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計量與電費

電表數的是實功,不是電流

表上就寫著它在數什麼

台灣的住宅電表,面板上印的三個字是「瓦時計」。

大同公司 M-21T 型單相二線電表的正面,面板上方印著「瓦時計」三個字,中央的數字窗顯示 01936.2 kWh,下方標示 720 rev/kWh、10(30) A、110 V、60 Hz,右上角是經濟部標準檢驗局的檢定合格有效期間標籤。
面板上就寫著「瓦時計」,數字窗的單位是 kWh,而右上角那張標籤是經濟部標準檢驗局的檢定合格有效期間。這一張照片同時說明了三件事:它量什麼、以什麼為單位、以及誰在管它準不準。 圖片來源:Wikimedia Commons:Tatung M-21T 20190216.jpg Solomon203 授權:CC BY-SA 4.0

瓦時,就是瓦乘上小時:一個功率單位乘上一段時間,得到的是能量。 一千瓦持續一小時是一, 而台電的流動電費就按度分段計收 台灣電力公司電價表 第三章 表燈(住商)電價

這件事在法規上也分得很清楚。經濟部公告應經檢定的法定度量衡器裡, 「電度表」這一類底下同時列了瓦時計乏時計兩種器具 度量衡器檢定檢查辦法 第 3 條第五款 。 量實功累積出來的能量是一種表,量虛功累積出來的量是另一種表。 一般住宅的表箱裡只有前者。

積分器是怎麼做出來的

機械式電表的構造本身就是一台積分器。

大同公司 TT-12 號 I-20T 型交流單相二線磁浮式瓦時計,透明表殼內可看到轉盤與字輪。
磁浮式的機械電表。轉盤的轉速正比於瞬時實功,字輪把圈數累加起來就是度數——這個構造本身就是一台積分器。 圖片來源:Wikimedia Commons:1991-08 Tatung TT-12 I-20T watthour meter.jpg Solomon203 授權:CC BY-SA 3.0

電壓線圈與電流線圈在鋁盤上產生渦流,轉矩正比於瞬時的實功, 所以轉速正比於瞬時功率,而字輪累加的圈數就正比於功率對時間的積分。 沒有任何運算元件,物理直接把積分做完。

電子式的表換掉了轉盤,原理沒有換。

中興電工 kV2c 型電子式電表,面板標示電子式電表、110/220 V 1φ3W、西元 2003 製,液晶顯示器顯示累積度數,表殼下緣掛著兩個編號封印。
電子式電表把電壓與電流取樣之後相乘再累加,換掉了機械式的轉盤,但累積的量沒有變,仍然是度。表殼下緣那兩個編號封印一旦被動過就看得出來。 圖片來源:Wikimedia Commons:2003 Chunghsin kV2c electronic watthour meter.jpg Solomon203 授權:CC BY-SA 3.0

它每秒對電壓與電流取樣幾千次,把每一對取樣值相乘再累加。 乘出來的是瞬時功率,累加起來的是能量,單位仍然是度。

為什麼「平均下來」這四個字是關鍵

瞬時功率是電壓乘電流。這個乘積在一個週期裡不停變化, 而電表數的是它的平均值。

電流與電壓同相時,兩者同時為正、同時為負,乘積永遠是正的—— 能量一路往負載走,平均值大於零。

電流落後電壓四分之一個週期時,情況完全不同: 半個週期乘積為正,另外半個週期乘積為負。 正的那一半與負的那一半一樣多,平均下來是零。

同相:電流與電壓一起走 差九十度:純電抗性的電流 電壓 電流 平均 瞬時功率 電壓 × 電流 整條曲線都在基線上方,平均值大於零 能量一路往負載走,電表一直在往前數 電壓 電流落後四分之一個週期 平均 瞬時功率 電壓 × 電流 基線上方與下方一樣多,平均值正好是零 能量送過去再送回來,電表一格也不會走
左邊是電阻性負載:電流與電壓一起走,乘積永遠在基線上方,平均值大於零。右邊是純電抗性的電流:乘積有正有負,一個週期平均正好是零。導線上兩種情況都有實實在在的電流在流。 示意圖,本站自繪。

右邊那張圖上的電流不是虛構的。它在導線裡會發熱、會佔用斷路器的額定、 會讓勾表讀到數字。它唯一不做的事情是讓電表往前走。

台電對此的說明是:一般家用電表的電費計算的是有效功率, 無效功率不計費 台灣電力公司對「省電器」的公開說明 2026 年 4 月

兩次讀數之間的差

電表沒有「這個月用了多少」這個欄位。它只有一個一直往上加的總數, 帳單上的度數是兩次抄表讀數相減得到的。

攤開的電表抄表卡簿,內頁是逐月填寫的度數欄位,封面為不鏽鋼製。
抄表卡簿。度數是逐月抄下來相減得到的,計費的一直是兩次讀數之間的差——也就是那一段時間裡實功累積出來的能量。 圖片來源:Wikimedia Commons:雲林農田水利會抄表卡簿.jpg 氏子 授權:CC BY-SA 4.0

這個構造有一個直接的推論:只要一段時間內實功的積分不變, 中間發生過什麼事,電表都不知道,也不會反映在帳單上。

時間才是那個放大器

因為計費的量是能量,功率要乘上時間才變成錢。 一個小功率的東西只要不停,一年下來的度數並不小。

常年不停的功率一年累積
1 W8.8 度
2 W17.5 度
5 W43.8 度
10 W87.6 度

一盞指示燈、一顆待機中的變壓器、一台整年開著的機器, 量級都落在這張表上。這也是判斷任何「省電裝置」的第一個算式: 它自己要吃掉多少瓦,而它宣稱省下的又是多少瓦。

表準不準,有專門的機關管

電表是法定度量衡器,出廠前要經檢定合格才能使用, 合格之後加上封印,封印被破壞就看得出來。

一把金屬製的電表封印鉗,鉗口有壓印用的字模。
封印鉗。電表經檢定合格之後加封印,封印被破壞就看得出來——所以任何「要動到電表」的安裝提議,本身就是一個該停下來的訊號。 圖片來源:Wikimedia Commons:電表封印鉗.jpg 氏子 授權:CC BY-SA 4.0

所以計費的準確度有一套獨立於供電方與用戶之外的制度在管。 對讀者來說,這件事有一個實用的推論: 任何需要動到電表本體或它的封印的安裝提議,本身就是一個該停下來的訊號。

這一篇的結論

  • 電表數的是實功對時間的積分,單位是度。
  • 平均值為零的那一份功率,導線上有電流,帳單上沒有數字。
  • 判斷一個省電做法有沒有用,要問的是「實功的積分有沒有變小」, 而不是「電流表的讀數有沒有變小」。

下一篇把實功、虛功與視在功率三個量分開, 再回頭看電流為什麼可以在實功完全不變的情況下變小。

電表瓦時計實功計量

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