недоучет потребляемой мощности на маленьких токах.
реклама
Лекция №7 Тема лекции: “ Счетчики электрической энергии” План лекции: 1. Приборы индукционной системы 2.Измерение и учет электрической энергии 3.Однофазный счетчик активной энергии 4.Необходимость замены индукционных счетчиков электронными 1. Приборы индукционной системы 1.Принцип действия В индукционных измерительных механизмах перемещение подвижной части (диска) происходит из-за взаимодействия переменных магнитных потоков с вихревыми токами, наведенными в диске. В основе их работы - известное из электротехники явление взаимодействия переменных магнитных потоков с индуктированными ими токами. Индукционные приборы пригодны только для цепей переменного тока 2.Устройство Неподвижная часть: стержневой и П-образный сердечники (магнитопроводы, индукторы). На них намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1 и I2. Подвижная часть: неферромагнитный (алюминиевый) диск, вращающийся на оси. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов 1 диска. Для предотвращения холостого вращения диска (самохода) рядом с ним укреплен постоянный магнит (тормозной магнит). Самоход – когда диск вращается только под действием напряжения, без приложенной нагрузки. 3. Вывод формулы вращающего момента · По обмоткам сердечников протекают переменные токи I 1 и I 2, сдвинутые по фазе на угол ·Эти токи вызывают магнитные потоки Ф 1 и Ф 2 , совпадающие по фазе с вызывающими их токами. ·Магнитные потоки Ф1 и Ф2, пронизывая диск, индуктируют в нем ЭДС Е1' и Е 2' , отстающие по фазе от соответствующих потоков на угол 90 0 . ·Эти ЭДС вызывают в диске вихревые токи I 1' и I 2' , совпадающие по фазе с вызывающими их ЭДС. Взаимодействия I 1' Ф2 M 1 вызывают вращающие моменты, действующие на диск. I '2 Ф1 M 2 Результирующий момент равен: М К f Фm1 Фm2 sinψ . Следовательно вращающий момент индукционного прибора пропорционален частоте, амплитудам магнитных потоков, пронизывающих диск, и синусу угла сдвига между потоками. 4.Назначение индукционных приборов Приборы индукционной системы используются в качестве счетчиков электрической энергии для цепей переменного тока. 5. Достоинства индукционных приборов 1.мало подвержены влиянию внешних МП 2 2.имеют большую перегрузочную способность. 5. Недостатки индукционных приборов 1.невысокая точность 2.большое самопотребление мощности 3.зависимость показаний от частоты и температуры. 2.Измерение и учет электрической энергии 1. Активная и реактивная энергии Израсходованная энергия – это мощность в единицу времени: W P t . При индуктивной нагрузке (электродвигатели, трансформаторы) существует два вида мощности, а следовательно и энергии: ·активная энергия – энергия, которая поступает от генератора к потребителю (токоприемнику) и используется им. Количество активной энергии, потребляемое в 1 сек., называется активной мощностью и вычисляется для цепей переменного тока по формуле: P U I cos . ·реактивная энергия – энергия, циркулирующая между генератором и потребителем и не используемая потребителем. Выражение Q U I sin называется реактивной мощностью (для цепей переменного тока). С увеличением индуктивности нагрузки уменьшается cos и увеличивается sin , поэтому уменьшается активная энергия, передаваемая током данного значения, и возрастает потребление реактивной энергии, создающей только излишние потери в сети. Lн cos P sin Q Поэтому необходимо измерять не только активную, но также и реактивную мощности, так как соотношение между этими двумя величинами 3 характеризует правильность выбора и эксплуатации оборудования. 2 Электромеханические счетчики электрической энергии Для учета электрической энергии (активной и реактивной) изготовляют специальные приборы - счетчики электрической энергии – они показывают значение измеренной энергии за определенный промежуток времени, т.е. являются интегрирующими (суммирующими). В отличие от обычного показывающего прибора подвижная часть электромеханического счетчика имеет неограниченный угол отклонения (вращения). По своей конструкции такой счетчик представляет собой сочетание измерителя мощности (ваттметра) со счетным механизмом. Классификация электромеханических счетчиков электрической энергии: 1. по роду тока: · постоянного тока (электродинамические, ферродинамические) ·переменного тока (индукционные) 2. Счетчики переменного тока: ·однофазные (СО) - только активной энергии! ·трехфазные: -активной энергии - трехпроводные (САЗ ) и четырехпроводпые (СА4), -реактивной энергии – трехпроводные (СРЗ) и четырехпроводные (СР4). Трехфазный счетчик имеет три электромагнитные системы, воздействующие на три диска, укрепленные на одной оси. Движение оси передается счетному механизму. Устройство каждой из электромагнитных систем то же, что и у однофазного счетчика. 3.Однофазный счетчик активной энергии 1.При движении диска счетчика возникают моменты: ·вращающий момент: M вр к1 I U cos к1 P , т.е. он пропорционален мощности цепи. ·тормозной (противодействующий) момент Он создается взаимодействием потока тормозного магнита ФТ с вихревыми 4 токами Iв. MТ к2 n , где n - частота вращения диска (число оборотов диска в секунду). 2.При неизменной мощности в измеряемой цепи устанавливается постоянная частота вращения диска счетчика, при которой: Мвр = МТ к 1 P к 2 n P к2 n Cд n , к1 Т.е. мощность цепи P пропорциональна частоте вращения диска. 3. W P t Сд n t Сд N , где N – число оборотов счетчика за время t. Т.е. израсходованная энергия пропорциональна числу оборотов диска счетчика N за время t. Следовательно, израсходованную энергию можно измерить числом оборотов диска счетчика N. Характеристики счетчика 1)Действительная постоянная счетчика ( С д ) – это количество энергии, действительно израсходованной в измеряемой цепи за время одного оборота диска счетчика: W Pt Т.к. W С д N , то С д N N Эта величина измеряется (?) ваттметром и секундомером. Пример: Сд 10 оборотов диск счетчика делает за 70 сек. P t 220 3 70 Вт с 4620 N 10 об 2)Передаточное число счетчика (К) – число оборотов диска счетчика, соответствующее единице энергии, регистрируемой счетчиком. Указывается на 5 щитке счетчика. Пример: 1 кВт-ч равен 1280 оборотов К=1280. 3)Номинальная постоянная счетчика ( Сн ) - (величина, обратная передаточному числу). Это энергия, регистрируемая счетчиком за один оборот его диска: С н 1 . К Пример: С н 1 1кВт 1час 1000 Вт 3600с Дж 2812,5 . К К 1280об об 4)Зная С д и С н , можно определить погрешность счетчика: сч Wсч Wд С N Cд N C Сд 100% н 100% н 100% . Wд Cд N Сд Пример: сч Если C н Сд 2812,5 4620 100% 100% 39%. Сд 4620 погрешность положительная - то счетчик опережает, если отрицательная – то отстает. Эта погрешность обусловлена в основном трением в механизме прибора. Формирование показаний счетчика Движение диска передается нескольким роликам, по их окружностям расположены цифры от 0 до 9. Первый ролик, соединенный с диском через червячную передачу и шестеренки, вращается непрерывно. За полный оборот первого ролика, второй повернется на 1/10 оборота, т.е. на одну цифру. А последующие ролики также поворачиваются на 1/10 оборота по сравнению с полным оборотом предшествующего ролика. Следовательно, из цифр на роликах, находящихся на одной горизонтальной линии, образуется число по десятичной системе. Ролики прикрыты щитком с отверстиями, через которые видно только по одной цифре на каждом ролике. Прочитанное через отверстия в щитке число дает значение энергии, 6 зарегистрированной счетчиком за период его работы с момента нулевого показания. Численное значение израсходованной энергии определяется по счетному механизму счетчика и фиксируется человеком через отверстие в щитке счетчика, прикрывающем счетный механизм. Энергия, израсходованная за определенный промежуток времени, находится как разность показаний счетчика в конце и начале этого промежутка. 4.Необходимость замены индукционных счетчиков электронными Важной задачей в России для бытового потребителя уже не первый год является замена однофазных электросчетчиков класса точности 2,5 на приборы класса 2,0. Кроме того, существует также проблема замены трехфазных электросчетчиков как в быту, так и на предприятиях. Где-то вопрос установки новых приборов решается без каких–либо существенных затруднений, где-то идет с трудом, а в некоторых регионах нашей страны и на многих предприятиях эта проблема даже не рассматривается. Электросчетчик есть в каждом доме. Этот прибор настолько привычен, что мы его просто не замечаем. Мало кто интересуется его техническими характеристиками. Даже на промышленных предприятиях нередко установлены приборы, погрешность измерения которых превышает все допустимые нормы. И все же вопрос замены электросчетчика возникает только тогда, когда оказывается, что старый прибор уже не соответствует требованиям энергоснабжающей организации, когда контролер выносит предписание о замене прибора, или, в конце концов, когда прибор совершенно не вписывается в обновленный интерьер квартиры или офиса. Миллионы жилых и производственных помещений в России до сих пор оборудованы старыми индукционными электросчетчиками. Это самый распространенный тип приборов учета, имеющий, к сожалению, множество недостатков. Предприятия-изготовители постоянно работают над повышением класса точности, увеличением межповерочного интервала и срока службы приборов учета. Но полностью усовершенствовать индукционный прибор не 7 позволяет его конструкция. Поэтому старые модели индукционных электросчетчиков не всегда в состоянии обеспечить точный и достоверный учет электроэнергии. В девяностых годах ХХ века в России стало развиваться производство нового поколения приборов учета - электронные электросчетчики. Эти приборы точнее и надежнее, чем их предшественники. Сегодня все энергосистемы, во избежание потерь электроэнергии и предотвращения лишних расходов, рекомендуют переход с использования индукционных электросчетчиков на электронные на всех уровнях потребления. Тем более что электронные электросчетчики теперь сопоставимы по стоимости с индукционными и значительно превосходят их по полезным качествам. Да, цена индукционного счетчика электроэнергии обычно несколько ниже цены электронного. Да, производители индукционных счетчиков электроэнергии делают все возможное для улучшения технических характеристик своей продукции. Но, как известно, у устаревших технических решений имеются принципиальные ограничения, не позволяющие бесконечно совершенствовать приборы. Это относится и к счетчикам электроэнергии с подвижными элементами (роторами). Сказанное подтверждается сравнением важнейших характеристик: 1) Класс точности. Погрешности Электронные Индукционные ·высокий КТ=2.0, 1.0 ·невысокий КТ=2.5, 2.0 ·стабильность КТ в течение длительного времени, дополнительный запас по КТ. Предприятие – изготовитель гарантирует стабильность класса точности электронных приборов в течение длительного времени. У индукционных электросчетчиков погрешность измерения из-за износа опор вращающегося диска постоянно возрастает, что не способствует повышению точности учета. Следствие этого – маленький межповерочный интервал индукционных электросчетчиков, в то время как у электронных он составляет 16 лет. Кроме того, для электронных счетчиков электроэнергии производители обычно устанавливают дополнительный запас по классу точности. Так, для 8 бытовых счетчиков электроэнергии, сошедших с конвейера ОАО "Концерн Энергомера", гарантируется 50% запас по классу точности. На первый взгляд, повышение точности учета на 1-1,5% дает незначительный экономический эффект, но это только для одного счетчика электроэнергии, а если их установлено несколько тысяч или десятков тысяч? ·межповерочный интервал – 16 лет ·межповерочный интервал – 5 лет ·средний срок службы – 24 года ·средний срок службы – лет ·нормирование погрешности электросчетчиков защищает приборы от самохода даже при падении напряжения в сети до 60% от номинального значения. ·подвержен самоходу несовершенства своей фиксирует киловатты отключенной нагрузке. - в силу конструкции даже при 2) Собственное энергопотребление Люди жалуются, что порой потребляют энергии мало, а счетчик накручивает такие цифры, что жуть берет. Почему так происходит: сам прибор физически устарел и потому дурит или есть другие причины? Причина в том, что ведь и сам счетчик также потребляет электроэнергию, работает он или нет. Электронные Индукционные ·потребляют 5 или менее ватт ·потребляют 10 Вт Представим, в городе 145 тысяч абонентов, за год потери при пользовании старыми приборами составляет почти 9,5 миллиона рублей. При установке тарифов энергоснабжающие организации вынуждены эти убытки также учитывать, чем меньше они будут, тем меньше мы сможем платить за электроэнергию. Один из путей снижения потерь - установка новых счетчиков. 3)Надежность Электронные Индукционные ·значительное снижение точности учета в сторону недоучета с течением времени. Следует предположить, что в первую очередь это связано с общеизвестным - фактом: с более низкой надежностью механических приборов по сравнению с твердотельными. Подтверждение этому есть прямо в паспортах приборов: 9 например, среднее значение наработки на отказ для индукционных счетчиков электроэнергии составляет до 141 000 часов, электронных - 160 000 часов, разница ни много ни мало - два с лишним года безотказной работы. ·наработка на отказ - 160 000 часов. ·наработка на отказ - 141 000 часов Разница - два с лишним года безотказной работы. ·устойчивость к механическим, климатическим и электромагнитным воздействиям. 4)Недоучет У нас в стране ежегодно исчезает 12% энергии (в денежном эквиваленте – это “всего лишь” 220 млрд. рублей). Это происходит не только из-за хищений, но и недоучета. Электронные Индукционные ·высокая чувствительность по току ·недоучет потребляемой мощности на нагрузки (чувствительны к маленьким маленьких токах. токам!) Это очень важно, т. к. уходят большие деньги – индукционные счетчики не берут маленькие токи. Например, бытовая техника потребляет миллиамперы – в деньгах это вроде бы мало, а в сумме получается много. Для электронных счетчиков введен класс точности с буквой S – например, 0,2S. Эта буква означает, что уже с 1% от номинального тока счетчик входит в класс точности. На практике чаще всего бывает так: нагрузка падает – происходит смещение в сторону минимальных токов, а индукционные счетчики не работают в малых диапазонах. Кроме того, индукционные счетчики засчет своей конструкции имеют инерцию. Инерция не успевает за броском (когда резко повышается потребляемая энергия) – в результате возникает область недоучета (рис!). Этот недоучет составляет 4-8% всей потребляемой энергии. 10 Так, например, предприятие “Магадан Энерго” занимается добычей золота и угля. Его представители пообщались с менеджером концерна “Энергомера” и по его совету закупили себе электронные счетчики. Правда, потом магаданцы долго гонялись за этим менеджером, т.к. после установки новых счетчиков им пришлось платить за потребляемую электроэнергию на 10% больше. Это было связано с тем, что у них на производстве использовалось оборудование с большими шаговыми нагрузками, которые вызывали броски мощности – это эскалаторы, драги (механизмы для промывания руды путем тряски). А используемые до этого электромеханические счетчики засчет своей конструкции просто теряли (недоучитывали) эти 10%. Сказанное подтверждается и официальными документами энерго- снабжающих организаций (см. циркуляр РАО ЕС 01-99Э от 23.02 1999г.), отзывами показывающими, что замена индукционных счетчиков электроэнергии на электронные дает удельный эффект в десятки дополнительно учтенных киловатт*часов на каждый счетчик электроэнергии ежемесячно. 5)Подверженность хищениям Ни для кого не секрет, что в результате многолетнего опыта эксплуатации индукционных приборов потребитель стал изощренным специалистом в области "укрощения" скорости индукционного счетчика электроэнергии. Только перечень названий известных способов занял бы страницу, а мытарства техников, снимающих магниты, проверяющих правильность подключения, достойны сериала похлеще Рабыни Изауры. 11 Электронные Индукционные ·не подвержены абсолютному ·подвержены хищениям большинству известных способов хищений. Самые скромные оценки показывают, что меньшая подверженность электронных счетчиков хищениям позволяет дополнительно учитывать от 5 до 15-20% электроэнергии, и это при отсутствии АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии). При использовании АСКУЭ потери от хищений удается сократить в еще большей степени. 6)Эксплуатация в составе АСКУЭ Электронные Индукционные ·отсутствие телеметрических выходов делает невозможной их эксплуатацию в составе АСКУЭ. ·+ 7)Тарификация Тарификация заключается в наличии нескольких временных тарифных зон с разной ценой за кВт.ч. В различных регионах России и СНГ учет электроэнергии в бытовом и мелкомоторном секторах отличается разнообразной тарифной политикой. В одних регионах расчеты ведутся, как и прежде, по усредненному тарифу. В других, более организованных с точки зрения энерго- и ресурсосбережения, применяется двухтарифный учет (так называемый "дневной" и "ночной"). В третьих, кроме названных, вводятся льготные тарифы выходных и праздничных дней. Электронные Индукционные 12 ·счетчики, которые выпускает “Энергомера” обеспечивают реализацию любой тарифной политики регионов России - · В России перепад составляет 40-60%, на Западе – только 12% из-за введения многотарифности. Например, покупая иностранную бытовую технику (стиральные машины, водогрейные котлы), некоторые обращают внимание на наличие таймера. Но он нужен не для удобства хозяек, а чтобы запрограммировать бытовую технику на включение в ночное время когда на Западе действует низкий тариф. У них ночной тариф отличается от дневного на 50%. У нас правительство создало все условия для того, чтобы переходить на многотарифную систему не было смысла: 1-й тариф (дневной) для промышленности – 1,20 р. 2-й тариф (ночной) - по идее он должен быть примерно на 50% дешевле, у нас 99 коп. Их пугает что если ввести два тарифа, то заметно снизится сбор денег за электроэнергию. Т.к. естественно этими льготами в первую очередь воспользуются предприятия, которые работают круглосуточно (хлебопекарни) и станут платить меньше. Но зато через полгода количество сборов увеличилось бы – это связано с психологией человека. Если дорого – будет экономить, если дешево – можно и пошиковать! Становится привлекательно потреблять больше мощности, учитывая 13 возникшую разницу. Вот тогда и вводятся в действие дополнительные мощности! Электронные счетчики, производимые концерном “Энергомера” можно запрограммировать на следующие тарифы: льготный (ночной), пиковый, полупиковый, резервный – они отличаются разной ценой за кВт.ч. Счетчик ведет учет по каждому тарифу, потом умножает на цены за кВт .ч и суммирует все, выдавая счет для оплаты. С 2001 года в России начала развиваться многотарифная программа. Вывод: очень важно заменять индукционные счетчики на электронные! В этой работе мы отстали от США и Запада на 20 лет. Они начали замену низкоточных индукционных счетчиков на более точные электронные в 1977 году, а мы соотвественно в 1997 г. Сейчас в Японии, Корее, Западной Европе произошла полная замена индукционных счетчиков на электронные в промышленности. Но не все так плохо для России, зато у нас есть производство будущего – концерн “Энергомера”, подробности – в фильме. 14