(детализация изображений рассчитана на компьютерный экран)
НЕВЕРНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
В утверждении, вынесенном в заголовок, истинна только та его часть, которая выражена словами «умный счётчик» и «ложные показания». Главный же догмат поверья — о «суммарных соседских токах» — неверен абсолютно. Распространяется он в народе посредством схем вроде этой, изображенной мной как обобщённое множество виденных в Интернете:
Дескать, все соседские токи потребления арифметически складываются в нейтральном проводнике и через единственное повторное заземление нейтрали системы TN-C-S устремляются в «умный» счетчик единственного по правилам заземлившегося абонента. А при отрыве магистрального нулевого проводника от трансформатора (как показано на картинке) через счетчик «жертвы» текут особенно большие соседские токи.
Меня, домохозяйствующего субъекта, нуждающегося в услугах квалифицированных специалистов, удручает глубина и широта распространения подобной ереси в среде практикующих электриков, не имеющих права ошибаться в базовых понятиях электротехники.
Отраженные на схеме процессы были бы верны для сетей с однофазной генерацией/трансформацией электроэнергии, но к ним «электроустановки жилых и общественных зданий» не подключаются!
ВЕРНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Чтобы в общих чертах описать распределение токов в реальной, трёхфазной сети изобразим её полностью и приложим к изображению некоторые элементарные знания:
НАТУРНЫЕ ЗАМЕРЫ
От теоретических воззрений перейдем к практике: к анализу работы трехфазной электроустановки индивидуального жилого дома, присоединённой к старой поселковой электросети в Новой Москве.
Сеть во многом показательна — не самая запущенная, не самая передовая — каких много. Группа потребителей, состоящая из 40-50 домохозяйств, запитана от КТП 630 кВА, обновленной 3,5 года тому назад. Четыре радиальных воздушные линии протянуты проводом СИП 25mm2, без повторного заземления нейтрали на опорах. Линии чрезмерно протяженные и с ответвлениями, поэтому у значительной части абонентов напряжение ниже нормы. Система заземления TN-C-S если и есть ещё у кого-нибудь, кроме меня, то у единиц. В ближайшей округе нет точно, а вероятнее всего, нет ни у кого. От моей электроустановки до трансформаторной подстанции 275 метров по проводам и 190 метров по грунту с сопротивлением 1,6 Ом между её заземлителем и моим. Контур заземления в доме — классический «треугольник», сваренный из стального уголка, заглубленный на два метра под полом теплого цокольного этажа. Грунт – суглинок тугопластичный с прослойками песка, хорошо увлажненного большую часть года.
Восемь месяцев тому назад в линии PE домашнего распределительного щита было установлено реле контроля тока (1), настроенное на отключение всей электроустановки при достижении значения выше 5A, и амперметр (2).
Два месяца тому назад там же был установлен многофункциональный измерительный прибор EKF SM-G33H, снимающий показания сети с помощью измерительных трансформаторов тока класса точности 0.5S, максимальной для приборов учёта в жилом секторе.
Прибор работает круглосуточно, снимая показания каждые 1,5 секунды по 74 параметрам (42 из них — гармоники), и через преобразователь интерфейсов по UTP-сети сохраняет их на компьютере в файлах ежесуточных отчётов в формате csv.
За восемь месяцев наблюдений реле (1) сработало один раз — при послеаварийном запуске трансформаторной подстанции. В остальное время амперметр (2) показывает значения, редко поднимающиеся выше 2A. В основном они колеблются около 1A.
Подробный суточный отчет, содержащий два интересующих нас показателя «Ток в цепи PE» и «Активная мощность в цепи PE», получен с помощью прибора SM-G33H (3) и представлен ниже. На время проведения подробных измерений через один из трансформаторов фазного тока пропущен провод PE.
Средневзвешенные за сутки показатели тока, активной мощности и коэффициента мощности (Cos φ) показаны в верхнем правом углу изображения.
Замеры и вычисления прибор проводит по тем же алгоритмам, что и «умный» счётчик: замеряет ток, умножает его на напряжение фазы, и, определив косинус Фи, вычисляет активную мощность — показатель, используемый для начисления платежей за потреблённую электроэнергию.
Обратим внимание на любопытную деталь: кривая активной мощности (обозначена красным) периодически и часто опускается ниже нуля, что следует интерпретировать как поступление электроэнергии извне. Такое может случаться при остановках электродвигателей, при подключении к сети солнечных батарей и т.п. Но, предположительно, здесь в основе необычных результатов лежит невозможность для прибора учёта выделить одну из трех синусоид суммарного тока в нейтрали для сопоставления её с единственной синусоидой соответствующего фазного напряжения. Поэтому на графике активной мощности мы видим результат проекции друг на друга четырех синусоид, да ещё, скорее всего, гармонически искаженных.
Расчёт этот действует в пользу потребителя: вместо типичного для жилого сектора коэффициента мощности 0.85-0.9, в устройстве перемножения сигналов «умного счётчика» (см. рисунок ниже) показатель снижается до 0.51.
Однако при этом устройство перемножения сильно «накручивает» результат в пользу поставщика, беря в расчёт активной мощности не реальное напряжение 1,36 Вольта, обусловленное сопротивлением грунта 1.6 Ом, а то единственное, что ему доступно с датчика фазного напряжения, ≈ 230 Вольт.
Для честного расчёта «умный» счётчик» недостаточно «умён»:
ТЕОРЕТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНО, ПРАКТИЧЕСКИ МАЛОВЕРОЯТНО.
Теоретически, при стечении многих обстоятельств протекание токов потребления через соседские приборы учёта возможно. Связь электроустановок при этом будет выглядеть принципиально иначе: не напрямую через общую нейтраль, как было показано на первом рисунке, а через пары заземлителей — между индивидуальными нейтралями, как показано ниже. Общность фаз при этом не обязательна.
Схема описана в видеоблоге профессионального и авторитетного энергетика Александра Малькова «Электросчетчик накручивает много?»
В отличие от схемы, приведенной в начале статьи, она описывает реальные физические процессы.
Однако для того, чтобы она «заработала», вызвав на длительном периоде значительные переплаты за электроэнергию, необходимо одновременное выполнение нескольких условий:
1. Обе электроустановки должны быть заземлены по системе TN-C-S
2. Переходное сопротивление нейтрали Абонента R1 в точке присоединения к магистрали должно быть достаточно низким (хороший контакт).
3. Переходное сопротивление нейтрали Соседа R2 в точке присоединения к магистрали должно быть довольно высоким (плохой контакт).
4. Повышение переходного сопротивления R2 должно произойти для Соседа незаметно (контакт не должен искрить, свет не должен мерцать и тускнеть). В противном случае Сосед озадачится устранением аварии.
5. Сопротивление грунта R3 между заземлителями трансформаторной подстанции и Соседа должно быть заметно выше, чем сопротивление R4 между заземлителями Абонента и Соседа.
6. В округе не должно быть других повторных заземлений нейтрали
7. Потребление Абонента должно быть ниже потребления Соседа, чтобы счётчик Абонента автоматически переключался на учет по датчику «нуля».
Какова вероятность одновременного выполнения всех вышеперечисленных условий в современных российских поселковых сетях? Я бы сказал, доли процента. И критически снижается она с первого же условия: «Обе электроустановки заземлены по системе TN-C-S»…
Особо следует подчеркнуть, что сосед совершенно не мотивирован к злонамеренному доведению своей электроустановки до описанного состояния, т.к. платит он по своему счётчику в любом случае.
ВЫВОДЫ И ОБОБЩЕНИЯ:
- Токи, протекающие через «умный» счетчик по PEN и PE-проводникам, — это не токи «соседской» нагрузки, а токи несимметрии трехфазной сети.
- Активная нагрузка, формируемая этими токами, ничтожна.
- Распределенная «соседская» нагрузка на трехфазную сеть минимизирует токи и напряжения несимметрии в общей нейтрали, тем самым минимизируя показания «умного» счетчика, а не наоборот.
- «Умные» счетчики, «считающие по нулю», демонстрируют повышенное потребления не по причине протекания через них больших токов, а в силу своего конструктивного несовершенства.
- Большая, аварийная несимметрия, вызванная отрывом нейтрали, сигнализирует о себе явными частыми перепадами напряжения, а потому устраняется оперативно и не может служить причиной длительного периода переплат за электроэнергию.
- Если аппаратные причины неверного учёта просты и понятны, то скрытая от пользователя программная часть учёта анализу не поддаётся и может содержать в своих алгоритмах и ошибки, и особые подходы к вычислениям, приводящие к непредсказуемым результатам. В данной статье рассматривался наиболее вероятный вариант «умного» счётчика, автоматически переключающего датчики тока между фазным и нейтральным по максимальному значению, не суммируя их показания.
- Проблема «учёта по нулю» однофазными счётчиками, включёнными в электроустановки с системой заземления TN-C-S, действительно существует. Если эта функция в приборе, активирована, то в подавляющем количестве случаев для запуска ложного учёта не требуется никаких экзотических условий или их сочетаний, кроме единственного — полного снятия нагрузки с электроустановки Абонента.
- Чтобы решить проблему без участия ненадёжных «программистов» из Россетей, лучше всего организовать разделение PEN-проводника ДО прибора учёта. Таким образом будет исключено протекание токов несимметрии через его датчик нейтрали. Это нетрудно осуществить с помощью профессионального электромонтажника. Организуя отвод от отвода, как показано на рисунке, вы не затрагиваете магистральный нейтральный провод. А возможные возражения со стороны Россетей следует рассматривать как препятствование исполнению нормативных требований.
P.S. Тема проникновения аварийных токов через систему заземления TN-C-S заслуживает внимания сама по себе, безотносительно к разговору о приборах учёта электроэнергии.
О проникновении самых больших аварийных токов уже можно прочитать здесь.
О проникновении аварийных токов поменьше — позже...
* * *
Оглавление "Книги поверий вольного электрика" здесь.