Счетчики электрической энергии

Рекомендовано для использования в учебном процессе
учебно-методической комиссией направления

140400 «Электроэнергетика и электротехника»

Кемерово 2012

Рецензенты:

Ефременко В. М., заведующий кафедрой ЭГПП

Завьялов В. М., председатель УМК направления

140400 «Электроэнергетика и электротехника»

Беляевский Роман Владимирович. Счетчики электрической энергии [Электронный ресурс]: метод. указания к практическим занятиям по дисциплине «Измерительная техника» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» и направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение» всех форм обучения / Р. В. Беляевский. – Электрон. дан. – Кемерово: КузГТУ, 2012. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв.; цв.; 12 см. – Систем. требования: Pentium IV; ОЗУ 32 Мб; Windows ХР; (CD-ROM-дисковод); мышь. – Загл. с экрана.

Рассмотрен принцип действия, классификация и характеристики однофазных и трехфазных приборов учета электроэнергии, а также схемы их подключения.

© КузГТУ

© Беляевский Р. В.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение классификации, принципа действия и схем подключения однофазных и трехфазных приборов учета электроэнергии.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Классификация счетчиков электрической энергии

По типу счетчики электрической энергии делятся на:

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

По назначению счетчики электрической энергии можно разделить на:

- 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 и обычные.

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 (ТТ). Счетчики с номинальным напряжением 100 В имеют отдельные зажимы для параллельной цепи и включаются в сеть через измерительные трансформаторы напряжения (ТН).

2.2. Схемы 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 начала к концу. 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. 1–5 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

Принципиальная схема включения трехфазного трехпроводного двухэлементного счетчика активной энергии (типа САЗ, Альфа А2 и т.д.) приведены на рис. 2. Здесь 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

2.3. Параметры счетчиков электрической энергии

К параметрам, характеризующим счетчики электрической энергии, относятся:

- 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:

2.4. 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 измерительных трансформаторов 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).

2.5. 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.

Дата добавления: 2015-07-18