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自從電子式電能表從上個(gè)世紀(jì)90年代起在國內(nèi)興起應(yīng)用,到現(xiàn)在已有十多年的發(fā)展歷史了,但由于受技術(shù)、應(yīng)用推廣方面的影響,目前在市場上的占有率并不是很高。智能電表是在此基礎(chǔ)上,近年來才開發(fā)出來的實(shí)用功能更為豐富的電能表,它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)和多種功能,是傳統(tǒng)感應(yīng)表不能相比的。
1 智能電表的構(gòu)成、原理及特點(diǎn)
1.1 原理
電子式智能電表,是在電子式電表的基礎(chǔ)上,近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品,它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。感應(yīng)式電表主要是由鋁盤、電流電壓線圈、永磁鐵等元件構(gòu)成,其工作原理主要是通過電流線圈與可動鉛盤中感應(yīng)的渦流相互作用進(jìn)行計(jì)量的。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成,其工作原理是先通過對用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣,再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,并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出,最后通過單片機(jī)進(jìn)行處理、控制,把脈沖顯示為用電量并輸出,構(gòu)成原理圖詳見圖1。
通常我們把智能電表計(jì)量一度電時(shí)A /D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常數(shù),對于智能電表來說,這是一個(gè)比較重要的常數(shù),因?yàn)?/SPAN>A /D轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個(gè)的多少,將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都采用一戶一個(gè)A /D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則,但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個(gè)A /D轉(zhuǎn)換器,這樣對電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來進(jìn)行,勢必造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降,這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意。
1.2 特點(diǎn)
由于采用了電子集成電路的設(shè)計(jì),再加上具有遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)計(jì)方式,因此一般每塊表的功耗僅有016w～017w左右,對于多用戶集中式的智能電表,其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為117w左右。
(2) 精度:就表的誤差范圍而言, 210級電子式電能表在5%～400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測量的誤差為±2% ,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級為110級,誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+ 0186%～ - 517% ,而且由于機(jī)械磨損這種無法克服的缺陷,導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢,最終誤差越來越大。國家電網(wǎng)曾對感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后,其誤差就超過了允許的范圍。
(3) 過載、工頻范圍:智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到6～8倍,有較寬的量程。目前8～10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇,有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬,在40HZ～1000HZ范圍。而感應(yīng)式電表的過載倍數(shù)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),可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),通過編程軟件實(shí)現(xiàn)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(yuǎn)傳控制(遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程斷送電) 、復(fù)費(fèi)率、識別惡性負(fù)載、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能,而且可以通過對控制軟件中不同參數(shù)的修改,來滿足對控制功能的不同要求,而這些功能對于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來說都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。
2 智能電表的功能應(yīng)用
根據(jù)本人設(shè)計(jì)的一些工程實(shí)例,對不同工程特點(diǎn)、不同用電性質(zhì)、不同使用場所,如何合理地選用不同功能特點(diǎn)的智能電表,做些粗淺探討。
2.1 住宅中的選用
目前住宅中電能的計(jì)量在全國大部分地區(qū)都還采用感應(yīng)式電能表,但感應(yīng)式電表存在一些明顯的不足。以高層住宅為例,目前往往是一梯多戶型的。而有些地方供電局對于單相電表箱大小做了限制,如最多不能超過16表。這樣對于一個(gè)一梯8戶的住宅單元,如果采用感應(yīng)式電表則必須每兩層設(shè)一個(gè)表箱,如果是26層的高層住宅來說就得設(shè)13個(gè)表箱。這對于以后的抄表、維護(hù)都顯得費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,與現(xiàn)在提出的電網(wǎng)現(xiàn)代化管理的要求更是極不相適應(yīng)。對于一些多層住宅來說,表箱可以集中放置在一樓門廳或樓梯口,但過大的表箱往往要與各種弱電箱擠占空間,結(jié)果往往是一面墻上掛滿了各種箱體,這不但會影響美觀,而且有時(shí)在設(shè)計(jì)上會出現(xiàn)滿足不了規(guī)范要求(如強(qiáng)弱電間距、箱體安裝高度)等問題。
如果采用集中式智能電表,由于體積小,功能多,不僅能在一定程度上解決傳統(tǒng)電表占用空間的問題,還能更好地實(shí)現(xiàn)用電的現(xiàn)代化管理。
首先,集中式智能電表整個(gè)表箱體積小,目前一些產(chǎn)品在一個(gè)壁掛式表箱內(nèi)可容納多達(dá)39個(gè)用戶,而箱體大小僅為930 ×610 ×160。而對于這樣一個(gè)同樣大小的箱體,如果采用應(yīng)式電表,則最多只能裝10個(gè)表左右。可見,采用集中式智能電表能大大減小空間的占用。
其次,集中式的智能電表利用RS485總線,通過集中器,通訊機(jī)與管理中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行連網(wǎng),計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)的智能電表管理軟件可對電表中的信息進(jìn)行計(jì)算,統(tǒng)計(jì),打印、參數(shù)設(shè)定及斷送電等功能控制。這樣通過網(wǎng)絡(luò),小區(qū)物業(yè)或供電部門便可足不出戶對用戶進(jìn)行抄表、斷送電操作等,實(shí)現(xiàn)高效率、現(xiàn)代化的用電管理,見圖2。
而針對住宅中的應(yīng)用,智能電表還可配置更多的功能模塊。所以目前的智能電表不僅能對用戶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳抄表、自動斷送電功能,而且還有如下功能:
(1)復(fù)費(fèi)率功能:通過對管理軟件的設(shè)定實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段收費(fèi)或不同用電量段的不同收費(fèi),并能實(shí)現(xiàn)公攤部分用電的平均分配或按比例分配；
(2)查詢功能:可以隨時(shí)隨地地查詢?nèi)我粦簟⑷螁卧?/SPAN>,或整個(gè)小區(qū)住戶的用電量；
(3)數(shù)據(jù)存儲、備份功能:目前智能電表都有采用專用的存儲芯片,即使在斷電后數(shù)據(jù)仍可保存數(shù)年之久,有的產(chǎn)品為了更高的可靠性,采用了多處數(shù)據(jù)存放的措施,這樣萬一一處數(shù)據(jù)出錯(cuò)或丟失,可由其它處進(jìn)行糾錯(cuò)、還原；
(4)防作弊功能:采用授權(quán)密碼操作,并設(shè)有運(yùn)行日記,可以詳細(xì)記錄操作的操作過程,防止惡意的操作或作弊。
2.2 集體宿舍樓中的選用
以學(xué)生宿舍樓為例,以往學(xué)生宿舍的用電管理都是把每間宿舍的電表集中在樓棟管理員處,由管理員按學(xué)校作息制度,人工地對樓棟的宿舍和公共部分進(jìn)行斷送電控制。這樣的管理方法顯然是落后了,而且對于目前學(xué)生公寓樓存在的如電爐,電熱毯,電熱棒等涉及用電安全的電器的使用,沒辦法做到有效的杜絕。目前專門針對學(xué)生宿舍用電開發(fā)的智能電表,則能做到自動控制斷送電和安全用電管理。
2.2.1 定時(shí)斷送電
針對學(xué)生宿舍用電特點(diǎn),智能電表可以通過對用電管理軟件的設(shè)定,實(shí)現(xiàn)對智能電表內(nèi)模擬開關(guān)的控制(見圖1) ,從而達(dá)到定時(shí)斷送電的功能。而且通過管理軟件不僅能實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功能,管理員還可實(shí)時(shí)地對某間宿舍進(jìn)行斷送電控制,這就實(shí)現(xiàn)了更加靈活的用電管理。
2.2.2 雙回路控制
每回路電源通過智能電表控制單元后,可分為兩個(gè)支路:一支路接宿舍內(nèi)照明和插座(衛(wèi)生間照明除外) ,該支路根據(jù)學(xué)校作息制度實(shí)現(xiàn)自動的定時(shí)斷送電;另一支路接宿舍內(nèi)衛(wèi)生間照明、空調(diào)回路,該回路為24小時(shí)常開回路,僅在宿舍被斷電后才斷開。這樣實(shí)現(xiàn)了宿舍更加人性化的用電管理,系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳見1圖3。
2.2.3 惡性負(fù)載識別
目前學(xué)生宿舍普遍存在使用大功率用電器及一些影響電網(wǎng)質(zhì)量和用電安全的用電設(shè)備,如電爐、電熱棒,電熱毯等(被稱之為惡性負(fù)荷) 。針對這些負(fù)荷智能電表可以實(shí)現(xiàn)自動識別,并警報(bào)、斷電,在當(dāng)此類負(fù)荷去掉后,才自動送電的功能,這樣就能有效杜絕了這些惡性負(fù)載的使用,達(dá)到宿舍安全用電管理的要求。
2.3 商場、店面、辦公樓等場所的選用
與前面所述住宅和宿舍用電相比,商業(yè)場所在用電性質(zhì)有較大不同。首先商業(yè)用戶都是以租賃的方式使用,因此用戶流動性大,這樣一方面在電費(fèi)收取上顯得尤為不便,另一方面,碰上一些惡意欠費(fèi)的用戶,這樣會給出租方帶來一定的損失。其次,有些商業(yè)場所用電計(jì)量表就裝設(shè)在用戶一側(cè),甚至為了方便用戶的用電管理,表箱都未上鎖。而傳統(tǒng)感應(yīng)式電表由于采用接線端子外露設(shè)計(jì),一些用戶就私自改動接線等非法手段進(jìn)行竊電,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年因竊電造成的經(jīng)濟(jì)損失就有好幾個(gè)億元。
針對上述商業(yè)場所用電收費(fèi)難、竊電等現(xiàn)象,目前的智能電表就相應(yīng)地開發(fā)出預(yù)付費(fèi)、反竊電功能的電能表。
2.3.1 預(yù)付費(fèi)功能
預(yù)付費(fèi)用電有磁卡式、電卡式、直接購電等方式,目前普遍采用的是直接購電式的預(yù)付費(fèi)方式。所謂直接購電預(yù)付費(fèi)就是用戶到供電部門或物業(yè)管理部門去買電,而供電部門或物業(yè)管理部門則采用遠(yuǎn)控或手持售電機(jī)將電量直接注入用戶電表內(nèi)。這樣當(dāng)用戶表內(nèi)用電量減少到設(shè)定值時(shí),可通過聲光報(bào)警等手段提示用戶購電,而當(dāng)電量用完時(shí),就可以通過管理軟件上預(yù)先的設(shè)定,實(shí)現(xiàn)斷電或其它控制手段,這樣就能有效地避免了欠費(fèi)用電現(xiàn)象的出現(xiàn)。
2.3.2 竊電功能
與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表外形設(shè)計(jì)相比,目前的智能電表上都采用了接線端子內(nèi)置的設(shè)置方法,即把接線端子封在整個(gè)表殼內(nèi),并加強(qiáng)了外殼結(jié)構(gòu),使電表難以被打開,或打開表后有明顯痕跡,并有永久性記錄。同時(shí),采用屏蔽和抗干擾性強(qiáng)的電子元件,并具有異常接線檢測能力。所以目前智能電表具有反反向竊電、火線短路竊電、強(qiáng)磁場竊電等多種反竊電功能,這就在一定程度上杜絕了偷電、漏電的現(xiàn)象。
總結(jié)前面所述,可以看出,與傳統(tǒng)感應(yīng)式電表相比,智能電表不僅有高可靠性、高準(zhǔn)確度等優(yōu)點(diǎn),而且還有適應(yīng)現(xiàn)代在多樣化用電要求的各種功能。同時(shí)由于采用軟硬件結(jié)合的操作方式,這就使得智能電表在控制和使用上更加靈活,同時(shí)還可以通過軟件的進(jìn)一步開發(fā)適應(yīng)不斷變化的市場需求。相信在未來的幾年里,隨著產(chǎn)品進(jìn)一步的應(yīng)用推廣和技術(shù)上的更成熟完善,這種現(xiàn)代化的電能計(jì)量產(chǎn)品,將更多地被用戶(包括電業(yè)職能部門)認(rèn)可和選用。
信息來源：《建筑電氣》 |
