СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ СЧЁТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТРЁХФАЗНУЮ СЕТЬ С НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к измерению электроэнергии в трехфазных сетях переменного тока.
Известен ограничитель тока короткого замыкания, содержащий измеритель тока, токоограничивающее активное сопротивление и штатный отключатель в цепи электрооборудования, при этом токоограничивающее сопротивление замкнуто размыкателем с разрушаемым элементом и замедляющим конденсатором, сигнал на размыкатель поступает с помощью измерителя тока и аппаратуры управления, а в цепь размыкателя введены отключатели (патент РФ №2467446 H02H 9/02).
Недостатками данного устройства являются:
1. Данное устройство применимо для ограничения токов короткого замыкания в цепи высоковольтного оборудования, что не позволяет его использовать для ограничения токов короткого замыкания непосредственно в цепях питания элементов приборов учета электроэнергии.
2. Устройство предназначено для применения в высоковольтных цепях нагрузки, что обуславливает соответствующие значения уставок напряжения и тока, которые не сопоставимы с таковыми значениями в цепях питания элементов приборов учета электроэнергии.
3. Вследствие особенностей конструкции и основного предназначения не применимо для цепей питания элементов приборов учета электроэнергии в качестве устройства, ограничивающего токи короткого замыкания и предотвращающего их воздействие на обслуживающий персонал.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели относится схема включения счетчиков учета активной энергии с измерительными трансформаторами тока напряжением 0,4 кВ, содержащая трехэлементный счетчик активной энергии. Измерительные элементы напряжения включаются непосредственно на действующее напряжение сети. В такой схеме включения токовые измерительные элементы включаются во вторичную цепь трансформаторов тока с номинальным током равным 5 или 1 А при токах первичной цепи, как правило, превышающих 50 А. (Схемы электрических счетчиков. Б.Н. Федотов под ред. И.Н. Ошер: - М.: Госэнергоиздат, 1960, - с. 17 рис. 10).
Недостатками данной схемы являются:
1. Известная схема имеет потенциальную опасность возникновения аварийной ситуации при замыкании в цепях измерительных элементов напряжения счетчика, что может привести к возникновению токов короткого замыкания высоких значений, которые будут воздействовать на обслуживающий персонал, что в свою очередь приводит к травмированию последнего.
2. Известная схема имеет потенциальную опасность возникновения аварийной ситуации при замыкании в цепи измерительных элементов напряжения счетчика, что может привести к возникновению токов короткого замыкания высоких значений и выходу из строя электрооборудования под их воздействием.
Задача полезной модели - ограничение тока короткого замыкания до безопасного для обслуживающего персонала и элементов электрооборудования значения.
Поставленная задача решается за счет того, что схема включения счетчика электрической энергии в трехфазную сеть переменного тока с нулевым проводом содержащая трехэлементный счетчик активной энергии, токовые измерительные элементы которого включаются во вторичную цепь трансформаторов тока, а измерительные элементы напряжения включаются непосредственно на действующее напряжение сети. В цепь измерительных элементов напряжения счетчика электрической энергии включаются токоограничивающие сопротивления.
Новый существенный признак:
1. В цепи измерительных элементов напряжения счетчика электрической энергии включаются токоограничивающие сопротивления.
Новый существенный признак в совокупности с известными необходим и достаточен для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат
Установка токоограничивающего активного сопротивления в цепь питания измерительных элементов напряжения в каждой фазе счетчика электрической энергии, в точке присоединения к шинам обеспечивает защиту от тока короткого замыкания цепи напряжения счетчика электрической энергии путем ограничения его величины (тока) до допустимого значения по термической устойчивости соединительных проводов и до безопасного для обслуживающего персонала величины (значения).
Фиг. Изображена схема включения счетчика в трехфазную сеть с нулевым проводом.
Схема включения счетчика электрической энергии в трехфазную сеть переменного тока с нулевым проводом содержащая трехэлементный счетчик электрической энергии 1, токовые измерительные элементы 2 которого включаются во вторичную цепь 3 трансформаторного тока 4, а измерительные элементы напряжения 5 включаются непосредственно на действующее напряжение сети. В цепь измерительных элементов напряжения 5 счетчика 1 включаются токоограничивающие сопротивления 6.
Схема включения счетчика к трехфазной сети переменного тока с нулевым проводом работает следующим образом
При нормальных режимах работы цепи измерительных элементов напряжения 5 счетчика электрической энергии 1 питаются непосредственно от шин A, B, C сети 0,4 кВ. Протекающие токи в цепях измерительных элементов напряжения 5 имеют нормальное значение. В случае возникновения аварийной ситуации включенные токоограничивающие сопротивления 6 в цепях питания измерительных элементов напряжения 5 в каждой фазе счетчика электрической энергии 1 ограничивает величину протекающего тока короткого замыкания (его возможные достигаемые величины 10 кА и более).
Выбор значения токоограничивающих сопротивлений осуществляется по допустимому падению напряжения и допустимому нагреву проводов соединений.
Пример: узел учета установлен на выводе 0,4 кВ трансформатора ТМ - 1000/10, подключенного к системе бесконечной мощности (условно). Номинальный ток трансформатора на стороне 0,4 кВ составляет 1520 А.
Счетчик электрической энергии включен через трансформаторы тока 1500/5 А, цепи напряжения счетчиков электрической энергии присоединены к шинам РУ - 0,4 кВ.
Расчет 3-х фазного замыкания на шинах РУ - 0,4 кВ:
А,
н
где I - номинальный ток трансформатора A,  - напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах.
Расчет однофазного короткого замыкания на счетчике электрической энергии (без учета сопротивления трансформатора):
кз
н
пр
н
I(1)=U/R≥220/0,1=2200 А. >I.
кз
кз
С уменьшением длины соединительных проводов ток однофазного короткого замыкания I (1) стремится к значению тока трехфазного короткого замыкания I (3).
При указанных значениях тока короткого замыкания подводящие к цепям напряжения счетчика электрической энергии провода не обеспечивают термической устойчивости. Замыкание в цепях напряжения счетчика электрической энергии при отсутствии токоограничивающего сопротивления приводит к возникновению трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ.
Пример выбора токоограничивающего сопротивления для счетчика электрической энергии СА4У-672М:
Потребляемая мощность в цепи напряжения S=6 ВА; ток потребляемый обмоткой напряжения счетчика электрической энергии:
v
н
I=S/U=6/220=0,027 А;
Допустимая потеря напряжения в подводящих проводах 0,5%,
В.
Максимальное допустимое сопротивление по допустимой потере напряжения:
max
доп
v
R≤U/I=1,1/0,027=40,74 Ом.
пр
Учитывая, что фактическое сопротивление проводов R≤0.1 Ом величина токоограничивающего сопротивления не должна превышать
max_тос
max
пр
R≤R-R=40,74-0,1=40,64 Ом.
min
тос
Минимальное допустимое сопротивление R_ по условиям нагрева подводящих проводов:
min
н
доп
R=U/I=220/23=9,57 Ом,
пр
с учетом сопротивления проводов R=0,1 Ом:
min_тос
min
gh
R=R-R=9,47 Ом.
Выбор величины токоограничивающего сопротивления:
max_тос
тос
min_тос
тос
R≥R≥R; 40,64≥R-9,47;
тос
принимаем значение R=22 Ом.
тос
Ток замыкания при установке токоограничивающего сопротивления R=22,0 Ом:
- замыкание на землю (однофазное) в месте установки счетчика электрической энергии:
кз(1)
ф
тос
I=U/R=220/22=10 А;
- замыкание между фазами A и B (в месте установки счетчика электрической энергии):
кз(2)
л
тос
I=U/2∗R=380/2∗22=8,64 А.
Мощность, выделяющаяся в токоограничивающем сопротивлении при замыкании цепей напряжения счетчика электрической энергии:
Вт.
Потеря напряжения на Rтос проводах в нормальном режиме работы:
В, или в %:
.
тос
min
доп
max_доп.
Величину R можно изменять в пределах от R_ до R.
тос
Так, если R=11 Ом, то ток короткого замыкания составит:
кз(1)
кз
2
I=20 А; P=20∗11=4400 Вт;
тос
доп
ΔU=0,027∗11,1=0,297 В <ΔU;
при этом падение напряжения составит:
,
что меньше 0,5%.