Оказа се, че ни цакат с електромерите. Ето как!

Случайно попаднах на съобщения в нета, за следният проблем при измерване на ел.енергия от електромерите. Имало два вида енергия която се измерва от електромерите и по която се отчита произведената енергия. Всъщност ел.енергия не се произвежда, а се преобразува от други видове енергия , но това е друга тема. Двата вида енергия са активна и реактивна. Понеже нищо не разбирам от темата, ще го обясня с мои думи, а по-надолу са разни препратки. Активната енергия е тази за които си мислят хора като мен. Напрежение по мощност дава количеството на изразходваният ток. Той се мери и се плаща чрез отчетите на старите електромери. С новите, електронни електромери, се мери още един ток, наречен реактивен. Значи, когато се използват ел.двигатели от всякакъв вид, се индуцира ток в техните бобини, и в определени отрязъци от време този ток се връща в системата-т.е. тече наобратно, и се нарича реактивен. Какво са измислили тези хитреци? С новите електромери мерят и този ток, все едно са ни го доставили те. Ето защо с новите електромери, плащаме повече ток, а не защото били по-точни. Разликата е няколко десетки процента , в полза на енергото разбира се! Какво да кажа, НЯМАМ ДУМИ! Някои от вас които разбират от тези неща, сигурно ми се смеят на описанието, но бъдете снизходителни, моля. Най-добър е последният материал, ако имате сили да прочетете тази грамада от информация. И така следвайте линка по-долу.




http://www.segabg.com/article.php?issueid=563&sectionid=6&id=00008

По класическата електрическа мрежа, която използваме, текат два вида ток - активен и реактивен. Активната енергия ни е добре позната и електромерите я отчитат. Реактивната представлява остатъчен продукт, който теоретично не може да се използва, тя се генерира от електрическите полета на обикновената, "активна" еленергия.
---------
http://solar.sts.bg/forum/viewtopic.php?t=1320

venkap написа:
stonio написа:
Някой има ли представа какво се случва когато централата произвежда такъв вид ел. енергия?...


Няма такъв случай.


Тук се получи като шопа - видял жирафа и казал: "Такова животно нема"
За да не откривам топлата вода ще цитирам Уикипедия - за лаиците:
"Активната мощност (P) е средната стойност на моментната мощност за един период на променливите напрежения и токове. Пълната мощност се изчислява от произведението между ефективните стойности на напрежението и тока. При наличието на реактивни (консервативни) елементи (бобини, ел. двигатели, кондензатори) част от енергията на генераторите създава магнитните или електрически полета в тези елементи и се колебае двупосочно между тях и генераторите, това е т.н. реактивна енергия. Така се увеличава токът на консуматорите и при нисък фактор на мощността се увеличават загубите в електроразпределителните системи.
.....................................
Значимостта на фактора на мощността се обуславя от това, че по-ниският фактор на мощността води до увеличение на тока, с който се пренася активната енергия до консуматорите, а това увеличава загубите в електропреносните съоръжения. В зависимост от средната стойност на фактора на мощността за даден период, електроснабдителните фирми прилагат различни тарифи - по-високи за консуматори с по-нисък фактор на мощността и обратно, по-ниски за консуматори с по-висок фактор на мощността (т.н. тарифи с глоба и премия).
Факторът на мощността на консуматорите се подобрява (стремежът е към стойности около и над 0,9) по различни начини, в промишлеността най-широко разпространеният е с кондензаторни батерии, превключвани автоматично, тъй като най-често промишлените консуматори имат индуктивен характер. Осветителните тела с луминесцентни лампи обикновено имат вградени кондензатори за подобряване на фактора на мощността.
По принцип въпроса най-много се отнася за централи с движещи се генератори - вятърните, ВЕЦ и др. понеже в генератора има статорна, а може и роторна намотка - т. е. реактивен елемент.  Но-о-о-о-о - какво ще кажете за ФЕЦ с инвертори с трансформатори?
Или за цялата камара кабели и проводници?

При проектирането на Централи с ВЕИ (фотоволтаични , ветро...)
се залагат за преобразуване на първичната енергия - ИНВЕРТОРИ. Тези устройства са зависими от мрежата. В електрониката са известни като - зависими инвертори на ток.Те не генерират напрежение (условно) а инжектират ток синусоидален с честота определена от разпределителната мрежа, като буквално следят синусоидата. Инверторите са зависими и сами по себе си не могат да генерират мощност. Производителите на инверторите указват в техническите им данни номиналната им мощност при фактор на мощността cos φ = 1. Устройството и управлението на инвертора би трябвало да потдържа фазово изместване в рамките на допустимите по каталог проценти. Немислимо е производството на реактивна енергия, тъй като излиза извън основната цел. За целта централата се оборудва задължително с 4 квадрантен електромер - двупосочен, който регистрира с натрупване в броячите си видовете енергии(активна , реактивна и пълна), производство и консумация. Каква ще бъде съдбата на централата произвеждаща или консумираща реактивна енергия извън допустимите норми , могат да определят единственно РЕП. Но при всички случаи това е аварийна ситуация, несъответваща на проектната. Да не говорим че се залага и ниско нивона нелинейни изкривявания...Същото важи и за трансформаторните инвертори ...

Електрическите централи - всички видове - не произвеждат енергия, а само я преобразуват от механична , топлинна, слънчева и др. в електрическа.
Електическата енергия е само един вид и има две съставящи - активна и реактивна. cos φ (от 0 до 1) показа отношението на активната към пълната /съответно остатъка е реактивната/. Наличието на реактивна енергия в размер над допустимото ( 0,1 тоест cos φ < 0,9) е предпоставка за санкции от страна на ЕРТ - заради увеличените загуби......

При фотоволтаичните централи обяснението за реактивната енергия е по-сложно. Важно е да се разбере, че при правилно проектирана централа, реактивната енергия отчетена от електромера, не е следствие от производствен процес, а следствие от влиянието на електроразпределителната (преносна) мрежа върху централата. За собственици на централи е важно, какви са характеристиките на мрежата в точката на присъединяване, защото ниският фактор на мощност на мрежата обрича собственика на загуби за голям период от време. Ако прибавим технологичните загуби от 7-8%, които са неизбежни, за една 100кW/p централа, се получава следната картинка:

мощност cosφ активна реактивна
100kW 1,00 92,00kW 0,00kvar
100kW 0,99 91,08kW 12,98kvar
100kW 0,98 90,16kW 18,31kvar
100kW 0,97 89,24kW 22,37kvar
100kW 0,96 88,32kW 25,76kvar
100kW 0,95 87,40kW 28,73kvar
100kW 0,94 86,48kW 31,39kvar
100kW 0,93 85,56kW 33,82kvar
100kW 0,92 84,64kW 36,06kvar
100kW 0,91 83,72kW 38,14kvar
100kW 0,90 82,80kW 40,10kvar
100kW 0,89 81,88kW 41,95kvar
100kW 0,88 80,96kW 43,70kvar
100kW 0,87 80,04kW 45,36kvar
100kW 0,86 79,12kW 46,95kvar
100kW 0,85 78,20kW 48,46kvar
-------
Това е важният материал

http://tech-dom.com/statii.aspx?id=1259

ТД Инсталации » Eлектроинсталации » Електромерите

Сп. Технологичен дом # 42 януари 2010
ЕЛЕКТРОМЕРИТЕ





Част 1. Видове електроенергия, устройство и особености на индукционните електромери

Измерването на консумираната от потребителите електроенергия е задължителна част от работата на всяка електрическа мрежа. Точността на измерване е безспорно важна, тъй като грешките водят до ощетяване на доставчика или потребителя. Не по-малко важно за доставчика е да се гарантира сигурността на измерването от електромерите и на невъзможността за злоумишлена промяна на показанията им. Не на последно място са и разходите по редовното отчитане на консумираните количества. Всички тези проблеми съществуват още от зората на производството и разпределението на електроенергия и са актуални и днес. Един от основните фактори за ограничаването им е усъвършенстването на електромерите. Благодарение на разширеното използване на електронни решения, през последното десетилетие настъпиха не само качествени изменения в структурата на електромерите и подобрение на техните параметри, но бяха създадени и нови възможности за използването им.
В настоящата част на материала се изясняват трите вида електроенергия, устройството и особеностите на еднофазните и трифазните индукционни електромери и някои съвременни нововъведения, разширяващи приложенията им. Част 2 е посветена на електронните електромери.

Трите електроенергии
Напрежението на електрическите мрежи по цял свят е синусоидално, т.е. стойността му се променя във времето по съответния закон. Поради това е прието то да се оценява с ефективната си стойност ("напрежение 220 V"), което е в сила и за синусоидален ток. Реално напрежението и токът само на част от консуматорите са с такава форма, като непрекъснато нараства броят на тези, които поради естеството на действието си я променят, например електрическите лампи с димери и електродвигателите с регулируеми обороти. В такива случаи напрежението и токът се оценяват със своите средноквадратични стойности.
Всеки потребител представлява товар за електрическата мрежа, когато му е приложено напрежението й и през него протича ток. Произведението на средноквадратичните стойности на тези две величини е мощността на товара, а умножаването й с времето, през което той е свързан към мрежата, представлява доставяната от нея електроенергия. Особено важно е, че доставяната електроенергия не винаги изцяло се консумира от товара и съответно превръща в желания друг вид енергия (светлинна, топлинна, механична). Причината за това е съществуването на фазова разлика (нарича се и дефазиране) на тока спрямо напрежението на част от товарите. Прието е тя да се отбелязва с j и наличието й се оценява чрез фактора на мощността cosj. Когато промените на тока настъпват едновременно с тези на напрежението фазова разлика няма, стойността на cosj е 1 и произведението UI на средноквадратичните стойности на напрежението и тока представлява активната мощност Ра на товара, измервана във ватове (W) или киловати (kW). Умножаването й по времето определя доставяната активна енергия, която изцяло се консумира от товара и съответно реално се използва. Прието е тя да се измерва в киловатчаса (kWh), например 1 kWh се получава при работа на товар с активна мощност 1 kW продължение на 1 час или на друг с мощност 100 W в продължение на 10 часа. Това е случаят на т. нар. активни товари, например лампи с нажежаема нишка и нагреватели.
Поради естеството на електродвигателите токът през тях закъснява по отношение на приложеното им напрежение, което е характерно и за други консуматори с общо наименование индуктивни товари. Закъснението означава наличие на фазова разлика и получаване на cosj по-малък от 1. В такъв случай активната мощност е произведението UIcosj и е по-малка от тази на активни товари със същото напрежение и ток.
Този факт има много важен практически смисъл – появата на фазова разлика между тока и напрежението на един товар реално намалява неговата активна мощност и съответно полезната активна енергия, която той консумира от мрежата. Логично е именно тя да се отчита от електромера и съответно заплаща. Това се прави от масово разпространените електромери за активна енергия, които отчитат реалното потребление. Те, обаче, не са изгодни за производителите. Причината е, че доставяната от тях електроенергия е по-голяма и съответства на т. нар. привидна мощност, равна на UI и измервана във VА (волтампери). Мощността на всяка електроцентрала, е максималната привидна мощност, която тя може да достави в електрическата мрежа. Активните товари могат да я консумират изцяло, докато индуктивните ползват само част от нея. Неизползваната част се нарича реактивна мощност (Pr) и на нея й съответства реактивна енергия. Тя се произвежда, но не се използва, тъй като по време на единия полупериод на мрежовото напрежение (10 ms) тя постъпва в товара, а по време на следващия полупериод се връща обратно в мрежата. Мерната единица за реактивната мощност е Var (волтампери реактивни), а за реактивната енергия – kWarh (киловатчас реактивни) с аналогичен смисъл на kWh.
Реактивната мощност може да е твърде голяма, тъй като тя не е разликата между привидната и активната мощност, а се изчислява като Pr = UI(1-cos2j).
Принципното решение на този проблем е намерено отдавна – по подходящ начин към индуктивните товари се свързва кондензатор, а през последното десетилетие и на значително по-сложни устройства за корекция на фактора на мощността. Те твърде успешно изпълняват предназначението си да доближат cosj до 1, но имат два недостатъка. Първият е, че реално не е възможно да се осигури той да е точно равен на 1, т.е. винаги има някаква реактивна енергия, макар и значително по-малка. Вторият недостатък е свързан с нежеланието на някои потребители да влагат допълнителни средства за подобряване на cosj, въпреки че са задължени от съответните нормативни документи. Това са причините за появата и все по-масовото разпространение на електромери за реактивна енергия – потребителят я плаща, независимо че не я е ползвал. Така от една страна той вече има интерес от подобряването на cosj, а от друга производителят не търпи загуби. Въвеждането на електромерите за реактивна енергия има и не по-малко важен екологичен ефект – намаляване "излишното" производство на електроенергия с всички благоприятни последици от това.

Еднофазни индукционни електромери
Първият такъв електромер е създаден през 1889 г. и принципът му, макар и с много подобрения, се използва и днес. Устройството на еднофазен електромер (фиг. 1) показва, че той съдържа електромагнит с две намотки. Напрежителната е с много навивки от тънък проводник и се свързва към мрежовото напрежение, като създава пропорционален на него магнитен поток. Двете последователно свързани токови намотки са с малко навивки от дебел проводник и през тях протича токът на веригата, чиято консумирана мощност ще се измерва. Тези намотки създават друг магнитен поток, пропорционален на тока. Двата потока преминават през тясната въздушна междина между полюсите на електромагнита, където е поставен алуминиев диск с диаметър 80-100 mm и дебелина около 1,2 mm. В него се индуцират токове и от взаимодействието им с магнитния поток се получава механична сила, пропорционална на активната мощност, която го завърта. Скоростта на въртене на диска е пропорционална на тази мощност, поради което броят на оборотите му е пряко свързан с консумираната активна енергия. За нейното точно измерване е необходимо токът на напрежителната намотка да изостава от нейното напрежение на 90 градуса, което реално не се получава заради нейното омично съпротивление. Това дефазиране се осигурява чрез закъснителната намотка и свързания като неин товар резистор за настройка на закъснението. Стойността на активната енергия се отчита чрез механичен брояч, свързан с оста на диска с червячна предавка, която не е показана на фиг. 1. Точността на отчитане се гарантира от двата постоянни магнита, чийто поток през диска се регулира по подходящ начин при фабричната настройка на електромера. Същевременно магнитите се използват и за спиране на диска след прекратяване на консумацията. Така описаният принцип на действие определя другото наименование - електромеханични електромери.
Важно е да се отбележи, че ако между тока и напрежението на товара има фазова разлика от 90 градуса, върху диска не се получава механична сила и той остава неподвижен. Това означава, че описаният електромер не отчита реактивна енергия. От друга страна, за реализиране на електромери за реактивна енергия, е необходимо по конструктивен път в тях да се създаде фазова разлика от 90 градуса на тока спрямо напрежението. Тя се събира със съществуващата разлика между тока и напрежението на реактивен товар, получава се 0 градуса и завъртане на диска. Когато такъв електромер се свърже към активен товар (с нулева фазова разлика между тока и напрежението му) конструктивно създадената фазова разлика не позволява завъртане на диска - електромерът не отчита активна енергия.
Схемата на свързване на всеки еднофазен електромер е дадена в неговата документация, а един пример е на фиг. 2. С 1 е означена токовата намотка, а с 2 - напрежителната, като се вижда често използваното преминаване на неутралата през връзка в електромера. Дадената номерация на изводите е примерна и може да е различна за всеки модел електромери. В немалко каталози клема 1 (свързана към фазата) се нарича токов вход, клема 2 е токов изход, 3 е "нулевата" входна и 4 - изходна клема.

Трифазни индукционни електромери
Те се използват за консуматори с голяма мощност, например над десетина kW, които се свързват към трите фази на мрежата. Действието им е подобно на еднофазните, но имат две или три двойки намотки. Тези с две двойки са предназначени за мрежи без изтеглена неутрала (трипроводни с товари по схема триъгълник) и начинът на свързването им е показан на фиг. 3. Простото обяснение защо не се следи и токът в третата фаза (в случая L2) е, че тъй като сумата на токовете на трите фази е 0 той е равен на сумата на двата измервани, но с обратна посока на тях. Двете двойки намотки едновременно въздействат на диска, поради което показанието на брояча е пропорционално на консумираната енергия от трите фази. Дали тя ще е активна или реактивна се определя по същия начин, както при еднофазните електромери. За мрежи с изтеглена неутрала (четирипроводни с товари по схема звезда) се използват електромери с три двойки намотки, всяка от които отчита тока на една от фазите и напрежението между нея и неутралата.

Основни параметри
Двата най-важни параметъра, обикновено написани на лицевия панел на електромера, са неговият основен (базов) ток Ib и максималният ток Imax. Първият е най-голямата стойност на тока през електромера, който може да протича неограничено дълго време. Максималният ток също може да тече дълго време без опасност от повреда или промяна на останалите параметри (т. нар. метрологични характеристики), но това би трябвало да е само по изключение. Този ток е 2 до 6 пъти по-голям от основния, а означаването им е във вида Ib(Imax), Ib-Imax или Ib/Imax например 5(20) А. Типичните граници, в които са двата тока, са между 1,5(6) А и 30(100) А. В някои каталози на електромери се дава и минималният ток, при който те започват да отчитат нормално. Обикновено той е няколко десети от % от основния ток и фигурира в означението на някои модели електромери. Например 0,1-20(60) А означава негова стойност 0,1 А. Използваният в част от каталозите термин активен диапазон на тока е между минималния ток и Imax. При индукционните електромери намаляването на минималния ток е трудно поради ограничения от механичната конструкция (малкият ток създава слабо магнитно поле, което не може да завърти диска), но наличието му е от значение за електроразпределителните дружества.
Друг параметър е номиналното мрежово напрежение (нарича се и предписано напрежение) Un, според чиито стойности има два вида електромери – за едно напрежение, като се дават е допустимите му граници (например 220V±20%) и за Un в широки граници, например от 100 до 500 V. Също параметър е номиналната мрежова честота (предписана честота) заедно с допустимите граници на изменението й, обикновено  47,5 и 52,5 Hz, извън които не се гарантират останалите параметри. Константата на електромера показва броя на оборотите на диска при консумиране на 1 kWh (например 600 об/kWh) от електромерите за активна енергия и при 1 kVAh в тези за реактивна енергия. Почти винаги тя е написана на лицевия панел на електромера.
За електроразпределителните компании и потребителите е еднакво важна грешката на измерване на енергията, определяна от класа на точност на електромера. За електромери за активна енергия в жилища и офиси най-често се използват клас 1 (означава се и като 1.0) с максимална грешка ±1% и клас 2 (или 2.0) с нейна стойност ±2%. По-рядко се използва клас 0,5S (или клас А) с грешка ±0,5%, а само за специални цели (някои индустриални предприятия) има електромери класове 0,1 и 0,2. Електромерите за реактивна енергия обикновено са с клас 2 или 3. Реалната грешка обикновено е по-малка, като зависи от мрежовото напрежение (нараства при отдалечаване от номиналната му стойност), мрежовата честота (нараства при отдалечаване от 50 Hz) и температурата (нараства с отдалечаване от стойността, при която електромерът фабрично е калибриран).
Особеност и недостатък на индукционните електромери е, че в процеса на експлоатацията им грешката може значително да нарастне и да достигне няколко десетки процента. Това се дължи не само на присъщите на всяка механична система причини, но и на неизбежно съществуващите в електрическата мрежа импулси на тока и напрежението, поради което някои индукционни електромери имат специални устройства за потискането им. Нарастването на грешката определя необходимостта от периодично проверяване и калибриране на индукционните електромери в специализирани лаборатории. Калибровката се прави с помощта на специални сервизни регулатори в електромерите, чрез които споменатите постоянни магнити се преместват много фино.
В повечето каталози като параметри се дават консумираните мощности от напрежителната и токовата намотка, всяка от които е няколко VА.
В зависимост от мястото на монтиране на електромера трябва да се избере модел с подходящ обхват на работната температура. Най-големите граници за индукционните електромери са от -25 до +55 °C.
Многотарифни електромери
Целта на въвеждането на повече от една тарифа е чрез увеличаване на цената да се ограничи ползването на електроенергия в най-натоварените часове на деннощието и съответно чрез намаляването й то да се стимулира в нощните часове. Това е важно за производителите на електроенергия, тъй като са необходими по-малко “върхови” електроцентрали, които работят само по няколко часа в денонощието, например между 7 и 8 и от 19 до 21 часа.
Най-масово разпространени са двете тарифи, между които електромерите автоматично се превключват чрез часовник. В индукционните електромери от този тип за всяка тарифа има отделен брояч. Просто и евтино решение за часовниците е да ползват мрежовата честота като източник на импулси за работата си. От гледна точка на електроразпределителните дружества това е сериозен недостатък, тъй като поради непрекъснатите нейни изменения се получава изместване на периода на евтината тарифа, например вместо 22-06 часа той може да стане 02-10 часа. За избягване на това в някои страни превключването се осъществява чрез специален радосигнал – в Англия той е в обхвата на дългите вълни (честота 198 kHz). В други държави известната у нас дневна тарифа е разделена на две, т.е. има трета, най-скъпа тарифа за часовете с най-голяма консумация.

Дистанционно отчитане на индукционни електромери
То се свежда до предаване към специален приемен център на показанията на електромера, където те се обработват и записват. Подобни устройства се използват сравнително рядко в индукционните електромери, тъй като малко след появата им на пазара са пуснати първите електронни електромери, в които аналогична функционалност се осигурява много по-лесно. Действието им в индукционните електромери се заключава в предаване за всеки оборот на диска по 1 или 2 токови импулса, обикновено 10 или 20 mA. За целта се използва специална двупроводна линия, свързвана към два допълнителни извода (импулсен изход) на електромера.