Рис.6 Схема полукосвенного включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную сеть с совмещенными цепями тока и напряжения.

Рис.7 Схема полукосвенного включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную сеть с раздельными цепями тока и напряжения.

Рис. 8. Схема включения счетчика активной энергии и трехэлементного счетчика реактивной энергии в трехпроводную цепь с двумя измерительными ТТ и ТН 

Рис. 9. Схема включения трехэлементных счетчиков активной и реактивной энергии в четырехпроводную цепь с двумя ТТ 

В большинстве  случаев используется схема включения с использованием трехфазного ТН типа НТМИ, у которого заземлена вторичной обмотки. На практике может применяться трехфазный ТН и с заземлением вторичной обмотки фазы В. Вместо трехфазного ТН также могут применяться два однофазных ТН, включенных по схеме открытого треугольника. В заключение отметим, что схема включения счетчика обычно нанесена на крышке зажимной коробки. Однако в условиях эксплуатации крышка может оказаться снятой со счетчика другого типа. Поэтому необходимо всегда убедиться в достоверности схемы путем ее сверки с типовой схемой и с разметкой зажимов.

Поскольку измеряемая электроэнергия пропорциональна  мощности нагрузки, то в дальнейшем мы будем оперировать понятием «направление мощности».Как известно, в электрической цепи активная энергия передается от ее источника (генератора) к приемнику (нагрузке). Разрежем один из проводов, соединяющих источник питания с электроприемником, с целью включения последовательной обмотки измерительного прибора. Конец провода, обращенный к источнику питания, можно назвать генераторным, а другой конец, обращенный к нагрузке, - нагрузочным.

В распределительных  сетях, предназначенных для электроснабжения промышленных предприятий, объектов сельского  хозяйства и других объектов, активная и реактивная мощности, как правило, передаются в одном направлении. Это объясняется тем, что электроприемники представляют собой активно-индуктивные сопротивления, т. е. наряду с активной потребляют и реактивную энергию. При наличии у потребителя компенсирующих устройств направления активной и реактивной мощности могут быть, противоположными. Однако в большинстве случаев учет реактивной энергии, отдаваемой потребителем в сеть, не производится.

В замкнутых  сетях направления активной и  реактивной мощности могут быть различными и изменяющимися в зависимости  от режима работы. Диск счетчика должен вращаться только в направлении, указанном стрелкой, так как в  противном случае показания счетчика будут уменьшаться. Поэтому в  таких сетях необходимы счетчики со стопорами, причем по два - для каждого  вида энергии. Заметим, что направление мощности от шин в линию принято считать положительным, а от линии к шинам отрицательным. 
Трехфазную систему токов и напряжений можно изобразить графически в виде векторов, т. е. отрезков определенной длины и направления. Направление вектора напряжения от нулевого или низшего потенциала к высшему, считают положительным. Вектор обозначается двумя индексами, из которых первый обозначает конец вектора (острие стрелки), а второй - его начало.

Рис. 9. Векторная диаграмма трехфазного двухэлементного счетчика активной энергии при индуктивной нагрузке

Начало  вектора фазного напряжения имеет  нулевой потенциал, поэтому его  индекс опускается. Таким образом, векторы  фазных напряжений обозначают UА, UВ, UС. В симметричной системе они сдвинуты между собой на 120°. Известно, что изменение фазы от 0 до 360° можно представить как вращение вектора. Условно принято, что трехфазная система напряжений вращается против часовой, стрелки.

Если  взять за начало отсчета (0°) вертикальную прямую, то вектор UВ пересечет эту прямую после вектора UА, но ранее вектора UC. Иными словами, UВ отстает от UА на 120°, UС отстает от UВ на 120°. Такое чередование (следствие) фаз называется прямым. 
Линейное напряжение представляет собой геометрическую разность двух фазных напряжений, так, напряжение UАВ = UА —UВ. Построив этот вектор, мы видим, что он опережает вектор, Uа на 30°. В то же время вектор UВА является таким же вектором, но повернутым в противоположную сторону (сдвиг на 180°).

Векторная диаграмма токов и напряжений, двухэлементного счетчика активной электроэнергии (рис. 8), построена для индуктивной нагрузки, активная и реактивная мощность положительны . В этом случае вектор тока IА сдвинут относительно вектора UА на некоторый угол φ, отсчитываемый против часовой стрелки. Как принято считать, при индуктивной нагрузке (реактивная мощность положительна), ток отстает от фазного напряжения: Это утверждение справедливо и для тока IС. Если бы нагрузка был емкостной (активная мощность положительна, реактивная отрицательна), токи опережали бы фазные напряжения.

Как будет  показано ниже, положение вектора  тока, проходящего через последовательную обмотку счетчика, можно определить с помощью приборов, а затем, построив векторную диаграмму, сделать заключение о правильности включения счетчика. Общих положения. 
Ток, проходя от генератора к нагрузке, должен проходить через последовательную обмотку счетчика от ее начала к концу. Другими словами, генераторный провод сети должен быть подключен к генераторному зажиму последовательной обмотки. 
Начало последовательной обмотки расположено на зажимной коробке левее конца и обозначается буквой «Г» (генератор) или меньшим цифровым индексом, конец - буквой «Н» (нагрузка) или большим цифровым индексом. Таким образом, при положительном направлении мощности, к началу последовательной обмотки, счетчика прямого включения, подключается провод - идущий от шин РУ а при отрицательном - идущий от линии. 
Если счетчик включен через трансформаторы тока, то к началу последовательной обмотки подключается провод от того зажима вторичной обмотки трансформатора тока, который однополярен с выводом первичной обмотки, подключенным к генераторному токопроводу (об однополярных зажимах измерительных трансформаторов будет сказано далее). При этом направление тока в последовательной обмотке будет таким же, как и при непосредственном включении. К зажимам параллельных обмоток слева направо подключаются фазы в порядке их прямого чередования. К среднему зажиму обязательно подключается средняя фаза. Имеется в виду вторичное напряжение той фазы, в которой трансформатор тока не использован в схеме. Такой же порядок следует соблюдать и для подключения фаз к последовательным обмоткам. 
Выполнение этих условий обеспечивает как правильные направления токов, так и правильные их сочетания с напряжениями в каждом элементе счетчика. Тот факт, что в элёментах счетчика реактивной энергии сопрягаются токи и напряжения «чужих» фаз, не должен вызывать неясностей. Перекрещивание фаз выполнено во внутренней схеме, а порядок внешних подключений остается таким же, как и для счетчика активной энергии.  

Класс точности счетчика — это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах. В соответствии с ГОСТ 6570-75* счетчики активной энергии  должны изготавливаться классов  точности 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; счетчики реактивной энергии — классов точности 1,5; 2,0; 3,0. Трансформаторные и трансформаторные универсальные счетчики учета активной и реактивной энергии должны быть класса точности 2,0 и более точные. 
Класс точности устанавливается для условий работы, называемых нормальными. К ним относятся: прямое чередование фаз; равномерность и симметричность нагрузок по фазам; синусоидальность тока и напряжения (коэффициент линейных искажений не более 5%); номинальная частота (50 Гц±0,5%); номинальное напряжение (±1%); номинальная нагрузка; cosφ=1 (для счетчиков активной энергии) и sinφ= 1 (для счетчиков реактивной энергии); температура окружающего воздуха 20°±3°С (для счетчиков внутренней установки); отсутствие внешних магнитных полей (индукция не более 0,5 мТл); вертикальное положение счетчика.

Передаточное  число счетчика N – это число оборотов его диска, соответствующее единице измеряемой энергии. Например, 1 кВт-ч равен 450 оборотам диска. Передаточное число указывается на табличке счетчика.

Постоянная  счетчика С — это значение энергии, которое он измеряет за 1 оборот диска, величина, обратно пропорциональная передаточному числу: C=1/N.

Измерительные трансформаторы в  цепях учета

Рассмотрим  кратко некоторые вопросы, касающиеся применения измерительных  трансформаторов для учета электроэнергии.

У трансформаторов  тока начало и конец, первичной обмотки  обозначаются индексами Л1 и Л2 (линия), а начало и конец вторичной обмотки — соответственно И1 и И2 (измерение). Зажимы Л1 и И1однополярны. Это значит, что направление тока во внешней цепи, подключенной к зажимам И1 и И2, совпадает с направлением тока первичной цепи Л1—Л2. Так, если зажим Л1 является генераторным, то генераторным будет и зажим И1. В распределительных устройствах принято устанавливать трансформаторы тока зажимом Л1 в сторону сборных шин. Тогда зажим И1 является генераторным при положительном направлении мощности. У встроенных трансформаторов тока однополярными являются верхний зажим первичной цепи («верх») и зажим А вторичной обмотки.  
На паспортной табличке трансформатора тока указывается его коэффициент трансформации в виде отношения номинальных первичного и вторичного токов. Номинальный вторичный ток трансформаторов тока обычно разен 5 А.. В некоторых случаях для электроустановок; 110 кВ и выше изготовляют трансформаторы тока с номинальным током вторичной обмотки 1 А. Номинальный ток счетчика должен соответствовать номинальному току вторичной обмотки трансформатора тока. Вторичные обмотки трансформаторов тока при косвенном и полу косвенном включении счетчиков (с раздельным присоединением цепей напряжения) должны заземляться. 
Как известно, обычно трансформатор тока выбирается с условием, чтобы его вторичный ток не превышал 110% номинального. С другой стороны, трансформаторы тока, выбранные с завышенными коэффициентами трансформации с учетом тока КЗ, при малых вторичных токах имеют повышенные погрешности. Согласно ПУЭ [2] при максимальной нагрузке присоединения вторичный ток должен составлять не менее 40% от номинального ток а счетчик, а при минимальной - не менее 5%. 
Пример 1. Необходимо выполнить учет электроэнергии на силовом трансформаторе 630 кВ*А, 10/0,4 кВ. Мощность нагрузки трансформатора изменяется от 80 кВ*А до номинальной. Ячейка трансформатора оборудована трансформаторами тока с Ki = 100/5. Требуется проверить их пригодность. 
Номинальный первичный ток трансформатора по стороне 10 кВ. 

Ток минимальной  нагрузки 

Вторичный ток, при номинальной нагрузке 

Отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит: 
 
Вторичный ток при минимальной нагрузке 
 
Отношение вторичного тока к номинальному в процентах составит: 
 
Таким образом, трансформатор тока нужно заменить трансформатором тока с К1 = 75/5 или 50/5.

Встречаются случаи, когда трансформаторы тока, выбранные с учетом тока КЗ или характеристик релейной защиты, не обеспечивают точность учета из-за завышенного коэффициента трансформации. Это обстоятельство вынуждает устанавливать дополнительный комплект трансформаторов тока или переносить счетчики в другую точку сети. Так, для линии, отходящей от шин подстанции и принадлежащей потребителю, счетчики допускается устанавливать не на питающем, а на приемном конце (вводе) у потребителя. На силовых трансформаторах допускается установка счетчиков со стороны низшего напряжения.

Действительный  коэффициент трансформации трансформатора тока несколько отличается от номинального, а сектор вторичного тока образует с вектором первичного тока некоторый  угол. Другими словами, трансформатор тока обладает погрешностью по току и по углу. Наибольшая допускаемая погрешность определяет класс точности трансформатора тока. Согласно ПУЭ класс точности трансформаторов тока для присоединения расчетных счетчиков трансформаторов тока должен быть не ниже 0,5.  
Погрешность трансформатора тока зависит от его нагрузки. 
Наибольшая нагрузка, при которой погрешность не выходит за пределы класса точности, указывается в паспортной табличке. Например, для трансформаторов тока типа ТПЛ нагрузка обмотки класса 0,5 не должна превышать 0,4 Ом. Нагрузка трансформатора тока определяется полным сопротивлением его внешней вторичной цёпи. Сюда входят сопротивления всех последовательно включенных приборов, а также соединительных проводов и переходных контактов. В практических расчетах допускается арифметическое сложение полных сопротивлений, что создает расчетный запас (см. приложения 2, 3). 
Как правило, цепи измерения и учета выполняются отдельно от цепей релейной защиты. Лишь, в случаях, когда такое разделение требует установки дополнительных трансформаторов тока, допускается их совместное присоединение. При этом не должны изменяться класс точности трансформаторов тока и необходимые характеристики релейной защиты.

Отсюда, в частности, следует, что ряд  реле и устройств с большим  сопротивлением не может быть включен  в цепи учета. Таковы индукционные реле тока и мощности, реле прямого действия, быстронасыщающиеся трансформаторы и  содержащие их устройства и др.