Teorētiski vienu vai vairākus vienfāzes skaitītājus, kas savienoti saskaņā ar noteiktu shēmu, var izmantot elektroenerģijas uzskaitei trīsfāzu, trīs vadu un četru vadu sistēmās. Tomēr šādām shēmām ir stingri jāievēro simetriska slodze un spriegums, ko ne vienmēr ir iespējams nodrošināt.
Turklāt vienas vai divu fāžu uzskaite rada ievērojamas kļūdas, tāpēc šobrīd visplašāk tiek izmantoti trīsfāzu trīselementu skaitītāji. Rakstā kā šāda skaitītāja piemērs ir parādīta shēma SA4U-I672M.
Elektriskajam skaitītājam ir trīs rotējoši elementi, kas iedarbojas uz vienu kustīgu daļu. Kustīgajai daļai visbiežāk ir divi diski. Rotējošiem elementiem ir tāda pati konstrukcija un ierīce kā vienfāzes.
Tas attiecas uz visām trīsfāzu mērīšanas ierīcēm, izņemot skaitītājus. reaktīvā enerģija balstās uz rotējošiem elementiem ar iekšējo nobīdi, kas atšķiras no 90°, proti, 60° un 180°.
Reaktīvās enerģijas skaitītājos par pamatu tiek ņemta arī rotējoša elementa konstrukcija, līdzīga vienfāzes, un tiek veikti pasākumi, lai iegūtu nepieciešamo iekšējo fāzes nobīdi (īssavienojumi, šunta pretestības).
Trīsfāzu indukcijas skaitītāju var uzskatīt par sistēmu, kas sastāv no trim vienfāzes; Katrs šādas sistēmas elements tiek pakļauts tiem pašiem fiziskajiem procesiem. Ar tīri pretestības slodzi fāzes nobīdes leņķis starp katra elementa darba plūsmām ir 90 °.
Kopējais griezes moments ir trīs reizes lielāks par viena elementa griezes momentu. Slodzes līkne, kā arī visas pārējās trīs elementu ierīces īpašības būs tādas pašas kā vienfāzes skaitītājs ar tādu pašu nominālo ātrumu.
Atgādiniet, ka slodzes līkne ir berzes, pašbremzēšanas un rotējošā elementa pārvietošanās kļūdu komponentu līkņu summa, kļūda no darba plūsmas un strāvas nelineārās atkarības. seriālā ķēde.
Sprieguma fāzes nobīdes klātbūtne trīsfāzu sistēmā rada noteiktas kļūdas, veidojot griezes momentu kustīgajā daļā. Pirmajam rotējošajam elementam nosacīti pieņemam φ1=0°. Tad nākamo divu fāžu nobīde attiecīgi būs vienāda ar φ2=60°, φ3=120°.
Tas nozīmē, ka fāzes nobīdes leņķis starp darba plūsmām pirmajam magnetizējošajam elementam ψ1=0°- φ, otrajam ψ2=60°- φ, trešajam ψ3=120°- φ. Pie aktīvas slodzes (cosφ=1) un simetriskas slodzes fāzēs šīs nobīdes ir vienādas ar ψ1= 0°, ψ2= 60°, ψ3= 120°.
Tāpēc elementu kopējais griezes moments Mvr nav vienāds ar viena rotējošā elementa momenta M1 trīskāršo vērtību, kad šī elementa spriegums un strāva atrodas fāzē, bet ir vienāds ar:
Mvr= М1sin0°+ М2sin60°+ М3sin120°=√3 М1;
Turklāt, ja tam būs tāds pats nominālais ātrums kā vienfāzes, tad to slodzes līknes reģionā smagas kravas būs savādāk. Tas ir saistīts ar faktu, ka kopējais brīdis paša bremzēšana trīsfāzu skaitītājs ir trīs reizes lielāks par viena elementa paša bremzēšanas momentu, un tā paša bremzēšanas kopējais griezes moments ir √3 reizes lielāks par viena elementa griezes momentu.
Trīsfāzu skaitītāja kļūda no paša bremzēšanas būs 2/√3, kas ir 1,16 reizes lielāka nekā vienfāzes skaitītājam ar tādu pašu rotējošu elementu un kustīgās daļas nominālo griešanās ātrumu.
Lai trīselementu trīsfāžu skaitītājam būtu tāda pati slodzes līkne kā vienfāzes skaitītājam, tā nominālajam ātrumam jābūt 1,16 reizes mazākam nekā vienfāzes skaitītājam. Tāpat kā vienfāzes skaitītājiem, diska griešanās ātrumu var regulēt, pārvietojot pastāvīgo magnētu pa diska rādiusu; šī konstrukcija nodrošina divus pastāvīgos magnētus.
Reaktīvās enerģijas uzskaite tiek veikta saskaņā ar tām pašām shēmām kā aktīvās enerģijas uzskaite, taču tajā pašā laikā mērīšanas mehānismiem jābūt iekšējam fāzes nobīdes leņķim starp seriālo un paralēlo ķēžu darba plūsmām, nevis 90 °, kā tas ir gadījumā, ja ņem vērā aktīvo enerģiju, bet 0 ° (180 °).
Lai iegūtu šādu nobīdi, virknē ar indukcijas rotējošā elementa paralēlās ķēdes tinumu, papildus aktīvā pretestība un turklāt tie šuntē virknes ķēdes tinumu ar aktīvo pretestību.
Šādus reaktīvās enerģijas skaitītājus sauc par 180° nobīdes skaitītājiem. To atšķirīgā iezīme ir “ķēdes” kļūdas trūkums jebkurai ķēdes asimetrijai.
Tālāk ir norādītas dažas no visizplatītākajām reaktīvās enerģijas uzskaites shēmām: trīs elementu mērīšanas shēma trīs vadu un četru vadu shēmās (a), divu elementu skaitītāja shēma ar atdalītiem sērijas tinumiem (Bergtold shēma) mērīšanai trīs vadu shēmās. vadu shēmas (c) un skaitītāja shēma ar 60 ° nobīdi uzskaitei trīs vadu ķēdēs (c).
Lai iegūtu rotējošu elementu ar 60° nobīdi, virknē ar elementa paralēlās ķēdes tinumu ar 90° nobīdi tiek iekļauta papildu aktīvā pretestība. Paralēlās ķēdes nestrādājošo vītņu ceļā tiek iekļauti īssavienojumi, kas samazina iekšējo nobīdi starp darba vītnēm.
Daudzi cilvēki zina tādu terminu kā elektriskā reaktīvā enerģija. Parasta cilvēka uztverei tas ir diezgan sarežģīts jēdziens. Tāpēc, pirmkārt, ir nepieciešams noskaidrot visas reaktīvo un aktīvo enerģiju atšķirīgās iezīmes. Būtiskākā atšķirība starp reaktīvo enerģiju ir tā, ka tās rašanās ir iespējama tikai tīklos, kam raksturīga maiņstrāva. Saistībā ar līdzstrāvašī enerģija nevar pastāvēt. Tas ir saistīts ar tā dabiskajām īpašībām.
Būtībā reaktīvās enerģijas skaitītājs ir sava veida digitāla ierīce, kuras darbība ir tāda, ka tas pārvērš jaudu analogā signālā, kas tālāk tiek pārveidots elektriskos impulsos. To summa nozīmē patērētās elektroenerģijas daudzumu.
Šī ierīce sastāv no plastmasas korpusa. Tajā uzstādīti trīs transformatori un dēlis, kurā iebūvēts mēraparāts. Pievienots šīs ierīces ārpusei led spuldzes, kā arī šķidro kristālu struktūras ekrāns.
Mainīga rakstura elektroenerģija nonāk pie patērētājiem no jaudu ģenerēšanas caur vairākiem pazeminošiem transformatoriem, kuru konstrukcija ir veidota tā, lai tajā tiktu sadalīti augstie un zemie tinumi. zemspriegums. Precīzāk sakot, starp šiem tinumiem nav tieša fizioloģiska kontakta, taču, neskatoties uz to, elektrība iet pa noteiktu ceļu.
Šai parādībai ir ļoti vienkāršs izskaidrojums. Elektrības pārvade tiek veikta caur gaisa telpu ar tās elektromagnētiskā lauka palīdzību. Un, kā jūs zināt, gaiss ir lielisks dielektriķis. Šis elektromagnētiskais lauks ir mainīgs, un tāpēc tas parādās pārmaiņus katrā no esošajiem transformatora tinumiem un vienmēr šķērso pretējo tinumu, bez tieša kontakta ar to, rada elektromotora spēku savos tīklos.
Koeficients noderīga darbība mūsdienu transformatoros ir diezgan augsts, un līdz ar to arī zaudējumi elektriskā enerģijaļoti maza un visa pieejamā nekonstanta strāva no pirmā tinuma pāriet uz otro. Tas pats darbs notiek kondensatorā. Tikai šeit galveno lomu spēlē elektriskais lauks.
Tādi lielumi kā induktivitāte un kapacitāte rada reaktīvo enerģiju, kas katrā laika periodā nodod noteiktu enerģijas daļu nekonstantas strāvas avotam. Šīs enerģijas uzkrāšanās un atbrīvošanās neļauj mierīgi plūst aktīvajai enerģijai, tāpēc tā veic visu nepieciešamo darbu apjomu tīklos, vienlaikus pārveidojot mehānisko vai termisko darbu.
Patērētāji, kuri rada lielu daudzumu induktīvās slodzes, izmanto īpašas ierīces kurus sauc par kondensatoriem. Tas tiek darīts, lai kompensētu un samazinātu reaktīvās enerģijas pretestību. Šī enerģija būtiski ietekmē visu elektroenerģijas zudumu vērtību. Ir vērts atzīmēt, ka tas var arī negatīvi ietekmēt visu pieejamo ierīču elektromagnētiskā rakstura saderību. Tāpēc ir nepieciešams kontrolēt tā daudzumu.
Visbiežāk šī problēma rodas rūpniecības uzņēmumos. Elektrotīklu darbības noteikšanai tiek uzstādīti sensori, kas atsevišķi uzskaita aktīvo un reaktīvo enerģiju: aktīvās enerģijas skaitītājs un reaktīvās enerģijas skaitītājs. Trīsfāzu reaktīvās enerģijas skaitītājs elektriskie tīkli sniedz datus divos daudzumos: volti un ampēri.
Mērķis, ierīce, darbības princips
Stacijās saražotās un patērētājiem nodotās elektroenerģijas uzskaitei tiek izmantoti elektroenerģijas skaitītāji. Tie ir uzstādīti uz ģeneratora sprieguma kopnēm, uz izejošām līnijām un pazemināto patērētāju apakšstaciju zemsprieguma pusē. Lai ņemtu vērā aktīvo enerģiju, tiek izmantoti vienfāzes tipi CO, SOU vai SAZ (SAZU) tipa trīsfāžu indukcijas sistēmas, bet reaktīvai enerģijai - SR4 (SR4U) tipa skaitītāji. Skaitītāju apzīmējumos burti un cipari nozīmē: C - skaitītājs, O - vienfāzes, A - aktīvā enerģija, P - reaktīvā enerģija, Y - universāls, 3 un 4 - trīs un četru vadu tīkliem.
Skaitītāju tinumi ir paredzēti savienošanai tieši ar tīklu un caur mērīšanas strāvas un sprieguma transformatoriem. Tiešā pieslēguma skaitītāji tiek izgatavoti 5, 10, 20, 30 un 50 A, un caur strāvas transformatoriem - līdz 2000 A, skaitītāja sekundārā nominālā strāva visos gadījumos būs 5 A. Nominālie spriegumi skaitītāji tiešā pieslēguma tinumiem: 127, 220 un 380 V, un caur sprieguma transformatoriem - 100 V. Ja ir pieejami transformatori, skaitītājus var pieslēgt pie staciju kopnēm ar darba spriegumu 500, 600 V vai 3, 6, 10 un 35 kV.
Vienfāzes režīmā transformatoru apakšstacijas jauda 4 - 10 kV-A, spriegums 6-10 / 0,23 kV, uzstādīts aktīvās enerģijas skaitītājs CO2M. Tas ir savienots ar strāvas transformatoru, kas uzstādīts aiz vienfāzes transformatora, tāpēc tiek ņemta vērā visa elektrība, kas iet caur transformatoru. Letei ir apsilde - termiskā pretestība PE-75.
Patērētāju viena transformatora apakšstacijās ar spriegumu 6-10 / 0,4 kV, jaudu 100-250 kV-A, ir uzstādīti SA4U vai SA4I tipa trīsfāzu indukcijas aktīvās enerģijas skaitītāji. Elektrības skaitītāji ir paredzēti četru vadu ķēdei, un tiem ir septiņi pievadi: divi savienošanai ar katru no trim strāvas transformatoriem un viens savienošanai ar neitrālo vadu. Šādi skaitītāji ir uzstādīti zemsprieguma pusē. strāvas transformators kopnēm, kurām pieslēgtas izejošās zemsprieguma līnijas, tāpēc tās ņem vērā visu transformatora pārvadīto elektroenerģiju.
Strukturāli skaitītāja mehānisms ir uzstādīts uz liešanas statīva, kas atrodas taisnstūrveida tērauda vai plastmasas cokolā, aizvērts ar plastmasas vāku. Universālajiem skaitītājiem ir noņemams vairogs vāka priekšpusē un ierīce tā blīvēšanai. Skaitītāji tiek ražoti ar precizitātes klasi 2,0, izņemot tiešā pieslēguma reaktīvās enerģijas skaitītājus, kuru precizitātes klase ir 3,0.
Mēs apsvērsim ierīci un to darbības principu, izmantojot C0-2M tipa vienfāzes skaitītāja piemēru (1. attēls).
Tērauda serde 1 atrodas plastmasas korpusā, kas aprīkots ar sprieguma tinumu. Tas ir izgatavots no liela skaita maza diametra stieples apgriezienu un ir savienots paralēli ķēdei. Strāvas tinums 4 ir uztīts uz serdes 5 un sastāv no neliela skaita liela diametra stieples apgriezienu. Šis tinums ir savienots virknē ķēdē un paredzēts nominālajai strāvai 5 A. Starp serdeņiem ir gaisa sprauga, kurā var brīvi griezties alumīnija disks 3, kas uzstādīts uz ass 2. Lai noregulētu skaitītāju, tas ir uzstādīts uz tērauda kronšteina pastāvīgais magnēts 7. Tinumu vadi ir savienoti ar četriem skaitītāja spailēm b, kas ir aizvērti ar vāku un noslēgti.
1. attēlā - Elektrības skaitītājs
Kad skaitītājs ir ieslēgts, caur tā tinumiem plūst strāvas, radot magnētisko plūsmu gaisa spraugā. Šī plūsma šķērso alumīnija disku un izraisa tajā virpuļstrāvas. Strāvu mijiedarbība diskā ar magnētisko plūsmu tinumos izraisa mehāniska spēka parādīšanos, kas izraisa diska griešanos. Disks ir pielāgots skaitītāja skaitīšanas mehānismam, norādot rādījumus kWh.
Vienfāzes skaitītāja komutācijas ķēdē (2. attēls, a) fāzes vads ir savienots ar pirmo spaili G (ģeneratora skava), bet neitrālais vads - ar trešo spaili G. Vadi, kas ved uz elektriskajiem uztvērējiem, ir savienots ar otro un ceturto spaili, apzīmēts ar burtu H (slodze ).
Lai izmērītu elektroenerģijas patēriņu trīsfāzu elektroinstalācijās, varat izmantot trīs katrā fāzē iekļautos vienfāzes skaitītājus saskaņā ar shēmu, kas parādīta 2. attēlā, b. Šajā gadījumā enerģijas patēriņu nosaka kā trīs skaitītāju rādījumu summu. Tomēr daudz ērtāk ir izmantot trīsfāzu skaitītājus, kas ir trīs vienfāzes skaitītāji, kas samontēti vienā korpusā un kuriem ir kopīgs skaitīšanas mehānisms.
2. attēls — skaitītāju ieslēgšanas shēmas:
a - vienfāzes, b - trīs vienfāzes c trīsfāzu tīkls, in - trīsfāzu
CA4 tipa trīsfāzu trīselementu skaitītāja komutācijas ķēdē (2. attēls, c) G spailēm tiek piegādātas trīs fāzes, H spailēm ir pievienota trīsfāzu slodze un neitrāls vads. uz O termināliem.
Savienojuma shēmas vienmēr ir norādītas jebkura veida skaitītāja vāka aizmugurē, kas aptver kontaktus.
Skaitītāja strāvas tinums uzstādīšanai dzīvoklī ir paredzēts 5 A nominālajai strāvai, bet mūsdienu dzīvojamās ēkās ir lieli daudzistabu dzīvokļi, kas patērē daudz vairāk strāvas. Kopumā pašreizējā slodze mājā var sasniegt vairākus simtus ampēru. Ir skaidrs, ka skaitītājus nevar tieši savienot ar ķēdi ar šādām strāvām. Lai pazeminātu mainīgo elektriskās strāvas liels spēks līdz ērtai vērtībai mērīšanai ar standarta mērinstrumentiem, paredzēts strāvas transformators vai mērīšanas transformators.
Strāvas transformatora tipam TK-20 (3. attēls) ir tērauda serde 2 ar tinumiem. Primārais tinums 3 ar spailēm L1 un L2 ir izgatavots no liela šķērsgriezuma stieples, kas paredzēts strāvai, kas nepieciešama normālai elektroinstalācijas darbībai. Sekundārais tinums 4 un sekundārā tinuma spailes I1 un I2 ir savienotas ar spaiļu bloku 1. Tam ir tāds apgriezienu skaits, ka, kad nominālā strāva Primārajā tinumā tajā tika inducēta 5 A strāva.
3. attēlā - Strāvas transformators TK-20
Strāvas transformatori tiek ražoti ar dažādiem transformācijas koeficientiem: 10/5, 15/5, 20/5 A un tiek izmantoti atkarībā no patērētāja darba strāvas.
Šobrīd plānots nodot ekspluatācijā sistēmas enerģijas patēriņa automātiskai uzskaitei. Šādu sistēmu izveide kļuva iespējama, pateicoties elektronisko skaitītāju attīstībai. Piemēram, elektriskās aktīvās enerģijas skaitītāji ir elektroniski tiešs savienojums tips "Enerģija - 9" ir paredzēti, lai ņemtu vērā elektrisko aktīvo enerģiju iekšā vienfāzes ķēdes maiņstrāva ar frekvenci 50 Hz, atkarībā no versijas, ar vienu vai vairākiem laikā diferencētiem tarifiem.
Skaitītāji atkarībā no versijas nodrošina arī:
- mērījumu informāciju saturošas datu bāzes veidošana;
- datu bāzē glabātās mērījumu informācijas pārraide pa saskarnes kanāliem uz elektroenerģijas uzskaites ierīcēm augstākais līmenis.
Skaitītāju darbības joma ir elektroenerģijas uzskaite rūpniecības (mazo dzinēju) uzņēmumos un mājsaimniecībā elektroenerģijas laikā diferencēto tarifu izmantošanas kontekstā.
Var izmantot skaitītājus ar seriālo interfeisu un telemetrisko impulsu izvadi automatizētas sistēmas elektroenerģijas uzskaite un kontrole.
Pārslēgšanas shēmas
Vienfāzes skaitītāja komutācijas ķēdē kopā ar strāvas transformatoru (4. attēls, a) transformatora L1 - L2 primārais tinums ir virknē savienots ar lineāro vadu ar lielu strāvu, un strāvas tinums skaitītājs ir pievienots sekundārais tinums strāvas transformators (spailes I1 - I2). Tāpat kā parastajā shēmā, sprieguma tinumam jābūt savienotam ar fāzes un nulles vadiem. Šim nolūkam diagrammā starp spailēm L1 un I1 tiek izveidots džemperis, un trešais skaitītāja spaile ir savienots ar neitrālo vadu.
Trīs vienfāzes, kā arī viena trīsfāzu skaitītāja pieslēguma shēmas kopā ar strāvas transformatoriem parādītas 4., 6., c attēlā.
Ja skaitītājs strādā ar strāvas transformatoru, lai noteiktu faktisko elektroenerģijas patēriņu, nepieciešams skaitītāja uzrādīto patēriņu reizināt ar mērtransformatora transformācijas koeficientu.
4. attēls. Shēmas skaitītāju ieslēgšanai ar strāvas transformatoriem:
a - vienfāzes, b-trīsfāžu, c - trīs vienfāzes trīsfāžu tīklā