1 Особливості обліку електроенергії та вимірювання параметрів електричних кіл

Розрахункові лічильники обліку електроенергії можуть встановлюватись не на межі балансової належності електричних мереж електропередавальної організації й споживача. Тоді для визначення сумарного споживання електроенергії необхідно врахувати втрати електроенергії в лініях живлення і трансформаторах, починаючи від місця встановлення лічильників до межі балансової належності. Ці втрати розраховують за даними фактичного споживання електроенергії згідно з чинною методикою [18], яка допускає також використання спрощених методів обчислення втрат електроенергії в лініях електропередавання і силових трансформаторах.

З метою спрощення розрахунків для визначення втрат електроенергії в трансформаторах застосовують розрахункові таблиці, а втрати активної електроенергії в лініях за розрахунковий період обчислюють за відносним значенням втрат активної потужності, визначеним при економічному навантаженні. Однак, при зміні навантаження відносна величина втрат потужності не залишається сталою, тому фактичні втрати електроенергії в абонентських лініях можуть відрізнятися від значень, розрахованих за наближеною методикою.

У розрахункових таблицях [18] наведені значення втрат неробочого ходу і навантажувальних втрат електроенергії в трансформаторах, у тому числі для трансформаторів випуску до 1975 року, які мають приблизно вдвічі більші намагнічувальні втрати порівняно з трансформаторами пізніших випусків.

Спрощені способи розрахунку втрат дають завищені результати. З метою об’єктивної оцінки втрат електроенергії їх потрібно визначати за фактичним навантаженням з врахуванням еквівалентних опорів ліній і технічних характеристик встановлених на підстанціях трансформаторів. У цьому розділі розглядаються питання аналізу методик розрахунку втрат електроенергії в розподільних мережах за даними електроспоживання. Ці питання є актуальними для споживачів у зв’язку з підвищенням тарифів на електроенергію.

Чинна методика також потребує уточнення, так як навантажувальні втрати електроенергії потрібно визначати не за середнім, а за середньоквадратичним навантаженням. Під час розрахунку втрат потрібно враховувати коефіцієнти форми графіків електричних навантажень.

1. Розрахунок втрат електроенергії в лініях за даними електроспоживання

Втрати електроенергії в лініях електропередавання визначають у наступній послідовності.

Розраховують активний та реактивний опори фаз ліній, Ом,

(1.1)

(1.2)

де r_0i? x_0i-погонні активний та реактивний опори фазi—ої лінії, Ом/км;

l_i - довжина г-ої лінії, км.

Втрати активної та реактивної електроенергії в лінії (на i-ій ділянці) визначають за формулами

(1.3)

(1.4)

де WP_i,WQ_i- відповідно активна, кВт·тод, і реактивна, квартод, електроенергія, що передається поi-ій лінії (ділянці);

U_{ном і} -номінальна напругаі-ої лінії, кВ

Т_рі- тривалість роботиі—ої лінії під навантаженням протягом розрахункового періоду, год.

Значення WPi, WQiприймають за даними споживання електроенергії в кінціі—ої лінії (ділянки). Якщо розрахункові лічильники встановлені з боку вторинної напруги знижувального трансформатора, увімкненого в кінціі-ої лінії, то до фактичного споживання електроенергії додають втрати електроенергії в трансформаторах.

Сумарні втрати активної та реактивної електроенергії в плініях

1. Розрахунок втрат електроенергії в лініях за спрощеною методикою

З метою спрощення розрахунків втрати активної електроенергії в лініях визначають через відносне значення втрат активної потужності ∆Р%,помножене на кількість переданої електроенергіїWРза розрахунковий період ,

де втрати ∆Р обчислюють за питомими втратами ∆Р_o (кВт/км), розрахованими при економічному навантаженні Р_ек, і довжиною лінії l як

тоді

Значення втрат ∆Р%приймають сталим для всіх місяців року незалежно від кількості спожитої електроенергії. Але при навантаженнях, менших від економічного, відносне значення втрат потужності не залишається сталим. Так, наприклад, при зменшенні споживання електроенергії удвічі втрати потужності в лінії зменшаться у чотири рази, тому відносне значення втрат ∆Р%зменшиться удвічі. Отже застосовувати спрощену методику при навантаженнях, менших від економічного, не рекомендується.

2. Аналіз втрат електроенергії в лініях при зміні навантаження

Розрахуємо втрати електроенергії у повітряній лінії напругою 6 кВ при зміні навантаження. Лінія довжиною 4 км виконана проводом АС-95, коефіцієнт потужності навантаження соsφ= 1, тривалість роботи лінії під навантаженнямТ_р =720 год. Розрахункова схема мережі зображена на рисунку 1.1.

Економічне навантаження лінії згідно з таблицею 13 методики [1] Р_с=1300кВт, а

питомі втрати потужності згідно з таблицею 14 цієї методики ∆Р₀=17 ,46 кВт / км.

Межа балансової належності

Рисунок 1.1- Розрахункова схема мережі

Розрахуємо активний опір лінії

Ом.

Втрати активної електроенергії в лінії за розрахунковий період Т_рвизначимо згідно з формулою (1.3) як

За навантаження WР,що складає 25% від економічного, втрати електроенергії в лінії становлять

Розрахуємо втрати в ЛЕП за спрощеною методикою:

кВт;

Визначимо перевитрату коштів при оплаті втрат електроенергії, розрахованих за спрощеною методикою,

Де ∆WР₂- втрати електроенергії в ЛЕП, обчислені за спрощеною методикою;

∆WP₁ -втрати електроенергії в ЛЕП, обчислені за основною методикою;

Т -тариф за електроенергію, приймаємоТ= 0,3 грн / кВт·год.

Результати розрахунку втрат електроенергії в ЛЕП і перевитрати коштів при оплаті втрат електроенергії зведені в таблиці 1.1 для навантажень від 25% до 125% економічного.

Таблиця 1.1. - Розрахунок перевитрати коштів при оплаті втрат електроенергії, розрахованих за спрощеною методикою

Навантаження, %Ре	WP1 , кВт·год	∆WP2 , кВт·год	∆П , грн
25	2788,5	12571,2	2934,8
50	11154	25142,3	4196,4
75	25096,5	37713,5	3785,1
100	44616	50284,7	1700,6
125	69712,5	62854,7	-2057,3

Від’ємне значення ∆П при навантаженні, що складає 125% Р_е,вказує на фактичну економію коштів споживача при обчисленні втрат електроенергії за наближеною методикою. За навантажень (25-100)%Р_емає місце перевитрата коштів при оплаті втрат електроенергії,

причому найбільша перевитрата коштів буде при навантаженнях (50-75)% Р_е.

Залежності, розраховані за основною та спрощеною методиками, зображені на рисунку 1.2.

WP, кВт*год

WP, %

Рисунок 1.2 - Суміщені залежності

основна методика', — спрощена методика

Визначимо відносну похибку розрахунку втрат електроенергії за спрощеною методикою

Графік залежності зображений на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 - Графік залежності

Отже, фактичні втрати електроенергії в лініях при малих (порівняно з економічним) навантаженнях будуть значно меншими від втрат, розрахованих за спрощеною методикою.

Похибки розрахунку втрат за спрощеною методикою можуть досягати 100% і більше залежно від величини навантаження (див. рисунок 1.3). Тому застосування спрощеної методики для розрахунку втрат електроенергії в лініях не рекомендується, так як перевитрата коштів при оплаті електроенергії може бути значною при малих навантаженнях.

2. Розрахунок втрат електроенергії в трансформаторах Основна методика

Втрати активної електроенергії в трансформаторі згідно з чинною методикою [1] визначають за даними фактичного споживання електроенергії як

(1.13)

де Т_и- тривалість роботи трансформатора за розрахунковий період;

∆Р_х, ∆Р_К- відповідно втрати активної потужності неробочого ходу та короткого замикання трансформатора;

Т_п- календарна кількість годин роботи трансформатора за розрахунковий період;

Т_р -тривалість роботи трансформатора під навантаженням;

К₃- середній коефіцієнт завантаження трансформатора за розрахунковий період,

(1.14)

де -середнє навантаження трансформатора за розрахунковий період ,

величину якого визначають за даними фактичного споживання активної (WP)та реактивноїWQ)електроенергії

(1.15)

(1.16)

Sном - номінальна потужність трансформатора.

З врахуванням наведених вище формул одержимо

(1.17)

Втрати реактивної електроенергії в трансформаторах визначають за формулою

(1.18)

де - втрати реактивної потужності неробочого ходу трансформатора на намагнічування;

втрати реактивної потужності в індуктивному опорі

трансформатора при короткому замиканні (номінальному навантаженні обмоток);

U_к -напруга короткого замикання.

Після підставлення ∆Q_х, ∆Q_ку формулу втрат реактивної електроенергії одержимо

Спрощена методика

Під час визначення втрат активної та реактивної електроенергії в трансформаторах з метою спрощення розрахунків допускається використовувати розрахункові таблиці, в яких

наведені значення втрат електроенергії неробочого ходу (AWP_X, AWQ_X,)за розрахунковий період і значення навантажувальних втрат в обмотках трансформаторів (AWP_K,AWQ_K) для заданих діапазонів споживання активної електроенергії залежно від кількості робочих змін.

Сумарні втрати активної і реактивної електроенергії в трансформаторі

AWP_T = AWP_X +AWP_K, (1.20)A WQ_T = A WQ_X +A WQ_K.(1.21)

Визначимо втрати електроенергії в трансформаторі ТМ - 1000/10 з номінальними параметрами : S_ном⁼1000 кВA;U_BU= 10 кВ;U_m= 0,4 кВ; ∆Р_х =2,45 кВт;

∆Р_К =11 кВт;U_K= 5,5 %;I_х= 1,4%. Календарна кількість годин роботи трансформатора за розрахунковий періодТ_п =720 год, тривалість роботи трансформатора під навантаженням за двозмінної роботи споживачаТ_р= 288 год, коефіцієнт завантаження трансформатора (3 = 0,8 , коефіцієнт потужності навантаження

cos φ= 0,9, час використання найбільшого навантаженняТ_нб= 4500год.

Розрахункова схема обліку електроенергії наведена на рисунку 1.4.

Межа балансової належності

Рисунок 1.4- Розрахункова схема обліку електроенергії

Обчислимо споживання електроенергії за розрахунковий період:

S₌ βS_ом=О,8 -1000 = 800 кВА;

D_нб= qcosφ= 800 • 0,9 = 720 кВт;

Q_h6 = S sin (p = 0,435 • 800 = 348,7 квар;

WP = _ШТяб = 720 • 4500 = 3240000 кВт·год;

WQ = WPtgφ = 3240000 • 0,484 = 1568160 квар·год;

кВт·год

квар·год.

Для розрахунку втрат електроенергії в трансформаторі застосуємо дві методики - основну і спрощену.

Визначимо втрати активної електроенергії в трансформаторі за розрахунковий період за основною методикою

Втрати реактивної потужності неробочого ходу трансформатора

квар

Втрати реактивної потужності в індуктивному опорі обмоток трансформатора для номінального навантаження

Втрати реактивної електроенергії в трансформаторі

кВт•год

Визначимо втрати активної та реактивної електроенергії в трансформаторі ТМ- 1000/10 за даними таблиці 13 Додатку 1 [18]:

AWP-Y2 =3528 + 5480 = 9008 кВтгод;

AWQn ⁼36000 + 20100 =56100 квар год.

Перевитрата коштів при оплаті втрат електроенергії, визначених за спрощеною методикою (табличними даними),

ДП = (Д\¥Р_Т, -AWP_TI)T+ (дWQ_т, - ДWQ_Т|)Т ■D, (1.22)

де A WP_Tі ,A WQ _Т|- втрати активної та реактивної електроенергії в трансформаторі,

розраховані за основною методикою;

A WP_T2 ,A WQ _Т2- втрати активної та реактивної електроенергії в трансформаторі,

визначені за спрощеною методикою;

Т- ціна електроенергії, приймаємоТ= 0,3 грн / кВт-год;

D— економічний еквівалент реактивної потужності, приймаємоD = 0,02кВт/квар .

Отже, перевитрата коштів за розрахунковий період дорівнюватиме

ДП = (9008 - 3791 ,52 )0,3 + (56100 - 20217 ,б)0,3 • 0,02 = 1780 грн.

Спрощена методика розрахунку втрат активної та реактивної електроенергії в трансформаторах є неточною, а перевитрата коштів при оплаті електроенергії є значною. Це пояснюється тим, що розрахункові значення втрат активної та реактивної електроенергії в трансформаторах (середньомісячні значення) визначені для трансформаторів ТМ-1000/10, виготовлених до 1970 року. У цих трансформаторах втрати активної та реактивної потужностей неробочого ходу удвічі більші із-за неякісної сталі, порівняно з втратами в трансформаторах пізніших випусків. Для трансформаторів, виготовлених після 1970 року, втрати активної та реактивної потужностей неробочого ходу зменшилися внаслідок використання високоякісних марок сталей та удосконалення технології виготовлення магнітної системи. Крім того, під час визначення втрат була завищена реактивна складова потужності (порівняно з нормативним значенням реактивної потужності, що відповідає tgcp= 0,85).

Таким чином, як показав аналіз, табличні значення втрат в трансформаторах є завищеними порівняно з фактичними втратами електроенергії. Тому застосовувати розрахункові таблиці для визначення втрат не рекомендується.

3. Розподіл втрат електроенергії між основним споживачем і його субспоживачами в загальних елементах живильних мереж

Задача розподілу втрат електроенергії в загальних елементах електричної мережі між різними споживачами виникає, зокрема, при наявності транзиту електроенергії через ці мережі, а також передачі енергії стороннім споживачам (субспоживачам), які знаходяться на самостійному балансі.

Згідно з методикою [18] та діючими правилами користування електроенергією [24] розподіл втрат електроенергії між основним споживачем і його субспоживачами в загальних елементах живильних електричних мереж слід здійснювати пропорційно частці спожитої ними електроенергії. У зв’язку з введенням плати за перетікання реактивної електроенергії [19] розподіл втрат слід виконувати також для реактивної складової електроенергії, враховуючи обсяги спожитої активної й реактивної енергії за розрахунковий період.

Відповідно до вимог нормативних документів відносна частка електроенергії, спожитої субспоживачем, може бути визначена за формулою

, = 0.23)

т>_г+га.

де РГРс, - кількість активної й реактивної електроенергії, спожитої субспоживачем за розрахунковий період;

ІУРх,- сумарна кількість активної й реактивної електроенергії, спожитої

основним споживачем і субспоживачем;

Розподіл втрат електроенергії в загальних елементах живильних мереж між основним споживачем і субспоживачами пропорційно частці спожитої ними електроенергії можна вважати вірним тільки для складової втрат неробочого ходу трансформаторів. Що стосується складової навантажувальних втрат електроенергії в трансформаторах і лініях електропередавання, то прийнятий в нормативних документах розподіл невірний в принципі, так як навантажувальні втрати квадратично залежать від струму навантаження. Якщо, наприклад, загальне споживання електроенергії (струм навантаження) за рахунок субспоживачів зросте удвічі, то навантажувальні втрати електроенергії збільшаться учетверо, тобто субспоживач повинен відшкодувати основному споживачеві 75% вартості втрат, а не 50%, як передбачено діючими нормативними документами.

Відносний розподіл навантажувальних втрат активної електроенергії в загальних елементах живильної мережі між основним споживачем і субспоживачем пропонується визначати наступним чином.

1 Розраховуємо сумарну кількість спожитої активної й реактивної електроенергії

основним споживачем і субспоживачем

ЯТЬ = ІГР_ос+ ІГР_С, (1.24)

• (1.25)

2. Обчислюємо втрати активної електроенергії АІ¥Р₀свід навантаження основного споживача і втрати А від сумарного навантаження.

3. Визначаємо складову втрат електроенергії, вартість якої повинен відшкодувати субспоживач,

АИ'Рс = АІГРх - А ІГРос. (1.26)

Аналогічно можна визначити складову втрат реактивної електроенергії, вартість якої повинен відшкодувати субспоживач.

Для прикладу визначимо розподіл втрат електроенергії в кабельній лінії напругою

10. кВ довжиною 4 км при передачі енергії основному споживачеві в обсязі ЖР_0С= 500 тис. кВт-год,=400 тис. квартод і субспоживачеві в обсязі

ЙРР_С= 250 тис. кВт-год,1¥()_с= 200 тис. квартод. Лінія виконана кабелем ААБ - 3x120. Тривалість розрахункового періодуТ_р =720 год.

Обчислимо активний опір лінії Я = го І =0,258- 4 = 1,032 Ом.

Сумарне споживання електроенергії складає = 750 тис. кВт-год,

х =600 тис. квартод, при цьому втрати електроенергії в лінії

^ * ⁼То^г+720¹’⁰³²'¹°³=¹³-²™с.кВттод,

а від навантаження основного споживача

И/Р_ос= 1,032 • 10³= 5,88 тис. кВтгод.

Субспоживач повинен відшкодувати вартість втрат в обсязі 13,2-5,88 = =7,32 тис. кВтгод. Якщо втрати розподілити пропорційно відносній частці осе = (250+200) / (750+600) = 0,333, то одержимо АІ¥Р_С=а_сАІ¥Р_х= 0,333-13,2= =4,39 тис. кВт-год. Таким чином, перевитрата коштів основного споживача при оплаті електроенергії за тарифом 30 коп / кВт-год складе (7320 - 4390) 0,3 = 879 грн.

За наявності декількох субспоживачів їх дольову участь у відшкодуванні вартості втрат електроенергії потрібно визначати індивідуально з врахуванням квадратичної залежності втрат від сумарного навантаження. Складову сумарних втрат електроенергії А\УР_С,вартість якої повинні відшкодувати субспоживачі, можна розподілити пропорційно частці спожитої ними електроенергії

1УР_с.+]¥О_г.

АІ¥Р_Г=&№Р_Г—^(1.27) 1ГР_С+ІГ£> _с

де АЖРсі -складова втрат електроенергіїі -го субспоживача;

Ж(2сі, ІУРсі ~кількість активної й реактивної електроенергії, спожитоїі -м субспоживачем;

ШР_С,^_сумарна кількість активної й реактивної електроенергії, спожитої

субспоживачами.

Розподіл втрат активної (АЖР_Х)та реактивної(Аї¥()_х)електроенергії неробочого ходу трансформаторів між основним споживачем і субспоживачами здійснюють пропорційно частці спожитої ними електроенергії. Складові втрат електроенергії неробочого ходу дляі -го субспоживача розраховують за виразами

]УР + ]УО

АІГР_ХСІ= А ЖР_Х —н (1.28)

И7>. +

1¥Р+ІГО

А ТГО_хе.— —. (1.29)

^

Крім цього, субспоживачі повинні відшкодувати основному споживачеві частину витрат на амортизацію, технічне обслуговування та ремонт технологічних електричних мереж, якими здійснюється передача електричної енергії субспоживачам, згідно зі складеним кошторисом.

Субспоживачі повинні також здійснювати оплату послуг з компенсації перетікання реактивної енергії на межі балансової належності електричних мереж. Розрахунок плати за використання електричних мереж основного споживача слід здійснювати згідно з правилами користування електроенергією.

4. Особливості вимірювання струмів і напруг в електричних колах

Для вимірювання струму та напруги застосовують амперметри й вольтметри. Вимірювальні прилади поділяють на електромеханічні та цифрові. Найбільш поширені системи електромеханічних приладів:

-магнітоелектрична;

-електромагнітна;

-електродинамічна;

-феромагнітна;

-індукційна;

-електростатична.

Прилади магнітоелектричної системизастосовують для вимірювання постійних струмів (амперметри), напруг (вольтметри), опорів (омметри). Обертовий момент рухомої частини приладу (котушки), розташованої в магнітному полі постійного магніту, пропорційний силі струму, що протікає по котушці. Ці прилади мають високу точність, високу чутливість, рівномірну шкалу, споживають малу потужність. До недоліків належать чутливість до перевантажень і залежність показів від температури навколишнього середовища. Разом з випростувачами змінного струму в постійний застосовують для вимірювання середніх за модулем величин в колах змінного струму.

Прилади електромагнітної системизастосовують для вимірювання в колах постійного й змінного струмів як амперметри, вольтметри, фазометри. Вони є одними із найпоширеніших щитових приладів для вимірювання в колах змінного струму. Обертовий момент рухомої частини приладу виникає за рахунок втягування феромагнітної пластини магнітним полем нерухомої плоскої котушки, через яку протікає струм. Цей момент пропорційний квадрату струму. Прилади прості за конструкцією, добре переносять перевантаження. До недоліків слід віднести невисоку точність, велике споживання потужності (до 10 Вт), обмежений частотний діапазон, чутливість до зовнішніх магнітних полів. У колах змінного струму вимірюють діючі значення струму й напруги.

Електродинамічні приладизастосовують в колах постійного та змінного струмів для вимірювання струму, напруги й потужності. Обертовий момент рухомої частини ватметра створюється за рахунок взаємодії електричних полів нерухомої котушки струму і котушки напруги, яка розміщена всередині котушки струму і закріплена на осі разом з вказівною стрілкою. Відхилення стрілки ватметра пропорційне струмам, які протікають в котушках. Ці прилади мають високу точність (класи точності 0,1; 0,2; 0,5), їх покази не залежать від форми кривої струму чи напруги. До недоліків відносяться: низька чутливість, велике споживання потужності (до 15 Вт), вплив зовнішніх магнітних полів та обмежений діапазон частот. Прилади вимірюють діючі значення величин в колі змінного струму.

Феродинамічні приладивідрізняються від електродинамічних тим, що нерухому котушку розміщують на магнітопроводі. Це дає змогу збільшити обертовий момент рухомої частини приладу та зменшити вплив зовнішніх магнітних полів.

Прилади індукційної системискладаються з двох нерухомих котушок з магнітопроводами та рухомого алюмінієвого диска, розміщеного в проміжку між магнітними системами котушок. Обертовий момент виникає за рахунок взаємодії магнітних полів котушок з наведеними в диску вихровими струмами і залежить від величини струмів в котушках та кута зсуву фаз між ними. Такі прилади застосовують як лічильники електричної енергії змінного струму. Недоліком цих приладів є низька точність вимірювання.

Електростатичні приладискладаються з двох (або більше) металевих ізольованих пластинок, які виконують роль електродів. На нерухомі пластинки подається потенціал одного знаку, а на рухомі - потенціал іншого знаку. Рухома пластинка, закріплена з покажчиком на осі, повертається під дією сил електростатичного поля, яке виникає між пластинками. Обертовий момент рухомої частини приладу пропорційний квадрату напруги. Ці прилади застосовують як вольтметри постійного й змінного струмів. Шкала приладів квадратична, її вирівнюють підбираючи форму пластинок. Електростатичні вольтметри споживають дуже малу кількість електроенергії, не чутливі до зовнішніх магнітних полів, коливання температури та форми кривої вимірюваної напруги, можуть працювати при високих частотах (до 10 МГц). До недоліків належить порівняно низька чутливість (нижня межа вимірювання становить близько 10 В).

Принцип дії цифрових вимірювальних приладівґрунтується на перетворенні аналогового змінного сигналу в цифровий код. Перевагами цих приладів є малі похибки (0,1 - 0,001)% в широкому діапазоні вимірюваних сигналів, висока швидкодія (до 500 вимірювань за секунду), видача результатів вимірювань у цифровому вигляді, можливість документальної реєстрації виміряних величин за допомогою цифро - друкувальних пристроїв і введення інформації в комп’ютер для її подальшого оброблення.

У таблиці 1.2 наведені деякі умовні позначення систем вимірювання приладів.

Таблиця 1.2 - Умовні позначення систем вимірювання приладів

Назва системи вимірювання приладу	Умовне позначення
Магнітоелектрична система з рухомою рамкою	0
Магнітоелектрична система з випростувачем	иі -м-
Електромагнітна система
Електродинамічна система	, п ( ш ^1
Феродинамічна система	©
Індукційна система	0
Електростатична система	1

1. Розширення границь вимірювання приладів

Для розширення границь вимірювання амперметрів в колах постійного струму застосовують шунти (рисунок 1.5). Це дозволяє вимірювати струми, значно більші, ніж струм, на який розрахований амперметр. Шунти виготовляють з манганіну. На струми до 50 А застосовують внутрішні шунти, які розміщують в корпусі приладу. На більші струми шунти виготовляють зовнішніми.

Рисунок 1.5 - Вимірювання струму амперметром з шунтом

^/_/А

/ш

Струм в колі шунта з опором ^

де / - струм у загальному колі;

І а - струм у калі амперметра.

Струми в паралельних вітках кола розподіляються обернено пропорційно до їх опорів

(1.30)

І л_/?ш

/ /?*

(1.31)

ЗВІДКИ

/?и

-І— 1 П /а

£>а

-1

де _п= І/І - коефіцієнт шунтування, який показує, у скільки разів збільшена границя вимірювання амперметра.

Отже, струм у загальному колі

/ / А П

(1.32)

У колах змінного струму для розширення границь вимірювання амперметрів застосовують вимірювальні трансформатори струму ТС (рисунок 1.6). Аналогічно вмикають послідовні котушки ватметрів і лічильників.

Рисунок 1.6 - Вимірювання струму із застосуванням трансформатора струму

к

Номінальний коефіцієнт трансформації ТС визначають як відношення номінального струму /іном первинної 06М0ТКИ З ЛІНІЙНИМИ виводами ЛІ, Л2 ДО номінального струму /гном вторинної обмотки з виводами В1, В2:

ТС

К_т=-^-, (1.33)

2 ном

тоді струм у первинному колі= і2н-_т,деЛ — струм, вимірянийамперметром.

Для розширення границь вимірювання вольтметрів в колах постійного струму застосовують додаткові опори, які виготовляють з манганінового ізольованого дроту і вмикають послідовно з вольтметром (рисунок 1.7). Додаткові опори виготовляють як внутрішніми, розміщеними в корпусі приладу, так і зовнішніми. У першому випадку вольтметр градуюють разом з додатковим резистором.

Рисунок 1.7 - Вимірювання напруги з додатковим опором За першим законом Кірхгофа:

/к=^К;(1.35)

І_¥=и/(11_у+Я_д), (1.36)

де Яу-опір вольтметра;

Яд- додатковий опір.

Прирівнявши праві частини рівнянь (1.35), (1.36), одержимо

/?д

~/?у(/////і (1-37)

де т = иІи_х-коефіцієнт, який показує, у скільки разів збільшена границя вимірювання вольтметра. Тоді напруга на вході

// ⁼ті І\•

У колах змінного струму для розширення границь вимірювання вольтметрів застосовують вимірювальні трансформатори напруги ТН (рисунок 1.8). Первинну обмотку ТН (виводи А-Х) приєднують паралельно до навантаження, а до вторинної обмотки (виводи а - х) приєднують вольтметр і паралельні кола інших приладів.

ТН

Рисунок 1.8 - Вимірювання напруги із застосуванням ТН

Номінальний коефіцієнт трансформації ТН

Кт=и_1шш/и_2яш, (1.38)

Д^еи_ІШШ, и2 нам— номінальні напруги первинної та вторинної обмоток ТН.

Отже, напруга на вході первинної обмотки

и_{=и₂К_т, (1.39)

де ІІ2-напруга на виводах вторинної обмотки, виміряна вольтметром.

2. Вимірювання струмів і напруг у трифазних колах змінного струму

Для вимірювання діючого значення змінного струму й напруги промислової частоти найчастіше застосовують електромагнітні, електродинамічні та феродинамічні прилади, а на підвищених частотах - електронні й цифрові прилади.

На рисунку 1.9 наведена схема вимірювання струму у трифазному чотирипровідному колі змінного струму із застосуванням вимірювальних ТС.

Рисунок 1.9 - Схема вимірювання струмів у трифазній чотирипровідній мережі

із застосуванням вимірювальних ТС

За першим законом Кірхгофа для чотирипровідної трифазної мережі

^А ⁺ ІВ ⁺ 1С ~ Ь >

тобто покази амперметра Ао будуть пропорційні струму в нульовому проводі.

На рисунку 1.10 зображена схема вимірювання струмів і напруг у трифазних мережах змінного струму із застосуванням двох ідентичних ТС і двох ТН з однаковими коефіцієнтами трансформації.

Рисунок 1.10 - Схема вимірювання струмів і напруг у трифазній мережі із застосуванням вимірювальних ТС і ТН

Так як за першим законом Кірхгофа іа + Ів +/с ⁼0 , то покази амперметра А2 при будь-якому навантаженні будуть пропорційні струму фазиВ:

/в=-(/а + /с). (1.40)

Аналогічно за другим законом Кірхгофа маємо

и_СА = -(и_АВ+и_вс), (1.41)

тому покази вольтметра Узпропорційні лінійній напрузіііса.

5. Технічні характеристики і вибір вимірювальних трансформаторів струму

Трансформатори струму виготовляють на номінальні струми первинної обмотки /і_НОм від 1 А до 4000 А, а вторинної /2_НОм на 1 А (для вбудованих ТС); 2 ; 2,5; 5 А.

Класи точності вимірювальних ТС: 0,2; 0,5; 1,0; 3. Для комерційного обліку електроенергії застосовують вимірювальні трансформатори струму класу точності не нижче 0,5, а для технічного - не нижче 1,0.

Номінальне вторинне навантаження ТС (£ном) Д^{ля С08}^⁼0,8 становить від 2,5 В-А до 100 В-А. Номінальне навантаження ТС{7,н_ОМ) може вказуватися також в омах. Тривало допустиме перевантаження ТС дорівнює 10% /гном-

1. Вибір коефіцієнтів трансформації трансформаторів струму

Коефіцієнт трансформації ТС вибирають за розрахунковим навантаженням приєднання з врахуванням роботи ТС у післяаварійному режимі. Завищеним вважають

значення коефіцієнта трансформації ТС, коли за 25% розрахункового навантаження приєднання в нормальному режимі струм у вторинній обмотці буде меншим 10% номінального струму лічильника.

Приклад.Вибрати ТС за розрахунковим значенням струму /_р= 90 А і значенням робочого максимального струму у післяаварійному режимі /_рмах= 126 А.

Розв ’язання.Виходячи з навантаження у післяаварійному режимі вибираємо ТС зК_т = =150/5 А.

Перевіримо трансформатор за завантаженням вторинної обмотки. За 25%-го навантаження ТС

/, = 0,25/_р= 0,25 90 = 22,5 А.

Струм у вторинному колі зК_т=150/5 = 30

І₂ = І\/К_т =225,5/30 = 0,75 А.

Трансформатор струму вибраний правильно, так як Іг= 0,75 0 А >,1/2ном⁼0,5 А.

2. Визначення навантаження трансформаторів струму

Найбільший опір, який можна увімкнути у вторинне коло за номінального навантаження трансформатора З'ном визначають за формулою

С

^ном

Т 2 ’ (1.42)

12ном

при цьому напруга на виводах ТС не повинна перевищувати значення

ном

н

2 ном

І ■(1.43)

2

Наприклад, при б’ном ⁼30 В А і/г_ном⁼5А одержимо:Я_п= 30/5 = 1,2 Ом,и_и =30/5 = 6 В.

Навантаження ТС складається з опору з’єднувальних проводів /?і_іров, сумарного опору увімкнених приладів 7?п_рИл і опору контактних з’єднань Я_КОнт, який приймають рівним 0,1 Ом.

Приклад.У коло ТС за схемою зірки увімкнені амперметр і лічильник з опорами струмових котушок відповідно 0,07 і 0,04 Ом. Довжина мідного проводу лінії в один кінець / = 6 м, переріз проводу ^ = 2,5 мм“. Номінальне навантаження ТС 7_Н0М= 0,2 Ом. Розрахувати фактичне навантаження ТС і порівняти його з номінальним.

Розв ’язання.Сумарний опір приладів

Дприл = 0,07 + 0,04 = 0,11 Ом.

Опір проводу лінії

53 2,5 " ^0,045°^М’

Сумарне навантаження ТС

⁼Рпри я+ ^пров + Якиш = 0,11 + 0,045 + 0,1 = 0,255 Ом.

Оскільки фактичне навантаження 7_Н>2_нои,то з метою забезпечення метрологічних характеристик ТС вибираємо ТС з 7_ном⁼0,4.

У випадку, коли довжина проводки більша 15 м, а також коли разом з лічильниками вмикають інші вимірювальні прилади, чи застосовують ТС з опором навантаження 2_паи> 0,2 Ом, опір проводів потрібно визначати шляхом розрахунку (при

неповній зірці опір проводів збільшуть у л/з разів).

3. Перевірка трансформаторів струму на електродинамічну стійкість

Електродинамічна стійкість ТС характеризується кратністю

V*^у

^кл=~,> (1.44)

де /_у- ударний струм КЗ;

10. ном - номінальний струм первинної обмотки ТС.

Розрахункове значення К_дпорівнюють з паспортним значенням і<Г_д._Пасп-Приклад.Вибрати трансформатор струму для електроустановки 6 кВ за значень розрахункового струму /_р= 79 А і ударного струмуі_у=41 кА.

Розв’язування.Вибираємо за розрахунковим навантаженням ТС типу ТПЛ10-0,5/Р зК_т= 100/5, ДЛЯ ЯКОГО /'Гд.пасп. ⁼ 250.

Кратність ударного струму

41⁰⁰⁰_=285>250

V 2 -100

Оскільки електродинамічна стійкість не забезпечується, то вибираємо ТС з К_т =150/5. При цьому

К,=⁴¹⁰⁰⁰=192 <250.л/2'150

Перевіримо ТС за 25%-го навантаженн. Струм у первинному колі

/, = 0,25/р = 0,25 79 = 19,75 А.

Струм у вторинному колі ТС при К_т =150/5 = 30

І2 = 1\/к_т =19,75/30= 0,66 А.

Трансформатор струму вибрано правильно, так як І2 =0,66А > 0,1/2_НОм⁼ 0,5А.

6. Технічні характеристики та визначення навантаження вимірювальних трансформаторів напруги

Вимірювальні трансформатори напруги (ТН) застосовують в електроустановках змінного струму напругою (0,38 - 750) кВ , частотою 50 Гц. Класи точності встановлюють лише для основної вторинної обмотки ТН. Для однофазних триобмоткових трансформаторів класи точності встановлюють для обох вторинних обмоток, причому для додаткової вторинної обмотки - тільки клас точності 3. Клас точності ТН характеризується максимально допустимою похибкою напруги та кутовою похибкою для визначеного режиму його роботи. Трансформатори напруги забезпечують заданий клас точності при зміні первинної напруги в межах (80 - 120)% номінальної.

Навантаження трансформаторів напруги розраховують залежно від схеми сполучень їх обмоток.

Граничне навантаження на фазу при сполученні двох однофазних трансформаторів за схемою відкритого трикутника визначають за формулою

с

о ном , „ , „_ч

⁽¹-⁴⁵⁾

де ^ном - номінальна потужність ТН.

Для трифазного трансформатора напруги

с

С ном ,, ,,

а для трьох однофазних трансформаторів напруги, сполучених зіркою,

~ ^ном. (1.47)

Приклад.Перевірити ТН типу НОМ-6 за допустимим навантаженням. Номінальна потужність ТН £_ном⁼ЗО В-А, клас точності 0,5. У коло ТН за схемою відкритого трикутника увімкнені обмотка вольтметра потужністю 9 В-А і паралельні обмотки лічильників активної і реактивної енергії зі споживанням 1,75 В-А на фазу. Визначити фактичне навантаження ТН і порівняти його з граничним.

Розв’язання.Граничне навантаження ТН на фазу за схемою відкритого трикутника

5_Ф= ЗО/л/з = 17,3 ВА.

Фактичне навантаження на фазу

£„ = 9+ 1,75+ 1,75 = 12,5 В-А, що менше граничного 5ф = 17,3 В-А.

Отже ТН не перевантажений і працює в класі точності 0,5.