Transcript

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

1

Montarea contoarelor şi

erori de măsurare

În cazul când tensiunile şi curenţii din circuit depăşesc

valorile nominale ale contoarelor trifazate, acestea trebuie

conectate prin intermediul transformatoarelor de măsurare. Se pot

utiliza montaje cu transformatoare de măsurare de curent sau de

tensiune şi montaje indirecte, cu ambele tipuri de transformatoare

de măsurare.

În Fig.4.1, se prezintă conectarea contoarelor în montaj

indirect, împreună cu aparatele necesare pentru măsurarea

curenţilor, tensiunilor, puterilor active şi reactive.

Montaje indirecte

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

2

Fig.4.1. Montaj indirect, circuit trifazat fără conductor neutru.

Pentru a monta corect un contor, trebuie respectate schema

de conexiuni indicată de fabricant precum şi reţeaua electrică în

care se introduce aparatul. Montarea corectă presupune

cunoaşterea succesiunii fazelor reţelei şi respectarea aceloraşi

succesiuni la bornele de tensiune ale contorului. De asemenea, se

impune realizarea concordanţei între bornele contorului şi ale

transformatoarelor de măsurare, respectându-se polaritatea

acestora.

La contoarele monofazate, erorile de montaj sunt rare,

datorită schemelor simple, iar identificarea legăturilor se face

uşor. Cea mai frecventă eroare constă în inversarea sensului de

circulaţie a curentului în bobină, ceea ce are ca urmare rotirea

discului în sens contrar celui normal; această eroare poate fi uşor

observată şi remediată.

La contoarele trifazate, nerespectarea succesiunii corecte a

fazelor conduce la apariţia erorilor. De asemenea, înlocuirea unui

conductor de fază cu conductorul neutru, în afara faptului că

determină o înregistrare greşită a energiei, poate produce arderea

bobinelor de tensiune, din cauza aplicării tensiunii de linie în loc

de cea de fază.

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

3

La montarea indirectă a contoarelor prin transformatoare

de măsurare, cauzele care pot produce erori sunt şi mai

numeroase. Se pot conecta greşit circuitele de curent sau de

tensiune ale contoarelor la înfăşurările secundare ale

transformatoarelor de măsură sau se poate întrerupe un conductor

de legătură între contor şi transformatorul de măsură. Un exemplu

de conectare greşită este prezentat în Fig.4.2, unde s-au inversat

legăturile la borne de curent ale primului sistem de măsurare.

Fig.4.2. Conectare greşită.

La conectarea corectă, puterea integrată de contor este:

)*332

*112Re( IUIUP (4.1)

care, în cazul unei sarcini trifazate echilibrate şi al tensiunilor

simetrice, devine:

cos3

30cos30cos 332112

ll IUP

IUIUP

(4.2)

În cazul inversării curentului de pe faza întâia, puterea

integrată are expresia:

]*332)*

1(12Re[' IUIUP (4.3)

relaţie care devine pentru sarcina trifazată echilibrată:

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

4

sin'

)30cos(332

)30180cos(112

'

lI

lUP

IUIUP

(4.4)

Rezultă:

P P ctg KP ' '3 (4.5)

coeficientul de corecţie K variind în funcţie de defazajul

circuitului. Pentru 0 , discul contorului se opreşte, la 600

aparatul măsoară corect etc.

Fig.4.3. Defecte la montarea contorului trifazat.

Tabelul 4.1.

1. Arderea siguranţei de pe faza 1

- punctul a - K

2 3

3 tg

2. Arderea siguranţei de pe faza 3

- punctul b -

3. Arderea siguranţei de pe faza 2

- punctul c -

K = 2

tg3

32

K

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

5

În cazul montajelor indirecte cu transformatoare de

măsurare de tensiune (Fig.4.3), factorul de corecţie K pentru

diverse defecte este prezentat în Tabelul 4.1.

De exemplu, în cazul arderii siguranţei de pe faza a doua,

eroarea nu depinde de factorul de putere din circuit şi contorul

măsoară jumătate din energia reală.

Marii consumatori, cu pondere considerabilă în utilizarea

energiei electrice, sunt urmăriţi cu multă atenţie, pentru

aplatizarea curbei de sarcină a sistemului energetic. Din aceste

motive, tarifarea se face atât după valoarea energiei, cât şi după

momentul din zi în care s-a consumat, unele situaţii având în

vedere şi puterea sub care se transferă energia. Este deci vorba, pe

de o parte, de contorizarea separată în diverse ore ale zilei sau ale

nopţii, şi pe de altă parte, de înregistrarea valorii maxime a puterii

debitate spre consumator.

Când consumatorul posedă instalaţii de producere a

energiei electrice, pe care o poate debita în sistemul energetic, este

necesar a se prevedea modalităţi distincte de înregistrare a

energiei scurse în cele două sensuri. Din aceste considerente, s-au

dezvoltat contoare prevăzute cu funcţii suplimentare.

Contoarele cu dublu tarif se utilizează la măsurarea

energiei electrice transmise spre consumatori, în scopul stimulării

acestora pentru a funcţiona în special în orele de sarcină mică,

tariful fiind, în acest timp, mai redus.

Contorul face distincţia între energia consumată în orele de

vârf de sarcină şi aceea consumată în orele de gol. Din acest

motiv, în contorul echipat cu sistemele de măsurare necesare, se

montează două sisteme de totalizare acţionate de la acelaşi ax al

Contoare de inducţie cu

funcţii suplimentare

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

6

contorului. Cuplarea unuia sau a altuia din aceste două

totalizatoare cu role se face cu un releu electromagnetic de

separare acţionat din exterior. Releul electromagnetic se

acţionează în curent continuu obţinut prin redresarea tensiunii

alternative ce alimentează şi contorul (Fig.4.4). Cadranul 2C al

contorului se foloseşte pentru tariful cu preţ ridicat, iar cadranul

C1 pentru tariful cu preţ redus. În mod uzual, contorul cu dublu

tarif se montează împreună cu un ceas de contact de tip electric,

care asigură comanda în timp a releului electromagnetic. Acest

ceas de contact poate închide şi deschide un contact ce suportă

curenţi de ordinul 1 A, pe o durată reglabilă, minimum 1 oră.

Fig.4.4. Contor cu dublu tarif.

Contoarele de vârf se utilizează atunci când energia se

facturează global până la o anumită putere consumată, iar pentru o

putere superioară limitei stabilite, consumată accidental de abonat,

energia este tarifată în kWh. Astfel, abonatul poate consuma o

putere mai mare decât cea fixată, plătind însă suplimentar. Dacă

puterea consumată rămâne sub cea limită, discul contorului stă pe

loc. Această funcţie se realizează printr-un dispozitiv care se

ataşează la un contor normal, dispozitiv realizat pe baza unui

resort care furnizează un cuplu antagonist constant (şi reglabil),

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

7

determinat de valoarea limită a sarcinii, începând de la care

contorul trebuie să înregistreze.

Contorul de depăşire serveşte la înregistrarea consumului

care depăşeşte o anumită limită fixă, separat de consumul total

( Fig.4.5).

Consumul ce depăşeşte pe cel corespunzător puterii limită

se plăteşte cu un preţ mai ridicat. Contorul de depăşire se

utilizează în cazul în care lipsa de putere disponibilă (la vârf de

sarcină) determină un preţ mai ridicat al energiei consumate în

acest interval de timp.

Contorul cu indicator de putere maximă se utilizează în

sistemul de tarifare a energiei în care, în afara energiei înregistrate

în perioada de taxare, se ţine seama şi de puterea maximă

absorbită în acest interval de timp. Puterea maximă absorbită de

consumator se determină ca medie pe un interval scurt de timp, de

regulă 15 minute. Funcţiile unui contor cu indicator de putere

maximă sunt multiple, putând conţine şi dublul sistem de tarifare,

din care un sistem funcţionează simultan cu înregistrarea puterii

maxime, iar celălalt atunci când se deconectează mecanismul

respectiv. Contorul este prevăzut cu releul de conectare al tarifului

de noapte, acesta urmând să sisteze măsurarea puterii maxime.

Comanda acestui releu se poate da de la un ceas de contact, plasat

alături de contor, sau centralizat, de la un sistem de telecomandă

pentru mai mulţi consumatori. Celelalte funcţii ale contorului cu

indicator de putere maximă sunt:

Fig.4.5. Referitor la

contorul de

depăşire.

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

8

- integrarea puterii pe un interval de timp;

- memorarea valorii energiei integrate;

- afişarea acestei valori;

- afişarea şi memorarea celei mai mari valori pe care a

avut-o energia în diverse intervale de integrare;

- anularea tuturor informaţiilor afişate după citirea

contorului, la sfârşitul perioadei de facturare.

Un exemplu de aparat de acest tip îl reprezintă contorul

trifazat de energie activă cu dublu tarif şi dublu indicator tip 1 CA

2 IMDT. Aparatul este destinat înregistrării energiei electrice

active consumate în reţele cu sau fără conductor neutru şi

măsurării concomitente a puterii maxime absorbite de

consumatori. Părţile componente sunt:

- contorul de comandă, care este un contor obişnuit cu

două sau trei sisteme de măsurare;

- mecanismul cu dublu indicator de maxim.

Schema de montaj pentru contorul 1 CA 2 IMDT cu trei

sisteme, conectat prin transformatoare de măsurare de curent, este

prezentată în Fig.4.6.

Fig.4.6. Schema de conectare pentru contorul 1 CA 2 IMDT.

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

9

Mecanismul indicator de maxim preia mişcarea de la

echipajul mobil al contorului şi indică puterea maximă cerută de

consumator pe fiecare tarif. Puterea maximă este de fapt maximul

puterilor medii determinate pe intervale de câte 15 minute.

Perioada de integrare de 15 minute este dată de un micromotor

sincron cu reductor, înglobat în contor. Acesta acţionează o camă

la sfârşitul fiecărei perioade de integrare şi închide un contact

electric pentru un timp scurt ( 4… 5) secunde. Prin acest contact,

se alimentează cuplajul electromagnetic din mecanismul cu

indicator de maxim, care determină revenirea la zero a acului

indicator şi începutul unui nou ciclu de măsurare. Acul indicator

pasiv rămâne în poziţia corespunzătoare puterii maxime cerute.

Contorul cu un singur sens de înregistrare este prevăzut

cu o frână mecanică ce nu permite discului să se rotească decât

într-un singur sens. Se utilizează pentru contorizarea energiei

electrice într-un sens bine definit (sistem consumator,

consumator sistem) fiind folosit acolo unde consumatorii

dispun şi de posibilităţi proprii de producere a energiei electrice,

pe care o pot livra sistemului energetic.

Fig.4.7. Conectarea contorului cu generator de impulsuri.

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

10

Contorul cu generator de impulsuri se utilizează pentru

transmiterea la distanţă a energiei electrice sub formă de

impulsuri, la diferite aparate receptoare. Din punct de vedere

constructiv, contoarele cu generator de impulsuri sunt contoare

trifazate în care s-a montat un traductor de turaţie. Schema de

conexiuni este prezentată în Fig.4.7.

Din analiza lanţurilor de măsurare specifice utilizate pentru

energie electrică, rezultă că există două elemente care conduc la

apariţia unor erori mari la măsurarea puterii electrice (şi implicit,

la măsurarea energiei electrice): contorul de energie şi

transformatoarele de măsurare.

Cele mai importante creşteri ale erorilor de măsurare se

datorează transformatoarelor de măsurare inductive, în special

transformatoarelor de curent. Regimurile de funcţionare la curenţi

mici, cu semnale deformate şi în prezenţa unor defazaje mari între

curenţi şi tensiuni, sunt cauzele esenţiale ale creşterii erorilor de

măsurare. Cu toate problemele ridicate de aceste transformatoare

clasice de măsurare, este clar că nu se va putea renunţa la prezenţa

lor în lanţurile de măsurare, din cauza costurilor enorme implicate

într-o acţiune de acest tip.

Măsurarea mărimilor electrice în instalaţiile

electroenergetice implică utilizarea transformatoarelor de

măsurare (de curent şi de tensiune). Acestea au fost alese încât

parametrii nominali să permită o măsurare corectă a valorilor

efective ale curenţilor şi ale tensiunilor.

Schema montajului pentru măsurarea puterii active într-un

circuit monofazat de curent alternativ cu utilizarea transforma-

SURSE DE ERORI LA

MĂSURĂRI ÎN CIRCUITE

TRIFAZATE

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

11

toarelor de măsurare este prezentată în Fig.4.8. Diagrama fazorială

a curenţilor şi tensiunilor din circuitul primar şi din cel secundar al

transformatoarelor de măsurare este prezentată în Fig.4.9.

Fig.4.8.Măsurarea puterii active Fig.4.9.Diagrama fazorială.

în circuit monofazat.

Puterea activă reală consumată în circuitul primar are

expresia:

11111 ,cos IUIUP (4.6)

iar puterea indicată de wattmetrul conectat în circuitul secundar al

transformatoarelor de măsurare se determină cu relaţia:

IUW IUIUIUP cos,cos 222222 (4.7)

Puterea activă din circuitul primar al transformatoarelor se

determină cu relaţia:

IUuninWuninm IUkkPkkP cos221 (4.8)

Eroarea relativă de măsurare a puterii electrice, definită

prin relaţia:

1

cos

cos

1

1

2

1

2

1

1

1

11

1

1

IUunin

mm

U

Uk

I

Ik

P

P

P

PP

P

P

(4.9)

conduce la expresia:

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

12

tg0291.0%%%%1

1IUUIW

P

P

(4.10)

Erorile de unghi U şi I ale transformatoarelor de măsurare

sunt exprimate în minute, iar W reprezintă eroarea proprie a

aparatului de măsurat.

Expresia (4.10) arată că, la măsurarea puterii electrice

active prin intermediul transformatoarelor de măsurare, intervin

erorile de raport şi de unghi ale celor două transformatoare de

măsurare. În Fig.4.10.a, este reprezentată grafic eroarea relativă

de măsurare, provocată de erorile de unghi ale transformatoarelor

de măsurare, conform expresiei:

tg0291.0% IU (4.11)

Eroarea totală de măsurare a puterii reactive (energiei

reactive) are o expresie similară:

ctg0291.0%%%%1

1IUUIVAR

Q

Q

(4.12)

Eroarea relativă de măsurare a puterii reactive, datorată

erorilor de unghi ale transformatoarelor de măsurare, este

proporţională cu cotangenta unghiului de defazaj (Fig.4.10.b):

ctg0291.0% IU (8)

a) b)

Fig.4.10. Eroarea la măsurarea: a) puterii active; b) puterii reactive.

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

13

În concluzie, eroarea de măsurare a puterii (energiei)

electrice depinde de erorile de unghi ale transformatoarelor de

măsurare, fiind ponderată de valoarea defazajului din circuit.

Deoarece defazajul din circuit variază continuu, se pot

exprima aceste erori de măsurare ca fiind datorate unei variaţii de

fază. Din analiza teoretică, au rezultat următoarele relaţii:

]ctg)sin(1)[cos(/

]tg)sin(1)[cos(/

QQ

PP (4.13)

Variaţia acestor erori relative în funcţie de defazajul se prezintă

în Fig.4.11; se observă nelinearitatea fenomenelor.

Fig.4.11. Eroarea de măsurare a puterii active şi reactive.

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

14

Rezultatele studiului conduc la următoarele observaţii:

- erorile de măsurare ale puterii şi energiei electrice

(activă şi reactivă) sunt proporţionale cu cele făcute la măsurarea

valorilor efective ale tensiunii, curentului, respectiv cu eroarea de

măsurare proprie a aparatului conectat în secundarul

transformatoarelor de măsurare;

- eroarea de măsurare a puterii (energiei ) active P (Wa),

datorată variaţiei defazajului, este cu atât mai importantă cu cât

valoarea defazajului este mai mare.

- eroarea de măsurare asupra puterii (energiei) reactive

Q(Wr), datorată variaţiei defazajului, are o variaţie inversă celei

pentru P.

Deci, existenţa unor erori de unghi mari ale transforma-

toarelor de măsurare va conduce la apariţia unor erori importante

la măsurarea puterilor şi energiilor, mai ales în cazul în care

defazajul sarcinii este important.

O problemă complexă o reprezintă aprecierea erorilor de

măsurare a puterilor (energiilor) electrice în reţelele trifazate:

În cazul sistemului trifazat cu conductor neutru, se pot

utiliza relaţiile obţinute pentru circuitul monofazat. Considerând

sistemul trifazat ca fiind constituit din trei sisteme monofazate:

321

330330220220110110

330220110

,cos,cos,cos

Re

PPPP

IUIUIUIUIUIUP

IUIUIUP

(4.14)

Dacă erorile celor trei sisteme monofazate sunt

321 ,, PPP atunci eroarea totală se determină cu relaţia:

321

332211

PPP

PPPPPPP

(4.15)

Acest mod de calcul se poate aplica la măsurarea energiilor

în circuite trifazate cu conductor neutru cu contoare CA43 şi

CR43, cu trei dispozitive de măsurare.

MONTAREA CONTOARELOR ŞI ERORI DE MĂSURARE

15

O problemă mai complicată o reprezintă evaluarea erorii

de măsurare în cazul circuitelor trifazate fără conductor neutru, în

care se utilizează aparate cu două dispozitive de măsurare:

21332332112112

332112

,cos,cos

ReRe

PPIUIUIUIUP

IUIUSP

(4.16)

Pentru primul dispozitiv de măsurare se poate prelimina o

eroare de măsurare de forma:

)tg(0291.0%%%% 1111212111

1

IUUIWP

P

(4.17) iar pentru al doilea dispozitiv de măsurare:

)tg(30291.0%%%% 3313232322

2

UUWP

P

(4.18)

unde este unghiul dintre tensiunea de linie şi cea de fază.

Eroarea totală se determină ca:

21

2211

PP

PPPP

P

P

(4.19)

De exemplu, în cazul unui circuit trifazat alimentat cu un

sistem simetric de tensiuni şi având curenţi echilibraţi:

312312 UUU 321 III 321

321

)30cos()30cos( 21 UIPUIP . (4.20)

eroarea totală de măsurare are expresia:

)}30sin()(0291,0

][)30cos(

)30sin()(0291,0

][)30{cos(cos

1

332

3233

112

1211

IU

UIW

IU

UIWP

P

(4.21)

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

16

Considerând că erorile transformatoarelor de măsurare

sunt aceleaşi, rezultă expresia:

tg)(0291,0

)tg3

11(

2

1)tg

3

11(

2

131

IUIU

WWP

P

(4.22)

Se observă creşterea erorii de măsurare faţă de cea din

circuit monofazat, eroarea proprie a aparatului de măsurare de pe

fiecare fază fiind amplificată de tangenta unghiului de defazaj.

Astfel, eroarea totală a sistemului de măsurare poate depăşi cu

mult erorile admise, date de clasele de exactitate ale aparatelor

folosite.


Top Related