עוצמה מקסימלית ותרחישי יישום עבור שיטות חיבור שונות

מדי אנרגיה AC תלת-פאזיים הם ציוד חשוב במערכת מדידת החשמל. הגבול העליון של ההספק הנמדד שלהם אינו ערך קבוע, אלא נקבע ישירות על ידי שיטת החיבור. ישנם שלושה סוגים עיקריים: סוג חיבור ישיר, סוג שנאי זרם חיצוני (CT) וסוג שילוב שנאי מתח (VT) + שנאי זרם (CT). בשל הבדלים בתכנון המבני, רמת מתח ומאפייני עומס מותאמים, יש להם טווחי הספק מקסימליים ותרחישי יישום שונים.

מאמר זה ינתח באופן מקיף את מאפייני הליבה של סוגים שונים של מדי חשמל מארבעה מימדים: עיקרון, לוגיקה חישובית, גבול עליון של טווח מדידה והתאמת תרחיש.

ישיר-חיבור תלת-מד חשמל AC

עיקרון חיבור ולוגיקת חישוב הספק

מדי חשמל בחיבור ישיר- אינם דורשים שנאי זרם נוספים. זרם זורם ישירות דרך סליל הזרם הפנימי, והמתח מחובר ישירות לסליל המתח הפנימי, מה שהופך אותם מתאימים למערכות חלוקת כוח-נמוכות (למשל, מתח נקוב 380V). ההספק המרבי שלהם נקבע על פי הזרם המדורג שלהם, ונוסחת חישוב הליבה היא:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × Iₙₘₐₓ × cosφ

איפה: Uₙ=380V (מתח קו מדורג של מערכת המתח הנמוך-), Iₙₘₐₓ הוא הזרם הנקוב המרבי של מד החשמל, ו-cosφ הוא גורם ההספק (בדרך כלל 0.8 לעומסים תעשייתיים ו-1 לעומסים התנגדות גרידא).

גבול עליון של הספק מרבי

אם ניקח לדוגמא את מד האנרגיה של UBS עם חיבור תלת-פאזי AC כדוגמה (החל על ערימות טעינה AC תלת-פאזיות ותרחישים אחרים), הזרם המרבי המרבי שלו הוא בדרך כלל 0.25-5 (65) A (הערך בסוגריים הוא הזרם המרבי המותר). באמצעות מתח של 380V כדוגמה, מתבצעים החישובים הבאים:

כאשר cosφ=0.8, Pₘₐₓ=√3×380V×65A×0.8≈34.45kW;

כאשר cosφ=1, Pₘₐₓ=√3×380V×65A×1≈42.9kW.

כמה יצרנים מציעים מוצרים עם זרם מרבי מותר של 120A, המקביל להספק מרבי של כ-79kW, אך ההספק המרבי הנתמך של מוצרי מיינסטרים מרוכז בטווח של 20-70kW.

תרחישים ישימים

בשל ביטול הצורך בשנאים זרם, קלות ההתקנה, עלות נמוכה ויכולת התאמה לטווחים לעומסי הספק-נמוכים, מדי אנרגיה-ישירים משמשים בעיקר עבור:

• מדידה תלת-שלבית בקהילות מגורים (כגון וילות ובתי עיר);
• עומסים מסחריים קטנים כגון חנויות קטנות וחנויות נוחות;
• ציוד במתח- נמוך,- נמוך במעבדות ובסדנאות קטנות (כגון מכונות קטנות וציוד אוורור);
• מדידת ענפי חלוקת מתח נמוך- מקומית בבנייני משרדים.

Transformer Current Transformer (CT) סוג תלת-מד אנרגיה AC

עיקרון חיבור ולוגיקת חישוב הספק

עיצוב הליבה של מד אנרגיה מסוג זה הוא "מדידת זרם קטנה + הארכת זרם גדולה": הזרם הנקוב של מד האנרגיה עצמו הוא רק 0.01-0.05 (6) A/1 (6) A (מפרט UBS), והזרם הנמדד בפועל נקבע על ידי הזרם הראשוני של ה-CT החיצוני. תפקידו של ה-CT הוא להמיר את הזרם הגדול בקו לזרם קטן (כגון 5A) קלט למד האנרגיה לפי יחס טרנספורמציה קבוע. לכן, מגבלת ההספק המקסימלית תלויה במפרט הזרם הראשי של ה-CT, ונוסחת החישוב היא:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₙ × I₁ × cosφ

כאשר: Uₙ=380V (צד מתח נמוך/מתח בינוני במתח נמוך), I₁ הוא הזרם המדורג המרבי של הצד הראשוני של ה-CT, ו-cosφ נלקח כ-0.8-1.

מגבלות כוח מקסימליות

מפרטי הזרם העיקריים של CTs מכסים טווח רחב, מ-50A עד 3000A, כאשר ההספק המרבי המתאים עולה בצורה מדורגת:

• CT קטן (50/5A): I₁=50A, Pₘₐₓ≈26.5kW;
• CT בינוני (200/5A): I₁=200A, Pₘₐₓ≈106kW;
• CT גדול (1000/5A): I₁=1000A, Pₘₐₓ≈530kW;
• CT-גדול במיוחד (3000/5A): I₁=3000A, Pₘₐₓ≈1590kW (1.59MW).

בתיאוריה, כל עוד מפרטי ה-CT תואמים, מד אנרגיה מסוג זה יכול לתמוך במדידות הספק בינוני וגבוה של 20kW-2MW, מה שהופך אותו לבחירה המרכזית עבור תרחישים תעשייתיים.

תרחישים ישימים

עם הטווח המורחב על ידי ה-CT, מד האנרגיה יכול להיות מותאם לצדדים של מתח בינוני ונמוך, כמו גם לעומסי הספק גבוהים במתח נמוך-. הוא משמש בעיקר ב:

• סדנאות מפעל קטנות ובינוניות-(כגון עיבוד שבבי, טקסטיל וייצור אלקטרוניקה);
• מדידת חלוקת חשמל עיקרית במתחמים מסחריים ובנייני משרדים;
• מעגלי סניפים לציוד-בהספק גבוה כגון מיזוג אוויר מרכזי ומעליות בסופרמרקטים ובמלונות גדולים;
• מערכות חלוקת חשמל-נמוכות בתחנות משנה ובפארקי תעשייה.

שנאי מתח (VT) + שנאי זרם (CT) בשילוב תלת-מד אנרגיה AC

עיקרון חיבור ולוגיקת חישוב הספק

סוג זה של מד אנרגיה תוכנן במיוחד עבור-מערכות חלוקת חשמל במתח גבוה (10kV, 35kV, 110kV וכו'). זה דורש גם VT וגם CT להמיר את המתח הגבוה והזרם הגבוה לערכים סטנדרטיים שמד האנרגיה יכול לעמוד בהם (מתח 100V, זרם 5A). ההספק המרבי נקבע על פי המתח המדורג של המערכת והזרם הראשי של ה-CT, מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

▶ Pₘₐₓ=√3 × Uₛ × I₁ × cosφ

כאשר: Uₛ הוא מתח הקו המדורג של מערכת המתח הגבוה-, I₁ הוא הזרם המדורג המרבי בצד הראשוני של ה-CT, ו-cosφ נלקח כ-0.8-1.

מגבלת כוח מקסימלית

רמת המתח ומפרטי ה-CT של מערכת-מתח גבוהה קובעים את הקיבולת המקסימלית שלה:

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

ביישומים מעשיים, ההספק המרבי הנתמך של מד אנרגיה מסוג זה יכול להשתרע מ-5 מגה-וואט ליותר מ-500 מגה-וואט, ומכסה באופן מלא את דרישות מדידת ההספק-הגבוהות והגבוהות-.

תרחישים ישימים

כהתקן מדידת ליבה במערכות חלוקת כוח-במתח גבוה, היישומים שלו מרוכזים מאוד ב:

• מדידת חשמל-מחובר לרשת מתחנות כוח גדולות ותחנות כוח מים;
• מדידה של קווים ראשיים בתחנות משנה אזוריות ורשתות הפצה-במתח גבוה;
• קווי ייצור-במתח גבוה בתעשיות כבדות כגון פלדה, כימיקלים ומתכות לא-ברזליות;
• מדידת תפוקת מתח גבוהה- של תחנות כוח חדשות באנרגיה (אנרגיית רוח, פוטו-וולטאית).

תַקצִיר

בקיצור, סוג החיבור הישיר מנצח מבחינת נוחות וחסכון, סוג ה-CT החיצוני מנצח מבחינת טווח מדידה גמיש, וסוג השילוב של VT+CT חזק בהתאמת מתח גבוה והספק גבוה.