Kolmivaiheiset{0}}vaihtovirtamittarit ovat tärkeitä laitteita tehonmittausjärjestelmässä. Niiden mitatun tehon yläraja ei ole kiinteä arvo, vaan se määräytyy suoraan kytkentätavan mukaan. Päätyyppejä on kolme: suoraliitäntätyyppi, ulkoinen virtamuuntaja (CT) ja jännitemuuntajan (VT) + virtamuuntajan (CT) yhdistelmätyyppi. Rakennesuunnittelun, sovitetun jännitetason ja kuormitusominaisuuksien erojen vuoksi niillä on erilaiset maksimitehoalueet ja sovellusskenaariot.
Tässä artikkelissa analysoidaan kattavasti erityyppisten sähkömittareiden ydinominaisuuksia neljästä ulottuvuudesta: periaate, laskentalogiikka, mittausalueen yläraja ja skenaariosovitus.
Suora-liitännän kolmivaiheinen-vaihtovirtasähkömittari
Kytkentäperiaate ja tehonlaskentalogiikka
Suoraliitäntäiset{0}}sähkömittarit eivät vaadi lisävirtamuuntajia. Virta kulkee suoraan sisäisen virtakäämin läpi, ja jännite on kytketty suoraan sisäiseen jännitekäämiin, joten ne sopivat matalajännitteisiin sähkönjakelujärjestelmiin (esim. nimellisjännite 380 V). Niiden maksimiteho määräytyy niiden nimellisvirran perusteella, ja ydinlaskentakaava on:
▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × Iₙₘₐₓ × cosφ
Missä: Uₙ=380V (pienjännitejärjestelmän nimellisjännite-), Iₙₘₐₓ on sähkömittarin suurin nimellisvirta ja cosφ on tehokerroin (yleensä 0,8 teollisuuskuormille ja 1 puhtaasti resistiivisille kuormille).
Suurimman tehon yläraja
Kun otetaan esimerkkinä UBS-suora-kytkettävä kolmivaiheinen AC-energiamittari (soveltuu kolmivaiheisiin vaihtovirtalatauspaaluihin ja muihin skenaarioihin), sen suurin nimellisvirta on yleensä 0,25-5 (65) A (suluissa oleva arvo on suurin sallittu virta). Käyttämällä esimerkkinä 380 V:n jännitettä, tehdään seuraavat laskelmat:
Kun cosφ=0.8, Pₘₐₓ=√3×380V×65A×0,8≈34,45kW;
Kun cosφ=1, Pₘₐₓ=√3×380V×65A×1≈42,9kW.
Muutamat valmistajat tarjoavat tuotteita, joiden suurin sallittu virta on 120A, mikä vastaa maksimitehoa noin 79kW, mutta valtavirran tuotteiden suurin tuettu teho on keskittynyt 20-70kW alueelle.
Sovellettavat skenaariot
Koska virtamuuntajien tarve eliminoituu, asennus on helppoa, hinta on alhainen ja se voidaan mukauttaa pieniin{0}}tehokuormitukseen, suoran{1}}kytkennän energiamittareita käytetään pääasiassa:
- Kolmivaiheinen mittaus-asuinyhteisöissä (kuten huviloissa ja rivitaloissa);
- Pienet kaupalliset kuormat, kuten pienet kaupat ja lähikaupat;
- Pien-jännitteiset, pienitehoiset-laitteet laboratorioissa ja pienissä työpajoissa (kuten pienet työstökoneet ja ilmanvaihtolaitteet);
- Paikallinen pienjännite{0}}jakeluhaaramittaus toimistorakennuksissa.
Ulkoinen virtamuuntaja (CT) tyypin 3-vaiheinen vaihtovirtaenergiamittari
Kytkentäperiaate ja tehonlaskentalogiikka
Tämän tyyppisen energiamittarin ydinrakenne on "pieni virran mittaus + suuri virran laajennus": itse energiamittarin nimellisvirta on vain 0,01-0,05 (6) A/1 (6) A (UBS-spesifikaatio), ja todellinen mitattu virta määräytyy ulkoisen CT:n ensiövirran mukaan. CT:n tehtävänä on muuntaa johdossa oleva suuri virta pieneksi virraksi (kuten 5A) energiamittarin tuloksi kiinteän muunnossuhteen mukaisesti. Siksi maksimitehoraja riippuu CT:n ensiövirran spesifikaatiosta, ja laskentakaava on:
▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × I₁ × cosφ
Missä: Uₙ=380V (pienjännitteen/keskijännitteen matalajännitepuoli), I₁ on CT:n ensiöpuolen suurin nimellisvirta, ja cosφ on 0,8-1.
Maksimitehorajat
CT:iden ensisijaiset virtamääritykset kattavat laajan alueen 50A - 3000A, ja vastaava maksimiteho kasvaa porrastetusti:
- Pieni CT (50/5A): I1=50A, Pₘₐₓ≈26,5 kW;
- Keskikokoinen CT (200/5A): I1=200A, Pₘₐₓ≈106 kW;
- Suuri CT (1000/5A): I₁=1000A, Pₘₐₓ≈530 kW;
- Erittäin suuri{0}}CT (3000/5A): I₁=3000A, Pₘₐₓ≈1590kW (1,59MW).
Teoriassa, niin kauan kuin CT-spesifikaatiot vastaavat, tämäntyyppiset energiamittarit voivat tukea 20kW-2MW:n keski- ja suuritehomittauksia, mikä tekee siitä valtavirran teollisuuden skenaarioissa.
Sovellettavat skenaariot
CT:n laajentaman toiminta-alueen ansiosta energiamittari voidaan sovittaa keski- ja matalajännitepuolelle sekä matalajännitteisille korkean{0}}tehokuormille. Sitä käytetään pääasiassa:
- Pienet ja keskikokoiset{0}}tehdaspajat (kuten koneistus-, tekstiili- ja elektroniikkavalmistus);
- Pääsähkönjakelumittaus kaupallisissa komplekseissa ja toimistorakennuksissa;
- Haarapiirit suuritehoisille{0}}laitteille, kuten keskusilmastointi ja hissit suurissa supermarketeissa ja hotelleissa;
- Pienjännite{0}}sähkönjakelujärjestelmät kuntien sähköasemilla ja teollisuuspuistoissa.
Jännitemuuntaja (VT) + virtamuuntaja (CT) yhdistetty kolmi-vaiheinen vaihtovirtaenergiamittari
Kytkentäperiaate ja tehonlaskentalogiikka
Tämäntyyppinen energiamittari on suunniteltu erityisesti korkeajännitteisille{0}}sähkönjakelujärjestelmille (10kV, 35kV, 110kV jne.). Se vaatii sekä VT:n että CT:n muuntamaan korkean jännitteen ja suuren virran standardiarvoiksi, joita energiamittari kestää (100 V jännite, 5 A virta). Suurin teho määräytyy järjestelmän nimellisjännitteen ja CT:n ensiövirran perusteella, jotka lasketaan seuraavalla kaavalla:
▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₛ × I₁ × cosφ
Missä: Uₛ on korkean{0}}jännitejärjestelmän nimellinen verkkojännite, I₁ on suurin nimellisvirta CT:n ensiöpuolella, ja cosφ on 0,8-1.
Suurin tehoraja
Korkeajännitejärjestelmän jännitetaso ja CT-määritykset{0}} määrittävät sen maksimikapasiteetin:
- 10 kV järjestelmä + CT 600/5A: Pₘₐₓ=√3 × 10kV × 600A × 0,8 ≈ 8,3 MW;
- 35 kV järjestelmä + CT 1000/5A: Pₘₐₓ=√3 × 35kV × 1000A × 0,8 ≈ 48,5 MW;
- 110kV järjestelmä + CT 3000/5A: Pₘₐₓ=√3 × 110kV × 3000A × 0,8 ≈ 474MW.
Käytännön sovelluksissa tämän tyyppisten energiamittarien suurin tuettu teho voi ulottua 5 MW:sta yli 500 MW:iin, mikä kattaa täysin korkean-jännitteen ja korkean{3}}tehon mittausvaatimukset.
Sovellettavat skenaariot
Korkeajännitteisten sähkönjakelujärjestelmien ydinmittauslaitteena sen sovellukset ovat erittäin keskittyneet:
- Suurten voimalaitosten ja vesivoimaloiden verkkoon liitetyn sähkön mittaus-
- Päälinjojen mittaus alueellisissa sähköasemissa ja{0}}suurjänniteverkoissa;
- Korkeajännitteiset tuotantolinjat raskaassa teollisuudessa, kuten terästeollisuudessa, kemikaaleissa ja ei--rautametalliteollisuudessa;
- Uusien energiavoimaloiden korkea-jännitteen mittaus (tuulivoima, aurinkosähkö).
Yhteenveto
| Yhteysmenetelmä | Suurin tuettu tehoalue | Ydinsovellusskenaariot | Tärkeimmät valintanäkökohdat |
|---|---|---|---|
| Suora yhteys | 20-70 kW | Pienet{0}}jännitteiset kuormat (asuinrakennukset, pienet kaupat, laboratoriot) | Sovita kuorman nimellisvirta; lisälaitteita ei tarvita |
| Ulkoinen CT-liitäntä | 50kW-2MW | Keskisuuret ja suuret tehokuormitukset matalan{0}}jännitteen / keskijännitteen-pienen- puolella (tehtaat, kaupalliset kompleksit) | Valitse CT-suhde kuormitusvirran mukaan |
| VT + CT yhdistetty liitäntä | 5MW-500MW+ | Korkea{0}}jännitteiset ultra-suurtehoiset kuormat (voimalaitokset, sähköasemat, raskas teollisuus) | Yhdistä järjestelmän jännite ja CT-suhde; täyttää korkean{0}}jännitteen eristysvaatimukset |
Lyhyesti sanottuna suoraliitäntätyyppi voittaa mukavuuden ja taloudellisuuden kannalta, ulkoinen CT-tyyppi voittaa joustavan mittausalueen ja VT+CT-yhdistelmätyyppi on vahva suurjännitteen ja suuren tehon mukauttamisessa.