工频磁场对单相电能表的影响20130809

工频磁场对单相电能表的影响

谢永明，李英莲

（华立仪表集团股份有限公司，浙江杭州310023）

摘要：针对单相电能表在0.5mT工频磁场干扰下存在误计量的问题，分析其主要原因在于工频磁场在电能表电流采样回路上产生了大于电能表起动的感应电流。对此，本文通过定量分析0.5mT工频磁场的影响量，根据磁通在交错的环中产生的感应电压是可抵消的，提出在不改变原有电路设计基础上，仅通过对分流器穿孔及改变双绞线焊接方式，来减小电能表电流采样回路上的感应电流。经外部工频磁场影响试验测试证明了该方法的可行性。

关键词：0.5mT工频磁场；电流采样回路；感应电流；分流器；双绞线

中图分类号：TM933 文献标识码：B 文章编号：1316809 Power Frequency Magnetic Field Effects on Single Phase

Electricity Meter

XIE Yong-ming, LI Ying-lian

（Holley Metering LTD , Hangzhou 310023，Zhejiang, China）

Abstract: Regarding the measurement error problem exists in the single phase electricity meter under the 0.5mT power frequency magnetic field interference, this paper concludes the main reason is that the current generated by the power frequency magnetic field is larger than the start current in the current sampling circuit of electricity meter. This paper analyzes quantitatively the value interfered by the 0.5mT power frequency magnetic field, based on the theory of “the induced voltage generated by magnetic flux in the alternating loop offsets each other", and proposes the method of only perforating the shunt and changing the welding position of twisted-pair cable to reduce the induced current in the current sampling circuit , but not changing the original circuit design. Actual experiments in the external power frequency magnetic field demonstration proved the feasibility of this method.

Key words:0.5mT power frequency magnetic field, Current sampling circuit, Induced current, Shunt, Twisted pair

0 引言

电能表工作现场常因安装和布线不合理，使电能表处于空间工频磁场中，引起误计量，给用户带来额外的电费。为保证电能表在现场复杂的工频磁场环境中可靠工作，2013年国网新标准Q/GDW1364-2013（代替Q/GDW 364-2009）新增了一条：“0.5mT工频磁场无负载，电能表电压线路通以115%Un，电流回路无电流，将0.5mT工频磁场施加在电能表受磁场影响最敏感处，在20倍的理论起动时间内电能表不应产生多于一个的脉冲输出”[1]。工频磁场对电能表的影响主要是工频磁场产生的磁通在电能表的电流采样回路中产生感应电动势，使电能表误计量。最不利的方向即最敏感处为电磁场与电能表电流测量回路正交方向[2]。尤

其是单相电能表采用分流器采样，电流采样信号小，容易受干扰。那么为什么会选用磁感应强度为0.5mT 的工频磁场对电能表进行试验，其对电流测量回路的具体影响量有多少？怎样才能减小这些影响量？本文针对分流器采样的单相电能表进行了讨论（以下未特殊说明，电能表特指分流器采样的单相电能表）。

1 0.5mT 工频磁场的产生

电能表安装到现场后，L 、N 上接额定电压，电能表处于工作状态，在电流线路无电流的情况下，若电能表附近有一根大电流线路靠近电能表时，如图1所示，对电能表测量会造成怎样的影响呢？

首先介绍一下电能表测量的原理：电能表通过计量芯片采集输入电能表的电压信号和电流信号，并将采集到的信号变换成数字信号进行运算处理并输出显示。其中电压线路通过电阻分压采样；电流线路通过分流器电阻采样。由于电压线路采样信号比较大(几百mV)，故工频磁场对电压采样回路的影响可以忽略。而电能表的计量芯片一般采用集成芯片，所以受工频磁场的影响小。且电能表内传输的信号都是数字信号，因此工频磁场对控制和输出显示部分的影响小。而采用分流器采样的电流线路信号很小，对起动电流的采样只有几µV ，故工频磁场产生的感应电流很容易大于电能表的起动电流（通常折算后为几十毫安），因此本文主要研究工频磁场对分流器电流采样回路的影响。

计量芯片

功能板

电能表

输出－

输出+L

N

电压采样回路

电流采样回路

分流器

闭合曲线

A

r

I

图1 大电流对电能表的影响 Fig.1 Large current ’s influence on the electricity meter 如图1所示。当大电流线距电能表分流器距离为r ，根据右手螺旋定则[3]，可得感应磁场方向。最不利的情况是分流器与大电流线平行，即分流器采样电阻全部正交感应磁场。下面我们分析在最不利情况下该感应磁场产生的磁感应强度[4][5][6][7]。根据安培环路定理：

I l d H l

∑=∙

∙⎰ （1）

式中：∙

H －磁场中某点A 处的磁场强度； ∙

l d －磁场中A 点附近沿曲线微距离矢量； I ∑－闭合曲线所包围的电流代数和。 其中：

H r Hl l d H l

⨯==∙

∙

⎰2π

IN I =∑

式中：r －闭合路径半径；N －线圈匝数。则： r

IN

H ＝

2π （2） 由于磁感应强度H B μ=，式中µ为磁导率，且分流器的磁导率和真空磁导率大致相同，即m H 104π70-⨯==μμ,那么： r

IN

μH μH B 2π00=

==μ （3） 因此，分流器处磁感应强度与干扰电流成正比，与距分流器距离成反比。

由于电能表内部的分流器距安放电能表表箱的最小安装距离约为40㎜，而工作在电能表外部的大电流走线不大于100A ，且N ＝1，则：

0.5m T 10402π100

104π3

7=⨯⨯⨯⨯=

--B 因此，0.5mT 工频磁场的产生在现场中

可以视为100A 电流线路以40mm 安装距离

靠近电能表电流采样分流器的情况。 那么当电能表工作在0.5mT 工频磁场

中时，它在测量电路的电流采样回路上产生

多大的折算后的感应电流呢？下面我们对此进行详细的分析。 2 工频磁场对电流采样回路的影响