الغرض والجهاز ومبدأ التشغيل

للمحاسبة الطاقة الكهربائيةيتم توليدها في المحطات ونقلها إلى المستهلكين، وتستخدم عدادات الطاقة الكهربائية. يتم تركيبها على حافلات جهد المولد، وعلى الخطوط الصادرة وعلى الجانب المنخفض من المحطات الفرعية المتدرجة للمستهلك. لحساب الطاقة النشطة، يتم استخدام أنواع أحادية الطور SO أو SOU أو أنظمة الحث ثلاثية الطور من الأنواع SAZ (SAZU)، وللطاقة التفاعلية - عدادات من الأنواع SR4 (SR4U). في تسميات العدادات، تعني الحروف والأرقام: C - متر، O - مرحلة واحدة، A - الطاقة النشطة، R - الطاقة التفاعلية، U - عالمي، 3 و 4 - لشبكات ثلاثية وأربعة أسلاك.
تم تصميم ملفات العدادات بحيث يتم توصيلها مباشرة بالشبكة ومن خلال محولات قياس التيار والجهد. يتم تصنيع عدادات التوصيل المباشر لـ 5 و 10 و 20 و 30 و 50 أمبير، ومن خلال محولات التيار - حتى 2000 أمبير، سيكون التيار الثانوي المقنن للعداد في جميع الحالات 5 أ. الفولتية المقدرةعدادات لملفات التوصيل المباشر: 127 و220 و380 فولت، ومن خلال محولات الجهد - 100 فولت. في حالة توفر المحولات، يمكن توصيل العدادات بحافلات المحطة بجهود تشغيل 500 و600 فولت أو 3 و6 و10 و35 كيلو فولت. .
في محطات المحولات الفرعية أحادية الطور بقدرة 4 - 10 كيلو فولت أمبير، والجهد 6-10 / 0.23 كيلو فولت، يتم تركيب عداد الطاقة النشط CO2M. يتم توصيله بمحول تيار مثبت خلف المحول أحادي الطور، بحيث يستوعب كل الكهرباء التي تمر عبر المحول. يتم تسخين العداد - المقاومة الحرارية PE-75.
في المحطات الفرعية أحادية المحولات للمستهلكين بجهد 6-10/0.4 كيلو فولت، وقوة 100-250 كيلو فولت أمبير-أ، يتم تركيب عدادات الطاقة النشطة ثلاثية الطور من النوع SA4U أو SA4I. تم تصميم عدادات الكهرباء لدائرة مكونة من أربعة أسلاك ولها سبعة أطراف: اثنان للاتصال بكل من محولات التيار الثلاثة وواحد للاتصال بالسلك المحايد. يتم تثبيت هذه العدادات على الجانب الجهد المنخفض محول الطاقةإلى قضبان التوصيل التي تتصل بها خطوط الجهد المنخفض الصادرة، بحيث تأخذ في الاعتبار كل الكهرباء التي تمر عبر المحول.
من الناحية الهيكلية، يتم تثبيت آلية العداد على حامل مصبوب يقع في قاعدة فولاذية أو بلاستيكية مستطيلة ومغلقة بغطاء بلاستيكي. تحتوي العدادات العالمية على درع قابل للإزالة على الجانب الأمامي من الغطاء وجهاز لإغلاقه. يتم إنتاج العدادات بفئة دقة تبلغ 2.0، باستثناء عدادات الطاقة التفاعلية ذات التوصيل المباشر، والتي تتمتع بفئة دقة تبلغ 3.0.
دعونا نفكر في الجهاز ومبدأ تشغيله باستخدام مثال مقياس أحادي الطور من النوع C0-2M (الشكل 1).
تحتوي العلبة البلاستيكية على قلب فولاذي 1 مزود بملف جهد. وهي مصنوعة من عدد كبير من لفات الأسلاك ذات القطر الصغير ومتصلة بالتوازي مع الدائرة. يتم لف اللف الحالي 4 على القلب 5 ويتكون من عدد صغير من لفات الأسلاك ذات القطر الكبير. يتم توصيل هذا الملف على التوالي بالدائرة وهو مصمم لتيار مقنن قدره 5 أ. توجد فجوة هوائية بين النوى حيث يمكن لقرص الألومنيوم 3 المثبت على المحور 2 أن يدور بحرية لضبط العداد بشكل دائم يتم استخدام المغناطيس 7 المثبت على حامل فولاذي، ويتم توصيل أطراف اللفات بأربعة أطراف ب من جهاز القياس، وهي مغلقة بغطاء ومختومة.

الشكل 1 - عداد الكهرباء

عندما يتم تشغيل جهاز القياس، تتدفق التيارات عبر لفاته، مما يؤدي إلى إنشاء تدفق مغناطيسي في فجوة الهواء. يعبر هذا التدفق قرص الألمنيوم ويحدث تيارات دوامية فيه. يؤدي تفاعل التيارات في القرص مع التدفق المغناطيسي في اللفات إلى ظهور قوة ميكانيكية تؤدي إلى دوران القرص. يتم توصيل القرص عن طريق ناقل الحركة بآلية العد الخاصة بالعداد، والتي تعطي القراءات بالكيلوواط ساعة.
في دائرة توصيل عداد أحادي الطور (الشكل 2، أ)، يتم توصيل سلك الطور بالطرف الأول G (طرف المولد)، والسلك المحايد متصل بالطرف الثالث G. الأسلاك المتجهة إلى أجهزة الاستقبال الكهربائية يتم توصيلها بالطرفين الثاني والرابع، المشار إليهما بالحرف N (تحميل).
لقياس استهلاك الكهرباء في التركيبات الكهربائية ثلاثية الطور، يمكن استخدام ثلاثة عدادات أحادية الطور متصلة بكل مرحلة حسب المخطط الموضح في الشكل 2، ب. في هذه الحالة، يتم تحديد استهلاك الطاقة كمجموع قراءات ثلاثة أمتار. ومع ذلك، فمن الأكثر ملاءمة استخدام عدادات ثلاثية الطور، وهي عبارة عن ثلاثة عدادات أحادية الطور مجمعة في مبيت واحد ولها آلية عد مشتركة.

الشكل 2 - مخططات توصيل العدادات:
أ - مرحلة واحدة، ب - ثلاثة مرحلة واحدة ج شبكة ثلاثية الطور، في - ثلاث مراحل

في دائرة التوصيل لمقياس ثلاثي الطور ثلاثي العناصر من النوع CA4 (الشكل 2، ج)، يتم توفير ثلاث مراحل للمحطات الطرفية G، تحميل ثلاث مراحليتم توصيله بأطراف H، ويتم توفير السلك المحايد إلى أطراف O.
يتم دائمًا توفير مخططات التبديل على الجزء الخلفي من أي نوع من غطاء جهاز القياس الذي يغطي جهات الاتصال.
تم تصميم اللف الحالي للعداد للتركيب في شقة لتيار مقنن يبلغ 5 أ ، ولكن في العصر الحديث المباني السكنيةهناك شقق كبيرة متعددة الغرف تستهلك تيارًا أكبر بكثير. بشكل عام في جميع أنحاء المنزل الحمل الحالييمكن أن تصل إلى عدة مئات من الأمبيرات. من الواضح أنه لا يمكن توصيل العدادات مباشرة بدائرة بها مثل هذه التيارات. لتقليل المتغير التيارات الكهربائيةقوة عالية إلى قيمة مناسبة للقياس بالمعيار أدوات القياس، المقصود محول التيار أو محول القياس.
يحتوي المحول الحالي من النوع TK-20 (الشكل 3) على قلب فولاذي 2 مع ملفات. اللف الأساسي 3 مع المحطات L1 و L2 مصنوع من سلك كبير المقطع، مصمم للتيار المطلوب للتشغيل العادي للتركيبات الكهربائية. يتم توصيل اللف الثانوي 4 والمطرافين I1 و I2 لللف الثانوي بالكتلة الطرفية 1. ولها عدد كبير من المنعطفات عندما التصنيف الحاليتم إحداث تيار 5 A في الملف الأولي.

الشكل 3 - المحول الحالي TK-20

يتم إنتاج محولات التيار بنسب تحويل مختلفة: 10/5، 15/5، 20/5 أ، وتستخدم حسب قيمة تيار التشغيل للمستهلك.
ومن المخطط حاليًا إدخال أنظمة قياس استهلاك الطاقة تلقائيًا. أصبح إنشاء مثل هذه الأنظمة ممكنًا بفضل تطوير العدادات الإلكترونية. على سبيل المثال، تم تصميم عدادات الطاقة الكهربائية النشطة ذات التوصيل المباشر الإلكترونية من النوع "Energy - 9" لحساب الطاقة الكهربائية النشطة في دوائر التيار المتردد أحادية الطور بتردد 50 هرتز، اعتمادًا على التصميم في وقت واحد أو أكثر - تعريفات متباينة.
توفر العدادات أيضًا، اعتمادًا على التصميم، ما يلي:
- تكوين قاعدة بيانات تحتوي على معلومات القياس؛
- نقل معلومات القياس المخزنة في قاعدة البيانات عن طريق القنوات البينية إلى أجهزة قياس الطاقة الكهربائية ذات المستوى الأعلى.
نطاق تطبيق العدادات هو محاسبة الطاقة الكهربائية في المؤسسات الصناعية (الصغيرة) وفي قطاع المرافق العامة في ظل تطبيق تعريفات متباينة زمنياً للطاقة الكهربائية.
يمكن استخدام العدادات ذات الواجهة التسلسلية ومخرج النبض عن بعد الأنظمة الآليةالمحاسبة والتحكم في الطاقة الكهربائية.

مخططات الاتصال

في دائرة توصيل عداد أحادي الطور مع محول تيار (الشكل 4، أ) اللف الابتدائييتم توصيل المحول L1 - L2 على التوالي بسلك خطي بتيار عالي، ويتم توصيل اللف الحالي للعداد باللف الثانوي للمحول الحالي (المحطات I1 - I2). كما هو الحال في الدائرة التقليدية، يجب توصيل ملف الجهد بالطور والأسلاك المحايدة. لهذا الغرض، يتم عمل وصلة عبور في المخطط بين المحطتين L1 وI1، ويتم توصيل الطرف الثالث من جهاز القياس بالسلك المحايد.
تظهر مخططات التوصيل لثلاثة أمتار أحادية الطور، بالإضافة إلى عداد ثلاثي الطور مع محولات التيار، في الشكل 4، 6، ج.
إذا كان العداد يعمل بمحول تيار، لتحديد الاستهلاك الفعلي للكهرباء، فمن الضروري ضرب الاستهلاك الذي يظهره العداد في نسبة التحويل لمحول القياس.

الشكل 4 - مخططات توصيل العدادات بمحولات التيار:
أ - مرحلة واحدة، ب - ثلاث مراحل، ج - ثلاثة مرحلة واحدة في شبكة ثلاثية الطور

من الناحية النظرية، لقياس الكهرباء في أنظمة ثلاث أسلاك وأربعة أسلاك ثلاثية الطور، واحد أو أكثر متر على مرحلة واحدة، المدرجة وفقا لمخطط معين. ومع ذلك، تتطلب مثل هذه الدوائر التزامًا صارمًا بالحمل والجهد المتماثلين، وهو أمر ليس من الممكن دائمًا ضمانه.

بالإضافة إلى ذلك، يؤدي القياس في مرحلة واحدة أو مرحلتين إلى أخطاء كبيرة، لذلك يتم استخدام أجهزة القياس ثلاثية الطور المكونة من ثلاثة عناصر على نطاق واسع حاليًا. تعرض المقالة الدائرة SA4U-I672M كمثال لجهاز القياس هذا.

يحتوي عداد الكهرباء على ثلاثة عناصر دوارة تعمل على جزء متحرك واحد. غالبًا ما يحتوي الجزء المتحرك على قرصين. العناصر الدوارة لها نفس التصميم والجهاز مثل العناصر أحادية الطور.

وينطبق ذلك على جميع أجهزة القياس ثلاثية الطور، باستثناء عدادات الطاقة التفاعلية القائمة على عناصر دوارة ذات إزاحة داخلية تزيد عن 90 درجة، وهي 60 درجة و180 درجة.

في عدادات الطاقة التفاعلية، يتم أيضًا اتخاذ تصميم العنصر الدوار، المشابه لعنصر أحادي الطور، كأساس، ويتم اتخاذ التدابير للحصول على تحول الطور الداخلي اللازم (المنعطفات ذات الدائرة القصيرة، ومقاومات التحويل).

يمكن اعتبار جهاز قياس الحث ثلاثي الطور بمثابة نظام يتكون من ثلاثة عدادات أحادية الطور؛ تحدث نفس العمليات الفيزيائية في كل عنصر من عناصر هذا النظام. مع الحمل النشط البحت، تكون زاوية تحول الطور بين تدفقات العمل لكل عنصر 90 درجة.

إجمالي عزم الدوران هو ثلاثة أضعاف عزم الدوران لعنصر واحد. سيكون منحنى الحمل، بالإضافة إلى جميع الخصائص الأخرى لجهاز ثلاثي العناصر، هو نفس منحنى العداد أحادي الطور مع نفس سرعة الدوران المقدرة.

أذكر أن منحنى الحمل هو مجموع منحنيات الأخطاء المكونة من الاحتكاك والكبح الذاتي وإزاحة العنصر الدوار، والخطأ من الاعتماد غير الخطي لتدفق العمل وتيار الدائرة المتسلسلة.

وجود تحول في مرحلة الجهد نظام ثلاث مراحليقدم بعض الأخطاء عند إنشاء عزم الدوران في الجزء المتحرك. بالنسبة للعنصر الدوار الأول، نفترض بشكل مشروط أن φ1=0°. ثم سيكون تحول المرحلتين التاليتين مساوياً على التوالي لـ φ2=60°، φ3=120°.

هذا يعني أن زاوية تحول الطور بين تدفقات العمل للعنصر الممغنط الأول هي ψ1=0°-φ، للثاني ψ2=60°-φ، للثالث ψ3=120°-φ. مع الحمل النشط (cosφ=1) والحمل المتماثل على المراحل، تكون هذه التحولات تساوي ψ1= 0°، ψ2= 60°، ψ3= 120°.

لذلك، فإن عزم الدوران الإجمالي للعناصر Mvr لا يساوي القيمة الثلاثية للحظة M1 لأحد العناصر الدوارة، عندما يكون الجهد والتيار لهذا العنصر في الطور، ولكنه يساوي:

Mvr= М1sin0°+ М2sin60°+ М3sin120°=√3 М1;

بالإضافة إلى ذلك، إذا كان لها نفس السرعة المقدرة للمرحلة الواحدة، فإن منحنيات الحمل الخاصة بها في منطقة التحميل العالية ستكون مختلفة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عزم الدوران الإجمالي لفرملة العداد ثلاثي الطور يساوي ثلاثة أضعاف عزم فرملة عنصر واحد، وعزم الدوران الإجمالي للفرملة أكبر بمقدار √3 مرات من عزم الدوران من عنصر واحد.

سيكون خطأ المقياس ثلاثي الطور بسبب الكبح الخاص به هو 2/√3، وهو أكبر بمقدار 1.16 مرة من الخطأ في المقياس أحادي الطور الذي يحتوي على نفس العنصر الدوار وسرعة الدوران المقدرة للجزء المتحرك.

لكي يكون لمقياس ثلاثي الطور ثلاثي العناصر نفس منحنى الحمل كمقياس أحادي الطور، من الضروري أن تكون سرعته المقدرة أقل بـ 1.16 مرة من سرعة الطور الواحد. كما هو الحال مع أجهزة القياس أحادية الطور، يمكن تعديل سرعة دوران القرص عن طريق تحريك مغناطيس دائم على طول نصف قطر القرص؛ يوفر التصميم مغناطيسين دائمين لهذا الغرض.

يتم إجراء قياس الطاقة التفاعلية وفقًا لنفس مخططات قياس الطاقة النشطة، ولكن في الوقت نفسه، يجب أن يكون لآليات القياس زاوية تحول طور داخلية بين تدفقات العمل للدوائر التسلسلية والمتوازية وليس 90 درجة، كما هو الحال عندما يتم قياس الطاقة النشطة ولكن 0 درجة (180 درجة).

للحصول على مثل هذا التحول، يتم توصيل مقاومة نشطة إضافية على التوالي مع لف الدائرة المتوازية للعنصر الدوار التعريفي، بالإضافة إلى ذلك، يتم تحويل لف الدائرة المتسلسلة بمقاومة نشطة.

تسمى عدادات الطاقة التفاعلية هذه عدادات ذات إزاحة 180 درجة. السمة المميزة لها هي عدم وجود خطأ "في الدائرة" لأي عدم تناسق في الدائرة.

فيما يلي العديد من دوائر قياس الطاقة التفاعلية الأكثر شيوعًا: دائرة عداد ثلاثية العناصر لدوائر ذات ثلاثة أسلاك وأربعة أسلاك (أ)، دائرة عداد مكونة من عنصرين مع لفات متسلسلة منفصلة (دائرة بيرجتولد) للقياس في ثلاثة أسلاك دوائر سلكية (ج)، ودائرة قياس إزاحة 60 درجة للقياس في دوائر ثلاثية الأسلاك (ج).

للحصول على عنصر دوار بإزاحة 60 درجة، يتم توصيل مقاومة نشطة إضافية على التوالي مع دائرة متوازية للعنصر بإزاحة 90 درجة. في مسار التدفقات غير العاملة، تشتمل الدائرة المتوازية على دورات قصيرة الدائرة، مما يؤدي إلى انخفاض في التحول الداخلي بين تدفقات العمل.

يعرف الكثير من الناس مصطلح الطاقة التفاعلية الكهربائية. بالنسبة للشخص العادي، هذا مفهوم معقد إلى حد ما. لذلك، أولا وقبل كل شيء، من الضروري معرفة جميع السمات المميزة للطاقات التفاعلية والنشطة. والفرق الأكثر أهمية بين الطاقة التفاعلية هو أن حدوثها ممكن فقط في الشبكات التي تتميز بها التيار المتردد. فيما يتعلق ب العاصمةهذه الطاقة لا يمكن أن توجد. يحدث هذا بسبب ميزاته الطبيعية.

في الأساس، يعد مقياس الطاقة التفاعلية نوعًا من الأجهزة الرقمية، حيث يتمثل عمله في تحويل الطاقة إلى إشارة تناظرية، والتي يتم تحويلها لاحقًا إلى نبضات كهربائية. مجموعهم يعني كمية الكهرباء المستهلكة.
يتكون هذا الجهاز من غلاف مصنوع من البلاستيك. تحتوي على ثلاثة محولات ولوحة بها وحدة قياس مدمجة. يتم إرفاق خارج هذا الجهاز المصابيح الكهربائية بقيادةبالإضافة إلى شاشة ذات هيكل كريستالي سائل.

تذهب الكهرباء ذات الطبيعة المتناوبة إلى المستهلكين من قدرات التوليد من خلال العديد من محولات التنحي، والتي تم تصميمها بحيث يتم توزيع اللفات ذات الجهد العالي والمنخفض فيها. لنكون أكثر دقة، لا يوجد اتصال فسيولوجي مباشر بين هذه اللفات، ولكن على الرغم من ذلك، تمر الكهرباء على طول مسار معين.

هناك تفسير بسيط جدا لهذه الظاهرة. يتم نقل الكهرباء عبر المجال الجوي باستخدامه المجال الكهرومغناطيسي. وكما تعلمون، الهواء هو عازل ممتاز. وهذا المجال الكهرومغناطيسي متغير، ولذلك يظهر بالتناوب في كل من الملفات الموجودة للمحول ويتقاطع دائما مع الملف المقابل، دون أن يكون له اتصال مباشر به، مما يخلق قوة محركة كهربائية في شبكاته.

كفاءة المحولات اليوم عالية جدًا، وبفضل هذا فإن خسائر الطاقة الكهربائية صغيرة جدًا وكل التيار المتقطع المتاح يتدفق من الملف الأول إلى الثاني. نفس العمل يحدث في المكثف. هنا فقط يلعب المجال الكهربائي الدور الرئيسي.

الكميات مثل الحث والسعة تخلق طاقة تفاعلية، والتي في كل فترة زمنية تعطي كمية معينة من الطاقة لمصدر التيار المتقطع. إن تراكم هذه الطاقة وإطلاقها لا يسمح بالتدفق الهادئ للطاقة النشطة، لذلك يفي بالكمية بأكملها العمل المطلوبفي الشبكات، وتحويلها إلى عمل ميكانيكي أو حراري.

يستخدم المستهلكون الذين ينتجون كمية كبيرة من الحمل الاستقرائي أجهزة خاصة تسمى المكثفات. يتم ذلك من أجل تعويض وتقليل مقاومة الطاقة التفاعلية. تؤثر هذه الطاقة بشكل كبير على مقدار جميع خسائر الكهرباء. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن أن يؤثر سلبًا أيضًا على توافق الطبيعة الكهرومغناطيسية لجميع الأجهزة الموجودة. ولذلك، هناك حاجة للسيطرة على كميته.

في أغلب الأحيان، تحدث هذه المشكلة في المؤسسات الصناعية. من أجل تحسين تشغيل الشبكات الكهربائية، يتم تركيب أجهزة استشعار تحسب بشكل منفصل الطاقة النشطة والمتفاعلة: عداد الطاقة النشط ومقياس الطاقة التفاعلية. مقياس الطاقة التفاعلية على ثلاث مراحل الشبكات الكهربائيةيوفر البيانات بكميتين: فولت وأمبير.