Учет электрической энергии

Рекомендованы в качестве методических указания к лабораторной работе по дисциплине «Электроснабжение» для студентов направления 140211 «Электроснабжение»

Кемерово 2010

Рецензенты:

__________________________ кафедры ______ ЭГиПП ______________

ФИО, должность наименование кафедры

__ Ефременко В.М. _______ УМК специальности _____ 140211 ________

ФИО, член УМК или председатель код и наименование

______________________ Электроснабжение ______________________

специальности или направления подготовки

Храмцов Роман Анатольевич, Наумкин Роман Борисович. Учет электрической энергии [Электронный ресурс]: для студентов всех форм обучения специальности 140211 «Электроснабжение»/ Р.А. Храмцов, Р.Б. Наумкин. – Электрон. дан. – Кемерово: ГУ КузГТУ, 2010. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв.; цв.; 12 см. – Систем. требования: Pentium IV; ОЗУ 32 Мб; Windows ХР; (CDROM-дисковод); мышь. - Загл. с экрана.

В методических указаниях приведены основные требования, предъявляемые к учету электроэнергии в электроустановках, принцип действия, классификация и характеристики однофазных и трехфазных приборов учета электроэнергии, схемы подключения.

© ГУ КузГТУ

© Храмцов Р.А.

© Наумкин Р.Б.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение основных требований, предъявляемых к учету электроэнергии в электроустановках, принципа действия, классификации и схем подключения однофазных и трехфазных приборов учета электроэнергии, а также практических принципов определения расхода электроэнергии по показаниям приборов учета.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В соответствии с Правилами учета электрической энергии и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к учету электроэнергии предъявляются следующие требования:

1. Учет активной электроэнергии должен обеспечивать определение количества энергии:

- выработанной генераторами электростанций;

- отпущенной потребителям из электрической сети;

- переданной в другие энергосистемы или полученной от них.

Кроме этого, учет активной электроэнергии должен обеспечивать возможность контроля соблюдения потребителями заданных им режимов потребления и баланса электроэнергии по уровням напряжения.

2. Учет реактивной электроэнергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной энергии, полученной потребителем от электроснабжеющей организации или переданной ей, только в том случае, если по этим данным производятся расчеты или контроль соблюдения заданного режима работы компенсирующих устройств.

Учет электроэнергии классифицируется:

- расчетный (коммерческий) учет электроэнергии – это учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее;

- технический (контрольный) учет – это учет для контроля расхода электроэнергии внутри электростанции, подстанции, в зданиях, квартирах и т.п.

Учет электроэнергии на предприятии даёт возможность:

- определить количество электроэнергии, полученной от электроснабжающей организации, с целью коммерческого расчёта;

- выполнить внутризаводской межцеховой расчёт за электроэнергию;

- осуществлять контроль потребления и выработки реактивной электроэнергии по всему предприятию в целом и по отдельным наиболее крупным потребителям;

- осуществлять контроль, уточнение или установление удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции;

- определить количество электроэнергии, переданной через подстанцию предприятия посторонним потребителям с целью коммерческого расчета.

Организация учета электроэнергии на действующих, вновь сооружаемых и реконструируемых электроустановках должна осуществляться в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов в части:

– мест установки и объемов средств учета электроэнергии на электростанциях, подстанциях и у потребителей;

­– классов точности счетчиков и измерительных трансформаторов;

– размещения счетчиков и выполнения электропроводки к ним.

Учет активной и реактивной энергии и мощности, а также контроль качества электроэнергии для расчетов между электроснабжающей организацией и потребителем производится, как правило, на границе балансовой принадлежности электрической сети.

Лица, выполняющие работы по монтажу и наладке средств учета электроэнергии, должны иметь лицензии на проведение данных видов работ, полученные в установленном порядке. Перестановка, замена, а также изменение схем включения средств учета производится с согласия электроснабжающей организации.

Средства учета электрической энергии и контроля ее качества должны быть защищены от несанкционированного доступа для исключения возможности искажения результатов измерений.

Для повышения эффективности учета электроэнергии в электроустановках рекомендуется применять автоматизированные системы учета и контроля электроэнергии, создаваемые на базе электросчетчиков и информационно-измерительных систем.

По типу электросчетчики делятся:

- Индукционные (механические) счетчики – являются интегрирующими во времени электроизмерительными приборами. Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей токов, протекающих по двум обмоткам, с магнитным полем тока, индуктируемого в алюминиевом диске. Диск вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. В настоящее время из-за отдельных недостатков (отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, высокая погрешность учета) практически не используются.

- Цифровые (электронные) счетчики – построены на основе микросхем, не содержат вращающихся частей и производят преобразование сигналов, поступающих с измерительных элементов напряжения тока, в пропорциональные величины мощности и энергии.

- Гибридные счетчики электроэнергии – редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

По назначению счетчики можно разделить:

- трехфазные и однофазные;

- прямого и косвенного включения;

- однотарифные и многотарифные (до 48 тарифных планов);

- с обычной и автоматизированной схемой снятия показаний (наличие импульсного выхода для дистанционного учета);

- с механическим отображением или цифровой индикацией показаний;

- образцовые суперточные и обычные (по числовому эквиваленту уровня точности).

В трехфазных сетях для учета электроэнергии применяют трехэлементные и двухэлементные трехфазные и однофазные счетчики.

В сетях низкого напряжения (до 380 В) счетчики включаются или непосредственно в сеть, или через трансформаторы тока. Счетчики с номинальным напряжением 100 В имеют отдельные зажимы для параллельной цепи и включаются в сеть через измерительные трансформаторы напряжения.

2.1. Описание схем подключения приборов учета и их проверка

Счетчик является прибором, который реагирует не только на значение энергии, но и на направление ее передачи. Свойство счетчика реагировать на направление энергии приводит к обязательной необходимости включать токовую цепь счетчика и цепь напряжения согласованно, так, чтобы при положительном направлении энергии был положительный расход по счетчику.

Зажимы токовой обмотки счетчика и обмотки напряжения, подключаемые со стороны источника питания, условно называются однополярными. На схемах однополярные выводы обмоток счетчика (начала обмоток) обозначают звездочкой. Однополярный зажим цепи напряжения всегда располагается рядом с соответствующим зажимом токовой обмотки и у счетчиков непосредственного включения соединяется с токовым зажимом съемной перемычкой.

Зажимы токовых обмоток обозначаются буквами Г (генератор) и Н (нагрузка). При этом генераторный зажим соответствует началу обмотки, а нагрузочный – ее концу. При подключении счетчика необходимо следить за тем, чтобы ток через токовые обмотки проходил от их начал к концам. Для этого провода со стороны источника питания должны подключаться к генераторным зажимам (зажимам Г) обмоток, а провода, отходящие от счетчика в сторону нагрузки, должны быть подключены к нагрузочным зажимам (зажимам Н). Для счетчиков, включаемых с измерительными трансформаторами, должна учитываться полярность как ТТ, так и ТН. Это особенно важно для трехфазных счетчиков, имеющих сложные схемы включения, когда неправильная полярность измерительных трансформаторов не всегда сразу обнаруживается на работающем счетчике. Если счетчик включается через ТТ, то к началу токовой обмотки подключается провод от того зажима вторичной обмотки ТТ, который однополярен с выводом первичной обмотки, подключенным со стороны источника питания. При этом включении направление тока в токовой обмотке будет таким же, как и при непосредственном включении. Для трехфазных счетчиков входные зажимы цепей напряжения, однополярные с генераторными зажимами токовых обмоток, обозначаются цифрами 1, 2, 3. Тем самым определяется заданный порядок следования фаз 1–2–3 при подключении счетчиков. Следует заметить, что при подключении схема внутренних соединений не должна вызывать каких-либо сомнений или неясностей, так как все требуемые внутренние подключения сделаны при изготовлении счетчиков. Важно следить лишь за правильностью внешних подключений. На рис. 1 – рис. 5 приведены типовые схемы включения счетчиков активной и реактивной энергии как при непосредственном их включении в электрическую сеть, так и с измерительными трансформаторами. На рис. 1 изображены принципиальные схемы включения однофазного счетчика активной энергии с указанием полярности измерительных трансформаторов. Вторичные обмотки ТТ и ТН в целях безопасности заземлены. Принципиально безразлично, что заземлять – начала или концы обмоток измерительных трансформаторов.

Рис. 1. Схемы включения однофазного счетчика активной энергии:

а – при непосредственном включении; б – при полукосвенном

включении; в – при косвенном подключении

Принципиальные схема включения трехфазного трехпроводного двухэлементного счетчика активной энергии (типа САЗ, Альфа А2 и т.д.) приведены на рис. 2. Здесь особо отметим, что к зажиму с цифрой 2 обязательно подключается средняя фаза, т.е. та фаза, ток которой к счетчику не подводится. При включении счетчика с ТН зажим этой фазы заземляется. Счетчики подобного типа применяются главным образом с измерительными трансформаторами, поэтому приведенная на рис. 2 схема является основной при учете активной энергии в электрических сетях 6 кВ и выше. На рис. 3 показана схема включения трехфазного трехэлементного счетчика для учета реактивной энергии в трехпроводной сети.

Рис. 2. Схема включения трехфазного двухэлементного счетчика для учета активной энергии в трехпроводной сети

Рис. 3. Схема включения трехфазного трехэлементного счетчика

для учета реактивной энергии в трехпроводной сети

Рис. 4. Схема включения однофазного счетчика для учета

активной энергии в трехпроводной симметричной сети

низкого напряжения

Рис. 5. Схема включения однофазного счетчика для учета

активной энергии в двух- и четырехпроводной

симметричной сети низкого напряжения

2.2. Счетчики электрической энергии

Параметры, характеризующие счетчик электрической энергии:

- стартовый ток (чувствительность) () – наименьшее значение тока, при котором начинается непрерывная регистрация показаний;

- номинальный ток () – значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику, работающему от трансформатора;

- максимальный ток () – наибольшее значение тока, при котором счетчик удовлетворяет требованиям точности, установленным в ГОСТ Р 52320-2005;

- номинальное напряжение () – значение напряжения, являющееся исходным при установлении требований к счетчику;

- номинальная частота – значение частоты, являющееся исходным при установлении требований к счетчику;

- установленный диапазон измерений – совокупность значений измеряемой величины, для которой погрешность счетчика должна находиться в установленных пределах;

- класс точности – число, равное пределу основной допускаемой погрешности, выраженной в форме относительной погрешности в процентах, для всех значений тока от 0,05 до при коэффициенте мощности, равном 1;

- относительная погрешность – погрешность, определяемая по формуле:

2.2.1. Принцип действия однофазного электронного счетчика

Счетчик представляет собой аналого-цифровое устройство с предварительным преобразованием мощности в аналоговый сигнал с последующим преобразованием аналогового сигнала в частоту следования импульсов, суммирование которых дает количество потребляемой энергии.

Конструктивно счетчик состоит из корпуса и измерительного трансформатора тока и напряжения, выполненных на печатной плате преобразователя, и модуля тарификации. Структурно счетчик может состоять из следующих узлов:

- драйвер жидкокристаллического индикатора (ЖКИ);

- источник вторичного питания;

- микроконтроллер;

- оптический порт;

- память;

- преобразователь;

- супервизор;

- телеметрический выход;

- часы реального времени.

Блок-схема цифрового счетчика электрической энергии представлена на рис. 6.

Рис. 6. Блок-схема цифрового счетчика электрической энергии

Преобразователь представляет собой аналого-цифровое устройство с предварительным преобразованием мощности в аналоговый сигнал по методу ШИМ-АИМ с последующим преобразованием аналогового сигнала в импульсный сигнал пропорциональный потребленной электроэнергии. Источник вторичного питания преобразует переменное входное напряжение до величины необходимой для питания всех узлов счетчика. Микроконтроллер производит подсчет входных импульсов, расчет потребляемой энергии, управление и обмен информацией с другими узлами и схемами счетчика. Супервизор формирует сигнал сброса при включении и отключении питания, а также выдает сигнал аварии питания при снижении входного напряжения. Память хранит данные о потребленной электроэнергии и другие параметры. Часы реального времени предназначены для отсчета текущего времени и даты. Драйвер ЖКИ принимает информацию от микроконтроллера и выдает управляющие сигналы на ЖКИ. ЖКИ представляет собой многоразрядный индикатор и предназначен для индикации режимов работы, информации о потребленной электроэнергии и временных параметров. Оптический порт предназначен для считывания показаний и программирования счетчика. На микроконтроллер поступают сигналы с кнопок на панели счетчика и сигналы от преобразователя пропорциональные потреблению электроэнергии. Микроконтроллер сохраняет информацию в памяти и выдает импульсный сигнал об энергопотреблении на телеметрический выход.

Основные внешние факторы, влияющие на погрешность измерений электросчетчика:

- уровень напряжения сети;

- частота питающего напряжения;

- температура окружающего воздуха;

- самонагрев;

- угол наклона (для индукционных счетчиков);

- несинусоидальность питающего напряжения;

- неустановившиеся режимы;

- порядок чередования фаз (для трехфазных счетчиков);

- неравномерность нагрузки фаз (для трехфазных счетчиков);

- несимметричность напряжения (для трехфазных счетчиков);

- отсутствие «нуля» (для трехэлементных трехфазных счетчиков).

2.2.2. Требования к расчетным электрическим счетчикам

1. Каждый установленный расчетный электрический счетчик должен иметь на винтах, крепящих кожух счетчика, пломбы с клеймом госповерителя, а на зажимной крышке – пломбу энергоснабжающей организации. На вновь устанавливаемых трехфазных счетчиках должны быть пломбы государственной поверки с давностью не более 12 месяцев, а на однофазных счетчиках - с давностью не более 2 лет.

2. Расчетные электросчетчики, находящиеся в эксплуатации должны проходить государственную поверку в сроки указанные в техническом паспорте счетчика, но не реже одного раза в 16 лет.

3. Счетчики должны размещаться в легко доступных для обслуживания сухих помещениях, в достаточно свободном и не стесненном для работы месте с температурой в зимнее время не ниже 0°С. Допускается размещение электрических счетчиков в неотапливаемых помещениях, а также в шкафах наружной установки при условии соответствующих паспортных характеристик их эксплуатации. Иначе должно быть предусмотрено стационарное их утепление на зимнее время посредством утепляющих шкафов, колпаков с подогревом воздуха внутри них электрической лампой или нагревательным элементом для обеспечения внутри колпака положительной температуры, но не выше +20°С.

4. В электропроводке к расчетным счетчикам наличие паек и скруток не допускается.

5. Минимальное сечение медных проводов, присоединяемых к счетчикам – 2,5 мм кв., минимальное сечение алюминиевых проводов – 4 мм кв.

6. Для безопасной установки и замены счетчиков в сетях напряжением до 380 вольт, должна предусматриваться возможность отключения счетчика установленными до него на расстоянии не более 10 метров коммутационными аппаратами или предохранителями. Снятие напряжения должно предусматриваться со всех фаз, присоединяемых к счетчику.

7. Допустимые классы точности расчетных счетчиков активной электроэнергии для различных объектов учета приведены ниже:

· генераторы мощностью более 50 МВт, межсистемные линии электропередачи 220 кВ и выше, трансформаторы мощностью 63 МВ·А и более – 0,5;

· генераторы мощностью 12-50 МВт, межсистемные линии электропередачи 110-150 кВ, трансформаторы мощностью 10-40 МВ·А – 1,0;

· прочие объекты учета – 2,0.

Класс точности счетчиков реактивной электроэнергии должен выбираться на одну ступень ниже соответствующего класса точности счетчиков активной электроэнергии.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Запустить программу виртуального лабораторного стенда.

2. Выбрать номер варианта (задается преподавателем).

3. Ознакомиться и занести в рабочую тетрадь схему подключения потребителей.

4. Подготовить таблицу в форме табл. 1 в рабочей тетради для внесения экспериментальных и расчетных данных.

Таблица 1

Экспериментальные и расчетные данные

Нагрузка	Pн, МВт	Pк, МВт	Qн, МВАр	Qк, МВАр	Pк-н, МВт	Qк-н, МВАр	Pсч, МВт	Qсч, МВАр
					6=3-2	7=5-4
1…
2…
3…
Итого

5. Рассмотреть график потребления активной мощности потребителем №1 (пример показан на рис. 7).

6. Запустить активный и реактивный счетчики.

7. Снять показания счетчиков и занести в табл. 1.

8. Повторить пункты №5, 6, 7 для потребителей №2 и №3.

9. Заполнить оставшиеся параметры табл. 1, получив их расчетным способом в соответствии с приведенными рекомендациями.

Рис. 7. График потребления активной мощности

10. Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать: цель работы; схему подключения потребителей; экспериментальные и расчетные данные, представленные в форме табл. 1; выводы по результатам опытов, выполненных на лабораторной установке.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Для контроля изученного материала ответить на вопросы:

1. Какой учет электрической энергии называется коммерческим?

2. Для чего необходимо устанавливать счетчики электрической энергии?

3. Где устанавливаются приборы коммерческого учета электроэнергии?

4. Опишите принцип работы цифрового счетчика электроэнергии.

5. Какое правило необходимо соблюдать при подключении счетчика?

6. Назовите способы подключения счетчиков электроэнергии к сети.

7. Какими параметрами характеризуются счетчики электрической энергии?

8. Как определяется относительная погрешность прибора учета?

9. Какие факторы влияют на значение погрешности измерения?

10. Какие требования предъявляются к коммерческому счетчику электрической энергии.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила учета электрической энергии. Утв. Минтопэнерго РФ 19.09.1996. Зарегистрировано в Минюсте РФ 24.10.1996 г. № 1182.

2. Рощин В.А. Схемы включения счетчиков электроэнергии. Производственно-практическое пособие (издание 3-е, переработанное и дополненное). – М. Изд. НЦ Энас, 2007 – 112 с.

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) СПб, Издатель-ство ДЕАН, 2003. – 928 с.

4. РД 34.09.101-94 Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении. Утв. Минтопэнерго РФ 22.09.1998.

5. ГОСТ Р 52320-2005 Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Общие требования. Испытания и условия испытаний. Часть 11. Счетчики электрической энергии.

Дата добавления: 2015-07-10