حداکثر قدرت و سناریوهای کاربردی برای روش های مختلف اتصال

کنتورهای انرژی متناوب سه فاز -تجهیزات مهم در سیستم اندازه گیری برق هستند. حد بالایی توان اندازه گیری شده آنها یک مقدار ثابت نیست، بلکه مستقیماً با روش اتصال تعیین می شود. سه نوع اصلی وجود دارد: نوع اتصال مستقیم، نوع ترانسفورماتور جریان خارجی (CT) و نوع ترکیبی ترانسفورماتور ولتاژ (VT) + ترانسفورماتور جریان (CT). به دلیل تفاوت در طراحی سازه، سطح ولتاژ تطبیق یافته و ویژگی های بار، محدوده حداکثر توان و سناریوهای کاربردی متفاوتی دارند.

این مقاله به طور جامع ویژگی‌های اصلی انواع کنتورهای برق را از چهار بعد اصلی، منطق محاسباتی، حد بالایی محدوده اندازه‌گیری و تطبیق سناریو تحلیل می‌کند.

مستقیم-اتصال سه-کنتور برق AC فاز

اصل اتصال و منطق محاسبه توان

کنتورهای برق اتصال مستقیم{{0}به ترانسفورماتور جریان اضافی نیاز ندارند. جریان مستقیماً از طریق سیم پیچ جریان داخلی می گذرد و ولتاژ مستقیماً به سیم پیچ ولتاژ داخلی متصل می شود و آنها را برای سیستم های توزیع برق با ولتاژ پایین (مثلاً ولتاژ نامی 380 ولت) مناسب می کند. حداکثر توان آنها با جریان نامی آنها تعیین می شود و فرمول محاسبه هسته این است:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × Iₙₘₐₓ × cosφ

جایی که: Uₙ=380V (ولتاژ خط نامی سیستم{{1} ولتاژ پایین)، Iₙₘₐₓ حداکثر جریان نامی کنتور برق است و cosφ ضریب توان است (معمولاً برای بارهای صنعتی 0.8 و برای بارهای کاملاً مقاومتی 1).

حد بالایی حداکثر توان

با در نظر گرفتن انرژی سنج AC مستقیم-اتصال سه فاز- UBS به عنوان مثال (قابل استفاده برای شمع‌های شارژ AC سه فاز و سایر سناریوها)، حداکثر جریان نامی آن معمولاً 0.25-5 (65) A است (مقدار داخل پرانتز حداکثر جریان مجاز است). با استفاده از ولتاژ 380 ولت به عنوان مثال، محاسبات زیر انجام می شود:

وقتی cosφ=0.8، Pₘₐₓ=√3×380V×65A×0.8≈34.45kW؛

وقتی cosφ=1، Pₘₐₓ=√3×380V×65A×1≈42.9kW.

تعداد کمی از تولیدکنندگان محصولاتی با حداکثر جریان مجاز 120 آمپر، مربوط به حداکثر توان تقریباً 79 کیلووات ارائه می‌کنند، اما حداکثر توان پشتیبانی شده محصولات اصلی در محدوده 20 تا 70 کیلووات متمرکز است.

سناریوهای قابل اجرا

با توجه به عدم نیاز به ترانسفورماتور جریان، سهولت نصب، هزینه کم و قابلیت انطباق برد با بارهای کم توان-، کنتورهای انرژی اتصال مستقیم{{1} عمدتاً برای موارد زیر استفاده می شوند:

• اندازه گیری سه فاز-در جوامع مسکونی (مانند ویلاها و خانه های شهری)؛
• بارهای تجاری کوچک مانند مغازه های کوچک و فروشگاه های رفاه.
• تجهیزات کم-ولتاژ، کم توان- در آزمایشگاه ها و کارگاه های کوچک (مانند ماشین ابزارهای کوچک و تجهیزات تهویه).
• اندازه گیری شعبه توزیع ولتاژ پایین-در ساختمان های اداری.

ترانسفورماتور جریان خارجی (CT) نوع سه -متر انرژی AC فاز

اصل اتصال و منطق محاسبه توان

طراحی هسته این نوع کنتور انرژی "اندازه گیری جریان کوچک + گسترش جریان بزرگ" است: جریان نامی خود سنج انرژی فقط 0.01-0.05 (6) A/1 (6) A (مشخصات UBS) است و جریان اندازه گیری شده واقعی توسط جریان اولیه CT خارجی تعیین می شود. وظیفه CT تبدیل جریان بزرگ در خط به یک جریان کوچک (مانند 5A) ورودی به انرژی سنج با توجه به نسبت تبدیل ثابت است. بنابراین، حداکثر حد توان به مشخصات جریان اولیه CT بستگی دارد و فرمول محاسبه به صورت زیر است:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × I1 × cosφ

جایی که: Uₙ=380V (ضلع ولتاژ پایین/ولتاژ متوسط ​​ولتاژ پایین)، I1 حداکثر جریان نامی سمت اولیه CT است و cosφ 0.8-1 در نظر گرفته می‌شود.

حداکثر محدودیت توان

مشخصات جریان اولیه CT ها طیف وسیعی از 50A تا 3000A را پوشش می دهد که حداکثر توان متناظر به صورت پلکانی افزایش می یابد:

• CT کوچک (50/5A): I1=50A، Pₘₐₓ≈26.5kW.
• CT متوسط ​​(200/5A): I1=200A، Pₘₐₓ≈106kW.
• CT بزرگ (1000/5A): I1=1000A، Pₘₐₓ≈530kW.
• CT بسیار بزرگ (3000/5A): I1{3}A، Pₘₐₓ≈1590kW (1.59MW).

در تئوری، تا زمانی که مشخصات CT مطابقت داشته باشد، این نوع انرژی سنج می تواند اندازه گیری توان متوسط ​​و بالا 20 کیلووات تا 2 مگاوات را پشتیبانی کند، و آن را به گزینه اصلی برای سناریوهای صنعتی تبدیل می کند.

سناریوهای قابل اجرا

با دامنه گسترش یافته توسط CT، انرژی سنج را می توان با دو طرف ولتاژ متوسط ​​و پایین، و همچنین بارهای توان بالا- ولتاژ پایین تطبیق داد. عمدتاً در موارد زیر استفاده می شود:

• کارگاه‌های کوچک و متوسط{0}}کارخانه (مانند ماشین‌کاری، منسوجات، و تولید لوازم الکترونیکی)؛
• اندازه گیری توزیع برق اصلی در مجتمع های تجاری و ساختمان های اداری.
• مدارهای انشعاب برای تجهیزات{0} پرقدرت مانند تهویه مطبوع مرکزی و آسانسور در سوپرمارکت‌ها و هتل‌های بزرگ؛
• سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ پایین-در پست‌های شهری و پارک‌های صنعتی.

ترانسفورماتور ولتاژ (VT) + ترانسفورماتور جریان (CT) ترکیبی سه فاز-متر انرژی AC

اصل اتصال و منطق محاسبه توان

این نوع کنتور انرژی به‌طور خاص برای سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ بالا (10kV، 35kV، 110kV و غیره)-طراحی شده است. برای تبدیل ولتاژ بالا و جریان بالا به مقادیر استانداردی که کنتور انرژی می تواند تحمل کند (ولتاژ 100 ولت، جریان 5 آمپر) به هر دو VT و CT نیاز دارد. حداکثر توان توسط ولتاژ نامی سیستم و جریان اولیه CT تعیین می شود که با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₛ × I1 × cosφ

جایی که: Uₛ ولتاژ خط نامی سیستم-ولتاژ بالا، I1 حداکثر جریان نامی در سمت اولیه CT است و cosφ 0.8-1 در نظر گرفته می‌شود.

حداکثر توان مجاز

سطح ولتاژ و مشخصات CT یک سیستم ولتاژ بالا، حداکثر ظرفیت آن را تعیین می کند:

• سیستم 10 کیلوولت + CT 600/5A: Pₘₐₓ=√3 × 10kV × 600A × 0.8 ≈ 8.3MW;
• سیستم 35 کیلوولت + CT 1000/5A: Pₘₐₓ=√3 × 35kV × 1000A × 0.8 ≈ 48.5MW;
• سیستم 110 کیلوولت + CT 3000/5A: Pₘₐₓ=√3 × 110kV × 3000A × 0.8 ≈ 474MW.

در کاربردهای عملی، حداکثر توان پشتیبانی شده از این نوع کنتورهای انرژی می‌تواند از 5 مگاوات تا بیش از 500 مگاوات افزایش یابد که به طور کامل نیازهای اندازه‌گیری ولتاژ بالا و توان بالا را پوشش می‌دهد.

سناریوهای قابل اجرا

به‌عنوان یک دستگاه اندازه‌گیری هسته در سیستم‌های توزیع{0} ولتاژ بالا، کاربردهای آن در موارد زیر بسیار متمرکز است:

• اندازه‌گیری برق متصل به شبکه-از نیروگاه‌های بزرگ و نیروگاه‌های برق آبی؛
• اندازه‌گیری خطوط اصلی در پست‌های منطقه‌ای و شبکه‌های توزیع فشار قوی-.
• خطوط تولید با ولتاژ بالا در صنایع سنگین مانند فولاد، مواد شیمیایی و فلزات غیرآهنی-.
• اندازه‌گیری ولتاژ خروجی بالا- نیروگاه‌های انرژی جدید (نیروی بادی، فتوولتائیک).

خلاصه

به طور خلاصه، نوع اتصال مستقیم از نظر راحتی و اقتصاد، نوع CT خارجی از نظر محدوده اندازه گیری انعطاف پذیر برنده است، و نوع ترکیبی VT + CT در ولتاژ بالا و سازگاری با توان بالا قوی است.