Определение схем включения, счётчиков совместно по цепям тока и напряжения с учётом качества электрической энергии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 311
Д. Н. Калюжный, канд. техн. наук, доцент
Харьковская национальная академия городского хозяйства, г. Харьков
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СХЕМВКЛЮЧЕНИЯ СЧЁТЧИКОВ СОВМЕСТНО ПОЦЕПЯМ ТОКА ИНАПРЯЖЕНИЯ С УЧЁТОМ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В статье рассмотрена задача определения схем включения двух- и трехэлементных счетчиков электроэнергии совместно поцепямт окай напржнсениясучётомнесимметрии параметров режима работысети ислучайного характеранагрузки.
У статт1 розглянута задача визначення схем включения двох- та трьохелементних л1чилъниюв електроенергистлъно по ланцюгах струму йнапруги зурахуванн! т несиметри параметр1 В режимуроботи мереж1и випадкового характерунавантаження.
Введение
При эксплуатации счетчиков электрической энергии в ходе их проверок, а также пуско-наладочных работ достаточно часто встречаются случаи их неправильного включения. Это приводит к некорректному учету электрической энергии в широком диапазоне. Своевременное выявление и устранение такого рода ошибок является актуальной задачей.
Основной метод определения схем включения (ОСВ) систем учета электроэнергии заключается в анализе векторных диаграмм [1-К]. При этом предполагает проведение измерений токов, напряжений и фазовых соотношений между ними с последующим их сравнением относительно правильной схемы включения. Существенным недостатком данного подхода являются допущение о симметрии параметров режима работы сети, ограничивающее область однозначного решения. Кроме этого, возможно ошибочное решение, вызванное неточным заданием угла нагрузки срнагр или коэффициентом мощности
соб (рнагр, которые в общем случае носят случайный характер.
Несмотря на указанные недостатки, большинство современных систем учета электроэнергии имеют функциональные возможности по определению простых видов ошибок включения, связанных с обрывом или шунтированием измерительных цепей, неправильным чередованием фаз, а также отдельной полярностью токовых цепей. Более сложные ошибки, связанные с ОСВ совместно по цепям тока и напряжения при отдельном их неправильном включении, остаются неопределенными.
Постановка задачи
Рассмотрим задачу определения схемы включения двух- и трехэлементных счетчиков электроэнергии совместно по цепям тока и напряжения в условиях несимметрии параметров режима работы и неизвестного угла нагрузки.
Решение
Решение поставленной задачи будем рассматривать при условии, что обрыв или шунтирование двух и более цепей тока и напряжения, а также подключение к различным входам по току и напряжению систем учета электроэнергии одноименных фаз электрических величин являются маловероятными событиями [К]. Тогда, согласно [4], для метода трех ваттметров существует 40 геометрически различных комбинаций включения цепей напряжения и 20 комбинаций — цепей тока. Воспользовавшись правилом произведения [5] можно определить количество совместных способов включения, которое составит: 40−20 = 800 комбинаций. Для метода двух ваттметров: 6−8 = 48 комбинаций. Очевидно, что задача по ОСВ при таком количестве комбинаций является затруднительной. Поэтому её решение целесообразно вести при условии предварительного ОСВ отдельно по цепям тока и напряжения с учетом их математических корректировок [6, 7]. Это позволит свести
количество различных способов включения к шести геометрически различным комбинациям для обоих методов учета электроэнергии.
Рассмотрим векторные диаграммы напряжений и токов шести геометрически различных способов включения систем учета электроэнергии совместно по цепям тока и напряжения относительно метода трех ваттметров (рис. 1). Предположим, что параметры режима работы симметричны и характер нагрузки неизменный. Как видно из данных диаграмм, аргументы векторов токов, характеризующие различные способы включения, могут быть описаны следующими диапазонами:
(п + ?на!р — 30 + V-п + рнагр + 30 +), (1)
где п = 0°, 60°, 120°, 180°, 240° или 300° - величина, зависящая от принадлежности вектора тока к различным фазам- (рнагр — угол нагрузки, характеризующий сдвиг тока относительно
напряжения- и углы корректировок границ диапазона (1), обеспечивающие
соблюдение сдвига тока относительно напряжения в рамках ±90°:
д н 90 — {(Рнагр — 30} если (& lt-рнагр — 30) & gt- -90- к (Р |0, если (срнагр — 30)& lt- -90- д к = |90 — {(Рнагр + 30), если (срнагр + 30) & gt- 90- & quot-[0, если (срнагр + 30) & lt- 90.
Рис. 1. Эквивалентные положения систем векторов токов и напряжений
для метода трех ваттметров
В условиях измерения несимметричные составляющие токов и напряжений в общем случае являются неизвестными величинами. Поэтому, для однозначного решения задачи по ОСВ диапазоны аргументов фаз токов (1) должны быть уменьшены на величину & amp-рнсм, характеризующую неизвестную несимметрию как по напряжению, так и по току:
Рнсм = +, (2)
где д^и и ьф1 максимальные углы смещения напряжения и тока от симметричного
положения (системы прямой последовательности), которые будут иметь место, например, для фазы, А в случае совпадения фаз векторов обратной и нулевой последовательности при одновременном их перпендикулярном положении относительно вектора прямой последовательности (рис. 2).
Рис. 2. Положение векторов симметричных составляющих
Согласно рис. 2 составляющие выражения (2) по напряжению и току могут быть определены следующим образом:
д^и = аг^
(и + и Л
2 0
и
— л^ = аг^
1 у
'-I +1 ^ 2_(
V 11 У
(3)
Если вектора обратной и нулевой последовательностей выразить через соответствующие коэффициенты несимметрии, то выражения (3) можно записать следующим образом:
д^и = аг^I К2и + Кои I- д^ = аг^I К21 + К01 I,
(4)
где К ои = Кои /100% и К 2и = К2и /100% - коэффициенты несимметрии напряжений по нулевой и обратной последовательностям [8], выраженные в относительных единицах- К01,
К21 — коэффициенты несиметрии токов по нулевой и обратной последовательностям, аналогичные коэффициентам несимметрии напряжений.
Таким образом, с учетом (4) выражение (1) может быть записано так:
п +
П + ФногР +
30 — аг^^К 2и + К 0и J — аг^^К 21 + К 01
/ * * / * * 30-агсХ^ К2и + К0и I-агсХ^ К21 + К01


(5)
Учтём, что срнагр является случайной величиной. Тогда разность в квадратных скобках выражения (5) будет определять предельное значение отклонения угла нагрузки от некоторого среднего значения & lt-рс?, с которым можно задавать (р для получения точного
и однозначного решения:
Фнагр & lt- 30 — аг^ К2и + К0и | - аг^| К21 + К
(6)
Очевидно, что при таком задании угла нагрузки срнагр говорить о точном решении можно с определенной вероятностью, которая будет определяться вероятностью нахождения случайной величины в интервале ррнагр — & lt- Афнагр).
Оценим отклонение угла нагрузки Афнагр для трехэлементных счетчиков электроэнергии.
Согласно [7, 9], для однозначного решения задачи по ОСВ трехэлементных систем учета электроэнергии отдельно по цепям напряжения и тока коэффициенты несиметрии должны
удовлетворять следующим условиям: К2и & lt- 8,6%, К0и & lt- 8,6%, К21 & lt- 12,9% и К01 & lt- 12,9%.
* * * *
Подставив предельные значения коэффициентов К ои, К 2и, К о I и К 2I в выражение (6), получим минимальное значение отклонения угла нагрузки:
& lt- 5,7°. (7)
Максимальное значение д^ будет иметь место в случае симметрии параметров режима работы сети:
^ & lt- зо°. (8)
Для счетчиков, способ учета электроэнергии которых основан на методе двух ваттметров, диапазоны нахождения векторов токов относительно напряжений с учетом несимметрии параметров режима работы определяются следующим образом:
(И + Фногр ~ФфЛ & quot- (30 & quot- & quot-) + - П + Упагр ~Уфп + (30 & quot- & quot-) +),
где срфл =30° - угол сдвига между векторами фазного и линейного напряжения прямой последовательности.
В диапазонах (9) углы корректировок д^м и а@к имеют следующий вид:
& quot- 120 & quot- {(Рпагр — & quot- А1) еСЛИ {(рнагр — Д^и & quot- Д^) & gt- & quot-12°
0 если ((рнагр — д^и — д^)& lt--120-
«_ 60 — {'-Рнагр — А^и — А1), если {(Рнагр -ффл + 30 -Афи — А1) & gt- 60- 0, если ((рнагр — & amp-д>-и)& lt- 60.
Условие точного и однозначного решения задачи по ОСВ двухэлементного счетчика электроэнергии совместно по цепям тока и аналогично неравенству (6) за исключением отсутствия несимметирии напряжений по нулевой последовательности:
/ * / * * Аф & lt- 30 — аг^I К2и I — аг^ К21 + К01 I. (10)
Подставляя предельные значения коэффициентов несиметрии, ограничивающие однозначное решение задачи ОСВ двухэлементных счетчиков электроэнергии отдельно по цепям напряжения и тока [7, 9] (К2и & lt- 25,8%, К21 & lt- 12,9% и К01 & lt- 12,9%), в выражение (10)
получим минимальную погрешность задания угла нагрузки ^
нагр '-
А» & lt- 1& quot- • (11)
Таким образом, для решения задачи ОСВ систем учета электроэнергии совместно по цепям напряжения и тока необходимо знать максимально-возможную несимметрию напряжений и токов, а также угол нагрузки с учетом его случайного характера изменения.
На основе вышеизложенного можно предложить обобщенный алгоритм решения задачи ОСВ двух- и трехэлементных систем учета электроэнергии совместно по цепям напряжения и тока (рис. 3).
Рис. 3. Блок-схема обобщенного алгоритма ОСВ счетчиков электроэнергии совместно по цепям тока и напряжения
В качестве исходных данных рассматриваемого алгоритма выступают токи и напряжения, максимально возможные коэффициенты несимметрии напряжений и токов по обратной и нулевой последовательностям, а также величина угла нагрузки. В блоке «Корректировка диапазонов фаз» определяются диапазоны возможного нахождения фаз модулей токов относительно напряжений с учетом несимметрии параметров режима и заданного угла нагрузки. В блоке «Определение схемы включения» непосредственно производится ОСВ совместно по цепям напряжения и тока. В случае положительного решения выдается информация о схеме включения. В противном случае требуется дополнительный анализ схемы включения с привлечением квалифицированного персонала и возможно дополнительных средств измерения.
Для современных систем учета электроэнергии при положительном ОСВ в случае неправильного включения представляется возможным определить параметры режима работы, соответствующие правильному включению, без каких-либо физических переключений, т. е. производить математическую корректировку измеряемых токов и напряжений. Для этого достаточно провести математические преобразования системы токов при фиксированной системе напряжений, которые показаны в табл. 1 и табл. 2. Полученная таким образом информация может оказаться более приемлемой по сравнению с исходной.
Таблица 1
Математическая корректировка для трехэлементного счетчика электроэнергии s
QJ
Комбина Схема включения по цепям
ция напряжения тока Математическая корректировка
& lt-Ра & lt-Рв (рс & lt-Ро La Lb Lc
1 Г LA t LB t Lc jpc La _ Т. TP" _Т -ТРО-Т LaiLB LBILC LC
2 Г Lc t La t Lb jpc La _ T. TP" _T. тVе _ т Lb j Lb Lc j Lc La
3 т'- & lt-Рв (р'-с т'- г Lb t Lc f LA jpc La -t ¦ Tpc -T ¦ Tpc -T Lc 5 Lb La j Lc Lb
4 Фл? -La t -Lb t -Lc jpc La = -/ ¦ Ipc =-/ ¦ Ipc =-/ LatLB LBTLC LC
5 t -Lc t -La t -Lb jpc La -_/ ¦ Tpc -_/ ¦ Tpc -_/ LBILB LciLC LA
6 t -Lb t -Lc t -La jpc La -_/ ¦ Tpc -_/ ¦ Tpc -_/ LciLB LAILC LB
Таблица 2
Математическая корректировка для двухэлементного счетчика электроэнергии_
Комбинация Схема включения по цепям
напряжения тока Математическая корректировка
& lt-Pi (Рш & lt-Ри Li Lu
1 г LA r Lc jpc J. J PC j Li Li 5 Lu Lu
2 Г Lc r LB Ipc--(l +T)-Ipc-I Li Li ^ Lu Л Lu Li
3 (Ра (Р'-в (р'-с г Lb r La JVC _T. JVC _(j j Li Lii Lu Li ^ Lu)
4? -La t -Lc Ipc =-/ ¦ Ipc =-/ Li Li 5 Lu Lu
5 t -Lc t -Lb Ipc =/ +/ ¦ Ipc =-/ Li Li ^ Lu 5 Lu Li
6 t -Lb t -La Tpc — -T ¦ Tpc -T +T Li Lii, Lu Li ^ Lu
Выводы
1. Разработан метод ОСВ счетчиков электроэнергии совместного по цепям напряжения и тока, учитывающий несимметрию параметров режима работы и случайный характер изменения угла нагрузки.
2. Определены условия точного и однозначного решения задачи ОСВ систем учета электроэнергии совместно по цепям тока и напряжения в зависимости от несимметрии параметров режима работы и случайного характера изменения угла нагрузки.
3. Разработан алгоритм ОСВ счетчиков электроэнергии совместного по цепям тока и напряжения, учитывающий несимметрию параметров режима работы и случайный характер изменения угла нагрузки.
4. Предложен метод математической корректировки измеряемых счетчиком электроэнергии напряжений и токов при неправильной схеме его включения.
Список литературы
1. Схемы включения счетчиков электрической энергии: Практическое пособие / Под ред. Я. Т. Загорского. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006.
2. Труб П. П. Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983.
3. Вострокнутов Н. Г. Электрические счетчики и их эксплуатация. Изд. 6-е, перераб. М. -Л. Госэнергоиздат. 1959.
4. Калюжный Д. Н. Анализ схем подключения счетчиков электрической энергии // Св1тлотехшка та електроенергетика. — 2007. — № 3−4. — С. 58−63.
5. М. Холл Комбинаторика / Пер. с англ. — М.: Мир, 1970.
6. Калюжный Д. Н. Определение схемы включения двух- и трехэлементного счетчика электроэнергии по токовым цепям в условиях несимметрии // Энергосбережение • Энергетика • Энергоаудит. — 2008. — № 4 (50). — С. 32−36.
7. Васильченко В. И., Гриб О. Г., Гринченко А. А., Калюжный Д. Н. Методика и алгоритм определения схем включения систем учета электроэнергии по цепям напряжения с учетом качества электроэнергии // Промислова електроенергетика та електротехшка. — Кшв: ВАТ 1нститут & quot-Кшвпромелектропроект"-. — 2009. — № 5. — С. 57−62.
8. ГОСТ 13 109–97. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. Киев: Госстандарт Украины, 1999.
9. Калюжный Д. Н. Методика и алгоритм определения схемы включения систем учета электроэнергии по токовым цепям // Науков1 пращ Донецького Нащонального техшчного ушверситету. Сер1я & quot-Електротехшка i енергетика& quot-. — Донецьк: ДонНТУ. — 2009. Випуск 9 (158). — С. 11−120.
DETERMINING THESCHEMEOF SWITCHINGELECTRICITY METERSJOINTLY ON VOLTAGE ANDCURRENT CIRCUITS TAKINGINTO ACCOUNT POWER QUALITY
D. N. Kalyuzhniy, Cand. Tech. Sci., associateprofessor
The problem of determining the scheme of switching two- and three-element electricity meters jointly on voltage an current circuit taking into account asymmetry parameters of power mode of operation and random loading character has been considered in the article.
Поступила в редакцию 22. 06 2010 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой