Счетчики электрической энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Однофазный счетчик

1.1 Векторная диаграмма, формулы

1.2 Схемы подключения однофазного счетчика

1.3 Недоучет при изменении полярности

2. Трехфазный счетчик

3. Схемы включения трехфазных счетчиков в электроустановках напряжением выше 1000 В

Введение

Счетчик электрической энергии - интегрирующий по времени прибор, измеряющий активную и (или) реактивную энергию.

Активная мощность - количество активной энергии, потребляемое за единицу времени

Активная мощность, измеряемая счетчиком, определяется выражениями:

для однофазного счетчика, Вт

Реактивная мощность - количество электрической энергии, циркулирующей в единицу времени, между генератором и магнитным полем приемника (трансформатора, электродвигателя). При этом происходит периодический (колебательный) обмен энергии без преобразования ее в тепловую, механическую или иную.

Реактивная мощность, измеряемая счетчиком реактивной энергии, определяется выражением

Загрузка реактивной мощностью линий и трансформаторов уменьшает пропускную способность сети и не позволяет полностью использовать установленную мощность генератора.

1. Однофазный счетчик

1.1 Векторная диаграмма, формулы

Угол фазового сдвига - фазовый сдвиг между электрическим напряжением и током, град. При индуктивном характере нагрузки ток по фазе отстает от напряжения (рис. 1).

Рис. 1. Мгновенные значения тока и напряжения с углом сдвига фаз ц

При емкостном характере нагрузки ток по фазе опережает напряжение.

Векторная диаграмма - условное графическое изображение векторов тока и напряжения.

На рис. 2 изображено положение векторов токов и напряжений в трехфазной сети. электроэнергия счетчик индукция трехфазный

Порядок чередования фаз напряжений - может быть прямым или обратным. Определяется фазоуказателем И 517М или прибором ВАФ-85 на колодке зажимов счетчика. Прямой порядок чередования фаз напряжений - ABC, BCA, CAB (по часовой стрелке, рис. 3).

Обратный порядок чередования фаз напряжений - АСВ, СВА, ВАС, создает дополнительную погрешность и вызывает самоход индукционного счетчика активной энергии. Счетчик реактивной энергии при обратном порядке чередования фаз напряжений и нагрузки вращается в обратную сторону.

Рис. 2. Векторная диаграмма токов и напряжений в трехфазной сети

Рис. 3. Прямой порядок чередования фаз напряжений

1.2 Схемы подключения однофазного счетчика

Схема включения однофазного счетчика изображена на рис. 4. Обязательным требованием при включении счетчика является соблюдение полярности подключения как по току, так и по напряжению.



Рис. 4. Схема включения однофазного счетчика

1.3 Недоучет при изменении полярности

На рис.5, изображена схема включения индукционного счетчика с обратной полярностью в токовой цепи. В данном случае изменение направления тока в цепи создает отрицательный вращающий момент, и диск счетчика будет вращаться в обратную сторону. Электронный однофазный счетчик в этом случае энергию не измеряет, и мигание индикаторов не наблюдается. Новые типы электронных однофазных счетчиков измеряют электроэнергию независимо от полярности подключения токовой цепи.

Рис.5. Схема включения индукционного счетчика с обратной полярностью в токовой цепи

Схема включение однофазного счетчика с обратной полярностью по напряжению и току показано на рис. 6. В данном случае фазы тока и напряжения одновременно изменяются на 180°, а угол фазового сдвига остается прежним. Поэтому счетчик измеряет электроэнергию в соответствии со своим классом точности. На практике использование схемы включения счетчика по рис. 6, не допускается, так как она позволяет использовать электроэнергию без учета.

Рис.6. Схема включение однофазного счетчика с обратной полярностью в цепи тока и напряжения

На Ленинградском электромеханическом заводе выпускаются индукционные счетчики типа СО-ЭЭ 6705 (220 В, 10-40 А) со стопором обратного хода. Схема включения счетчика существенно отличается от типовой тем, что на клеммы 1 и 3 выведены концы токовой катушки. Сетевые провода Ф (фаза) и 0 подключаются на клеммы 1 и 4 (рис. 7).

Рис. 7. Схема включения счетчика типа СО-ЭЭ 6705

В ОАО "Концерн Энергомера" (г. Ставрополь) и на других заводах-изготовителях выпускаются однофазные и трехфазные электронные счетчики, которые измеряют электроэнергию независимо от полярности включения токовой цепи. Это достигается применением специально разработанной БИС преобразователя мощности. В результате этого счетчик защищен от применения фазосдвигающих устройств в электроустановках напряжением 380/220 В.

2. Трехфазный счетчик

Активная мощность, измеряемая счетчиком, определяется выражениями:

для трехфазного двухэлементного счетчика, Вт

для трехфазного трехэлементного счетчика в четырехпроводной сети, Вт

Реактивная мощность - количество электрической энергии, циркулирующей в единицу времени, между генератором и магнитным полем приемника (трансформатора, электродвигателя). При этом происходит периодический (колебательный) обмен энергии без преобразования ее в тепловую, механическую или иную.

Реактивная мощность, измеряемая счетчиком реактивной энергии, определяется выражением, вар

В трехфазных четырехпроводных сетях напряжением 380/220В для измерений электрической энергии применяют счетчики прямого (непосредственного) включения. Их называют прямоточными. Кроме того, используют счетчики, подключаемые в сеть через ТТ. Их называют универсальными или трансформаторными.

Счетчики прямого включения рассчитаны на номинальные токи 5, 10, 20, 50 А. Подключение токовой цепи этих счетчиков осуществляется последовательно с сетевыми проводниками и обязательным соблюдением полярности (рис. 8).

Измеряемая энергия равна разности показаний счетного механизма за расчетный (учетный) период:

Д W = ПК - ПН = ДП.

Подключение с обратной полярностью одной из токовых цепей счетчика приводит к значительному недоучету электроэнергии. Обязательно соблюдение прямого порядка чередования фаз напряжений на колодке зажимов счетчика. Изменение порядка чередования фаз напряжений на колодке зажимов счетчика осуществляется переменой мест подключения соответственно двух проводов одного элемента с двумя проводниками другого элемента.

Рис. 8. Схема включения прямоточного счетчика типа СЭТ 4-1

Счетчики, подключаемые в сеть через ТТ. На рис. 9 изображены схема включения трансформаторного счетчика (а) и векторная диаграмма (б), которая соответствует индуктивному характеру нагрузки в случае фазового сдвига, равного 30°.

Схема включения выполнена десятипроводной. Токовые цепи счетчика гальванически не связаны с цепями напряжения, а разделены. Измеряемая электроэнергия равна разности показаний счетного механизма, умноженной на коэффициент трансформации:

W = (ПК - ПН)К I = ДПК I.

Рис. 9. Схема включения трехэлементного счетчика типа СА 4У-И 672М в четырехпроводную сеть с раздельными цепями тока и напряжения (а) и векторная диаграмма (б). Прямой порядок чередования фаз обязателен

Подключение каждого из трех измерительных элементов счетчика требует обязательного соблюдения полярности подключения токовых цепей и соответствия их своему напряжению. Обратная полярность включения первичной обмотки ТТ или его вторичной обмотки вызывает отрицательный вращающий момент, действующий на диск счетчика. Схема обеспечивает нормируемую погрешность измерений. Подключение нулевого провода обязательно. Наиболее часто встречающиеся повреждения в схеме:

· ослабление или окисление зажимных контактов на ТТ;

· обрыв (внутренний излом) фазных проводов напряжения вторичных цепей;

· пробой ТТ.

При необходимости изменения порядка чередования фаз три провода с одного элемента на колодке зажимов счетчика меняются местами с соответствующими тремя проводами другого элемента.

Часто применяется семипроводная схема включения (рис. 10). В этой схеме выполнено объединение цепей тока и напряжения. Совмещение цепей тока и напряжения выполняется установкой перемычек на счетчике и на ТТ. Схема имеет следующие недостатки:

· под напряжением находятся токовые цепи счетчика;

· пробой ТТ длительное время не выявляется;

· установка перемычек И 2-Л 2 на ТТ, и 1 - 2 на счетчике вызывает дополнительную погрешность измерений.

Рис. 10. Схема включения трехэлементного счетчика типа СА 4У-И 672М в четырехпроводную сеть с совмещенными цепями тока и напряжения.

Прямой порядок чередования фаз обязателен: Л 1 - И 1 - перемычки, установленные на ТТ; 1 - 2; 4 - 5; 7 - 8 - перемычки, установленные на счетчике.

В электроустановках напряжением 380/220 В также применяется схема включения счетчиков, изображенная на рис. 11.

На этой схеме концы вторичных обмоток ТТ И 2 объединены и соединены с концами токовых цепей счетчика в одной точке. Не допускается подключение токовых цепей счетчика и вторичных обмоток ТТ на корпус электроустановки в разных местах.

Измеряемая электроэнергия:

W = ДПК I.

Наиболее универсальной является схема включения счетчиков с испытательной коробкой (рис. 12). Испытательная коробка позволяет, не отключая нагрузки, произвести замену счетчиков и проверку схемы включения.

Рис. 11. Схема включения трехэлементного счетчика типа СА 4У-И 672М в четырехпроводной сети в "звезду". Прямой порядок чередования фаз обязателен.

Рис. 12. Схема включения трехэлементного счетчика типа СА 4У-И 672М в четырехпроводную сеть с испытательной коробкой

Для измерений активной и реактивной энергии применяется схема включения счетчиков, изображенная на рис. 13.

Схемы включения счетчика реактивной энергии типа СР 4У-И 673 и счетчика активной энергии не отличаются друг от друга. Токовые цепи этих счетчиков соединяются последовательно. Цепи напряжения счетчиков подключаются параллельно.

Отличие счетчика реактивной энергии от счетчика активной энергии - в схеме внутренних соединений. За счет схемы внутренних соединений катушек, рассчитанных на напряжение 380 В, выполняется дополнительный 90°-ный фазовый сдвиг между магнитными потоками.

Рис. 13. Схема включения счетчиков для измерений активной и реактивной энергии в сети напряжением 380/220 В

3. Схемы включения трехфазных счетчиков в электроустановках напряжением выше 1000 В

В трехфазных трехпроводных сетях напряжением 6 - 10 кВ и выше для измерений электроэнергии применяют двухэлементные счетчики активной энергии типа СА 3У-И 670М, измерительные ТТ и трансформаторы напряжения (ТН), включенные по схеме, приведенной на рис. 22).

Измерение электроэнергии двухэлементным счетчиком СА 3У-И 670М рассмотрим на векторной диаграмме (рис. 23) линейных напряжений UAB = UCB = 100 В и токов IA =IC = 1 А с углом фазового сдвига ц = 30°.

Рис. 22. Схема включения двухэлементного счетчика активной энергии и трехэлементного счетчика реактивной энергии в трехпроводую цепь с двумя измерительными ТТ и ТН. Прямой порядок чередования фаз ABC обязателен

Рис. 23. Векторная диаграмма измерения электроэнергии двухэлементным счетчиком

Первым измерительным элементом счетчика измеряется активная мощность

P 1 = UABIAcos(30° + ц) = 100 · 1 · 0,5 = 50 Вт.

Вторым измерительным элементом счетчика измеряется активная мощность

P 2 = UCBICcos (30° - ц) = 100 · 1 · 1 = 100 Вт.

Активная мощность, измеряемая счетчиком

Р = Р 1 + Р 2 = 150 Вт.

При отсутствии тока IА или напряжения UA на первом измерительном элементе счетчика абсолютная погрешность измерений электроэнергии д A составит 50 Вт или -33 %.

При отсутствии тока IC или напряжения UC на втором измерительном элементе счетчика погрешность измерений электроэнергии дС составит 100 Вт или -66 %.

При отсутствии напряжения фазы В на счетчике погрешность измерений электроэнергии дВ составит -50 %.

Если нагрузка на данном присоединении активная (cosц = 1), то погрешности измерений электроэнергии в названных выше случаях составляют: д A = -50 %, дС = -50 %, дВ = -50 %.

В режиме холостого хода силового трансформатора (индуктивный характер нагрузки при cosц = 0,17; ц = 80°) активная мощность, измеряемая первым элементом счетчика

P 1 = 100 · l · cos110° = -34 Вт,

вторым элементом счетчика

Р 2 = 100 · 1 · 0,64 = 64 Вт.

Активная мощность, измеряемая счетчиком, составит

Р = 64 - 34 = 30 Вт.

В этом режиме при отсутствии напряжения UC, вследствие перегорания предохранителя ТН или повреждения вторичных цепей, диск счетчика будет вращаться в. обратную сторону, искажая результаты измерений.

Согласно типовой инструкции по учету электроэнергии [7] рекомендуется применять трехэлементные счетчики. Схема включения этих счетчиков (рис. 24) обеспечивает их работу в классе точности в различных режимах работы сети. Подключение заземленной фазы b на средний элемент счетчика обеспечивает возможность установки прямого порядка чередования фаз напряжений и проверки схемы включения. Для проверки измерительного комплекса учета электрической энергии на месте установки измеряют следующие параметры:

· линейные напряжения UAB, UBC, UAC;

· фазные напряжения UA0, UB0, UC0;

· токи IA, IB,IC, I0;

· углы фазового сдвига ц1, ц2, ц3 (рис. 25);

· потери напряжения в линии связи ТН - счетчик с оценкой соответствия требованиям ПУЭ;

· нагрузки вторичных цепей измерительных ТТ и ТН с оценкой их соответствия номинальным нагрузкам по ГОСТ 7746-89 и ГОСТ 1983-89.



Рис. 24. Схема включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную цепь с тремя ТТ и заземленной фазой b ТН. Прямой порядок чередования фаз ABC обязателен. (Цепи напряжения электронных счетчиков показаны условно)

Рис. 25. Векторная диаграмма и схема присоединения проводов для измерений электрической энергии трехэлементным счетчиком (отсчет углов фазового сдвига указан по показаниям ВАФ-85М от вектора линейного напряжения U АВ)

Активная мощность, измеряемая счетчиком,

P = UAIA cosц1 + UBIB cosц2 + UCIC cosц3.

Кроме того, проверяют соответствие коэффициентов трансформации измерительных ТТ и ТН, указанных на табличках, с их паспортными данными и, наконец, погрешности счетчика.

На основе анализа этих данных делается вывод о правильности схемы включения и предварительный вывод о достоверности измерений электроэнергии.

Положение векторов токов (см. рис. 25) IА, IВ, IC, относительно напряжений UA, UB,UC (угол фазового сдвига) определяется характером нагрузки в электрической сети потребителя. Он может иметь индуктивный, активный (cosц = 1) или емкостный характер. На время проверки установку компенсации реактивной мощности отключают.

На линиях связи положение векторов тока относительно своих напряжений определяется направлением перетоков (передачи) активной и реактивной мощности (рис. 26).

Чтобы избежать ошибок в схеме подключения счетчика, необходимо перед проверкой уточнить у диспетчера энергосистемы и по показаниям щитовых приборов на подстанции направление передачи активной и реактивной мощности на проверяемом присоединении.

Несмотря на это, при подключении счетчика (присоединением проводов к счетчику) можно допустить ошибку. Например, возможно создание дополнительного фазового сдвига, отличающегося от действительного на 60°. На рис. 27 показана векторная диаграмма создания дополнительного фазового сдвига на 60° в индуктивность при активной нагрузке.

ВАФ-85	30° (инд.)	50° (инд.)	70° (инд.)	90° (инд.)	110° (инд.)	120° (инд.)	130° (инд.)	150° (инд.)	170° (инд.)	170° (емк.)	150° (емк.)	130° (емк.)	110° (емк.)	90° (емк.)	70° (емк.)	60° (емк.)	50° (емк.)	30° (емк.)	10° (емк.)	10° (инд.)	30° (ннд.)
ц, град	0	20	40	60	80	90	100	120	140	160	180	200	220	240	260	270	280	300	320	340	360
cosц	1	0,94	0,76	0,5	0,17	0	-0,17	-0,5	-0,76	-0,94	-1	-0,94	-0,76	-0,5	-0,17	0	0,17	0,5	0,76	0,94	1
Р	1	0,94	0,76	0,5	0,17	0	-0,17	-0,5	-0,76	-0,94	-1	-0,94	-0,76	-0,5	-0,17	0	0,17	0,5	0,76	0,94	1
	прямое		обратное		обратное		прямое
Q	0	0,34	0,64	0,86	0,98	1	0,98	0,86	0,64	0,34	0	-0,34	-0,64	-0,86	-0,98	-1	-0,98	-0,86	-0,64	-0,34	0
	прямое		обратное

Рис. 26. Положение вектора тока фазы А в зависимости от направлений передачи активной и реактивной мощности

Рис. 27. Векторная диаграмма создания дополнительного фазового сдвига при подключении счетчика и схема присоединения проводов

Ниже приведены данные о погрешности измерений электрической энергии в зависимости от изменения угла фазового сдвига (cosц) электроустановки:

Коэффициент мощности электроустановки cosц, емк.	1	0,98	0,94	0,86	0,76	0,64	0,5
Коэффициент мощности, с которым работает счетчик, cosц сч, инд.	0,5	0,64	0,76	0,86	0,94	0,98	1
Погрешность измерений электроэнергии счетчиком д, %	-50	-34	-18	0,00	+18	+34	+100

Включение трехэлементных электронных счетчиков в схему с двумя ТТ выполняется двумя способами:

1) установкой внешней перемычки на колодке зажимов счетчика между клеммой напряжения среднего элемента и общим выводом счетчика (рис. 28). Этой перемычкой первый и третий измерительные элементы счетчика переводятся на линейные напряжения UAB и UCB. Следует отметить, что не на всех типах трехэлементных счетчиков допускается установка такой перемычки;

2) включением токовой цепи среднего элемента счетчика на сумму токов фаз А и С с обратной полярностью (рис. 29).

Рис. 28. Схема включения счетчика активной энергии и трехэлементного счетчика реактивной энергии в трехпроводную цепь с двумя измерительными ТТ и ТН. Прямой порядок чередования фаз ABC обязателен



Рис. 29. Схема включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную цепь с двумя ТТ. Прямой порядок чередования фаз ABC обязателен. (Цепи напряжения электронных счетчиков показаны условно)

Размещено на Allbest.ru

...