MASURAREA ENERGIEI ELECTRICE ACTIVE IN CIRCUITE MONOFAZATE DE CURENT ALTERNATIV VERIFICAREA CONTOARELOR DE ENERGIE ELECTRICA

MASURAREA ENERGIEI ELECTRICE ACTIVE IN CIRCUITE MONOFAZATE DE CURENT ALTERNATIV

VERIFICAREA CONTOARELOR DE ENERGIE ELECTRICA

1. Scopul lucrarii

Lucrarea are drept scop cunoasterea contorului monofazat de inductie si a metodelor de verificare a contoarelor.

2. Aspecte teoretice

Pentru etalonarea si verificarea contoarelor se pot folosi urmatoarele metode :

- metoda wattmetrului si cronometrului;

- metoda contorului etalon ;

- metoda stroboscopica ;

- metoda de etalonare automata.

2. 1. Metoda wattmetrului si a cronometrului ('putere-timp')

Etalonarea individuala clasica se bazeaza pe numararea unui anumit numar de rotatii ale discului aparatului de verificat si pe masurarea timpului necesar pentru aceasta; se presupune ca puterea reglata cu ajutorul wattmetrului ramane constanta in timpul masurarii.

Eroarea relativa a contorului este definita de relatia :

(12. 1)

unde :

W_m - este energia masurata cu ajutorul contorului;

W - energia adevarata sau exacta.

Energia masurata poate fi scrisa sub forma :

(12. 2)

in care :

- n este numarul de rotatii ale discului contorului, efectuate in intervalul de timp t ;

- C_c este constanta contorului, in rot/kWh.

Energia electrica adevarata se determina cu relatia :

(12. 3)

in care :

P - este puterea la care se face verificarea ;

t - este timpul in care se efectueaza cele n rotatii.

Daca se introduc relatiile (12. 2) si (12. 3) in expresia (12. 1), se obtine :

(12.4)

sau:

(12. 5)

Daca se introduce notatia :

(12. 6)

rezulta urmatoarea forma pentru expresia erorii :

(12. 7)

in care :

T - este timpul teoretic in care discul contorului trebuie sa efectueze cele n rotatii, daca contorul ar functiona fara eroare la puterea : (U fiind tensiunea de alimentare a bobinei de tensiune a contorului, I - curentul ce trece prin bobina de curent a contorului, - defazajul dintre tensiunea U si curentul I).

Limitele erorilor relative ale contoarelor de energie sunt specificate in tabelul 12 .1. Tabelul 12. 1.

Observatie Metoda putere-timp consta in urmatoarele :

- pentru o anumita valoare a puterii P, se cronometreaza timpul t in care discul contorului face un anumit numar intreg n de rotatii;

- cand se face o etalonare completa numarul n se alege, pentru usurinta calculelor, multiplu de zece, astfel incat timpul t sa fie cuprins intre 50 si 70 secunde ; un timp mai scurt poate face ca eroarea de pornire si oprire a cronometrului de catre operator (aprox 0,2 sec.), devina comparabila cu eroarea permisa de clasa de exactitate a contorului si sa vicieze rezultatul masurarii. (2% din 60 s = 1,2 s).

- se calculeaza, cu relatia (12. 7) eroarea relativa.

2. 2. Metoda automata de etalonare

Metoda automata de etalonare presupune folosirea unui sistem de masurare format dintr-un traductor de putere activa monofazata, un convertor tensiune-frecventa si un calculator (fig. 12. 1).

Fig. 12. 1. Schema de principiu a metodei de etalonare automata.

Frecventa trenului de impulsuri de la iesirea convertorului tensiune-frecventa este proportionala cu puterea activa :

(12. 8)

k fiind o constanta de transfer.

Daca in formula (12. 5) se inlocuieste puterea cu relatia (12. 8), se obtine :

(12. 9)

In relatia (12. 9) se observa ca produsul dintre frecventa de la iesirea convertorului tensiune-frecventa si timpul in care se face masurarea este chiar numarul de impulsuri N preluate de calculator.

In consecinta, relatia cu care se poate determina eroarea contorului este :

(12. 10)

Cu ajutorul relatiei (12. 10) se poate determina eroarea contorului de verificat.

3. Chestiuni de studiat

3. 1. Verificarea contorului la mersul in gol.

3. 2. Verificarea sensibilitatii contorului.

3. 3. Verificarea exactitatii contorului si trasarea curbei de erori

[%]= f(I/I_n) prin metoda wattmetru-cronometru.

3. 4. Verificarea exactitatii contorului cu instalatia de etalonare automata.

4. Mod de experimentare

Pentru verificarile de la punctele 3.1. - 3.3. se foloseste schema din fig. 12.2.

Fig. 12. 2. Schema de montaj pentru verificarea exactitatii contorului prin metoda wattmetru-cronometru.

In schema se folosesc :

- ATR - autotransformator reglabil de (120/0240) V;

- T - transformator de 120V/10V-10A cu prize de cate 1 V;

- R_h - reostat de 1; 10 A;

- C - contor monofazat cu capacitate mare de masurare, tip CAM 6;

- W - wattmetru electrodinamic monofazat ;

- A - ampermetru electrodinamic ;

- V - voltmetru electrodinamic sau feromagnetic;

- RF - regulator de faza.

Observatie. Montajul utilizat la verificarea contorului este un montaj cu surse separate, adica curentul este obtinut dintr-un circuit cu tensiune mica obtinuta de la transformatorul coborator T (120/12V), iar tensiunea este furnizata de regulatorul de faza care va livra un curent mic necesar voltmetrului, bobinelor de tensiune ale wattmetrului si contorului.

Avantajele acestei scheme sunt:

- putere mica necesara si energie putina consumata (doar de instrumente si dispozitivele de reglaj);

- reglaj usor al defazajului prin utilizarea regulatorului de faza.

Verificarile contorului se fac dupa aplicarea tensiunii timp de cel putin jumatate de ora si dupa ce contorul a fost parcurs de curent un timp suficient pentru obtinerea stabilitatii in functionare.

4. 1. Verificarera la mersul in gol

Se face in felul urmator :

- se alimenteaza bobina de tensiune a contorului, intai la 0,8 U_n , apoi la tensiunea de 1,1 U_n, curentul prin bobina de curent fiind nul.

- in aceasta situatie, discul contorului poate sa se miste usor, dar in nici un caz sa nu faca o rotatie completa; semnul marcat pe disc se opreste de obicei in dreptul semnului de pe capac.

4. 2. Sensibilitatea contorului

Se va verifica astfel :

- se aplica contorului tensiunea nominala, frecventa nominala,

cos = 1 si un curent egal cu 0,5% din curentul de baza,

- discul contorului va trebui sa porneasca singur si sa efectueze cel putin o rotatie completa.

Observatie: Aceste doua probe au drept scop verificarea reglajului realizat cu dispozitivul pentru compensarea frecarilor.

El este realizat sub forma unui surub aflat deasupra discului, langa electromagnetul de tensiune asezat tangential la disc. Prin pozitia sa excentrica el creeaza un cuplu ce compenseaza frecarile in lagare si mecanismul integrator.

4. 3. Verificarea clasei de exactitate a contorului

Se efectueaza in modul urmator:

- se alimenteaza contorul la tensiunea nominala, cos = 1, frecventa nominala si curenti de valori : (5, 10, 20, 50, 75, 100, 200, 300, 400)% din curentul de baza;

- se calculeaza puterile active corespunzatoare acestor curenti si se regleaza exact la wattmetru valorile obtinute, regland curentul din circuit;

- se determina erorile pentru fiecare valoare a puterii astfel reglate;

- se alimenteaza contorul la tensiunea nominala, cos = 0,5; frecventa nominala si curenti de valori : (10, 20, 50, 75, 100, 200, 300, 400)% din curentul de baza;

- se determina erorile pentru fiecare valoare a puterii corespunzatoare acestor curenti la cos = 0,5;

- se vor trasa apoi curbele erorilor = f (I/I_n), pentru ambele cazuri, pe o aceeasi diagrama.

Limitele erorilor relative trebuie sa corespunda celor indicate in tabelul 12. 1.

Observatie Se recomanda a se incepe verificarea contorului la valoarea curentului de baza I_n, careia ii corespunde puterea nominala . Se calculeaza :

(12. 11)

Se alege n intreg si, pentru usurinta calculelor, multiplu de zece, se calculeaza T cu relatia (12. 5).

La toate determinarile de erori se urmareste ca indicatia wattmetrului sa fie reglata cat mai exact, pe toata durata cronometrarii, deoarece el este aparatul etalon in aceasta determinare, chiar daca ampermetrul nu indica valoarea exacta a curentului dorit.

Pentru a stabili un anumit defazaj, de exemplu cos = 0,5, se foloseste regulatorul de faza.

Pentru aceasta se regleaza tensiunea nominala, curentul de baza si se determina pozitia regulatorului (regland in sens inductiv), pentru care puterea la wattmetru devine: P = 0,5 U_nI_n

Pentru celelalte determinari, cu acelasi cos , pozitia regulatorului de faza se pastreaza.

Datele si rezultatele se trec in tabelul 12. 2.

Tabelul 12. 2.

Observatie: Determinarea erorilor pentru cosj = 1 si cosj=0,5 are drept scop verificarea reglarii corecte a cuplului rezistent din magnetul permanent si a reglajului unghiului intern b al contorului; acesta se regleaza din cursorul rezistentei variabile pe care se inchide o infasurare aflata pe electromagnetul de curent.

Observati prin capacul contorului aceste dispozitive de reglaj!

4. 4. Verificarea automata a contorului

Se foloseste schema din figura 12. 3, in care:

TP - traductor monofazat de putere activa ;

U/f - convertor tensiune-frecventa ;

C - contorul de verificat ;

ATR - autotransformator reglabil (120/0240)V ;

RF - regulator de faza ;

R_h - reostat de reglaj al curentului ;

A - ampermetru electrodinamic ;

V - voltmetru feromagnetic.

Fig. 12. 3. Schema pentru verificarea automata a contorului .

in care:

TP - traductor monofazat de putere activa ;

U/f - convertor tensiune-frecventa ;

C - contorul de verificat ;

ATR - autotransformator reglabil (120/0240)V ;

RF - regulator de faza ;

R_h - reostat de reglaj al curentului ;

A - ampermetru electrodinamic ;

V - voltmetru feromagnetic.

La iesirea traductorului de putere activa, se obtine un semnal de tensiune 010 V. Valoarea maxima (10V) corespunde unei puteri active de 220W. Acest semnal este aplicat convertorului tensiune-frecventa.

Pentru puterea activa maxima (220W), se obtine frecventa maxima la iesirea convertorului tensiune frecventa (U/f) de 10 kHz. Constanta de conversie este: k = 9,09 Hz/W

Verificarea automata a contorului se face prin parcurgerea urmatoarelor operatii :

- se introduc in calculator datele nominale ale contorului de verificat;

- se alimenteaza schema de masurare si, in momentul in care se incepe numararea rotatiilor, pe care le va efectua discul contorului, se porneste programul de numarare a impulsurilor;

- se fac masurari pentru parametrii specificati la punctul 4. 3.

- programul va efectua prelucrarea datelor pentru cele doua seturi de masurari, afisand erorile, precum si curba de erori.

5. Intrebari recapitulative si aplicatii

5.1. Ce semnifica mersul in gol al unui contor si cum se verifica?

5.2. Ce reprezinta sensibilitatea contorului si cum se verifica ?

5.3. Cum se determina eroarea la un contor de inductie cu metoda putere- timp? Care sunt aparatele etalon in aceasta verificare?

5.4. De ce se alege timpul de etalonare de 50-70 s ?

5.5. De ce se face verificarea contorului de inductie atat la cos j =1 cat si la cos j = 0,5 ?

5.6. Comparati cele doua metode de verificare a clasei de exactitate studiate in lucrare.

5.7. Schitati organigrama programului de numarare a impulsurilor, care ar putea fi folosita in programul de etalonare al contorului din lucrare.