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摘 要：针对利用强磁体非法窃电的问题，研究了钕磁铁对单相电能表的影响。实验结果表明，钕磁铁的磁场增加了电能表的制动力矩并造成电能计量的负误差，增大启动电流，同时对仪表内部永久磁铁进行消磁。利用消磁后永久磁铁的异常现象可以有效的对电能盗窃进行检测。
关键词：钕磁铁 单相电能表 误差 启动电流 消磁
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0107-02
由于电费是根据电表上的数字计算的，因此，测量电路中消耗电能的仪表必须准确公平[1]。然而，利用强力钕磁铁进行电能盗窃现象逐渐增多[2～3]，那么，强力钕磁铁对单相电能表工作到底有怎样的影响，本文试从钕磁铁对单相电能表计量误差、制动力矩、启动电流，永久磁铁的消磁和对电能表永久性损坏[4～6]等几个方面进行试验研究。
1 钕磁铁的特性
钕磁铁（Nd2Fe14B）是由稀土元素钕、铁与硼等化合物粉末通过冶金方法生产制造出来的，钕磁铁是目前发现的商品化性能最高的磁铁，拥有极高的磁性能，其最大磁能积（BHmax）高过铁氧体（Ferrite）10倍以上。
实验研究中使用的两个圆柱形钕磁铁为N42牌号的，如图1所示，小的直径为D=45 mm，高度为H=15 mm，大的直径为D=70 mm，高度的H=30 mm。通过测量，两个钕磁铁周围磁感应强度与距离之间的关系见图2所示，图中反映的是与钕磁体对称轴平行方向不同距离和与对称轴垂直方向不同距离的磁感应强度，从图2可以看出，钕磁铁在其表面十几毫米左右的距离就可以产生等于或大于电能表永久磁铁制动间隙的磁感应强度（约250～340 mT）的磁场，因此，钕磁铁可以有效的通过电能表的外壳，干扰电能表的正常工作。
2 测试结果
实验所使用的单相电能表是DDS862型，额定电流是5（20） A，准确度1.0级。
2.1 对感应式电能表计量误差的影响
如果把钕磁铁的对称轴和表盘中心轴平行对齐放置，且钕磁铁位于电能表表壳外面，距离大于20 mm时，这个距离相当于离内部磁系统最远的地方，δA的测量没有误差。当把电能表外壳拆掉后，钕磁铁直接放在表盘上，δA能达到-10%以上，这个误差是很大的，当把钕磁铁拿到距离转盘12 mm左右距离时，误差在-1%左右，因此，可以认为12 mm就是钕磁铁到电能表转盘的最近距离，如图3所示。
如果把钕磁铁的对称轴和表盘的中心轴垂直对齐放置，钕磁铁的磁场B平行于表盘表面，不产生额外制动力矩，但是会造成电能表内部驱动磁场减弱，产生δA误差。钕磁铁的磁场不影响圆盘的转动，但是会增加启动电流，导致在低功耗时转盘停止转动。
2.2 钕磁铁产生的制动力矩与电能表内部永久磁铁产生的制动力矩之间的关系
直径D=70 mm的钕磁铁产生的制动力矩Mx和电能表内部永磁体产生的制动力矩Mh之间的关系如图4所示，根据电能表制动力矩与转速的关系，以及参考文献5的规定，当把钕磁铁放到距转盘12 mm的时候，钕磁铁产生的制动力矩Mx是内部永久磁铁产生的制动力矩Mh的10%。
2.3 钕磁铁对电能表启动电流的影响
在电能表低功耗运行时，如果把钕磁铁贴在电能表外壳上，磁场平行于圆盘表面如图3b，圆盘会停止转动，这意味着电能表的启动电流被增大了，甚至达到额定电流的10%，而最初电能表的启动电流只有额定电流1%，这就可以非法使用功率100瓦。这个方向的磁场，不增加额外的制动力矩，但是，对电能表内部磁场中永磁体能起有效的消磁作用。
2.4 钕磁铁对永久磁铁的消磁作用
如图5所示，钕磁铁对电能表内部永久磁铁的消磁试验利用了直径D=70 mm钕磁铁。图中下线是钕磁铁逐渐接近电能表时在永久磁铁磁场间隙中产生的磁感应强度值，上线是把钕磁铁移开到远距离（∞）的磁感应强度值。距离在80 mm的时候制动磁场开始恢复初始值。钕磁铁接近50 mm距离的时候，就开始出现消磁。一次性的把钕磁铁贴在电能表外壳上面（X=20 mm），就可能导致50%的消磁。尤其值得注意的是消磁前，后永久磁铁周围的磁场。如图6，分别表示永磁体左边的磁场（a）和右边的磁场（b）的情况。
消磁之前磁场布局（1）是均匀的，消磁后（2）的磁场减弱和明显不均匀：靠近电能表外壳的磁铁部分（x=12 mm）的消磁程度比内部多，钕磁铁接近的次数越多，永磁制动功能削弱的越多，而且磁场布局始终不均匀。当然机械老化，温度影响，机械振动等，也可能会造成永磁体消磁，但是，绝不会出现这种磁场不均匀现象。
电能表永磁体的消磁结果，导致电能测量的误差。图7表示D=70 mm的钕磁铁接近电能表外壳前（1），一次后（2）和多次后（3）的误差。从图7可以看出，多次接触后，电表指数明显提高，这对用电用户是不利的。这样的电能表，不符合要求，需要更换新的电能表。
3 结论
强力钕磁铁对单相电能表工作的影响的因素是多样的：出现额外的制动力矩、产生测量误差，启动电流数倍增加，以及对内部永磁系统产生消磁现象，并可能永久性的破坏电能表。因此，我们可以根据内部磁场出现严重的不均匀现象，判断出电能表是否用过强力钕磁铁进行窃电。
参考文献
[1] 褚静.用电检查的措施分析[J].科技向导，2010（32）：241，253.
[2] 吕相波.永磁体强磁法窃电的防治[J].农村电气化，2011（7）：49-50，52.
[3] 邵强，李丹，刘晓湘.單相电能表防窃电原理的研究及应用[J].电测与仪表，2009，46（6）：51-62.
[4] IEC 62052-11-2003：交流电测量设备 通用要求、试验和试验条件.第11部分：测量设备.
[5] IEC 62053-11-2003：电量测量设备（交流电）.特殊要求.第11部分：机电电度表（0.5、1和2级）.
[6] BSEN 50470-1-2008：电学计量设备（交流电）.第1部分：一般要求、试验和试验条件.测量设备（等级指数A、B和C）.
关键词：钕磁铁 单相电能表 误差 启动电流 消磁
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0107-02
由于电费是根据电表上的数字计算的，因此，测量电路中消耗电能的仪表必须准确公平[1]。然而，利用强力钕磁铁进行电能盗窃现象逐渐增多[2～3]，那么，强力钕磁铁对单相电能表工作到底有怎样的影响，本文试从钕磁铁对单相电能表计量误差、制动力矩、启动电流，永久磁铁的消磁和对电能表永久性损坏[4～6]等几个方面进行试验研究。
1 钕磁铁的特性
钕磁铁（Nd2Fe14B）是由稀土元素钕、铁与硼等化合物粉末通过冶金方法生产制造出来的，钕磁铁是目前发现的商品化性能最高的磁铁，拥有极高的磁性能，其最大磁能积（BHmax）高过铁氧体（Ferrite）10倍以上。
实验研究中使用的两个圆柱形钕磁铁为N42牌号的，如图1所示，小的直径为D=45 mm，高度为H=15 mm，大的直径为D=70 mm，高度的H=30 mm。通过测量，两个钕磁铁周围磁感应强度与距离之间的关系见图2所示，图中反映的是与钕磁体对称轴平行方向不同距离和与对称轴垂直方向不同距离的磁感应强度，从图2可以看出，钕磁铁在其表面十几毫米左右的距离就可以产生等于或大于电能表永久磁铁制动间隙的磁感应强度（约250～340 mT）的磁场，因此，钕磁铁可以有效的通过电能表的外壳，干扰电能表的正常工作。
2 测试结果
实验所使用的单相电能表是DDS862型，额定电流是5（20） A，准确度1.0级。
2.1 对感应式电能表计量误差的影响
如果把钕磁铁的对称轴和表盘中心轴平行对齐放置，且钕磁铁位于电能表表壳外面，距离大于20 mm时，这个距离相当于离内部磁系统最远的地方，δA的测量没有误差。当把电能表外壳拆掉后，钕磁铁直接放在表盘上，δA能达到-10%以上，这个误差是很大的，当把钕磁铁拿到距离转盘12 mm左右距离时，误差在-1%左右，因此，可以认为12 mm就是钕磁铁到电能表转盘的最近距离，如图3所示。
如果把钕磁铁的对称轴和表盘的中心轴垂直对齐放置，钕磁铁的磁场B平行于表盘表面，不产生额外制动力矩，但是会造成电能表内部驱动磁场减弱，产生δA误差。钕磁铁的磁场不影响圆盘的转动，但是会增加启动电流，导致在低功耗时转盘停止转动。
2.2 钕磁铁产生的制动力矩与电能表内部永久磁铁产生的制动力矩之间的关系
直径D=70 mm的钕磁铁产生的制动力矩Mx和电能表内部永磁体产生的制动力矩Mh之间的关系如图4所示，根据电能表制动力矩与转速的关系，以及参考文献5的规定，当把钕磁铁放到距转盘12 mm的时候，钕磁铁产生的制动力矩Mx是内部永久磁铁产生的制动力矩Mh的10%。
2.3 钕磁铁对电能表启动电流的影响
在电能表低功耗运行时，如果把钕磁铁贴在电能表外壳上，磁场平行于圆盘表面如图3b，圆盘会停止转动，这意味着电能表的启动电流被增大了，甚至达到额定电流的10%，而最初电能表的启动电流只有额定电流1%，这就可以非法使用功率100瓦。这个方向的磁场，不增加额外的制动力矩，但是，对电能表内部磁场中永磁体能起有效的消磁作用。
2.4 钕磁铁对永久磁铁的消磁作用
如图5所示，钕磁铁对电能表内部永久磁铁的消磁试验利用了直径D=70 mm钕磁铁。图中下线是钕磁铁逐渐接近电能表时在永久磁铁磁场间隙中产生的磁感应强度值，上线是把钕磁铁移开到远距离（∞）的磁感应强度值。距离在80 mm的时候制动磁场开始恢复初始值。钕磁铁接近50 mm距离的时候，就开始出现消磁。一次性的把钕磁铁贴在电能表外壳上面（X=20 mm），就可能导致50%的消磁。尤其值得注意的是消磁前，后永久磁铁周围的磁场。如图6，分别表示永磁体左边的磁场（a）和右边的磁场（b）的情况。
消磁之前磁场布局（1）是均匀的，消磁后（2）的磁场减弱和明显不均匀：靠近电能表外壳的磁铁部分（x=12 mm）的消磁程度比内部多，钕磁铁接近的次数越多，永磁制动功能削弱的越多，而且磁场布局始终不均匀。当然机械老化，温度影响，机械振动等，也可能会造成永磁体消磁，但是，绝不会出现这种磁场不均匀现象。
电能表永磁体的消磁结果，导致电能测量的误差。图7表示D=70 mm的钕磁铁接近电能表外壳前（1），一次后（2）和多次后（3）的误差。从图7可以看出，多次接触后，电表指数明显提高，这对用电用户是不利的。这样的电能表，不符合要求，需要更换新的电能表。
3 结论
强力钕磁铁对单相电能表工作的影响的因素是多样的：出现额外的制动力矩、产生测量误差，启动电流数倍增加，以及对内部永磁系统产生消磁现象，并可能永久性的破坏电能表。因此，我们可以根据内部磁场出现严重的不均匀现象，判断出电能表是否用过强力钕磁铁进行窃电。
参考文献
[1] 褚静.用电检查的措施分析[J].科技向导，2010（32）：241，253.
[2] 吕相波.永磁体强磁法窃电的防治[J].农村电气化，2011（7）：49-50，52.
[3] 邵强，李丹，刘晓湘.單相电能表防窃电原理的研究及应用[J].电测与仪表，2009，46（6）：51-62.
[4] IEC 62052-11-2003：交流电测量设备 通用要求、试验和试验条件.第11部分：测量设备.
[5] IEC 62053-11-2003：电量测量设备（交流电）.特殊要求.第11部分：机电电度表（0.5、1和2级）.
[6] BSEN 50470-1-2008：电学计量设备（交流电）.第1部分：一般要求、试验和试验条件.测量设备（等级指数A、B和C）.