ГЛАВА 8
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АППАРАТЫ
СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ
§ 23. Назначение и схемы включения измерительных приборов
Амперметры и вольтметры.
Для правильной и экономичной эксплуатации сельскохозяйственных станций и подстанций они должны быть снабжены контрольно-измерительными приборами.
Для измерения нагрузки и напряжения применяют амперметры и вольтметры. Амперметры включают последовательно в электрическую цепь и через него проходит весь ток данной цепи. Поэтому собственное сопротивление амперметра должно быть мало, чтобы не изменилось сопротивление всей цепи и ток в ней при данном приложенном напряжении. При прямом включении амперметр должен устанавливаться в непосредственной близости от измеряемой цепи, а при косвенном — место его установки можно отнести на любое расстояние, так как в этом случае он подключается ко вторичным зажимам трансформатора тока тонкими проводами, через которые не будет проходить весь ток нагрузки цепи. Прямое и косвенное включение амперметра в цепь нагрузки Н показано на рис. 78, а.
На станциях амперметры устанавливаются в цепи возбуждения возбудителя, на шинах системы собственных нужд и на шинах повышающих трансформаторов. Они устанавливаются также на каждой отходящей линии на районных подстанциях и между трансформатором и шинами НН потребительской подстанции для контроля за нагрузкой трансформатора.
Пределы измерения амперметров, отмеченные на шкале, должны быть выше на 25% номинального тока нагрузки генераторов или трансформаторов, на 50% для измерения пускового тока короткозамкнутых электродвигателей и не менее, чем на 10% в остальных случаях.
Рис. 78. Включение в сеть амперметров и вольтметров:
а — амперметров, б — вольтметров
Для измерения величины напряжения применяют вольтметры. Их внутреннее сопротивление велико и поэтому их включают параллельно тому участку цепи, где измеряют напряжение. При напряжении выше 380 В вольтметры включают через измерительный трансформатор напряжения. Схемы включения вольтметров показаны на рис. 78, б. На станциях вольтметры устанавливают в цепях возбуждения генераторов (постоянного тока), на зажимах для измерения напряжения генератора, на сборных шинах, в цепях контроля изоляции и на шинах повысительной подстанции. На районных трансформаторных подстанциях вольтметры устанавливают, как правило, только на ш шах низкого напряжения и иногда на отходящих лилиях.
Амперметры и вольтметры, кроме исполнения в виде стрелочных приборов, могут быть выполнены в виде самопишущих регистрирующих приборов. Такие приборы устанавливают для контроля тока и напряжения на необслуживаемых станциях и подстанциях, работающих автоматически. На бумажной ленте прибора непрерывно отмечаются ьсе изменения нагрузки и напряжения, произошедшие за несколько дней или недель. Самопишущие приборы включают так же, как и обычные щитовые стрелочные приборы.
Ваттметры и киловаттметры.
Ваттметры служат для измерения электрической мощности. Они могут измерять мощность как постоянного, так и переменного тока. В основном их используют для измерения мощности в цепях переменного тока, так как при постоянном токе ее удобней измерять по показаниям амперметров и вольтметров, пользуясь формулой
Ваттметры электродинамической системы имеют подвижную и неподвижную катушки, образующие две отдельные цепи. Подвижная катушка выполнена из провода малого сечения, она имеет большое сопротивление и включается в цепь параллельно. Неподвижную катушку выполняют проводом большого сечения, она обладает малым сопротивлением и включается последовательно в цепь измерения. Для получения правильного отклонения стрелки ваттметра при взаимодействии магнитных потоков обеих катушек одни из зажимов каждой катушки прибора отмечают звездочкой. Эти зажимы условно называют генераторными и к ним подключают провода, идущие от источника питания; к остальным клеммам подключают провода, идущие к нагрузке.
Рис. 79. Схемы включения ваттметров для измерения мощности: а— в трехфазной трехпроводной цепи, б — четырехпроводной цепи с несимметричной нагрузкой по фазам
В трехфазной системе с симметричной нагрузкой по фазам для измерения активной мощности достаточно иметь всего один ваттметр (обмотка тока включается последовательно в одну из фаз, а напряжения— параллельно на фазное напряжение той же фазы). Однако в сельских электроустановках чаще встречается несимметричная нагрузка по фазам. В этом случае необходимо применять два ваттметра, токовые обмотки которых включают в крайние фазы, а напряжения — между крайними и средней фазами, как показано на рис. 79, а. Мощность трехфазной цепи будет определена как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров. Для таких нагрузок может быть использован один трехфазовый ваттметр с двумя обмотками тока и напряжения, который сразу дает показания трехфазной мощности.
В четырехпроводных цепях с несимметричной нагрузкой по фазам используют три ваттметра, схема включения которых приведена на рис. 79, б. Так как каждый ваттметр здесь будет измерять фазную мощность, то для получения трехфазной мощности надо сложить показания всех трех ваттметров.
Непосредственное включение ваттметров допускается при токах до 5 А и напряжении до 380 В, т. е. для небольшой мощности фаз. При больших значениях тока и напряжения ваттметры (так же как и амперметры и вольтметры) включают через трансформаторы тока и напряжения. При этом они могут измерять трехфазную мощность от 250 до 25 тыс. кВт. Шкала таких приборов отградуирована в кВт, называются эти приборы киловаттметрами.
Киловаттметры устанавливают на станциях у генераторов (цепь статора) на повысительных трансформаторах и в системе питания приемников собственных нужд. На районных подстанциях их устанавливают на шинах вторичного напряжения (6 или 10 кВ) и подключают ко вторичным обмоткам измерительных трансформаторов.
Счетчики электрической энергии. Для учета электрической энергии, выработанной на станциях и переданной потребителям, применяют счетчики электрической энергии.
Рис. 80. Схемы включения трехфазных счетчиков активной энергии в сеть: а — непосредственно, б — через вспомогательные измерительные трансформаторы
Их устанавливают на шинах генераторного напряжения, на отходящих линиях и на стороне НН понизительных подстанций потребителей. Для учета активной энергии применяют однофазные типов СО СОУ или трехфазные счетчики индукционной системы типов САЗ (САЗУ); а для учета реактивной энергии — счетчики типов СР4 (СР4У). В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С — счетчик, О — однофазный, А — активной энергии, Р — реактивной энергии, У — универсальный, 3 и 4 — для трех- и четырехпроводных сетей.
Обмотки счетчиков рассчитаны как на непосредственное включение в сеть, так и через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Счетчики для непосредственного включения изготовляются на 5, 10, 20, 30 и 50 А, а через трансформаторы тока — до 2000 А; вторичный номинальный ток счетчика при этом для всех случаев будет 5 А. Номинальные напряжения счетчиков для обмоток непосредственного включения: 127, 220 и 380 В, а через трансформаторы напряжения — 100 В. При наличии этих трансформаторов счетчики можно подключать к шинам станций и подстанций с рабочими напряжениями 500, 600 В или 3, 6, 10 и 35 кВ.
На рис. 80 показаны схемы включения трехфазных счетчиков активной энергии типа САЗ-И670М при непосредственном включении в трехпроводную сеть (рис. 80, а) и через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис. 80, б). Со стороны питания счетчики подключаются к зажимам, обозначенным буквой Г (генератор), вторая буква Н (нагрузка) служит для обозначения клемм, отходящих проводов. Токовые обмотки счетчиков (ТΌ) включаются последовательно с линией, а обмотки напряжения (ОН) — параллельно фазным проводам. Трансформаторы тока и напряжения подключаются соответственно. На сельских трансформаторных подстанциях потребителей счетчики включают через трансформаторы тока, а на районных подстанциях — через трансформаторы тока и напряжения.
На однофазных трансформаторных подстанциях мощностью 4— 10 кВА напряжением 6—10/0,23 кВ устанавливают счетчик активной энергии типа СО-2М. Его присоединяют к трансформатору тока, установленному за однофазным трансформатором, поэтому он учитывает всю электроэнергию, проходящую через трансформатор. Счетчик имеет подогрев — тепловое сопротивление типа ПЭ-75.
На однотрансформаторных подстанциях потребителей напряжением 6-10/0,4 кВ, мощностью 100—250 кВА устанавливают трехфазные индукционные счетчики активной энергии типов СА4У или СА4И. Счетчики предназначены для четырехпроводной цепи и имеют семь выводов: по два для подключения к каждому из трех трансформаторов тока и один для подключения к нулевому проводу. Такие счетчики устанавливаются со стороны низкого напряжения силового трансформатора до шин, к которым подключены отходящие низковольтные линии, поэтому они учитывают всю электроэнергию, пропускаемую трансформатором. На вводе к трансформаторам и на отходящих воздушных линиях таких подстанций счетчики, как правило, не устанавливают. Учет электроэнергии осуществляется непосредственно у потребителей.
На двухтрансформаторных сельских подстанциях с трансформаторами мощностью до 2 X 400 кВА счетчики на стороне НН трансформаторов не устанавливаются. В отдельных случаях они могут быть установлены на стороне ВН при наличии измерительного трансформатора напряжения. В эксплуатации все же могут встретиться подстанции со счетчиками учета активной и реактивной энергии на стороне ВН трансформаторов.
Конструктивно механизм счетчика монтируется на литой стойке, расположенной в прямоугольном стальном или пластмассовом цоколе и закрывается пластмассовой крышкой. Универсальные счетчики имеют на лицевой стороне крышки съемный щиток и устройство для его опломбирования. Счетчики выпускаются класса точности 2,0, за исключением счетчиков реактивной энергии непосредственного включения, которые имеют класс точности 3,0.
Частотомеры и синхроноскопы.
Частоту в цепях переменного тока измеряют вибрационными частотомерами электромагнитной системы. Обмотки электромагнитов питаются переменным током, к ним дважды за каждый период притягиваются стальные пластинки, расположенные в ряд вдоль шкалы прибора. Пластинки подбираются так, чтобы при изменениях частоты они колебались с частотой вдвое большей, чем изменяется частота тока. Вследствие механического резонанса наибольший размах колебаний наступает у той пластинки, собственная частота которой вдвое больше данной измеряемой частоты. По ней определяют частоту тока в сети, пользуясь показаниями шкалы. Измерение частоты проводят также стрелочными частотомерами.
Независимо от конструкции частотомеры включают в сеть параллельно, как и вольтметры. Их устанавливают в цепях обмотки статора генераторов электростанций и используют для поддержания нормального режима и включения генераторов на параллельную работу.
Синхроноскопы (ламповые и электромагнитные) также применяются для включения генераторов на параллельную работу. Подвижная часть электромагнитного стрелочного синхроноскопа, выполненная в виде Ζ-образного сердечника, может поворачиваться в обе стороны ст среднего положения. Угол поворота зависит от угла сдвига фаз токов, протекающих в катушках прибора. При разнице в частотах двух генераторов угол сдвига фаз непрерывно меняется, и подвижная часть прибора вращается в ту или иную сторону. По надписям на шкале (быстрее, медленнее) оператор увеличивает или уменьшает скорость вращения синхронизируемой машины и при остановке стрелки на нулевом делении подключает синхронизируемый генератор к работающему. Наличие синхроноскопов на станции значительно облегчает процесс включения синхронных генераторов на параллельную работу.
