐步實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心,以教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)為中心,以實(shí)習(xí)車間、實(shí)驗(yàn)室為中心的教育教學(xué)模式。
為了達(dá)到上述目標(biāo),教師在教學(xué)中應(yīng)該采用“實(shí)踐-理論-再實(shí)踐”的一體化教學(xué)模式。具體思路是:讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之初先親自到實(shí)習(xí)場地去參觀觀摩,以增加學(xué)生對所要學(xué)習(xí)知識的感性認(rèn)識。其次是理論的教學(xué),就是在參觀現(xiàn)場之后,再回到課堂,利用課堂時間對學(xué)生進(jìn)行理論的教學(xué),讓學(xué)生由感性認(rèn)識能夠上升到理性認(rèn)識的程度,即由實(shí)踐上升到理論。最后再實(shí)踐,也就是指,在學(xué)生完成了相應(yīng)的理論課之后,再回到操作車間、實(shí)驗(yàn)室中去,讓學(xué)生親自動手實(shí)踐上課學(xué)到的理論知識,以達(dá)到讓學(xué)生的理論與實(shí)踐真正結(jié)合在一起的目的。在教學(xué)過程中,應(yīng)該實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場教學(xué)作為主要教學(xué)手段的教學(xué)方式,而課堂教學(xué)僅僅起輔助的作用。這樣既能提高學(xué)生的實(shí)際操作技能,又能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到與這些操作技能相關(guān)的基礎(chǔ)知識。
在這里要向大家介紹一下德國職業(yè)教育界根據(jù)新時期的企業(yè)對于技術(shù)應(yīng)用型人才的要求而提出的“行為引導(dǎo)型教學(xué)法”。這個教育方法是以培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力為教學(xué)目的。教學(xué)以學(xué)生為中心,教師只是作為教學(xué)活動的一個引導(dǎo)者,作為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者和主持人,在教學(xué)過程中讓學(xué)生自主獨(dú)立地完成設(shè)計(jì)、完成整個教學(xué)過程。
這是一個值得我們學(xué)習(xí)的教育方法,那么他們是如何實(shí)施行為引導(dǎo)型教學(xué)法的呢?從教學(xué)的
管理來分析,第一是要在教學(xué)之前擬定學(xué)習(xí)的課程單元,根據(jù)課程的特點(diǎn)及要求,對學(xué)習(xí)的領(lǐng)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐?再在每個劃分出的學(xué)習(xí)領(lǐng)域中分解出職業(yè)的主要行為,再選擇相應(yīng)的專業(yè)教師擬定專門的學(xué)習(xí)內(nèi)容,最后將行為分解成若干個不同的學(xué)習(xí)單元,并注意在教學(xué)單元時突出學(xué)生的主體地位。第二步是實(shí)施教學(xué)階段,根據(jù)各個不同的學(xué)習(xí)單元制定相應(yīng)的課時計(jì)劃、日計(jì)劃、周計(jì)劃等。值得注意的是,無論哪一門課程,其原則都必須包含“能力目標(biāo)、任務(wù)訓(xùn)練、學(xué)生主體”三要素。 5、教師的教學(xué)要求及安排
在制定教學(xué)安排時應(yīng)該把學(xué)習(xí)目標(biāo)滲透到項(xiàng)目中。要根據(jù)教學(xué)大綱的要求,精心的選擇和設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目。課程項(xiàng)目盡量做到典型,知識覆蓋面要全,要具有一定的挑戰(zhàn)性,能夠激發(fā)學(xué)生的興趣,并應(yīng)當(dāng)能夠?qū)嵤Ｒx擇合適的項(xiàng)目,首先要了解該課程主要應(yīng)該掌握的職業(yè)崗位能力。對于電力拖動與技能訓(xùn)練這樣的專業(yè)課,需要以下技能:電動機(jī)基本控制線路的電路圖繪制、識讀,安裝及檢修;常用低壓電器的選用、檢修及識別;簡單電路的設(shè)計(jì)能力;機(jī)床控制線路的電路圖繪制、識讀,檢修和安裝;電工工具和常用儀表的熟練使用;能夠?yàn)榫€路列出材料、元器件明細(xì),并能通過計(jì)算選出器件的型號規(guī)格;掌握能表達(dá)電路的相關(guān)信息的術(shù)語;熟悉與文明安全生產(chǎn)相關(guān)的規(guī)定,能夠安全的進(jìn)行操作,文明的生產(chǎn);建立產(chǎn)品的質(zhì)量意識,樹立良好職業(yè)道德觀念。
5.1 要教“課”,不要教“書”
電力拖動技能訓(xùn)練過程不光要做到按行為引導(dǎo)型教學(xué)方法的要求劃分單元的內(nèi)容,還應(yīng)該要注意到教學(xué)的系統(tǒng)性、邏輯性、連貫性,其內(nèi)容應(yīng)該按照知識體系來設(shè)計(jì),每個單元的課題都應(yīng)該有相應(yīng)的理論內(nèi)容來支撐實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目。而課程的內(nèi)容要根據(jù)職業(yè)崗位能力的要求來制定,要按照行為引導(dǎo)型教學(xué)法的思路,來實(shí)現(xiàn)教學(xué)的目標(biāo)。必須做到以課程的目標(biāo)為教學(xué)的基準(zhǔn),因此,教師在教學(xué)的過程中是采用參考課本而不是以課本為準(zhǔn)來設(shè)計(jì)教學(xué)過程。
5.2 因材施教
教師要實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目標(biāo),在教學(xué)方法上,就必須要以實(shí)踐操作技能作為教學(xué)的主線,突出訓(xùn)練為整個教學(xué)的重點(diǎn),使教學(xué)過程能充分的體現(xiàn)以培養(yǎng)職業(yè)能力為中心的特點(diǎn)。要根據(jù)學(xué)生的個人素質(zhì)為基準(zhǔn),以教材為范本,提煉出學(xué)生“看得見、聽得懂、摸得著”的“知識點(diǎn)、技能點(diǎn)、興趣點(diǎn)”,同時要設(shè)計(jì)和處理好基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能訓(xùn)練之間的關(guān)系,多多利用實(shí)物、實(shí)習(xí)設(shè)備進(jìn)行直觀教學(xué)。
【關(guān)鍵詞】電子式 電能表 防竊電
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子式電能表逐漸替代了感應(yīng)式機(jī)械電能表，而電子式電能表的竊電手段更加隱蔽，給查處帶來了很大的難度。供電企業(yè)一方面要加強(qiáng)管理，加大宣傳力度，完善相關(guān)法律法規(guī)，還要在技術(shù)上堵塞漏洞。
下面就竊電現(xiàn)象形成的特點(diǎn)和對策作簡要分析。
一、竊電行為的類型
竊電行為的種類很多，主要有以下幾種類型：由于表殼或電表箱的原因?qū)е赂`電者有機(jī)可乘而發(fā)生的竊電行為；磁場干擾的竊電行為；增加額外的導(dǎo)線、旁路部分電流的竊電行為；移動或移除電能表接線的竊電行為；增加額外的器件，如二極管、電容、電阻及其組合，改變電壓回路的波形、相位，降低電壓回路電壓的竊電行為。
二、常規(guī)電子式電能表在防竊電方面的缺陷
在傳統(tǒng)的電子式電能表設(shè)計(jì)中，由于以下幾種原因，導(dǎo)致它們不能較完善的檢測或處理竊電行為。僅使用進(jìn)線端的電壓和火線的進(jìn)出端所流經(jīng)的電流作為電能計(jì)量的依據(jù)；大多數(shù)沒有使用很可靠的鉛封；一些竊電方式很容易操作，但是很難檢測，對于即使是非常簡單的竊電行為也無能為力。
三、電子式電能表的防竊電功能研究
（一）表殼和電表箱的防竊電技術(shù)。表殼是對付竊電的第一道防線。這就要求電力系統(tǒng)的管理人員加強(qiáng)自身管理的同時，也要對使用的電能表提出要求：采用聚碳酸酯的表殼或者金屬的表殼，電表有出廠鉛封，把電能表表殼通過焊接膠合，要打開電表就必須損壞它，以此來對抗竊電行為。使用特制的電表箱也能抑制一些竊電行為的發(fā)生。如鉛封電表箱，盡量減小導(dǎo)線周圍的間隙，增加旁路電流、反接電能表等竊電行為的難度。如果必要，還可以在電表箱內(nèi)添加檢測設(shè)備，以檢測竊電者對電表箱箱門的非法打開。
（二）防磁場干擾竊電。永久磁場和電磁場都會影響電表的正常計(jì)量。竊電者在電表附近放置強(qiáng)磁磁鐵或大線圈都能干擾電表的正確計(jì)量，達(dá)到竊電的目的。強(qiáng)磁磁鐵還能使電源變換的變壓器鐵心飽和，導(dǎo)致電能表的工作直流電壓降低或者消失。強(qiáng)磁磁鐵靠近表殼將減小功率的測量值，甚至能將功率減小到0。由于磁鐵的影響范圍比較小，所以電流互感器在表殼內(nèi)的位置對抵御磁鐵的干擾是相當(dāng)有幫助的。大線圈產(chǎn)生的電磁場會影響電能表中大多數(shù)的元器件，例如，錳銅電阻、電流互感器、核心的電子器件等。為防止磁場干擾，電能表內(nèi)部元器件的位置及其安裝位置是非常重要的。應(yīng)把易受磁場影響的敏感器件盡量放置在貼近電能表背面的地方，因?yàn)橥ǔ８`電者很難從電能表背后干預(yù)電表的正確計(jì)量；應(yīng)保持易受磁場影響的敏感器件遠(yuǎn)離電能表的頂部和兩邊，因?yàn)轫敳亢蛢蛇吺侨菀渍掣酱盆F的地方。
磁屏蔽是一種非常有效的防止磁場干擾的做法，首先我們可以使用金屬外殼的電流互感器，屏蔽磁場對它的影響。其次我們可以在表殼內(nèi)襯薄層金屬，以屏蔽整個電能表模塊。但是這種做法將增大原材料、生產(chǎn)及安裝的成本。
（三）防電流不平衡竊電。正常的電流不平衡體現(xiàn)為接地現(xiàn)象的存在，竊電時的電流不平衡包括任何的火線和零線的測量所得到的負(fù)載電流不相等的情況，這是由于竊電者旁路部分電流，導(dǎo)致電表的測量值小于真實(shí)值。竊電者可能用簡單的短接進(jìn)出電表的接線端，這種竊電行為比較容易實(shí)施。竊電者可以在幾秒內(nèi)移除短路線，所以很難查處這種竊電。要檢測電流的不平衡就不可避免增加電表的成本，必須要額外增加一個電流傳感器，以實(shí)現(xiàn)零線的電流檢測；由于隔離原因，可以在第一路的電流通道上選用低成本的錳銅電阻，但是另一路就必須使用成本相對較高的電流互感器。對于單相表，可以同時測量火線和零線的電流來檢測電流是否不平衡。此外，還要求電能表的計(jì)量芯片具有兩個獨(dú)立的ADC來進(jìn)行兩個電流通道（火線、零線）和一個電壓通道的采樣，并自動比較兩個電流通道的電流大小，實(shí)現(xiàn)電流不平衡時的檢測和防竊電測量。
（四）防電流反向竊電。調(diào)換進(jìn)出線或者利用變壓器施加低壓反向大電流是竊電者經(jīng)常采取的竊電行為。竊電者企圖讓電表負(fù)計(jì)量，使汁量值向后退，這種竊電行為比接地或旁路電流的竊電行為更具侵害性。電流反接時的防竊電，要求計(jì)量模塊有自動檢測電流反向功能，不需要任何的輔助元器件就能實(shí)現(xiàn)電流反向的檢測。同時，可以給電能計(jì)量模塊預(yù)置電流反向時的處理方式，如電流反向時取功率或電能的絕對值為測量值等等。
（五）防移除電壓竊電。移除電壓表現(xiàn)為移除電表接線中的一路，通常竊電者移除零線，使得電表沒有電網(wǎng)電壓的進(jìn)入，導(dǎo)致電表不能正常計(jì)量或不能工作。對付這種竊電行為，可用一個低成本的電流互感器CT，從其余的連接電表導(dǎo)線中流經(jīng)的電流上竊取很小的電能給電能表供電，使電能表實(shí)現(xiàn)防竊電測量。由于受到電能表成本、電能表表殼的尺寸以及電子元器件能夠承受的最大電流等諸多因素的影響，選擇從電流上竊電的CT是受限制的，因此能從電流上竊電給電能表供電的電能也受限制。當(dāng)負(fù)載電流大于1A-2A時應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電能表的防竊電測量，而當(dāng)負(fù)載電流很小時，能從電流上竊取的電能將不能勝任電能表供電，因此，需要采用低功耗計(jì)量芯片。
四、結(jié)束語
通過改進(jìn)電子式電能表的設(shè)計(jì)，可方便地實(shí)現(xiàn)防竊電功能，有效地防范竊電現(xiàn)象的發(fā)生。雖然防竊電電能表價(jià)格相對偏高，但相對于竊電造成的損失還是很小的。如今，筆者所在的望都縣供電公司已經(jīng)為大用戶（專變用戶）全部實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程抄表，監(jiān)控中心隨時可以通過網(wǎng)絡(luò)對大用戶的電流、電壓、用電量、功率因數(shù)、停送電、開關(guān)電能表箱等情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效的從各個途徑遏制了竊電。
參考文獻(xiàn)：
[1]李衛(wèi)東：《淺議集中式電能表的設(shè)計(jì)思想》。北京：2001.5。
關(guān)鍵詞 電子式電能表；防竊電；負(fù)荷管理系統(tǒng)；用電檢查
中圖分類號TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）37-0173-02
0 引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量逐年攀高，而竊電問題也愈加突出，據(jù)保守估計(jì)，我國每年因竊電導(dǎo)致的電能損失高達(dá)200億，從供電企業(yè)角度講，會導(dǎo)致企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，影響企業(yè)發(fā)展，從全局考慮則會影響國家利益和社會和諧穩(wěn)定[1-3]。當(dāng)前的形勢是電子式電能表逐步全面代替感應(yīng)式機(jī)械電能表，有針對性的竊電手段也趨于隱蔽化和科技化，增大了檢查的難度。本文立足于現(xiàn)代用電管理與電子式電能表計(jì)量，探討竊電手段與竊電防范措施。
竊電的方法多種多樣，但其主要類型和常見方法有以下幾種[3-5]：1）利用表殼或電表箱的漏洞，開箱開蓋對電表進(jìn)行改造；2）利用外部磁場干擾電表的正常計(jì)量；3）移動、改變、移除電能表的正常接線，增加外部導(dǎo)線，減少進(jìn)入電能表的電流、降低電能表測量電壓以減少電表的計(jì)量；4）增加二極管、電阻、電容等額外器件，以改變回路電壓的波形、相位，從而減少計(jì)量。
1 利用負(fù)荷管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)竊電
電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，又稱負(fù)控系統(tǒng)，是當(dāng)前廣泛采用的一種負(fù)荷管理手段，其終端一般安裝在用戶變電站中，通過無線電傳送方式，從終端獲取采樣數(shù)據(jù)，對用戶需求進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并將用電數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。通過對存儲數(shù)據(jù)的分析和處理，可以發(fā)現(xiàn)竊電及漏計(jì)量等隱患，特別適用于當(dāng)前高科技竊電的情況。其主要方法包括用電分析、采樣數(shù)據(jù)分析、用電異常監(jiān)測等。
用電分析法是通過負(fù)控系統(tǒng)的用電量與用戶以往的用電情況進(jìn)行比較。如果用戶生產(chǎn)情況變化不大，而統(tǒng)計(jì)電量突然減少，便可作為重點(diǎn)檢查對象。這種方法主要針對用戶竊電時采用將計(jì)量互感器短路、短路、某相旁路等方法，這種方法的結(jié)果在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為較少為原數(shù)據(jù)的1/2，1/3等，個別情況甚至為0。
采樣數(shù)據(jù)分析法是將終端采樣得到的電流電壓數(shù)據(jù)，進(jìn)行電能計(jì)算，與終端電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果發(fā)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的計(jì)算量與終端電表的實(shí)際測得量相差較大時――一般超過30%認(rèn)為較大――則需要對終端電表進(jìn)行實(shí)地檢查，這種方法主要針對于用戶更改計(jì)量用TA/TV，而采樣數(shù)據(jù)來自于其他TA/TV，因此通過二者累計(jì)電量的對比便可發(fā)現(xiàn)可能的竊電。
用電異常監(jiān)視法，主要針對于某相電壓或電流的數(shù)據(jù)突然變化、或與其他相相比異常大或異常小的情況，則由負(fù)控系統(tǒng)告警，進(jìn)而進(jìn)行現(xiàn)場檢查，不但可以發(fā)現(xiàn)竊電情況，還可以避免因TA/TV損壞導(dǎo)致的計(jì)量損失。
電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的有效利用，成為了發(fā)現(xiàn)竊電極為有效的方法，特別是在現(xiàn)場檢查不便的情況，可以及時從監(jiān)控端發(fā)現(xiàn)并提醒。
2 用電檢查發(fā)現(xiàn)竊電及解決竊電
用電檢查是查找現(xiàn)場故障點(diǎn)、確認(rèn)竊電狀況予以處理，以及發(fā)現(xiàn)用電安全隱患的有效措施。通過電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析，只能查找到可能的竊電，而現(xiàn)場的用電檢查則是必須的步驟?？紤]到電子式電能表的特殊性，本文不重復(fù)介紹傳統(tǒng)電能計(jì)量中常用的檢驗(yàn)方法，僅介紹電子式電能表專用的現(xiàn)場檢查措施，需要指出的是，傳統(tǒng)檢查方法仍然是非常有效的方法。
1）檢查是否存在電表箱、電能表表盤、鉛封的損壞狀況，一旦發(fā)現(xiàn)，細(xì)致檢查內(nèi)部有無改造情況，有無外接器件、外接回路等可能造成計(jì)量損失的部分。由于電子式電能表有電流電壓顯示方式，因此可以通過使用鉗形電流表等外接測量工具，對比實(shí)測電流電壓與電能表顯示的電流電壓對比，發(fā)現(xiàn)是否存在竊電情況；
2）雖然電子式電能表在設(shè)計(jì)時考慮到了強(qiáng)磁影響，但部分廠家出于成本考慮，其實(shí)際產(chǎn)品屏蔽效果常常不足以保證電能表在強(qiáng)磁狀況下正常工作?，F(xiàn)場檢查時，應(yīng)對電能表的磁屏蔽設(shè)置，現(xiàn)場的磁場強(qiáng)度進(jìn)行特別檢查，防止利用強(qiáng)磁影響計(jì)量；
3）對電能表計(jì)量數(shù)值、內(nèi)部軟件的檢查。由于電子式電能表需要通信接口，如RS485、RS232、紅外接口等，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)竊電者利用通信接口的數(shù)據(jù)傳輸功能，竊取電表內(nèi)部核心程序及密碼，通過修改內(nèi)部程序，計(jì)量數(shù)值清零或設(shè)置數(shù)值，還有通過改變內(nèi)部時鐘，利用分時計(jì)價(jià)，達(dá)到高價(jià)時段低價(jià)計(jì)費(fèi)的目的。這就需要現(xiàn)場檢查時對可能發(fā)生的情況，進(jìn)行細(xì)致檢查電表外部以及通信接口的連接良好，采用核對以往的記錄數(shù)據(jù)，查看軟件信息方法等方法進(jìn)行全方位檢查。
3 加強(qiáng)宣傳教育遏制竊電
檢查、處理等方法都是補(bǔ)救手段，隨著當(dāng)前竊電方式層出不窮，檢查難度越來越高，而現(xiàn)場檢查和處理也使供電營銷管理人員窮于應(yīng)付，浪費(fèi)了大量資源，提高了供電公司的運(yùn)行成本，從根本上解決問題，還是需要廣大電力用戶的提高用電意識，自覺地避免竊電。而對用戶加強(qiáng)宣傳教育，成為了一種最為有效的方法。
通過網(wǎng)絡(luò)、電視、紙質(zhì)媒體等多種方法進(jìn)行宣傳，應(yīng)利用群眾喜聞樂見的方法，如漫畫、動畫、公益廣告等形式，宣傳中除了體現(xiàn)法規(guī)對于竊電行為的嚴(yán)肅處理外，還應(yīng)體現(xiàn)人性化內(nèi)容，如竊電的危害、非法改裝的安全隱患以及對用戶自身可能造成的損失等。同時，應(yīng)號召廣大群眾相互監(jiān)督，通過廣大群眾發(fā)現(xiàn)竊電不法行為，為供電公司提供線索，充分發(fā)揮廣大群眾的力量，并給予獎勵。此外，多種推廣節(jié)能節(jié)電措施方法的宣傳，使用戶通過合理的方法降低電能使用量，通過有計(jì)劃的錯峰用電來從而減少用戶的用電費(fèi)用。
4 結(jié)論
隨著電子式電能表的廣泛采用和用戶側(cè)管理手段的采用，竊電手段趨于隱蔽化、科技化，竊電的發(fā)現(xiàn)難度越來越高。通過電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，可以通過比較、統(tǒng)計(jì)等方法發(fā)現(xiàn)可能的竊電情況，通過多種方法的現(xiàn)場檢查，可以核對是否實(shí)際的竊電。而通過以網(wǎng)絡(luò)為代表的多種媒體，進(jìn)行有效地宣傳教育，可以遏制少數(shù)用戶的竊電行為，更可以號召廣大用戶為遏制竊電行為出一份力，共同維護(hù)公平用電，通過節(jié)電等措施來節(jié)省用電費(fèi)用。
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Abstract： Super capacitor， also known as Fala capacitor. Super capacitor is safe， energy saving， environmentally friendly and reusable. So it has increasingly become the theme of power supply of all kinds of electronic products such as car audio， telephones， smart appliances， meters， tax control machine， vehicle traveling data recorder， children toys， recorder， and lamps. This paper mainly introduces the general idea of the power supply of the backup data in the electronic energy meter， and introduces the super capacitor selection， charging circuit design， PWM modulation control circuit and discharge circuit design. The design has the characteristics of energy saving， long service life， saving device and human cost.
關(guān)鍵詞： 超級電容；電子式電能表；充電電路；PWM控制電路；放電電路
Key words： super capacitor；electronic watt-hour meter；charging circuit；PWM control circuit；discharge circuit
中圖分類號：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）03-0106-03
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，電子式電能表取代機(jī)械式電能表已近完成，而電能表作為電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，其數(shù)據(jù)安全對于國家電網(wǎng)、電力局和終端客戶都是最為重要的內(nèi)容。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1986年以來國內(nèi)電能表更替數(shù)量約10億只，其中電子式電能表已超過4億只，亦有4-5億只迭代需求，另海外有至少5億只的市場容量，作為電子式電能表的心臟―電源，直接關(guān)系到電能表的使用壽命和數(shù)據(jù)安全。目前絕大多數(shù)電子式電能表用鋰電池，鋰電池本身固有缺陷如不可重復(fù)利用，污染環(huán)境，廢電池不易回收，環(huán)境溫度過高易發(fā)生爆炸等。在此種背景下，電容器的發(fā)展逐漸達(dá)到法拉級，并且具有10萬次以上的充電壽命，過充過溫?zé)o危險(xiǎn)，大能量體積比，被各界稱為環(huán)保綠色能源。另外由于等體積超級電容所含的電能接近鋰電池的容量，所以超級電容作為一種新型儲能裝置，具有顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢，可以在某些領(lǐng)域取代傳統(tǒng)蓄電池?？紤]設(shè)計(jì)一種電路，超級電容能適合不同的供電電源，整個電能表平穩(wěn)工作，從而為電能表數(shù)據(jù)安全的提供可靠保障。
電路總體架構(gòu)：
本設(shè)計(jì)電路總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括充電電路、PWM調(diào)制控制電路、超級電容電路、放電電路。
架構(gòu)圖可以清晰看出，充電電路經(jīng)過PWM調(diào)制控制電路，對超級電容選擇電路的充電，進(jìn)而通過放電電路實(shí)現(xiàn)對主板的供電。各個電路參數(shù)相互影響，故設(shè)計(jì)上，需綜合考慮才能使整改電路利用更實(shí)用更可靠。
整個實(shí)際電路設(shè)計(jì)主要從以下方面考慮：
A、 超級電容選型；
B、 充電電壓設(shè)計(jì)；
C、 PWM調(diào)制控制與供電電源相關(guān)性；
D、 超級電容電壓檢測與主芯片運(yùn)行機(jī)制；
E、 放電電阻選型。
基于上述幾方面考慮，整體參考電路圖如圖2所示。
各參數(shù)解釋如下：
VCC：超級電容充電電壓；
VBAT：主芯片掉電供電電壓；
CAPCON：PWM調(diào)制引腳；
XJ1：超級電容短接點(diǎn)；
JP5：超級電容電壓測試點(diǎn)；
R918：充電限流電阻；
V909：PNP型三極管；
910：雙二極管或二極管
R925：V909基極射極反饋電阻；
R927：基極限流電阻；
V911：NPN型三極管；
R929：V911基極射極反饋電阻；
R932：基極限流電阻；
C920：超級電容1；
C923：超級電容2；
C919：超級電容3；
C918：超級電容4。
結(jié)合參考電路設(shè)計(jì)，對各方面注意點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析闡述。
1 超級電容選型電路
超級電容選型電路，如圖3所示。
1.1 超級電容定義
超級電容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名電化學(xué)電容器（Electrochemical Capacitors），雙電層電容器（Electrical Double-Layer Capacitor）、法拉電容。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。
1.2 超級電容主要參數(shù)
電壓、容量、極性、溫度、自放電與漏電流等。
1.3 超級電容分類
按作用原理：主要劃分成雙電層型超級電容器、贗電容型超級電容器等兩大類；
按電解質(zhì)：主要包括水性電解質(zhì)、有機(jī)電解質(zhì)兩大類；
按外形： 主要分為柱狀、紐扣狀（V型、H型、C型）兩大類；
按溫度特性：主要分為普通、抗高溫型兩大類。
1.4 超級電容選型
超級電容在電子式電能表中應(yīng)用主要從下幾方面篩選：
①電壓：電子式電能表系統(tǒng)電源為3-5V系統(tǒng)不等，而在該范圍可以柱狀體單顆2.75V或3V，紐扣狀單片1.4V或2.75V，所以大多數(shù)使用需選擇兩顆串聯(lián)方式已達(dá)到系統(tǒng)使用條件，但此時需注意兩顆串聯(lián)需加平衡電路或轉(zhuǎn)對批次進(jìn)行嚴(yán)格篩選，否則可能出現(xiàn)單顆過沖損壞現(xiàn)象；
②容量：根據(jù)掉電使用時間或數(shù)據(jù)保存時間進(jìn)行選擇，一般選擇常規(guī)值有0.22F，0.5F，1.0F，1.5F，2F，4F，5F等，使用過程中可據(jù)實(shí)際情況選擇搭配，如單顆無法滿足需求可使用兩顆或多顆并聯(lián)達(dá)到理想容值；
③溫度：根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境溫度進(jìn)行選擇，普通溫度為-25-65℃，抗高溫為-25-85℃。另溫度對電容壽命影響較大，業(yè)內(nèi)一致認(rèn)定溫度每升高10℃，壽命減少一倍；
④外形：根據(jù)實(shí)際PCB尺寸，盡可能選擇小型化，柱狀或V型紐扣狀，以實(shí)現(xiàn)盡可能少占空間。
基于上述幾方面原因整體參考電路分別配置并聯(lián)（C920、C923并聯(lián)）、串聯(lián)（C919、C918串聯(lián)）方式原理圖，XJ1為生產(chǎn)短接點(diǎn)，JP5為超級電壓測試點(diǎn)，主要考慮產(chǎn)品生產(chǎn)所用，具體使用可據(jù)實(shí)際情況靈活選擇。
另需注意：超級電容制作過程本來無極性，僅出廠前進(jìn)行充電后確認(rèn)極性，實(shí)際使用過程中反響充電不會壞，但影響使用壽命和實(shí)際容量。
2 充電電路設(shè)計(jì)
充電電路主要包括VCC、R918、V909、VD910，如圖4所示。
2.1 超級電容充電電壓
VCC為超級電容充電電壓，該值根據(jù)主芯片或備用電源系統(tǒng)進(jìn)行選擇，同時結(jié)合超級電容額定電壓、控制電路三極管壓差和二極管壓差綜合考慮，如主系統(tǒng)工作范圍為2.7-5V，工作范圍較寬，工作時間為40h，V909導(dǎo)通電壓為0.3V，VD910導(dǎo)通電壓0.3V，故此時VCC選擇應(yīng)為5.5V，以為落在超級電容兩端實(shí)際為4.9V，如此設(shè)計(jì)可既滿足電壓設(shè)計(jì)有留有余量，因?yàn)槌潆婋妷涸跍囟壬愿咔闆r下，亦會影響超級電容本身壽命，部分生產(chǎn)廠家非正式提出對應(yīng)關(guān)系，充電電壓每下降0.1V，超級電容壽命增加1倍，但需要實(shí)際數(shù)據(jù)支撐。
2.2 充電限流電阻
R918為充電限流電阻，該電阻阻值選擇主要取決于充電電源供電能力。阻容電源供電能力較弱，選用阻值需相對較大，是整個充電電流在5-10mA，以上述4.9V充電電壓為例，阻容半波電源宜選用5mA，電阻應(yīng)為980歐，但選標(biāo)稱阻值應(yīng)為1k歐，具體可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自選，可參考計(jì)算公式，如公式1所示。
R=U/I （1）
2.3 控制三極管
控制二極管主要作用為控制充電的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子式電能表電源的穩(wěn)定；V909為PNP型三極管主要考慮控制方向、功耗等級、壓差，根據(jù)實(shí)際電路而定，現(xiàn)參考電路選擇PNP性三極管集電極發(fā)射機(jī)導(dǎo)通后電壓為0.3V左右，高溫情況下，壓差會有所減少。
2.4 二極管
VD910二極管主要起到單相導(dǎo)通作用，防止超級電容電壓反灌會充電回路，可據(jù)實(shí)際電路選用肖特基（肖特基二極管為0.3V）或普通二極管（4007二極管為0.7V），一般壓差越小越理想。
3 PWM調(diào)制控制電路
3.1 PWM波形調(diào)制原理
PWM波形有三個參數(shù)，分別為周期T，脈沖寬度t1，脈沖空寬度t2。三者關(guān)系為T=t1+t2。
該P(yáng)WM調(diào)制波型和充電電源供電能力和超級電容兩端電壓有關(guān)系。如充電電源供電能力較弱或超級電容電壓較高，可PWM調(diào)制波可控制占空比較小，其他可據(jù)后續(xù)變化，按比例調(diào)整占空比，可參考公式，如公式（2）所示。
τ=t1/T（2）
τ為占空比。
PWM波形調(diào)制，實(shí)際調(diào)制脈沖寬度t1，即τ值。
CAPCON為芯片控制引腳，取決于芯片定時器輸出的數(shù)字信號，直接控制開關(guān)三極管的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超級電容的充電狀態(tài)。
3.2 開關(guān)三極管
V909、V911為PWM調(diào)制控制電路開關(guān)三極管，主要根據(jù)控制腳的指令驚醒通斷點(diǎn)，該處三極管選擇盡可能壓差小為優(yōu)，另選擇PNP、NPN型相互配合。
3.3 反饋電阻
R925、R929為兩個開關(guān)作用三極管反饋電，阻值可據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
3.4 限流電阻
R927、R932為限流電阻，控制開關(guān)三極管的基極，阻值可據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
4 放電電路
放電電路如圖6所示。
4.1 保護(hù)電阻
R931為放電電路保護(hù)電阻，防止靜電等意外高壓對主芯片I/O口的沖擊，同時防止超級電容的過放，該阻值選擇一般需考慮電阻功耗、放電電流、芯片工作范圍，需據(jù)實(shí)際電路選擇標(biāo)稱阻值，兼顧阻值盡可能小原則，如放電電電流為30uA，最小電壓工作范圍2.7V，R931選用了0.125W，5.1歐電阻。
4.2 電壓檢測引腳
VBAT為芯片掉電供電引腳同時具備電壓檢測功能，芯片需據(jù)該點(diǎn)電壓值進(jìn)行PWM調(diào)制波型，另掉電后可據(jù)電壓檢測實(shí)際值，調(diào)整軟件處理方式，從而提高數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。如檢測到電壓已掉落到工作范圍邊緣，軟件可控制不進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和其他數(shù)據(jù)處理，程序僅運(yùn)行值規(guī)定的范圍內(nèi)知道電源恢復(fù)正常為止，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性運(yùn)行。
作為電子式電能表備用電源，本設(shè)計(jì)與鋰電池對比如表1。
5 總結(jié)
超級電容器作為新興的電源方案，其無以倫比的優(yōu)勢，逐漸在各行各業(yè)廣泛使用，但在使用過程中并非每一個方面都是優(yōu)越的，這就要求在運(yùn)用超級電容器時能熟練掌握該裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。受到制造技術(shù)的限制，我國在使用超級電容器時還存在安裝、調(diào)試、材料等方面的不足。不少設(shè)備因盲目使用超級電容器造成電路故障，影響了整個設(shè)備性能的發(fā)揮。
本設(shè)計(jì)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路，且在電子式電能表上已經(jīng)過大量時間、實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，可高效、可靠的應(yīng)用于電子式電能表上，其他電子產(chǎn)品可據(jù)上述分析，適度取用。
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[關(guān)鍵詞]電能 感應(yīng)式電能表 全電子式電能表
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。感應(yīng)式電能表已有100多年的歷史,當(dāng)前突出的問題是:合格率低,超差嚴(yán)重。有的產(chǎn)品最大實(shí)測基本誤差竟高達(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,磨損的后果使表計(jì)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。
1.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。
2.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。
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)比較如下:(帶“*”號者,是根據(jù)樣本實(shí)測的結(jié)果)。項(xiàng)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 *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(jià)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。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(jià)制已是理所當(dāng)然。
要推行多種電價(jià)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(jì)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(jì)量,以作為分時電價(jià)結(jié)算的依據(jù)。分時段計(jì)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(jì)算機(jī)的輸入口,輸入給計(jì)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(jià)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。
關(guān)鍵詞：電子式電能表 電能計(jì)量
1 概述
現(xiàn)代企業(yè)管理強(qiáng)調(diào)自動化、智能化，要求以高新技術(shù)手段確保經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)配電能的使用，以求更高的供用電效率，這便對電能計(jì)量儀器儀表提出了多功能化的要求，希望它不僅能計(jì)量電能，而且也能應(yīng)用于管理。作為測量電能的專用儀表自誕生至今已有一百多年的歷史，最早出現(xiàn)且至今仍在普遍采用的感應(yīng)式電能表雖然結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高且價(jià)格便宜，但其功能單一，測量準(zhǔn)確度較低，已不能適應(yīng)電力企業(yè)供用電管理現(xiàn)代化飛速發(fā)展的需求，正逐步被電子式電能表所替代。
2 電子式電能表的特點(diǎn)
電子式電能表采用電子技術(shù)，將單相或三相交流功率轉(zhuǎn)換為脈沖量或數(shù)字量，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理以及擴(kuò)展功能。與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表相比，具有很大優(yōu)勢，電子式電能表的特點(diǎn)是高技術(shù)、高工藝、高效益，它使電能表從傳統(tǒng)的勞動密集型變?yōu)榧夹g(shù)密集型。
現(xiàn)將其主要特點(diǎn)分析如下：
2.1 測量精度高
電子式電能表是在數(shù)字式功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采用電子乘法器實(shí)現(xiàn)對電功率的測量，使其在很寬的電壓、電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)1.0級及以上高精度的電能測量。與普通感應(yīng)式電能表相比，其測量精度高主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：
2.1.1 測量誤差小
1.0級電子式電能表誤差很容易控制在±0.5%以內(nèi)、0.5級表在±0.2%以內(nèi)、0.2級表可達(dá)到±0.1%以內(nèi)，而感應(yīng)式電能表由于存在磨擦力矩等因數(shù)的影響，誤差較大，達(dá)到0.5級已很不易，若要進(jìn)一步提高就顯得十分困難。
2.1.2 誤差曲線平直
電子式電能表從負(fù)載下限到最大負(fù)載，誤差數(shù)據(jù)基本不變，在整個負(fù)荷范圍內(nèi)曲線保持平直，表計(jì)誤差易于調(diào)整。而對于感應(yīng)式電能表，由于受其工作原理和制造工藝所限，在最小負(fù)載和最大負(fù)載情況下測試，其誤差數(shù)據(jù)各有不同，在整個負(fù)荷范圍內(nèi)誤差曲線不平直，表計(jì)誤差的調(diào)整比較困難。
2.1.3 誤差性能穩(wěn)定
電子式電能表每年的校驗(yàn)數(shù)據(jù)變化較小，而感應(yīng)式電能表由于存在機(jī)械磨損等因素，必須定期進(jìn)行誤差調(diào)整校驗(yàn)，這對于大用戶表計(jì)可以這樣處理，而對于小用戶及居民用戶，則很難實(shí)現(xiàn)。
2.2 本身功耗低
電子式電能表接入PT二次回路后，電壓二次回路的輸入電流僅為10mA左右，感應(yīng)式表則有70-100mA，而且一只電子式電能表可同時實(shí)現(xiàn)有功、無功及最大需量測量，即至少取代三只感應(yīng)表，可適當(dāng)減小PT二次回路壓降，這對于提高電能計(jì)量精度、減小電量損失作用較大。
2.3 操作簡便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方測量
2.3.1 受安裝位置影響較小
感應(yīng)式電能表由于受原理的限制，對其安裝位置尤其是懸掛垂直角度要求很高，否則會影響精度及壽命。而對于電子式電能表，由于采用電子技術(shù)，其精度取決于采樣及運(yùn)算的準(zhǔn)確度，受安裝位置的影響較小。
2.3.2 便于實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場校驗(yàn)
電子式電能表的電能脈沖有LED閃爍、直接輸出、繼電器或光電耦合輸出方式，可方便地與校驗(yàn)設(shè)備連接，便于實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場校驗(yàn)。
2.3.3 抄表方便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量
電子式電能表以LCD屏顯示時間、表號、電量數(shù)據(jù)及監(jiān)測信息，所有的電量數(shù)據(jù)都配以相應(yīng)的代碼自動循環(huán)顯示，這使得抄表人員一目了然，也可以通過紅外抄表器或掌上電腦抄表。此外，電子式電能表配有脈沖輸出端子及數(shù)據(jù)通信接口，很容易實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的采集與傳送，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表。
2.4 引入單片機(jī)后，可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展
2.4.1 計(jì)量功能及復(fù)費(fèi)率
電子式電能表利用單片機(jī)處理與控制技術(shù)，可方便地實(shí)現(xiàn)正、反向有功，感、容性無功或四象限無功的累計(jì)和多月電量的存儲，并依據(jù)內(nèi)部時鐘分時計(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)時段/費(fèi)率功能。同時，又具有最大需量計(jì)算功能，并很方便地改變需量積分周期和滑差時間。因而一只電子式多功能電能表，可以取代正、反向有功、無功電能表及需量表。
2.4.2 輔助測量功能
電子式多功能電能表可以測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)等參數(shù)，以利于值班人員監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)；表計(jì)本身還可以根據(jù)這些參數(shù)，記錄用戶負(fù)荷曲線。
2.4.3 故障記錄及判斷功能
電子式多功能電能表主要有失壓次數(shù)及失壓累計(jì)時間記錄、接線方式判別、編程時間及次數(shù)記錄、異常情況報(bào)警等功能。這些功能對于防止非法操作、判別竊電、追補(bǔ)損失電量有很大幫助。如人為斷相，則LCD屏有缺相指示，失壓記錄中記載失壓時刻，失壓相別及失壓累計(jì)時間等數(shù)據(jù)，可以很清楚地掌握表計(jì)運(yùn)行狀態(tài)。
3 電子式電能表應(yīng)用中的相關(guān)問題
電子式電能表是電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著科技發(fā)展與電能計(jì)量管理的逐步現(xiàn)代化，取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表已是必然趨勢。在逐步推廣過程中，必然會不斷改進(jìn)與完善，下面提出一些應(yīng)用中的相關(guān)問題，供業(yè)內(nèi)同行參考：
3.1 可靠性問題
大規(guī)模專用集成電路的應(yīng)用，使得電子式電能表結(jié)構(gòu)大為簡化，可靠性有了較大提高，但一些關(guān)鍵器件如大屏幕LCD，無論對于國產(chǎn)表還是進(jìn)口表，仍有些問題存在。比如：剛察縣海塔爾煤礦地處海拔3800米左右，常年平均氣溫在零下1℃～3℃之間，最低可達(dá)零下28℃，這將會使無保暖設(shè)施的計(jì)量裝置不能可靠運(yùn)行，特別是電子式電能表的LCD液晶屏常常無法正常顯示，影響電能的準(zhǔn)確計(jì)量。還有抗干擾能力與抗過電壓能力，對于高壓表計(jì)，由于PT的隔離作用與電壓波動小而問題不大，但對于低壓表，由于電壓回路直接接入電網(wǎng)，則存在電網(wǎng)浪涌沖擊或其它干擾信號與電網(wǎng)電壓長時間偏高而造成電子式電能表損壞的情況。
3.2 電流互感器的選取問題
典型的電子式電能表電壓回路功耗小于5VA，電流回路功耗小于1VA，若再采用計(jì)量專用二次回路，電流互感器幾乎接近空載運(yùn)行，不符合規(guī)程要求的電流互感器二次負(fù)載應(yīng)在25%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行的要求。在這種情況下，CT誤差為正，且可能會超出允許值，這是應(yīng)該重視的問題。以往CT的選限，是依據(jù)感應(yīng)式電能表的負(fù)載特性而定的，采用電子式電能表后，應(yīng)作一些相應(yīng)的規(guī)定。
3.3 表內(nèi)信息代碼統(tǒng)一化問題
目前進(jìn)口表，已根據(jù)要求采用了統(tǒng)一的顯示代碼，對于國產(chǎn)表，在難以完全統(tǒng)一的情況下，對于抄表所需的數(shù)據(jù)，代碼也要求與進(jìn)口表一致。這樣，無論對于人工抄表還是自動抄表，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一化，簡單化。
3.4 手持抄表器，通訊光電頭的統(tǒng)一問題
目前，無論是進(jìn)口表還是國產(chǎn)表，都配有自己的抄表器和通訊光電頭，這樣對于現(xiàn)場工作人員來說，需要多種型號齊備，配套使用，累贅而又麻煩。建議采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)輔助設(shè)備，不同廠家配件均能通用，這在技術(shù)上是容易實(shí)現(xiàn)的。
3.5 不可盲目要求多功能
電子式電能表采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可擴(kuò)展多種功能。有的制造商被盲目要求做多種費(fèi)率、多種時區(qū)、多種時段、多月存貯電量及負(fù)荷曲線等其它輔助功能。這不僅不符合我國的實(shí)際情況，而且功能的增多反而會影響電子式電能表的可靠性。應(yīng)該認(rèn)識到這只是一只電能表，除要求必需的電量數(shù)據(jù)外，輔以相應(yīng)的運(yùn)行監(jiān)測所需的時間、電池狀態(tài)、接線狀態(tài)、電表編號、失壓記錄、脈沖輸出及數(shù)據(jù)通訊接口就可以了。這樣既可以保證電能表運(yùn)行的可靠性和應(yīng)用的簡潔性，又降低了成本。
3.6 人員培訓(xùn)問題
目前從事電能計(jì)量工作的人員，以往學(xué)習(xí)較多的是感應(yīng)式電能表的原理與調(diào)校。電子式電能表由于技術(shù)上完全采用電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，對電能計(jì)量人員更多的要求則是測試、運(yùn)行狀態(tài)判別、一般故障處理、脈沖輸出與通訊接口的熟悉。這就要求老人員要利用已掌握的電能計(jì)量基礎(chǔ)，加強(qiáng)電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)方面的學(xué)習(xí)，逐步掌握電子式電能表的原理、應(yīng)用及維護(hù)。同時，上級主管部門應(yīng)加強(qiáng)這一方面的培訓(xùn)，以利于電子式電能表的正常運(yùn)行與推廣。對于新人員，應(yīng)考慮引進(jìn)具有一定電子技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)的畢業(yè)生，以利于熟悉與掌握電子式電能表的技術(shù)和運(yùn)用管理。
4 結(jié)束語
供用電管理系統(tǒng)的逐步自動化與現(xiàn)代化，向作為管理基礎(chǔ)的電能計(jì)量儀器儀表不斷提出新的更高的技術(shù)要求，依托于計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)的日新月異而迅速發(fā)展的現(xiàn)代電子式電能表技術(shù)，也必將在更廣泛地應(yīng)用過程中，推動并加快用電管理系統(tǒng)的自動化與現(xiàn)代化進(jìn)程。
【參考文獻(xiàn)】
關(guān)鍵詞：電子式電能表 原理及特點(diǎn) 電能計(jì)量
電子式電能表有兩部分構(gòu)成規(guī)模較大的集成電路，分別是數(shù)據(jù)處理單元以及電能測量單元。電子式電能表除了具有普通電能表中的計(jì)量功能之外，還擁有測量、分時等多種功能，同時它還能夠顯示、輸出以及儲存數(shù)據(jù)。電子式電能表與機(jī)電式電能表相比具有較大的優(yōu)勢，電子式電能表準(zhǔn)確率高、故障率低、誤差曲線平直、功能消耗低、功率因數(shù)補(bǔ)償較強(qiáng)、符合性能好，防竊電強(qiáng)、有預(yù)付費(fèi)功能、應(yīng)用領(lǐng)域廣發(fā)等優(yōu)勢。電子式電能表根據(jù)自身的特征可分為：基波電能表、單相預(yù)付費(fèi)電能表、多用戶電能表、單相電子式電能表、防竊電電能表、單相復(fù)費(fèi)率電能表。
一、電表概述
隨著電力工業(yè)的到來以及發(fā)展，都需要對發(fā)電、配電以及輸電等管理進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量。電表的使用迄今為止已有一百多年的歷史了，早期使用的感應(yīng)式電表較多，但是該電表的功能簡單，而且準(zhǔn)確度較低，已經(jīng)逐漸不適應(yīng)現(xiàn)今時代的需求了。在八十年代國外就有很多公司已經(jīng)開始研發(fā)全能電表了，而我國是在90年代后才開始引進(jìn)電表研發(fā)技術(shù)。到90年代后期，才出現(xiàn)相對較為成熟的技術(shù)。在1994年江蘇省開始使用三相電子電表，但是這些電表主要是國外生產(chǎn)的，之后隨著我國電表技術(shù)的成熟，國產(chǎn)電子式電表才在我國進(jìn)行推行使用。1993年在蘇州開始有單相電子式表的出現(xiàn)，之后全省在投入使用。
二、電子式電能表的特點(diǎn)及原理
（一）基波電能表
由于電氣化鐵道使用的大功率整流的現(xiàn)象普遍存在，以及電弧爐在鋼鐵行業(yè)的普遍使用現(xiàn)象，造成大量的諧波在電網(wǎng)中存在。大量諧波的存在對電力系統(tǒng)造成較低的經(jīng)濟(jì)效益，而且還影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行等?；ū砜梢酝ㄟ^軟件和硬件的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)濾波的功能，只進(jìn)行計(jì)量電能，這樣很好的解決了諧波帶來的影響。基波電能表中的軟件實(shí)現(xiàn)濾波功能是通過傅式算法進(jìn)行完成的，在這里需要DSP的強(qiáng)大功能；其中的硬件則是利用低通濾波器，對諧波進(jìn)行合理的篩選，進(jìn)而選擇正確的頻率。
與一般的電能表相比，基波表增加了低通濾波器有關(guān)的電路，在實(shí)際應(yīng)用時，就要在原來的電能表中，將電源黑板中的電壓輸送通道中的電阻進(jìn)行分壓，還有要將電流放大電路中的數(shù)值進(jìn)行合理的調(diào)整。基波表的主要特點(diǎn)就是對諧波進(jìn)行過濾，只進(jìn)行計(jì)量。
（二）單相預(yù)付費(fèi)電能表
預(yù)付電能表主是在普通的電能表基礎(chǔ)上，添加了表內(nèi)跳閘繼電器、數(shù)碼顯示器和微處理器、IC卡接口等。單相預(yù)付費(fèi)電能表可以利用IC卡接口將與IC卡連接，然后進(jìn)行預(yù)購電費(fèi)和電量數(shù)據(jù)傳輸功能的實(shí)現(xiàn)，然后實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)自動跳閘。
預(yù)付費(fèi)電能表的測量功能與一般的電能表類似，該電能表主要是通過微處理器來接收測量模塊傳來的功率脈沖，然后進(jìn)行電能記錄，同時儲存該信息，對已交電費(fèi)實(shí)施遞減剩余電費(fèi)，直到用戶出現(xiàn)欠費(fèi)情況就會發(fā)出報(bào)警信號，然后實(shí)現(xiàn)電能表的跳閘功能。而且我們可以通過IC卡接口，來判斷用戶使用的卡是否有效，是否具有購電信息的合法性。使用預(yù)付費(fèi)電表，可以解決流動性人口電費(fèi)收取情況，改變了以往的人工抄表方式，這樣也可以增強(qiáng)用戶對電屬于商品的意識，同時也提高了用電管理機(jī)構(gòu)工作的效率，減少可防竊電現(xiàn)象。但是該表的使用也具有一定的局限性，使用該電表需要增加配電管理營業(yè)廳，這樣需要投入較大的資金，相比長壽電表具有較大的功能消耗，由于電表計(jì)量的設(shè)計(jì)因素會影響對線路損壞想象無法統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象。
（三）多用戶電能表
多用戶電表具有測量輸入途徑較多，實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能，它是共用電能模塊，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是由于該電表采用的中央處理器是單片計(jì)算機(jī)。
多用戶電表利用多個電能模板進(jìn)行多個用戶電量測試，然后通過單片機(jī)進(jìn)行處理，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，通過顯示器顯示。
（四）單相電子式電能表
單相普通電表主要在居民用戶中使用，進(jìn)行收費(fèi)和電量計(jì)算，該電表的使用范圍比較廣泛。
該電表主要有一下幾個部分組成：（1）測量模塊。該模塊由電流電壓乘法器、電流和電壓交換器等組成；（2）電源回路。該部分主要是為整個電表計(jì)量直流提供電源；（3）顯示器。該顯示器可以利用液晶顯示器或是機(jī)械計(jì)量器等。對于其他部分的構(gòu)成就需要根據(jù)用戶需求進(jìn)行配置了。該電表的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單以及成本很低，同時還能進(jìn)行定量計(jì)數(shù)顯示、能夠輸出光耦功率脈沖，還有LED等功能。
（五）防竊電電能表
防竊電電表主要是在原有的電子表上進(jìn)行一定的改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)了防竊電功能。（1）防止接電流線進(jìn)行竊電。該表同普通的電能表一樣都具有對反向用電現(xiàn)象進(jìn)行沮洳正向的功能；（2）防止表外短線路接電線竊電。該表通過錳銅片的使用，使得該電表的電流回路中的電阻較小。當(dāng)進(jìn)行表外短路電線接流時，通過降低分流來預(yù)防竊電現(xiàn)象，同時該表還采用了回路判別功能。（3）加入了防竊電計(jì)量專用芯片；（4）防斷TV偷電。該電表利用全失壓記錄時間以及全失壓的次數(shù)記錄功能，通過兩個數(shù)據(jù)的顯示，讓電量追補(bǔ)功能有了實(shí)現(xiàn)的可能。（5）防軟件偷電。該電能表可以通過利用硬件加密、“安全認(rèn)證”以及軟件加密等方式進(jìn)行防偷電現(xiàn)象；（6）通過遠(yuǎn)方通信功能實(shí)現(xiàn)竊電現(xiàn)象監(jiān)控功能。該電表可以通過利用三路信息以及兩路信息比較法防止竊電。
當(dāng)電流正常流通時通過L（相）線，向N（零）線進(jìn)行流入，此時的電流是相等的，S點(diǎn)就代表的是高電平。一旦出現(xiàn)接線偷電情況，那么L（相）線與N線中的電流就會出現(xiàn)不相等現(xiàn)象，此時的S點(diǎn)就是低電平，這樣就可以判斷出是否有“跨接”偷電現(xiàn)象。
（六）單相復(fù)費(fèi)率電能表
與普通的電子表相比，復(fù)費(fèi)電能表安裝的有時鐘處理器、微處理器、顯示器以及通信接口路線等，其中的可以利用液晶或是數(shù)碼管等作為顯示器。該電表主要是通過對每時段的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后進(jìn)行計(jì)量。該電表主要是對居民用戶的用電情況進(jìn)行分時計(jì)費(fèi)。
在該電表中的串行通信接口主要有RS485接口，以及遠(yuǎn)紅外線。而時鐘模塊就是提供對應(yīng)的時間。在實(shí)際應(yīng)用中都是用黑白表的，它是復(fù)費(fèi)率表中的特例，黑白表顧名思義，只分白天和黑夜這兩個時段，費(fèi)率也是如此，在黑夜中的電價(jià)沒有白天的電價(jià)高，這引導(dǎo)用戶在晚上多用電。
結(jié)語
隨著電價(jià)制度的不斷改革，電子式電能表的使用很好的適應(yīng)了現(xiàn)代對電能用量管理的需求，根據(jù)上文分析，可以看出電子式電表的功能較多，而且種類豐富。電子式電表功能能夠?qū)崿F(xiàn)自動化計(jì)表、適應(yīng)能力強(qiáng)，而且也實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)操作，這些都有利于提高電能的管理工作效率。同時電子式表的出現(xiàn)，滿足了不同用戶的需求。通過本文對電子式電表的特點(diǎn)及原理的分析，希望能夠有助于大家對電子式電表的了解。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊立瑾. 電子式電能表的原理及特點(diǎn)[J]. 科技傳播，2014，15：75-76.
