Однофазные и трехфазные счетчики изготавливаются на номинальные токи до 100 А, изготовить приборы на большие номинальные токи затруднительно, так как сечение провода последовательной обмотки получается чрезмерно большим.
Кроме того, появляются затруднения при выборе числа витков обмотки, которая в этом случае имеет один или два витка. При больших номинальных токах ампер-витки обмотки могут отличаться от тех, которые выбраны за номинальные при малых токах через обмотку. Это может привести к изменению характеристики счетчика, иногда нежелательному.
Например, для счетчика типа СО-2, у которого номинальное количество ампер-витков последовательной обмотки равно 70, при номинальном токе 50 А количество витков может быть выбрано равным 1 или 2. В первом случае номинальное количество ампер-витков будет равным 50, во втором – 100, то есть в обоих случаях мы получим изменение основных характеристик прибора: вращающего момента, нагрузочной кривой.
Поэтому при больших номинальных токах, последовательные обмотки счетчиков обычно включают через измерительные трансформаторы тока (ТТ), как это показано на рисунке 1. Такое подключение наиболее часто встречается в сетях до 1 кВ.
Параллельные цепи включаются на фазное напряжение сети, а последовательные цепи включаются через ТТ. Последовательная обмотка счетчика при этом рассчитывается на номинальный ток 5А и питается от вторичной обмотки ТТ.
Иногда применяют измерительные трансформаторы с номинальным вторичным током 1А, при этом сопротивление нагрузки трансформатора может быть выбрано большим, что позволяет располагать счетчик на значительном расстоянии от трансформатора.
Параллельные обмотки счетчиков обычно изготавливают на напряжение до 500 В. При более высоких напряжениях для обмотки параллельной цепи приходится применять провод слишком малого сечения.
Поэтому при больших напряжениях сети, обмотки параллельных цепей счетчиков изготавливаются на номинальное напряжение до 100 В и включаются через измерительные трансформаторы напряжения (ТН), как это показано на рисунке 2, где изображена схема подключения двухэлементного трехфазного прибора учета. Такие схемы учета применяются в сетях 6-35 кВ.
Обмотка средней фазы ТН заземляется, а учет ведется по двум фазам. Катушки напряжения при этом включаются на линейное напряжение 100 В. При соединении приемников по схеме «звезда» или «треугольник» для учета энергии достаточно иметь два однофазных счетчика или один двухэлементный трехфазный, что легко может быть доказано по первому закону Кирхгофа.
В первичной цепи ТН устанавливаются трубчатые предохранители высокого напряжения, защищающие сеть от коротких замыканий в измерительных трансформаторах и их цепях. Во вторичной цепи ТТ предохранители не ставятся, так как нормальный режим работы этих трансформаторов, это режим короткого замыкания. Размыкание их вторичной цепи приводит к разрушению и возникновению опасного потенциала на выводах вторичной обмотки.
На рисунке 3 приведена схема учета, наиболее часто встречающаяся в сетях 110 кВ и выше. Последовательная и параллельная цепи прибора учета включаются через измерительные ТТ.
Для питания цепей напряжения счетчика всегда применяется вторичная обмотка ТН соединенная по схеме «звезда». В этом случае катушки параллельной цепи подключаются на фазное напряжение 100/√3, и полностью отражают изменения напряжения по фазам в первичной сети. ТН в сетях 110 кВ и выше предохранителями со стороны высокого напряжения не защищаются.
На рисунках 2 и 3 подключение прибора учета к вторичным цепям ТН показано несколько упрощенно. На самом же деле, вторичные цепи ТН через клеммные зажимы в ящиках ТН, подаются на шинки напряжения, располагаемые на панелях щита постоянного тока. С шинок напряжения сигнал распределяется на цепи учета, релейной защиты и сигнализации.
Предохранители во вторичных цепях располагают непосредственно у ТН в их ящиках, там же для вывода ТН в ремонт, располагаются рубильники цепей напряжения. Заземление средней фазы вторичной обмотки ТН производится на клеммных рядах в панелях щитов постоянного тока (ЩПТ).
Применение измерительных трансформаторов дает ряд преимуществ, при учете энергии, в частности позволяет наиболее экономично производить измерения в высоковольтных сетях, повышает устойчивость и надежность схем измерения и обеспечивает безопасность обслуживающего персонала при работе на стороне низкого напряжения.
Каждый из измерительных трансформаторов, через которые включены элементы счетчика, имеет собственные погрешности, как амплитудную, так и фазовую. Погрешности, вносимые измерительными трансформаторами, обычно невелики и ими можно пренебречь.
Более значительные погрешности могут возникнуть при неправильном включении прибора учета с измерительными трансформаторами. Например, если поменять местами выводы вторичных цепей ТТ, промаркированные И1 и И2, в двухэлементном или трехэлементном счетчике, это приведет к значительному недоучету электроэнергии.
По окончании монтажа прибора учета, перед его опломбировкой снимаются векторные характеристики счетчика, с целью определения правильности подключения измерительных трансформаторов.