Счетчики активной и реактивной электрической энергии

Самым массовым видом электроизмерительных приборов является счетчики активной и реактивной энергии.

Различают однофазные и трехфазные счетчики. Однофазные счетчики применяются для учета электроэнергии у потребителей, питание которых осуществляется однофазным током. Для учета электроэнергии трехфазного тока применяются трехфазные счетчики. Трехфазные счетчики можно классифицировать следующим образом.

По роду измеряемой энергии — на счетчики активной и реактивной энергии.

В зависимости от схемы электроснабжения, для которой они предназначены, — на трехпроводные счетчики, работающие в сети без нулевого провода. И четырёхпроводные, работающие в сети с нулевым проводом.

По способу включения счетчики можно разделить на 3 группы:

— Счетчики непосредственного включения (прямого включения), включаются в сеть без измерительных трансформаторов. Такие счетчики выпускаются для сетей 0,4/0,23 кВ на токи до 100 А.

— Счетчики полукосвенного включения, своими токовыми обмотками включаются через трансформаторы тока. Обмотки напряжения включаются непосредственно в сеть. Область применения — сети до 1 кВ.

— Счетчики косвенного включения, включаются в сеть через трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Область применения — сети выше 0,4 кВ. Изготовляются двух типов.

Трансформаторные счетчики — предназначенные для включения через измерительные трансформаторы.

Трансформаторные универсальные счетчики — предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие любые коэффициенты трансформации. Для универсальных счетчиков пересчетный коэффициент определяется по коэффициентам трансформации установленных измерительных, трансформаторов.

В зависимости от назначения счетчику присваивается условное обозначение. В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С — счетчик; О — однофазный; А — активной энергии; Р — реактивной энергии; У — универсальный; 3 или 4 для трех или четырех проводной сети.

Пример обозначения: СА4У — трехфазный трансформаторный универсальный четырех проводный счетчик активной энергии. Если на табличке счетчика поставлена буква М, это значит, что счетчик предназначен для работы и при отрицательных температурах (-150 — +250 С).Счетчики активной и реактивной энергии, снабженные дополнительными устройствами, относятся к счетчикам специального назначения.

Двухтарифные счетчики — применяются для учета электроэнергии, тариф на которую изменяется в зависимости от времени суток.

Счетчики с предварительной оплатой — применяются для учета электроэнергии бытовых потребителей, живущих в отдаленных и труднодоступных населенных пунктах.

Счетчики с указателем максимальной нагрузки — применяются для расчетов с потребителями по двухставочному тарифу (за израсходованную электроэнергию и максимальную нагрузку).

Телеизмерительные счетчики — служат для учета электроэнергии и дистанционной передачи показаний. К счетчикам специального назначения относятся и образцовые счетчики, предназначенные для поверки счетчиков общего назначения. Техническая характеристика счетчика определяется следующими основными параметрами.

Номинальное напряжение и номинальный ток — у трехфазных счетчиков указываются в виде произведения числа фаз на номинальные значения тока и напряжения, у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные напряжения, например: 3 5 А; З 380/220В.

У трансформаторных счетчиков вместо номинальных тока и. напряжения указываются номинальные коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов, для работы с которыми счетчик предназначен, например: 3 150/5 А, 3 6000/100 В. На счетчиках, называемых перегрузочными, указывается значение максимального тока непосредственно после номинального, например 5-20А. Номинальное напряжение счетчиков, прямого и полукосвенного включения, должно соответствовать номинальному напряжению сети, а счетчиков косвенного включения — вторичному номинальному напряжению ТН.

Точно так же номинальный ток должен соответствовать вторичному номинальному току трансформатора тока (5 или 1 А). Счетчики допускают длительную перегрузку по току без нарушения правильности учета: трансформаторные и трансформаторные универсальные — 120%; счетчики прямого включения — 200% и более (в зависимости от типа).

Класс точности счетчика — это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах (отношение абсолютной погрешности к действительным показаниям счетчика; абсолютная погрешность – разность между действительными показаниями счетчика и показаниями эталонного образца). В соответствии с ГОСТ 6570-75* счетчики активной энергии должны изготавливаться классов точности; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; счетчики реактивной энергии классов точности 1,5; 2,0; 3,0.

Трансформаторные и трансформаторные универсальные счетчики учета активной и реактивной энергии должны быть класса точности 2,0 и более точные.

Класс точности устанавливается для условий работы, называемых нормальными.

К ним откосятся:

— прямое чередование фаз;

— равномерность и симметричность нагрузок по фазам;

— синусоидальность тока и напряжения (коэффициент линейных искажений не более. 5%);

— номинальная частота (50 Гц±0,5%);

— номинальное напряжение (±1%);

— номинальная нагрузка;

— cos = l (для счетчиков активной энергии) и sin =l (для счетчиков реактивной энергии);

— температура окружающего воздуха 20°±3° С (для счетчиков внутренней установки);

— отсутствие внешних магнитных полей (индукция не более 0,5 мТл);

— вертикальное положение счетчика.

Счетчик ватт-часов (счетчик активной энергии) представляет собой прибор, предназначенный для измерения активной энергии путем интегрирования активной мощности в зависимости от времени.

Счетчик вар-часов (счетчик реактивной энергии) представляет собой интегрирующий прибор, который измеряет реактивную энергию в вар-часах или кратных им единицах.

Счетчики могут предназначаться для двухпроводных однофазных сетей, трехпроводных трехфазных сетей без нулевого провода и четырехпроводных трехфазных сетей с нулевым проводом.

Учет активной энергии должен обеспечивать определение количества электроэнергии:

— выработанной генераторами электростанции;

— потребленной на собственные и хозяйственные нужды электростанции и подстанций;

— отпущенной электропотребителям по линиям, отходящим от шин электростанций непосредственно к электропотребителям;

— переданной в другие энергосистемы;

— отпущенной электропотребителям из электрической сети.

Кроме того, учет активной энергии должен обеспечить возможность:

— учета электроэнергии, поступающей в электрические сети разных уровней напряжения энергосистемы;

— составления баланса энергии для хозрасчетных подразделений энергосистемы;

— контроль за соблюдением электропотребителями заданных им режимов потребления и баланса электроэнергии.

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

Счетчики реактивной электроэнергии должны устанавливаться:

1) на тех же элементах схемы, на которых установлены счетчики активной электроэнергии для потребителей, рассчитывающихся за электроэнергию с учетом разрешенной к использованию реактивной мощности;

2) на присоединениях источников реактивной мощности потребителей, если по ним производится расчет за электроэнергию, выданную в сеть энергосистемы, или осуществляется контроль заданного режима работы.

Если со стороны предприятия с согласия энергосистемы производится выдача реактивной электроэнергии в сеть энергосистемы, необходимо устанавливать два счетчика реактивной электроэнергии со стопорами в тех элементах схемы, где установлен расчетный счетчик активной электроэнергии. Во всех других случаях должен устанавливаться один счетчик реактивной электроэнергии со стопором.

Для предприятия, рассчитывающегося с энергоснабжающей организацией по максимуму разрешенной реактивной мощности, следует предусматривать установку счетчика с указателем максимума нагрузки, при наличии двух или более пунктов учета — применение автоматизированной системы учета электроэнергии.

Реактивная электрическая энергия – вызванная электромагнитной несбалансированностью электроустановок технологически вредная циркуляция электроэнергии между источниками электроснабжения и приемниками переменного электрического тока.

Реактивная мощность – составная полной мощности, которая в зависимости от параметров, схемы и режима работы электрической сети служит причиной дополнительных потерь активной электроэнергии и ухудшения показателей качества электрической энергии.

Самым массовым видом электроизмерительных приборов является счетчики активной и реактивной энергии.

По роду измеряемой энергии — на счетчики активной и реактивной энергии.

По способу включения счетчики можно разделить на 3 группы:

Трансформаторные счетчики — предназначенные для включения через измерительные трансформаторы.

Класс точности устанавливается для условий работы, называемых нормальными.

К ним откосятся:

— прямое чередование фаз;

— равномерность и симметричность нагрузок по фазам;

— синусоидальность тока и напряжения (коэффициент линейных искажений не более. 5%);

— номинальная частота (50 Гц±0,5%);

— номинальное напряжение (±1%);

— номинальная нагрузка;

— cos = l (для счетчиков активной энергии) и sin =l (для счетчиков реактивной энергии);

— температура окружающего воздуха 20°±3° С (для счетчиков внутренней установки);

— отсутствие внешних магнитных полей (индукция не более 0,5 мТл);

— вертикальное положение счетчика.

Учет активной энергии должен обеспечивать определение количества электроэнергии:

— выработанной генераторами электростанции;

— потребленной на собственные и хозяйственные нужды электростанции и подстанций;

— переданной в другие энергосистемы;

— отпущенной электропотребителям из электрической сети.

Кроме того, учет активной энергии должен обеспечить возможность:

— учета электроэнергии, поступающей в электрические сети разных уровней напряжения энергосистемы;

— составления баланса энергии для хозрасчетных подразделений энергосистемы;

— контроль за соблюдением электропотребителями заданных им режимов потребления и баланса электроэнергии.

Счетчики реактивной электроэнергии должны устанавливаться:

Влияние индуктивного сопротивления на создание магнитного поля

Все приборы, которые питаются от электросети, имеют индуктивное сопротивление. Именно благодаря ему знаки тока и напряжения противоположны. Например, напряжение имеет отрицательный знак, а ток — положительный, или наоборот.

В это время электроэнергия, создаваемая в индуктивном элементе про запас, колебательными движениями исходит по сети за счёт нагрузки от генератора и обратно. Этот процесс и называется реактивной мощностью, которая создает магнитное поле электрического поля.

Какие проблемы решают конденсаторные установки

Конечно, в первую очередь они направлены на подавление реактивной мощности, но на производстве они помогают решать следующие задачи:

В процессе подавления реактивной мощности, соответственно, снижается и полная мощность, что приводит к понижению загрузки силовых трансформаторов.
Питание нагрузки обеспечивается по кабелю с меньшим сечением, при этом не происходит перегрева изоляции.
Возможно подключение дополнительной активной мощности.
Разрешает избежать глубокой просадки напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей.
Применение мощности автономных дизель-генераторов идёт по максимуму (судовые электроустановки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т. д.).
Индивидуальная компенсация позволяет упростить деятельность асинхронных двигателей.
В случае аварийной обстановки конденсаторная установка немедленно отключается.
Автоматически включается обогрев или вентиляция установки.

Выделяют два варианта конденсаторных установок. Это модульные, применяются на крупных предприятиях, и моноблочные — для малых предприятий.

Централизованная мощность

В отличие от индивидуальной и групповой мощности, эта мощность регулируется. Она применяется для обширного диапазона изменения потребления остаточной энергии.

Большую роль в регулировании мощности конденсаторной установки играет функция реактивного тока нагрузки. При этом установка должна быть оснащена автоматическим регулятором, а её полная компенсационная мощность разделена на отдельно коммутируемые ступени.

Учет полной мощности

Учет полезной энергии направлен на определение:

Электрической энергии, вырабатываемой машинами по производству напряжения на электростанции.
Количества энергии, которая расходуется на собственные потребности подстанции и электростанции.
Электроэнергии, направленной на расходование ее потребителями.
Энергии, переданной для других энергосистем.
Электрической энергии, которая пущена по шинам электростанций к потребителям.

Учитывать реактивную электрическую энергию при передаче потребителям от электростанции необходимо только в том случае, если эти данные подсчитывают и контролируют режим работы устройств, компенсирующих эту энергию.

Чем выгодна компенсация мощности?

Применение установок для компенсации мощности способно принести большую выгоду в экономическом плане.

Согласно статистическим данным, их применение приносит до 50 % экономии трат за пользование электрической энергией во всех уголках Российской Федерации.

Денежные вложения, которые потрачены на их установку, окупаются в течение первого же года их использования.

Кроме того, там, где проектируются данные установки, кабель приобретается с меньшим сечением, что также очень выгодно.

Различая счетчиков по способу оплаты

По способу начисления платы за электроэнергию принято делить счетчики на следующие группы:

Счетчики, основанные на применении двух тарифов – их действие состоит в том, что тариф за потребляемую энергию меняется в течение суток. То есть в утренние часы и днем он меньше, чем в вечернее время.
Счетчики с предварительной оплатой – их действие основано на том, что потребитель платит за электроэнергию заранее, так как находится в отдаленных местах проживания.
Счетчики с указанием максимальной нагрузки – потребитель платит отдельно за потребленную энергию и за максимальную нагрузку.

Проблемы при выработке реактивной мощности

Если в сети существует большая доля выработки реактивной мощности, то приходится:

повышать мощность силовых аппаратов, которые предназначены для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения;
увеличивать сечение кабелей;
бороться с ростом потери мощности в силовых аппаратах и линиях передач;
увеличивать плату за потребление электроэнергии;
бороться с потерей напряжения в сети.

Групповая мощность

Название говорит само за себя. Эта мощность используется при компенсации мощности нескольких индуктивных нагрузок, которые одновременно присоединены к одному распределительному устройству с общей конденсаторной установкой.

В процессе одновременного включения нагрузки увеличивается коэффициент, что приводит к понижению мощности. Это способствует лучшей работе конденсаторной установки. Остаточная энергия подавляется эффективнее, чем при индивидуальной мощности.

Отрицательной стороной данного процесса является частичная разгрузка реактивной энергии в электросети.