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 СА3У-И670М, измерительные ТТ и трансформаторы напряжения (ТН), включенные по схеме, приведенной на рис. 22).

Измерение электроэнергии двухэлементным счетчиком СА3У-И670М рассмотрим на векторной диаграмме (рис. 23) линейных напряжений U_AB = U_CB = 100 В и токов I_A = I_C = 1 А с углом фазового сдвига φ = 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 = U_ABI_A cos(30° + φ) = 100 · 1 · 0,5 = 50 Вт.

Вторым измерительным элементом счетчика измеряется активная мощность

P ₂ = U_CBI_C cos (30° - φ) = 100 · 1 · 1 = 100 Вт.

Активная мощность, измеряемая счетчиком, Р = Р ₁ + Р ₂ = 150 Вт.

При отсутствии тока I_А или напряжения U_A на первом измерительном элементе счетчика абсолютная погрешность измерений электроэнергии δ _A составит 50 Вт или -33 %.

При отсутствии тока I_C или напряжения U_C на втором измерительном элементе счетчика погрешность измерений электроэнергии δ_С составит 100 Вт или -66 %.

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

Если нагрузка на данном присоединении активная (cos φ = 1), то погрешности измерений электроэнергии в названных выше случаях составляют: δ _A = -50 %, δ_С = -50 %, δ_В = -50 %.

В режиме холостого хода силового трансформатора (индуктивный характер нагрузки при cos φ = 0,17; φ = 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 U_C, 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 U_AB, U_BC, U_AC; фазные напряжения U_{A 0}, U_{B 0}, U_{C 0}; токи I_A, I_B, I_C, I ₀; углы фазового сдвига φ ₁, φ ₂, φ ₃ (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 = U_AI_A cos φ ₁ + U_BI_B cos φ ₂ + U_CI_C cos φ ₃.

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) I_А, I_В, I_C, относительно напряжений U_A, U_B, U_C (угол фазового сдвига) определяется характером нагрузки в электрической сети потребителя. Он может иметь индуктивный, активный (cos φ = 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.)
φ, град
cos φ		0,94	0,76	0,5	0,17		-0,17	-0,5	-0,76	-0,94	-1	-0,94	-0,76	-0,5	-0,17		0,17	0,5	0,76	0,94
Р		0,94	0,76	0,5	0,17		-0,17	-0,5	-0,76	-0,94	-1	-0,94	-0,76	-0,5	-0,17		0,17	0,5	0,76	0,94
прямое		обратное		обратное		прямое
Q		0,34	0,64	0,86	0,98		0,98	0,86	0,64	0,34		-0,34	-0,64	-0,86	-0,98	-1	-0,98	-0,86	-0,64	-0,34
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 (cos φ) электроустановки:

Коэффициент мощности электроустановки cos φ, емк.....................................		0,98	0,94	0,86	0,76	0,64	0,5
Коэффициент мощности, с которым работает счетчик, cos φ сч, инд..............	0,5	0,64	0,76	0,86	0,94	0,98
Погрешность измерений электроэнергии счетчиком δ, %...............................	-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 U_AB и U_CB. 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)