Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований в электроэнергетике. Учебное пособие
.pdf
кружок. На коммерческий учёт надо ставить высокий класс 0,2 и 0,5, на
технический можно – 1,0, 2,0.
По конструкции различают следующие типы электрических счётчиков.
Электродинамические счётчики содержат неподвижную токовую
обмотку в виде катушек, изготовленных из толстой проволоки. Если включить электроприбор, то через катушки пройдет электрический ток, и вокруг катушек возникнет магнитное поле. Между указанными катушками
находится якорь, состоящий обычно из трех и более катушек. Якорь вращается на оси, установленной в подпятниках. На якоре укреплен коллектор
с металлическими щетками. При помощи коллектора происходит изменение направления тока в проводниках якоря, находящегося в магнитном поле, созданном неподвижными катушками. Назначение коллектора здесь
такое же, как и у электродвигателя постоянного тока. Взаимодействие между собой магнитных полей неподвижных токовых катушек и обмотки
якоря приводит к вращению якоря. На оси якоря укреплен алюминиевый
диск, который вращается между полюсами постоянного магнита. При вращении диска в магнитном поле в нем возникают вихревые токи, тормозящие движение диска. Для недопущения самопроизвольного вращения диска на его оси укреплена небольшая стальная пластинка, которая притягивается к постоянному магниту и прекращает вращение диска.
При нагрузке вращающий момент преодолевает силу притяжения
пластинки к магниту. Это не влияет на среднюю скорость вращения диска,
так как при удалении пластинки от магнита она сдерживает его вращение,
а при приближении к магниту ускоряет вращение. Вращающий момент тем
больше, чем больше ток в токовой катушке и чем больше напряжение на
зажимах обмотки якоря. При этом вращающий момент пропорционален
мощности потребляемой нагрузки, а число оборотов якоря в единицу времени соответствует количеству израсходованной электрической энергии.
Обороты якоря фиксирует специальный счетный механизм, соединенный с
осью якоря при помощи червячной и зубчатой передач. Цифры на шкале
счетного механизма появляются в шести окошках, расположенных в один
ряд. Над окошками указывается единица измерения электрической энергии, например, кВт·ч. Первые пять цифр и представляют целое число гектоватт-часов или киловатт-часов использованной потребителем электрической энергии, шестая цифра – дробная часть десятичного числа.
Электродинамические счётчики могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока.
Индукционные счётчики включают: систему электромагнитов, алюминиевый диск, ось с червячной и зубчатой шестернями, счетный механизм, подшипник оси, подпятник оси и тормозной магнит. Одна из обмоток счётчика (токовая) включается в цепь последовательно, а другая – параллельно. Переменный ток, проходя по катушкам, создает переменные
111
магнитные потоки, которые индуцируют в алюминиевом диске вихревые
токи. Взаимодействие магнитных полей и вихревых токов приводит во
вращение алюминиевый диск. Через ось вращение передается счетному
механизму. При повороте первого справа цифрового диска на один оборот,
второй от него диск поворачивается на одно деление (на одну цифру); при
повороте на один оборот второго диска третий диск поворачивается на одно деление и т.д. Таким образом, поворот крайнего левого диска на один
оборот происходит, когда крайний правый диск сделал 100 000 оборотов.
Скорость вращения диска счётчика пропорциональна активной мощности,
а количество его оборотов – расходу энергии.
Индукционные счётчики вытесняются электронными и микропроцессорными счётчиками из-за отдельных недостатков: отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учёта, плохая защита от краж электроэнергии, а также низкой функциональности, неудобства в установке и эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами. Индукционные счётчики хорошо
подходят для жилых домов и квартир с малыми объемами электропотребления.
Электронные счётчики представляют собой новое поколение приборов для учёта активной электроэнергии в однофазных и трехфазных сетях
переменного тока номинальной частотой 50 Гц. В электронном счётчике
переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии, то есть измерения активной
энергии такими электросчётчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного счётчика служит для создания на выходе
импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии; счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет
преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки
прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей. Электронные счётчики хорошо подходят для квартир с высоким энергопотреблением и для предприятий.
Электронные счётчики оснащены жидкокристаллическими дисплеями, последовательно отображающими в автоматическом режиме: потребляемую энергию по каждому из тарифов в кВт·ч; текущую мощность в
ваттах; текущее время и дату, а также другие параметры в зависимости от
конструкции счётчика. При отсутствии напряжения в сети, данные по учёту электроэнергии сохраняются в энергонезависимой памяти, а непрерывный ход встроенного таймера обеспечивается литиевым источником питания. Некоторые модели электронных счётчиков, например ЦЭ-2727, могут
обмениваться информацией с внешними устройствами обработки данных
112
по интерфейсу RS-232 или RS-485. Имеются модели со встроенными модемами для передачи данных.
Электронные счётчики являются многотарифными. Переключение
тарифов обеспечивается программируемыми встроенными часами реального времени. Например, однофазный счётчик ЦЭ-2726 имеет корректировку точности хода внутренних часов, программирование временных
границ тарифных зон суток, включая выходные и праздничные дни, которое может осуществляться при помощи специального переносного программирующего устройства. Счётчик оснащён стандартным телеметрическим выходом и может быть использован в автоматизированных системах
контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ) и автоматизированных информационно-измерительных системах коммерческого учёта электроэнергии
(АИИС КУЭ).
Выпускаемые в настоящее время электронные счётчики во многих
случаях по установочно-присоединительным размерам идентичны индукционным. Электронные счётчики изготовляются на современной полупроводниковой элементной базе.
Микропроцессорные счётчики электроэнергии представляют собой разновидность электронных счётчиков и содержат в конструкции
АЦП, микроконтроллер, обрабатывающий цифровые сигналы, память для
хранения данных счётчика. Вся информация счётчика выводится на жидкокристаллическое табло. Питаются счётчики обычно от подключенных к
ним цепей, возможна установка резервного питания в виде различных аккумуляторных батарей, они предназначены для поддержания целостности
важной информации, когда счётчик отключен от цепей питания. Перемножение сигналов тока и напряжения производиться в высокопроизводительном микропроцессоре с RISC-набором команд, вся полученная информация записывается в память счётчика и параллельно отображается на
жидкокристаллическом дисплее.
Микропроцессорный счётчик устанавливается в месте учёта и измеряет количество потребленной электроэнергии, а также фиксирует временные промежутки пиков уровня ее потребления. Когда информация собрана, микроконтроллер строит график потребления электроэнергии, анализируя который можно изменить режим работы предприятия для снижения
потребления электроэнергии в периоды максимальных нагрузок электроэнергетической системы. Микропроцессорный счётчик может подавать
сигнал о том, что превышено заявленное пороговое значение мощности,
это позволяет избежать штрафных санкций за недопустимое превышение
мощности. Также с помощью такого счётчика можно контролировать качество электроэнергии, то есть отклонение напряжения, частоты, коэффициент мощности.
Микропроцессорный однофазный/трехфазный счётчик электроэнергии ДЕЛЬТА предназначен для учёта электроэнергии в однофазных или
113
трехфазных сетях жилых домов и производственных помещений. При
внешнем управлении – многотарифный (до четырёх тарифов). Номинальное напряжение 230/400 В, 57/100В, 230 В, максимальный ток 65 А, класс
точности 1,0 и 2,0. диапазон рабочих температур от –40 до +50 °С. Включение в цепи: прямое и трансформаторное. Габаритные размеры
123х100х65 мм, масса 0,5 кг.
Все показания выводятся на жидкокристаллический дисплей, а переключение режимов дисплея осуществляется с помощью кнопки или светочувствительного элемента. Рядом с этим элементом на передней панели
размещен импульсный светодиодный индикатор рабочего состояния. Выбор информации, отображаемой на дисплее, осуществляется с помощью
двух кнопок, расположенных под пломбируемой крышкой. Переключать
режимы работы дисплея можно, посветив простым фонариком на светочувствительный элемент. Прибор может работать в составе АСКУЭ.
Счётчики ДЕЛЬТА трансформаторного включения допускают более
высокую нагрузку, причем они программируются для измерений с учётом
коэффициентов трансформации.
Сборка прибора производится в Москве из элементов, которые изготавливаются в Германии и Швеции. Производителем гарантируются срок
службы не менее 30 лет, межповерочный интервал – 8 лет. У прибора отсутствуют механические части, что повышает его надежность.
Счётчик АЛЬФА А1800 является развитием счётчиков серии
АЛЬФА. Передовая технология на базе измерительного чипа ALPHA® гарантирует высокую точность и надежность работы счётчика, а развитые
функциональные возможности и защитные качества удовлетворяют самым
строгим стандартам, и отвечают всем требованиям современной и будущей
энергетики.
Многофункциональный счётчик АЛЬФА A1800 трансформаторного
включения предназначен: для учёта активной и реактивной энергии и
мощности в трехфазных сетях переменного тока в режиме многотарифности, хранения измеренных данных в своей памяти, а также передачи их по
каналам связи на диспетчерский пункт. Устанавливается на электрических
станциях и подстанциях, в распределительных сетях и на промышленных
предприятиях. Может использоваться в качестве датчика сигналов телеизмерений параметров электрической сети.
Функциональные возможности счётчиков АЛЬФА А1800:
- измерение активной и реактивной энергии и мощности с классом
точности 0.2 и 0.5 в режиме многотарифности;
- измерение параметров электросети с нормированными погрешно-
стями;
- фиксация максимальных мощностей нагрузки с заданным усредне-
нием;
114
- фиксация даты и времени максимальных мощностей для каждой
тарифной зоны;
- запись и хранение данных графиков нагрузки и параметров сети в
памяти счётчика;
- передача результатов измерений по цифровым и импульсным кана-
лам связи;
- автоматический контроль электрической сети и сигнализация о вы-
ходе параметров сети за установленные пределы;
- учёт потерь в силовом трансформаторе и ЛЭП;
- телеизмерение параметров трехфазной сети с дискретностью 1 с.
Электронная схема счётчика А1800 состоит из трансформаторов тока, резистивных делителей напряжения, АЦП, микропроцессора, электрически программируемых задающих устройств и индикатора. Сохранность
данных и программ обеспечивается энергонезависимой памятью и встроенным литиевым источником питания. Связь с ЭВМ осуществляется с помощью оптического порта или цифровых интерфейсов. Питание счётчика
обеспечивается от измеряемых цепей напряжения, а также от внешнего источника переменного напряжения. Кнопки позволяют изменить режимы
работы и отображения на дисплее всех измеряемых и вспомогательных величин. Дополнительные параметры могут индицироваться непосредственно на дисплее счётчика или на дисплее компьютера с помощью программного пакета, поставляемого по отдельному заказу.
Многотарифные многофункциональные микропроцессорные трехфазные счётчики электроэнергии серии ЕвроАЛЬФА предназначены для
использования в составе АСКУЭ, АИИС КУЭ и служат для измерения активной и реактивной энергии, мощности в режиме многотарифности, учёта
потребления и сбыта электроэнергии, контроля и управления энергопотреблением. Условия эксплуатации: температура окружающего воздуха от
–40 до +70 °С, относительная влажность воздуха не более 98 %. Счётчики
ЕвроАЛЬФА соответствуют всем современным стандартам на электронные приборы учёта электроэнергии, а в некоторых случаях даже превосходят их. Российские и международные стандарты на электронные счётчики
по учёту электроэнергии: ГОСТ 30206-94 (МЭК 687-92) для классов точности 0,2 и 0,5 и ГОСТ 30207-94 (МЭК 1036-92) для классов 1,0 и 2,0.
Принцип измерения счётчика основан на аналогово-цифровом преобразовании значений напряжения и тока с последующим вычислением
мощности и энергии. Счётчик получает сигналы тока и напряжения через
высоколинейные трансформаторы тока и резистивные делители напряжения. АЦП осуществляют выделение дискретных значений каждого входного сигнала тока и напряжения. Микроконтроллер обрабатывает и запоминает измеренные данные в памяти счётчика. Микроконтроллер служит
также для вывода данных на дисплей и передачи их через интерфейсы
115
счётчика. Электронные элементы счётчика расположены на одной печатной плате с поверхностным монтажом.
Многофункциональные микропроцессорные счётчики электроэнергии ЕвроАЛЬФА 1600 устанавливают на электростанциях, высоковольтных электрических подстанциях, в распределительных сетях, они позволяют:
- вести учёт активной и реактивной электроэнергии в 3-фазных сетях
переменного тока по 4-м тарифным зонам;
- передавать данные с помощью стандартных интерфейсов («цифро-
вая токовая петля», RS-232 и RS-485) на диспетчерские пункты;
- фиксировать величину максимальной мощности нагрузки в уста-
новленном интервале времени (30 минут);
- производить запись и хранить информацию в памяти устройства до
336 дней;
- в автоматическом режиме производить контроль мощности, потребляемой нагрузки, с возможностью сигнализации или ограничения потребления;
- отображать на дисплее измеренные, либо вычисленные параметры
нагрузки: частота, коэффициент мощности, искажения токов, напряжений.
Выпускает счётчики ЕвроАЛЬФА всемирно известное немецкое
предприятие по изготовлению оборудования для автоматизированных систем учёта «Эльстер Метроника», производство которого существует и в
России. Приборы данного типа прошли все метрологические проверки и
занесены в реестр средств измерительной техники России.
3.4.11. Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы используются для подключения
электроизмерительных приборов к контролируемым электрическим цепям,
они применяется в тех случаях, когда непосредственное подключение
электроизмерительного прибора неудобно или невозможно, например, при
измерении очень больших токов или напряжений, а также для обеспечения
гальванической изоляции контролируемой (первичной) электрической цепи от измерительной (вторичной) цепи. Измерительный трансформатор
рассчитывается таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на
контролируемую (первичную) цепь и минимизировать искажения формы и
фазы измеряемого электрического сигнала первичной цепи, пропорционально отображаемого во вторичную цепь.
Классификация измерительных трансформаторов следующая.
1. По виду измеряемой величины:
- трансформаторы напряжения;
- трансформаторы тока (переменного);
- трансформаторы постоянного тока.
2. По набору различных коэффициентов трансформации:
116
- однодиапазонные;
- многодиапазонные.
3. По способу установки:
- внутренней установки;
- наружной установки;
- встроенные;
- накладные;
- переносные.
4. По материалу диэлектрика:
- масляные;
- газонаполненные;
- сухие.
Трансформаторы напряжения бывают следующих видов:
- заземляемые (однофазные трансформаторы напряжения, один конец первичной обмотки которых должен быть заземлён; трехфазные
трансформаторы напряжения, нейтраль первичной обмотки которых
должна быть заземлена;
- незаземляемые (трансформаторы напряжения, у которых все части
первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня,
соответствующего классу напряжения);
- каскадные (трансформаторы напряжения, первичная обмотка которых разделена на несколько последовательно соединённых секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при
помощи связующих и выравнивающих обмоток);
- ёмкостные (трансформаторы напряжения, содержащие ёмкостный
делитель);
- двухобмоточные (трансформаторы напряжения, имеющие одну
вторичную обмотку);
- трёхобмоточные /(трансформаторы напряжения, имеющие две вторичные обмотки: основную и дополнительную).
Марки трансформаторов напряжения: И-510, УТН-1, НКФ-110,
НКФ-220.
По исполнению и применению трансформаторы тока бывают сле-
дующих типов:
- встроенные (трансформаторы тока, первичной обмоткой которых
служит ввод электротехнического устройства);
- опорные (трансформаторы тока, предназначенные для установки на
опорной плоскости);
- проходные (трансформаторы тока, предназначенные для использования в качестве ввода);
- шинные (трансформаторы тока, первичной обмоткой которых служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительно-
117
го устройства; шинные трансформаторы тока имеют изоляцию, рассчитанную на наибольшее рабочее напряжение);
- втулочные (проходные шинные трансформаторы тока);
- разъёмные (трансформаторы тока без первичной обмотки,
магнитная цепь которых может размыкаться и затем замыкаться вокруг
проводника с измеряемым током);
- токоизмерительные клещи – переносной (ручной) разъёмный
трансформатор тока.
Марки трансформаторов тока: И-512, И-523, УТТ-5М, Т-0,66.
Принцип действия измерительного трансформатора постоянного тока аналогичен принципу действия магнитного усилителя и основан на нелинейности кривой намагниченности ферромагнитного сердечника от намагничивающего постоянного поля. Это устройство состоит из ферромагнитного сердечника с двумя обмотками (постоянного и переменного тока).
Вторичная обмотка включается в цепь вспомогательного источника переменного тока. При изменении постоянного тока в первичной обмотке изменяется магнитная индукцию в сердечнике, что ведёт к изменению дифференциальной магнитной проницаемости сердечника, соответственно,
изменяется индуктивное реактивное сопротивление вторичной обмотки,
что влечёт изменение тока во вторичной цепи, измеряемое, например, амперметром переменного тока, шкала которого проградуирована в единицах
постоянного тока в первичной цепи.
3.4.12. Фотометры
Фотометры – приборы для измерения фотометрических (световых)
величин. При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью. Если в качестве приёмника используется глаз, фотометры называются визуальными,
или зрительными, если же применяется какой-либо физический приёмник,
то фотометры называются физическими. Освещённость измеряют
люксметрами, яркость – яркомерами, световой поток и световую энергию –
фотометрами интегрирующими. Измерение цвета объекта выполняют
колориметрами.
Оптический блок фотометра, иногда называемый фотометрической
головкой, содержит линзы, светорассеивающие пластинки, ослабители
света, светофильтры, диафрагмы и приёмник излучения.
Чаще всего в физических фотометрах поток излучения преобразуется
в электрический сигнал, регистрируемый микроамперметром или
вольтметром. В импульсных фотометрах применяют запоминающие осциллографы. В визуальном фотометре равенство яркостей двух полей
сравнения, освещаемых по отдельности сравниваемыми световыми пото-
118
ками, устанавливается глазом, который располагается у окуляра фотометрической головки.
Люксметр – переносной прибор для измерения освещённости, один
из видов фотометров. Простейший люксметр состоит из селенового
фотоэлемента, который преобразует световую энергию в энергию электрического тока, и измеряющего этот ток стрелочного микроамперметра со
шкалами, проградуированными в люксах. Разные шкалы соответствуют
различным диапазонам измеряемой освещённости; переход от одного диапазона к другому осуществляют с помощью переключателя, изменяющего
сопротивление электрической цепи, например, люксметр типа Ю-16 имеет
3 диапазона измерений: до 25, 100, 500 лк. Ещё более высокие освещённости можно измерять, используя надеваемую на фотоэлемент светорассеивающую насадку, которая ослабляет падающее на элемент излучение в определённое число раз (постоянное в широком интервале длин волн излучения).
Кривые относительной спектральной чувствительности селенового
фотоэлемента и среднего человеческого глаза неодинаковы, поэтому показания люксметра зависят от спектрального состава излучения. Обычно
приборы градуируются с лампой накаливания, и при измерении простыми
люксметрами освещённости, создаваемой излучением иного спектрального
состава (дневной свет, люминесцентное освещение), применяют полученные расчётом поправочные коэффициенты. Погрешность измерений такими люксметрами составляет не менее 10 % от измеряемой величины.
Люксметры более высокого класса оснащаются корригирующими
светофильтрами, в сочетании с которыми спектральная чувствительность
фотоэлемента приближается к чувствительности глаза; насадкой для
уменьшения ошибок при измерении освещённости, создаваемой косо падающим светом; контрольной приставкой для поверки чувствительности
прибора. Пространственные характеристики освещения измеряют люксметрами с насадками сферической и цилиндрической формы. Имеются модели люксметров с приспособлениями для измерения яркости. Погрешность измерений люксметрами высоких классов около 1 %.
3.4.13. Геодезические приборы
Геодезические приборы являются основной составляющей технического обеспечения геоинформационных систем (ГИС), обеспечивающих
сбор, обработку и хранение информации о Земле, её отдельных территориях, а также сооружениях. В электроэнергетике геодезические приборы и
инструменты используются при строительстве и исследовании эксплуатационного состояния ЛЭП, сооружений электрических станций и подстанций. Геодезические приборы и инструменты можно разделить на следующие группы:
- угломерные (теодолиты, тахеометры, буссоли);
119
- дальномерные (мерные ленты, рулетки, дальномеры, лазерные ру-
летки, дорожные курвиметры);
- нивелиры – приборы для измерения превышений;
- спутниковые навигаторы – устройства, которые получают сигналы
спутниковых систем навигации (GPS; ГЛОНАСС) с целью определения
текущего местоположения устройства на Земле, скорости его перемещения.
Современные электронные тахеометры производят измерения горизонтальных и вертикальных углов (углов наклона) на местности, расстояний; обработку результатов измерений. При проведении измерений используются специальные рейки. По принципу действия тахеометры бывают:
- номограмные – сложные оптические теодолиты, снабжённые спе-
циальными номограммными кругами;
- электронно-оптические – электронные тахеометры для геодезиче-
ских работ с безотражательным дальномером;
- автоматизированные, оснащённые сервоприводами и системами
распознавания, захвата, слежения за целью.
Светодальномеры позволяют измерять расстояния в несколько километров с точностью до 1 мм, а также выполняют обработку результатов.
Светодальномеры состоят из следующих модулей:
- источник света или излучатель (обычно лазер);
- отражатель (размещается на другом конце измеряемой линии);
- приемник-анализатор.
Повышение мощности излучателя привело к возможности получения
устойчивого отражённого сигнала от диффузной поверхности, что дало
возможность измерять расстояния без использования отражателей.
Для измерения относительно небольших расстояний на местности
(от нескольких до сотен метров) широко используются стальные и лазерные рулетки.
Нивелиры бывают оптические и цифровые. Они используются со
специальными рейками, по которым снимают отсчёты. Превышение вычисляется как разность отсчётов по рейкам, установленным на точках местности, между которыми измеряют превышение. Цифровые нивелиры
применяются со специальными штрихкодовыми рейками, что позволяет
автоматизировать взятие отсчёта. Цифровые нивелиры имеют
запоминающие устройства, позволяющие сохранять результаты наблюдений.
Спутниковая система навигации – комплексная электроннотехническая система, состоящая из совокупности наземного и
космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]