Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как по векторной диаграмме определить правильность подключения счетчика

Определение правильности схем включения счетчиков в электроустановках

Мониторинг уже подключенных на наш сервис счетчиков показал, что большое количество пользователей даже не подозревает, правильно ли подключены их приборы учета, и правильно ли осуществляется учет потребления. При этом вскрывались проблемы даже у ранее опломбированных приборов при их подключению к нашей системе. Как выявлять ошибки в подключении и работе приборов учета?

Мгновенные значения

На яЭнергетик можно увидеть, что счетчик подключен не правильно, если перейти во вкладку «Мгновенные значения» счетчика.

Подключив электросчетчик к системе, нажмите кнопку «Опросить». Операция опроса занимает некоторое время. На экране появится таблица данных, в которой отображены параметры электросети.

Фазное напряжение

На него стоит обращать внимание, особенно когда прибор учета подключен через трансформаторы напряжения. При этом данные отображаются уже с учетом указанного при добавлении счетчика коэффициента трансформации. Отклонения в фазных напряжениях могут свидетельствовать о:

  • неисправности или некорректном подключении трансформаторов напряжения;
  • неправильной схеме подключения счетчика (перепутаны клеммы на счетчике, не обжаты провода);
  • неисправности самого прибора учета – об этом можно говорить, если все другие возможные причины исключены.
Токи нагрузки

Если вы знаете, что у вас симметричная нагрузка, а счетчик регистрирует искажения – повод проверить схему присоединения приборов и их состояние:

  • бракованные счетчики могут не регистрировать токи по какой-либо фазе;
  • в трансформаторах тока и напряжения могут произойти межвитковые замыкания, их функциональность нарушается;
  • состояние соединительных кабелей: на рисунке ниже видно, что ток по фазе С отсутствовал. После осмотра и прозвона кабеля была установлена причина – не прожата клемма трансформатора тока. После устранения проблемы картинка выровнялась.

Активная мощность

Знак активной мощности показывает корректность подключения трансформаторов тока и их фазировку.

На котельной, график активной мощности которой изображен ниже, была перепутана схема подключения трансформаторов тока: контакты и фазировка. Как видно, после корректировки схемы графики приняли положительные значения, и общая регистрируемая мощность возросла на 30%.

Наиболее часто встречаются случаи, когда вторичные обмотки ТТ подключены «наоборот», бывали выявления заводского брака – все контакты подключены по схеме, но счетчик регистрирует обратное направление мощности.

Коэффициенты мощности.

В нормальном режиме работы с преобладающей активной нагрузкой значения коэффициентов мощности принимают значения 0,7 – 1,0, чаще 0,85-0,95. Если регистрируемые прибором учета коэффициенты сильно отличаются от данных значений — нужно проверять схему подключения.

На рисунке ниже показан график коэффициентов мощности объекта, где была нарушена схема подключения трансформатора тока на фазе С: как видим, значение коэффициента находилось в пределах 0,05 – 0,2.

Векторная диаграмма

Для удобства проверки правильности подключения счетчика на сервисе яЭнергетик можно увидеть векторную диаграмму. Она строится на основе последних полученных данных и отображается в таблице при опросе мгновенных значений, а так же во вкладке внизу страницы.

Здесь цветами обозначены векторы разных фаз. Чередование рассматривается по часовой стрелке, по цветам ЖЕЛТЫЙ (фаза А) — ЗЕЛЕНЫЙ (фаза В) — КРАСНЫЙ (фаза С). Фаза А всегда отображается сверху. Если векторы фаз В и С перепутаны местами, то необходимо в схеме поменять местами подключение по 2м фазам (на счетчике прямого включения — как подходящие, так и отходящие, чтобы не сбилось направление вращения подключенных после счетчика двигателей).

Если у вас возникли проблемы с настройкой, сообщите нам, и мы направим последний вариант инструкции.

Для этого необходимо заказать обратный звонок (кнопка вверху экрана) или написать на

Мы ответим на все интересующие вопросы и поможем настроить опрос ваших счетчиков.

Онлайн журнал электрика

Определение порядка следования фаз и снятия векторных диаграмм нужны для проверки корректности выполнения схем:

а) дифференциальных токовых защит (по обоюдному расположению векторов тока);

б) включения щитовых ваттметров, счетчиков электроэнергии, фазометров, реле сопротивления и др. (по обоюдному расположению векторов напряжения и тока, подведенных к прибору либо реле);

в) токовой стабилизации автоматических регуляторов напряжения.

Определение порядка следования фаз создают обычно фазоуказателем индукционной системы типа И517М, представляющим из себя асинхронный короткозамкнутый движок, вращение которого при подключении к зажимам питающей сети с обычным чередованием фаз происходит по направлению обозначенной на нем стрелки либо против — при оборотном чередовании фаз.

Порядок следования фаз и углы фазового сдвига могут быть определены при помощи 1-го из последующих устройств: однофазового фазометра (к примеру, Д578), вольтамперфазоиндикатора ВАФ-85М, однофазового ваттметра, электрического осциллографа.

Снятие векторных диаграмм

При снятии векторных диаграмм в качестве «опорных векторов» обычно употребляют симметричную трехфазную систему фазных либо линейных векторов напряжения, по отношению к которым строят векторы токов. Потому на первом шаге измерения нужно проверить корректность чередования и симметрию фаз, измерить значения фазных (линейных) напряжений и в случайном масштабе на миллиметровой бумаге под углом 120° (для симметричной системы) нанести векторы напряжения; измерить ток нагрузки, который для получения более четких результатов должен составлять более 20-30 % номинального.

При измерении однофазовым фазометром зажим обмотки напряжения фазометра, обозначенный звездочкой, подключают к фазе А, а другой — к нулевому проводу. Токовую обмотку фазометра подключают поочередно нагрузке зажимом, помеченным звездочкой, — к генератору либо выводу трансформатора тока (при трансформаторной схеме включения). Замерив угол, откладывают его от вектора UA и строят вектор тока IA в принятом масштабе. Аналогично определяют векторы токов IB и IC. В случае использования линейных векторов напряжения в качестве опорных фазометр подключают на линейные напряжения.

При измерении при помощи вольтамперфазоин-дикатора типа ВАФ-85М в качестве опорного принят вектор линейного напряжения UАB. Отсчет измеренных углов ведется от вектора НАВ по часовой стрелке при индуктивном нраве нагрузки и против часовой — при емкостном. Угол определяют по лимбу, вращением которого стрелка показывающего прибора устанавливается на нуль. Угол установлен верно, если при смещении лимба стрелка движется в ту же сторону, что и лимб, в неприятном случае угол будет отличаться от отсчитанного на 180°. Снятие тока создают без разрыва цепи токопровода при помощи токосъемной клещевой приставки.

Векторная диаграмма, построенная при помощи однофазового фазометра (а), прибора ВАФ-85М (б) и однофазового ваттметра (в)

Внедрение однофазового ваттметра

При измерении однофазовым ваттметром токовую обмотку включают поочередно и согласно с нагрузкой в цепь фазы А. Начало обмотки напряжения попеременно включают на фазные напряжения UA, UB и UC (конец обмотки на нулевом проводе) и записывают показания ваттметра.

Читайте так же:
Передать данные счетчика по воде личный кабинет

Если на векторах опорных напряжений отложить в избранном масштабе измеренные мощности соответственно включению обмотки напряжения с учетом их символов и вернуть из их концов перпендикуляры, то точка скрещения последних будет являться концом вектора фазы А. Аналогично определяют положение векторов токов фаз В и С.

Внедрение электрического осцилографа

При измерении при помощи электрического осциллографа фазовый сдвиг меж током и напряжением можно найти способом линейной развертки, сравнивая на дисплее осциллографа кривую опорного напряжения и кривую тока, снимаемую с датчика тока (к примеру, шунта). Совмещая полосы их разверток при использовании 2-ух лучевого осциллографа либо засинхронизировав развертку по опорному напряжению — при использовании однолучевого осциллографа, можно высчитать значение и символ фазового угла. Отысканный угол сдвига откладывается от соответственного опорного напряжения, и строится вектор тока.

Похожее по теме:

  1. Определение коэффициента трансформации силовых трансформаторов
  2. Метод упорядоченных диаграмм

СНЯТИЕ ВЕКТОРНОЙ ДИАГРАММЫ (к пункту 4 «Цель работы»)

Снятие векторной диаграммы в данной лабораторной работе выполняется с использованием трёхфазного счётчика активной энергии и ваттметра Д527.

Порядок снятия векторной диаграммы:

1. Собрать схему учёта активной электрической энергии в трёхфазной сети с использованием трёхфазного счётчика активной энергии.

2. Устанавливается в цепи 3-ий 4-ый вид нагрузки.

3. Токовая цепь ваттметра включается при снятом напряжении последовательно с токовой цепью счётчика соответствующей фазы ко вторичной обмотке трансформатора тока этой же фазы, причём к зажиму последовательной обмотки ваттметра I

* подключается провод, который был подключен к началу последовательной обмотки счётчика. Зажимы параллельной обмотки ваттметра подключаются поочерёдно к клеммам параллельных обмоток счётчика 2 и 5, 5 и 8, 8 и 2. Причём зажим, обозначенный первой цифрой, подключается к зажиму ваттметра
U
*. Показания ваттметра с указанием знака «+» или «–» записываются в табл. 2.

ФазыПоказания ваттметра (дел.)
2-55-88-2
А
С

Те же измерения проводят при переключении токовой цепи ваттметра последовательно с токовой цепью счётчика фазы С ко вторичной обмотке трансформатора тока этой же фазы.

Проведённые измерения считаются правильными, если в каждой фазе алгебраическая сумма трёх показаний ваттметра равна нулю или близка к нулю. Переключение параллельной обмотки ваттметра с одних зажимов счетчиков на другие производится при снятом напряжении с лабораторной установки.

По результатам табл. 2 строится векторная диаграмма в следующей последовательности:

1) из точки 0 наносятся под углом 120º векторы линейных напряжений , , ;

2) из той же точки пересечения векторов линейных напряжений проводятся векторы фазных напряжений , , . При этом соблюдается условие , , ;

3) на векторах линейных напряжений в выбранном масштабе откладываются отрезки, равные показаниям одной строки табл. 2. Отрицательные значения показаний табл. 2 откладываются на продолжении соответствующего вектора линейного напряжения в обратную сторону от точки 0;

4) из концов полученных отрезков на векторах линейных напряжений восстанавливаются перпендикуляры. Пересечение трёх перпендикуляров в одной точке определяет положение вектора тока той фазы, в которую была включена токовая обмотка ваттметра. Аналогичным образом строится по показаниям другой строки табл. 2 вектор тока другой фазы. Угол между вектором фазного напряжения и вектором тока одной и той же фазы определяет характер нагрузки (активная, активно-индуктивная или активно-ёмкостная). В выбранном масштабе векторы тока характеризуют токовую нагрузку в соответствующих фазах трёхфазной сети.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт должен содержать:

1. Сведения о схемах включения счётчиков в зависимости от вида нагрузки и характера трёхфазной сети.

2. Данные по результатам проведённого замера счётчиком мощности присоединения.

3. Коэффициент мощности присоединения, определённый в результате проведения опыта.

4. Векторную диаграмму, определяющую характер нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Минин Г. П. Измерение электроэнергии. – М.: Энергия, 1982. –

2. Труб И. И. Монтаж и эксплуатация счётчиков электроэнергии. – М.: Энергия, 1979. – 32 с.

3. Фёдоров А. А. Учебное пособие к лабораторным работам по электроснабжению. – М.: МЭИ, 1971. – 320 с.

Трансформаторы тока для работы с электросчетчиками

Современные потребности в электроэнергии настолько высоки, что приборы учета могут не выдерживать силу тока, необходимую для подключенного объекта. Разделение точек потребления на отдельные линии не всегда возможно, да и учитывать потребление энергии разными приборами для одного объекта нецелесообразно: расчет оплаты может быть неточным. Чтобы устранить этот дисбаланс, применяются трансформаторы тока для электросчетчиков.

Устройства работают по обычному принципу трансформатора: закону электромагнитной индукции.

  • первичная обмотка подключается в рабочую цепь последовательно с основной нагрузкой, не оказывая влияние на параметры питания;
  • при протекании электротока, вокруг первичной обмотки наводится магнитный поток, величина которого пропорциональна силе тока в рабочей цепи;
  • посредством магнитопровода, во вторичной обмотке возникает ЭДС (электродвижущая сила);
  • под воздействием ЭДС в обмотке возникает электроток, который можно измерить на приборе учета со стандартными параметрами подключения.

Схема типового подключения счетчика с трансформаторами тока изображена на иллюстрации (данный рисунок не является инструкцией по монтажу, может использоваться лишь как учебное пособие).

  1. На контакты «Л1», «Л2» первичной обмотки подключается рабочая силовая линия (ток «I1» протекает через обмотку). Проводник должен выдерживать рабочие параметры линии, и не оказывать большого сопротивления, чтобы не снижать рабочие параметры электроснабжения объекта.
  2. Вторичная обмотка изготавливается с учетом рабочих параметров силовой линии с коэффициентом, достаточным для обеспечения работы счетчика.
  3. Приборы учета и средства контроля (защиты) подключаются к контактам «И1», «И2».
  4. Сила тока вторичной обмотки «I2» собственно является объектом измерения, учета и сигнальным параметром для срабатывания устройств защиты.
  5. Для защиты вторичной обмотки от перенапряжения применяется перемычка «К», шунтирующая цепь при отключении приборов учета (иных измерителей).

Важное отличие измерительного трансформатора тока от обычного силового

Независимо от сопротивления потребителя (это может быть подключение к электросчетчику, защитному устройству, и прочему) сила тока остается неизменной и зависит только от нагрузки на первичную обмотку.

При размыкании вторичной обмотки трансформатора тока во время работы силовой линии, напряжение на контактах достигнет огромного значения (по закону Ома стремится к бесконечности). В результате могут выйти из строя полупроводниковые приборы измерения. Кроме того, есть риск повреждения изоляции обмотки трансформатора, и поражения персонала электротоком. Поэтому, при отключении счетчика от трансформаторов тока, вторичная обмотка обязательно замыкается накоротко с помощью перемычки «К» (на иллюстрации).

Важно: Для обеспечения безопасности операторов и защиты оборудования, один из контактов вторичной обмотки заземляется («N» на иллюстрации).

Таким подсоединением уравнивается потенциал вторичной обмотки и земли. Работа с приборами учета и контроля становится безопасной для персонала.

Читайте так же:
Боксы рувинил для счетчика

Конструктивное исполнение прибора оптимизировано для соединения со счетчиками, поэтому случайное использование трансформатора тока в иных целях исключено.

Можно сказать, что трансформатор тока для счетчика работает по принципу вала отбора мощности на двигателе. Только его использование не несет потери для основной линии электроснабжения.

Для чего нужны трансформаторы тока

Для счетчиков энергии и других измерительных приборов, подключение к высоковольтной линии чревато усложнением конструкции (соответственно, стоимость прибора может вырасти в разы). Аналогичная ситуация с иными контрольными приспособлениями и устройствами обеспечения безопасности. Необходимо обеспечить развязку между высоковольтной линией и параметрами, приемлемыми для работы. Исходя из этого, назначение трансформатора тока следующее:

  1. Произведя расчет пропорций рабочих параметров на вторичной обмотке, инженеры получают коэффициент измерений. Вторичка подключается к любым измерительным приборам: амперметрам, ваттметрам, счетчикам электроэнергии, и прочему. Переменный ток малого значения удобен в работе, не представляет опасности для персонала, измеряется обычными приборами без дорогостоящих систем защиты. Учитывая компактность, трансформаторы легко монтируются в типовой распределительный щиток.
  2. Еще одна функция трансформатора тока — обеспечение работы систем управления и защиты. Для вывода информации о состоянии электрических цепей достаточно небольшого уровня сигнала. Гигантские значения напряжения на силовых линиях не позволяют подключить к ним управляющие цепи. Поэтому компоненты релейной защиты и управления соединяются с вторичными обмотками трансформаторов, и работают на линиях в десятки тысяч вольт, как будто это бытовой вводной щиток в квартире. Разумеется, безопасность также на высоте.

Мы рассмотрим основную задачу прибора: подключение счетчика через трансформаторы тока. Поскольку однофазные системы работают без высоких потенциалов напряжения, трансформаторы тока чаще всего обеспечивают работу трехфазного счетчика.

Начнем с классификации

Как и любой электроприбор, подобрать трансформатор можно по параметрам и установочным характеристикам:

  • Назначение: измерительный, управляющие и лабораторные. Нас интересует, как подключить измерительный вариант.
  • Номинальное напряжение первичной обмотки, один из основных параметров: до 1000 В или свыше 1000 В.
  • Конструкция первичной обмотки. Одновитковые, многовитковые, стержневые, шинные, катушечные. От конструкции первички зависит способ монтажа.
  • Способ установки: трансформаторы могут встраиваться в электроустановку, накладываться на силовые шины, монтироваться в распределительные шкафы или трансформаторные подстанции. Кроме того, существуют переносные приборы для организации контроля или временного учета электроэнергии.
  • Тип монтажа: в зависимости от выбранного способа установки и подключения, монтаж может быть проходным или опорным. На иллюстрации проходной тип монтажа.
  • Количество ступеней трансформации. При работе с высоким напряжением, может потребоваться каскадное снижение выходных параметров. При этом можно выбирать, куда подключать измерительные (управляющие) приборы: на один или несколько каскадов трансформации.
  • Тип изоляции между обмотками и сердечником. Как и в обычных трансформаторах: сухая (керамика, бакелит, некоторые виды пластмасс) или мокрая (классическая бумажно-маслянная). Современные компактные трансформаторы заливаются компаундом. Параметр учитывается при выборе температурного режима эксплуатации: высокий нагрев или наружная установка при минусовых температурах.

Важно: При подключении 3 фазного счетчика через трансформаторы тока, параметры всех приборов должны быть идентичными.

Разобравшись, как выбрать трансформатор тока по способу установки, научимся производить расчет

С учетом параметров электрических счетчиков, и значения напряжения на линии, выбираем коэффициент трансформации. Он должен обеспечивать максимальную точность измерения трехфазного счетчика, при соблюдении мер безопасности.

Согласно требованиям ПУЭ (правил устройства электроустановок), необходимо оставлять запас коэффициента трансформации на превышение допустимой нагрузки. При максимальной нагрузке на линии, ток во вторичной обмотке не должен быть ниже 40 % от номинального тока счетчика. Соответственно при минимальной нагрузке этот показатель составит 5 %.

Существует целая подборка справочной литературы по этому вопросу, наиболее популярной является типовая таблица:

Зная расчетные параметры силовой линии и возможного потребления тока, можно рассчитать коэффициент трансформации.

Перед вводом в эксплуатацию, обычно производится испытательный монтаж на тестовую колодку. Моделируются рабочие условия эксплуатации объекта, при соблюдении мер безопасности испытываются аварийные режимы.

Важно: Подобные испытания следует проводить только под надзором инженеров по безопасности энергоснабжающей компании.

После проведения тестовых измерений на дублирующих счетчиках, проводится окончательный расчет коэффициента преобразования. Затем составляется акт переноса показаний на счетчики с учетом параметров трансформатора.

Если параметры работы устраивают потребителя и поставщика электроэнергии, производится окончательный монтаж трансформаторов и трехфазного счетчика. Типовая электросхема на иллюстрации:

Пример реального расчета коэффициента трансформации

Мы знаем, что для обеспечения завышенного коэффициента трансформации, необходимо обеспечить следующее условие:

  • при загрузке силовой (основной) линии на 25 %, во вторичной обмотке сила тока не превысит 10 % от расчетной.

Условия задачи: расчетный ток в режиме нормальной загрузки оборудования составляет 240 А. Устанавливаем параметры аварийного режима: коэффициент 1.2. Значит, сила тока при перегрузке равна 288 А. Номинальная сила тока счетчика составляет 5 А.

Важно: Перегрузкой считается сила тока, при которой еще не срабатывает защитное устройство отключения электропитания.

По рекомендациям энергетиков, или в соответствии со справочными таблицами, выбираем трансформатор тока с коэффициентом трансформации 300/5.

  • Проводим расчет тока первичной обмотки при нагрузке 25 % от номинала. I1=240×25/100. Полученный результат: 60 А.
  • Проводим расчет тока вторичной обмотки при нагрузке 25 % от номинала. I2=60/(300/5). Полученный результат: 1 А.

Вторичный ток превышает 10 % от номинальной силы тока счетчика: 1 А > 0.5 А. При таких расчетах видно, что трансформатор тока для подключения конкретного счетчика подобран верно.

Класс точности и погрешность

Для обеспечения правильности учета показаний потребления электроэнергии, регламентирующими нормативами установлены следующие классы точности для токовых трансформаторов:

  • счетчики коммерческого учета: 0.2;
  • счетчики технического учета: 0.5.

Условия считаются выполненными, если реальная нагрузка на вторичную обмотку трансформатора не превышает номинально установленную нагрузку для данного класса точности.

Кроме того, параметры прибора должны обеспечивать токовую и угловую погрешность. Для нормальной работы устройств защиты и точного снятия показаний, токовая погрешность не должна превышать 10 %, а угловая 7°.

Результат построения векторной диаграммы токов на иллюстрации:

Iµ=I1+I2, остальные параметры и обозначения взяты из школьного курса физики. Проведя тестовые измерения, можно убедиться в соответствии (не соответствии) собранной схемы требованиям ГОСТ и ПУЭ.

Видео по теме

Устранение ошибки в подключении трехфазного счетчика электрической энергии

Снятие векторных диаграмм

Инструкция по снятию векторных диаграмм Издательство: М.-Л.: Госэнергоиздат, 1952
В целях обмена опытом БТИ ОРГРЭС по поручению Технического управления МЭС выпускает серию инструкций Мосэнерго по релейной защите. Эти инструкции не являются типовыми и обязательны только для системы Мосэнерго. Публикуемая инструкция составлена инженерами М. А. Берковичем, М. Л. Голубевым, Н. В. Чернобрововым и П. К. Фейстом (участвовавшим в составлении первого выпуска инструкции), под общей редакцией Н. В. Чернобровова. Снятие векторных диаграмм токов и напряжений при проверке устройств релейной защиты и автоматики является одним из основных способов проверки правильности соединения вторичных обмоток измерительных трансформаторов и правильности подсоединения к ним реле. Снятие векторных диаграмм дает возможность: а) в дифференциальных токовых защитах определить векторы токов от каждой группы трансформаторов тока и по взаимному их расположению проверить правильность схемы соединений трансформаторов тока по фазам и по их полярности; б) в защитах, для которых необходимо обеспечить определенное сочетание фаз токов и напряжений (омметры, реле направления мощности, пусковые импедансные реле), проверить правильность включения этих реле; в) в направленных защитах проверить правильность выбора направления реле мощности путем сравнения фактического поведения реле с тем, которое должно быть при данном сочетании токов и напряжений и правильном включении реле.

Читайте так же:
Норма счетчика старения масла


Рисунок 1. Схема включения ваттметра для снятия векторной диаграммы фазовых токов. ТН – трансформатор напряжения; ТТ – трансформатор тока; V — вольтметр; Л – амперметр; W – ваттметр; ФУ – фазоуказатель.

Векторные диаграммы снимаются главным образом однофазным ваттметром. Этот способ основан на том, что для определения любого вектора на плоскости необходимо и достаточно знать по величине и направлению две его проекции на любые оси координат, расположенные в той же плоскости. Для построения искомого вектора необходимо отложить ею проекции на принятых осях координат и из их концов восстановить перпендикуляры к осям. Точка пересечения перпендикуляров будет концом искомого вектора, а центр системы координат – его началом. В практике эксплуатации релейной защиты за систему координат принимаются три фазовых или линейных напряжения симметричной трехфазной системы, равные друг другу по величине и сдвинутые между собой на угол в 120°. Все векторные диаграммы должны сниматься на симметричные токи или напряжения, принятые за оси координат. При снятии векторной диаграммы токов за оси координат могут приниматься как фазовые, так и линейные напряжения, однако для более удобного сравнения полученной диаграммы с фактическим направлением мощности в первичной цепи рекомендуется снимать диаграммы на фазовые напряжения. В сетях с заземленной нулевой точкой фазовые напряжения практически вполне симметричны. В сетях с изолированной нулевой точкой и в компенсированных сетях несимметрия фазовых напряжений может быть настолько велика, что недопустимо исказит результаты замеров. Допускается снятие векторной диаграммы на фазовые напряжения, если несимметрия их не превышает +5% от среднего значения. Если несимметрия больше, то диаграмму надо снимать на линейные напряжения, а для анализа ее нанести при построении векторы фазовых напряжений. При малых токах нагрузки целесообразно снимать диаграмму на линейные напряжения для увеличения показаний ваттметра. Если диаграмма снимается для проверки органов направления мощности или направленных омметров, то напряжение на ваттметр нужно подавать от того же трансформатора напряжения, от которого питаются проверяемые реле. Для проверки защит, не имеющих цепей напряжения, например, дифференциальных токовых, векторные диаграммы можно снимать на напряжения любою источника симметричного трехфазного напряжения, синхронного с проверяемыми токами.


Рисунок 2. Направления вектора тока при разных направлениях активной и реактивной мощности

Векторная диаграмма правильно определяет действительное положение векторов тока только в том случае, если цепи напряжения и тока имеют правильное обозначение одноименных фаз. Для правильного нанесения на векторную диаграмму векторов напряжения необходимо знать их чередование. Чередование фаз напряжения проверяется предварительно фазоуказателем. Правильность обозначения одноименных фаз тока и напряжения проверяется предварительно прозвонкой и контролируется по векторной диаграмме. Правильное соединение по полярностям обмоток реле и измерительных трансформаторов должно указываться в принципиальных и монтажных схемах защит; особенно это важно для дифференциальных и направленных защит. Необходимо отметить, что в ряде схем релейной защиты измерительные трансформаторы тока специально включаются так, чтобы повернуть один из векторов вторичною тока в реле на 180° относительно другого (например, дифференциальные защиты). При снятии векторных диаграмм в таких цепях это обстоятельство всегда следует учитывать.

Разновидности векторных диаграмм

Для корректного отображения переменных величин, которые определяют функциональность радиотехнических устройств, хорошо подходит векторная графика. Подразумевается соответствующее изменение основных параметров сигнала по стандартной синусоидальной (косинусоидальной) кривой. Для наглядного представления процесса гармоническое колебание представляют, как проекцию вектора на координатную ось.

С применением типовых формул несложно рассчитать длину, которая получится равной амплитуде в определенный момент времени. Угол наклона будет показывать фазу. Суммарные влияния и соответствующие изменения векторов подчиняются обычным правилам геометрии.

Различают качественные и точные диаграммы. Первые применяют для учета взаимных связей. Они помогают сделать предварительную оценку либо используются для полноценной замены вычислений. Другие создают с учетом полученных результатов, которые определяют размеры и направленность отдельных векторов.


Круговая диаграмма

Допустим, что надо изучить изменение параметров тока в цепи при разных значениях сопротивления резистора в диапазоне от нуля до бесконечности. В этой схеме напряжение на выходе (U) будет равно сумме значений (UR и UL) на каждом из элементов. Индуктивный характер второй величины подразумевает перпендикулярное взаимное расположение, что хорошо видно на части рисунка б). Образованные треугольники отлично вписываются в сегмент окружности 180 градусов. Эта кривая соответствует всем возможным точкам, через которые проходит конец вектора UR при соответствующем изменении электрического сопротивления. Вторая диаграмма в) демонстрирует отставание тока по фазе на угол 90°.


Линейная диаграмма

Здесь изображен двухполюсный элемент с активной и реактивной составляющими проводимости (G и jB, соответственно). Аналогичными параметрами обладает классический колебательный контур, созданный с применением параллельной схемы. Отмеченные выше параметры можно изобразить векторами, которые расположены постоянно под углом 90°. Изменение реактивной компоненты сопровождается перемещением вектора тока (I1…I3). Образованная линия располагается перпендикулярно U и на расстоянии Ia от нулевой точки оси координат.

Механика; гармонический осциллятор

  • Гармонический осциллятор в механике и гармонический осциллятор любой природы формально представляют точную аналогию, поэтому рассмотрим их в одном параграфе на примере механического гармонического осциллятора.
  • Применение векторных диаграмм в механике сводится в основном к случаю гармонического осциллятора (в том числе имеется в виду и случай осциллятора с линейной по скорости силой трения); впрочем, векторные диаграммы могут быть до некоторой степени полезны и для исследования нескольких осцилляторов в том числе и в пределе бесконечного их количества (для колебаний или волн в распределенных системах).
  • С современной точки зрения применение векторных диаграмм к гармоническому осциллятору представляет скорее только исторический и педагогический интерес, однако тем не менее в принципе они здесь вполне применимы.
  • В механике применение векторных диаграмм (обычно подразумевается их применение к одномерному осциллятору) имеет ту особенность, что добавляющаяся вторая координата для превращения колебаний во вращение может иметь не только чисто формальный абстрактный смысл, но для одномерной механической системы такого сорта может быть указана механическая же двумерная система, для которой векторная диаграмма первой реализуется как вполне реальное двумерное механическое движение, и все векторы реально двумерны (а после проецирования всех их и движения точки двумерной системы на одну ось, мы получаем мгновенные значения соответствующих величин – в том числе положения – для соответствующей одномерной системы); таким образом, для механической одномерной системы возможна не только формальная математическая, но и реальная механическая
    модель, переводящая колебательное одномерное движение во вращательное движение в двумерном пространстве, реализующая в себе векторную диаграмму для одномерной системы.
Читайте так же:
Еврострой групп поверка счетчиков

Разберем два основных случая простого применения векторных диаграмм в механике (как замечено выше, также применимых к гармоническому осциллятору не только механической, но любой природы): осциллятор без затухания и без внешней силы и осциллятор с (линейным) затуханием (вязкостью), и внешней вынуждающей силой.

Представление синусоидальных функций в виде комплексных чисел

Векторная диаграмма – это удобный инструмент представления синусоидальных функций времени, коими являются, к примеру, напряжения и токи электрической цепи переменного тока.

Рассмотрим, например, произвольный ток, представленный в виде синусоидальной функции

i(t) = 10 sin(ωt + 30°).

Данный синусоидальный сигнал можно представить в виде комплексной величины

Для формирования комплексного числа используются модуль и фаза синусоидального сигнала.

Векторная диаграмма при последовательном соединении элементов

Для построения векторных диаграмм сперва составляют уравнения по законам Кирхгофа для рассматриваемой электрической цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рис. 1, и нарисуем для неё векторную диаграмму напряжений. Обозначим падение напряжение на элементах.


Рис. 1. Последовательное соединение элементов цепи

Составим уравнение для данной цепи по второму закону Кирхгофа:

По закону Ома падение напряжений на элементах определяется по следующим выражениям:

Для построения векторной диаграммы необходимо отобразить приведённые в уравнении слагаемые на комплексной плоскости. Обычно вектора токов и напряжений отображаются в своих масштабах: отдельно для напряжений и отдельно для токов.

Из курса математики известно, что j = 1∠90°, −j = 1∠−90°. Отсюда при построении векторной диаграммы умножение какого-либо вектора на мнимую единицу j приводит к повороту этого вектора на 90 градусов против часовой стрелки, а умножение на −j приводит к повороту этого вектора на 90 градусов по часовой стрелке.

При построении векторной диаграммы напряжений на комплексной плоскости сперва отобразим вектор тока I, после чего относительного него будем отображать вектора падений напряжений (рис. 2) с учётом приведённых выше соотношений для мнимой единицы.

Падение напряжения на резисторе UR совпадает по направлению с током I (т.к. UR = I ∙ R, а R – чисто действительная величина или, простыми словами, нет умножения на мнимую единицу). Падение напряжения на индуктивном сопротивлении опережает вектор тока на 90° (т.к. UL = I ∙ jXL, а умножение на j приводит повороту этого вектора на 90° против часовой стрелки). Падение напряжения на ёмкостном сопротивлении отстаёт от вектора тока на 90° (т.к. UC = −I ∙ jXC, а умножение на −j приводит повороту этого вектора на 90° по часовой стрелке).

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений при последовательном соединении элементов цепи Следует обратить внимание, что на одной векторной диаграмме изображают только векторы тех величин, у которых частота совпадает!

Векторная диаграмма при параллельном соединении элементов

Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рис. 3, и нарисуем для неё векторную диаграмму токов. Обозначим направление токов в ветвях.


Рис. 3. Параллельное соединение элементов цепи

Составим уравнение для данной цепи по первому закону Кирхгофа:

I­­ – IR – IL – IC = 0,

Определим по закону Ома токи в ветвях по следующим выражениям, учитывая, что 1 / j = −j:

IL = E / (jXL) = −j ∙ E / XL,

IC = E / (−jXC) = j ∙ E / XC,

Для построения векторной диаграммы необходимо отобразить приведённые в уравнении слагаемые на комплексной плоскости.

При построении векторной диаграммы токов на комплексной плоскости сперва отобразим вектор ЭДС E, после чего относительного него будем отображать вектора токов токов (рис. 4) с учётом приведённых выше соотношений для мнимой единицы.

Ток в резисторе IR совпадает по направлению с ЭДС E (т.к. IR = E / R, а R – чисто действительная величина или, простыми словами, нет умножения на мнимую единицу). Ток в индуктивном сопротивлении отстаёт от вектора ЭДС на 90° (т.к. IL = −j ∙ E / XL, а умножение на −j приводит повороту этого вектора на 90° по часовой стрелки). Ток в ёмкостном сопротивлении опережает вектор ЭДС на 90° (т.к. IC = j ∙ E / XC, а умножение на j приводит повороту этого вектора на 90° против часовой стрелки). Результирующий вектор тока определяется после геометрического сложения всех векторов по правилу параллелограмма.

Рис. 4. Векторная диаграмма токов при параллельном соединении элементов цепи

Для произвольной цепи алгоритм построения векторных диаграмм аналогичен вышеизложенному с учётом протекаемых в ветвях токов и прикладываемых напряжений.

Обращаем ваше внимание, что на сайте представлен инструмент для построения векторных диаграмм онлайн для трёхфазных цепей.

Снятие векторных диаграмм – основное назначение приборов ВАФ

Внедряя в производство новейшие технологии и современные технические решения, научно-производственное предприятие «Динамика» разработало и выпускает трехфазный высокоточный вольтамперфазометр РЕТОМЕТР-М2, в котором учтены все особенности проведения измерений в энергетике.


Рис. 1 – Прибор РЕТОМЕТР-М2

При разработке нового вольтамперфазометра РЕТОМЕТР-М2, специалистами НПП «Динамика» был проанализирован опыт эксплуатации ранее выпускаемого прибора РЕТОМЕТР. При этом выяснился любопытный факт: многие специалисты-релейщики до сих пор предпочитают работать с вольтамперфазометрами (ВАФ) предыдущих поколений, хотя имеют в арсенале современные микропроцессорные измерительные приборы с более высокой точностью и чувствительностью. Возможно, они не доверяют полученной информации. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Приборы типа ВАФ предназначены для получения достоверной информации о параметрах электроэнергии, их основная задача — «правильно» измерить напряжение, ток, фазовый угол и частоту. Что значит «правильно»? Многие производители в выпускаемых приборах для измерения значений напряжения и тока применяют метод прямой дискретизации (так называемый RMS), который позволяет повысить точность и увеличить скорость измерения переменного тока для сигналов, лежащих в пределах полосы пропускания. А вот с измерением угла сдвига фазы, основной функцией ВАФ, все не так однозначно.

Читайте так же:
Счетчик посетителей для dle

Релейщики используют ВАФ для определения порядка следования фаз и снятия векторных диаграмм. Эти данные необходимы для проверки правильности выполнения схем:
• дифференциальных токовых защит (измерение векторов тока);
• дистанционных защит, счетчиков электроэнергии, ваттметров и др. (измерение векторов фазных токов и напряжений);
• реле мощности в токовых направленных защитах нулевой последовательности (измерение векторов тока 3I0 и напряжения 3U0);
• автоматических систем синхронизации, регуляторов напряжения и т.д. (измерение векторов напряжений).

Ранее для этих целей использовались фазометры Д578 и ВАФ-85М. Сегодня релейщики по-прежнему доверяют информации, полученной с помощью этих фазометров. Одна из причин в том, что эти приборы выполнены по принципу электродинамического логометра и предназначены для определения угла сдвига фаз между основными гармоническими составляющими тока и напряжения в однофазных цепях переменного тока частоты 50 Гц. Многие современные приборы типа ВАФ, в том числе и РЕТОМЕТР, измеряют фазовый угол в широкой полосе частот. На наш взгляд, этот факт и может расцениваться специалистами как самый большой «минус» этих приборов. Но так ли это?

В энергетике принято считать, что форма сигналов тока и напряжения — синусоидальная, поэтому при использовании любого метода измерения угла результат должен быть один и тот же, но на практике это не совсем так. Наличие высших гармоник может достаточно сильно исказить форму сигнала, что влияет на величину фазового угла. Разница между исходным сигналом и сигналом основной частоты может быть достаточно существенна. Например, наличие третьей гармоники, которая составляет 10% от величины основного сигнала и сдвинута относительно него на 120 градусов, дает смещение точки перехода через ноль более чем на 5 градусов (см. рис. 2), при этом вектора всех трех фаз смещаются в одну сторону. Таким образом, векторная диаграмма, которая снимается по исходному сигналу, оказывается недостоверной: во-первых, она сдвинута относительно основной частоты, а во-вторых, углы между векторами не равны 120 градусам. Кроме того, когда уровень высших гармоник сопоставим или преобладает над уровнем основного сигнала, измерение угла становится невозможным — слишком много переходов через ноль.


Рис. 2 — Фазовый сдвиг между сигналом и его основной гармоникой

Для примера рассмотрим тяговую подстанцию железной дороги, где электропоезд является основным, а часто и единственным потребителем электроэнергии. Попытка снять векторную диаграмму при его движении обычно обречена на провал из-за огромной несимметрии нагрузки и наличия высших гармоник в тяговом токе и в устройствах компенсации реактивной мощности. Количество переходов сигнала через ноль резко возрастает, а его полупериоды имеют разную длительность.

На генерирующих предприятиях также существуют определенные проблемы при снятии векторных диаграмм на трансформаторах собственных нужд, где из-за сильного влияния несимметрии тока в силовых трансформаторах третья гармоника может быть достаточной большой.

Специалистами НПП «Динамика» был учтен этот факт при разработке нового прибора РЕТОМЕТР-М2, в котором изменилась концепция работы фазометра, — теперь он работает только на частоте 50 Гц и измеряет угол сдвига фаз между основными гармоническими составляющими тока и напряжения. В аппаратной части реализован метод прямой дискретизации входного сигнала. Цифровой фильтр на 50 Гц выделяет из входных выборок первую гармонику. Далее, в соответствии с внутренней системой координат, проводится разложение на ортогональные составляющие, вычисляются вектора и находится угловая разница между опорным и измеряемым векторами. Таким образом, РЕТОМЕТР-М2 выполняет измерения аналогично Д578 или ВАФ-85М и показывает истинную векторную диаграмму как при синусоидальном, так и при искаженном сигнале, поскольку в обоих случаях исключается влияние высших гармоник.

Кроме этого, в приборе повышена точность измерения угла и расширен диапазон его измерения как по току, так и по напряжению. На практике это означает, что при измерении тока или напряжения можно измерить и фазовый угол. Базовая точность фазометра достигла 0,5 электрических градусов, а при наихудших условиях и малых уровнях сигналов абсолютная погрешность не превышает четырех электрических градусов, и это с учетом погрешности токовых клещей, составляющей львиную долю в погрешности измерения угла по току.

Решая задачу повышения точности измерения угла, были улучшены и другие параметры: диапазон по току расширился от миллиампер до 40 А с базовой точностью 1%, диапазон по напряжению — до 750 В с базовой точностью 0,5%. В области малых токов абсолютная погрешность не превышает ±3 мА, а абсолютная погрешность измерения промышленной частоты составляет не более ±0,01 Гц.

При проведении измерений с помощью любого однофазного прибора существует еще одна проблема — одновременное измерение всех векторов. Энергосистема ведет себя как живой организм, в ней постоянно происходят изменения параметров, и при последовательно проводимых измерениях появляются и накапливаются погрешности, связанные с этими изменениями. Для решения этой задачи в РЕТОМЕТР-М2 были созданы одновременно работающие три канала тока и три канала напряжения, при этом специальная кнопка «Hold» позволяет «заморозить» показания на индикаторе для их дальнейшего анализа. Все это позволяет быстро и с минимальными временными погрешностями представить параметры векторов тока и напряжения, в том числе прямую, обратную и нулевую составляющие трехфазного тока и напряжения, а также трехфазный коэффициент мощности.

Вместе с тем, в приборе была сохранена возможность работы в двухканальном режиме, т.е. одновременно измерять ток и напряжение, два напряжения или два тока. Это позволяет получить информацию об активной, реактивной и полной мощности, о косинусе и тангенсе угла, данные о коэффициенте трансформации, линейном напряжении, комплексные параметры сопротивления нагрузки, выполнить измерение постоянного напряжения и т.д.

Специалисты НПП «Динамика» надеются, что все эти возможности будут востребованы при выполнении пусконаладочных и проверочных работ, и РЕТОМЕТР-М2 станет незаменимым помощником для специалистов служб релейной защиты и автоматики энергопредприятий, службы главного энергетика промышленных предприятий и многих других специалистов, занятых эксплуатацией электроустановок.

Зайцев Б.С.,
ООО «НПП «Динамика»,
г.Чебоксары
май 2012

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector