LUCRAREA EL 12

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE ACTIVE ÎN CIRCUITE MONOFAZATE DE CURENT ALTERNATIV

VERIFICAREA CONTOARELOR DE ENERGIE ELECTRICĂ

1. Scopul lucrării

Lucrarea are drept scop cunoaşterea contorului monofazat de inducţie şi a metodelor de verificare a contoarelor.

2. Aspecte teoretice

Pentru etalonarea şi verificarea contoarelor se pot folosi următoarele metode :

- metoda wattmetrului şi cronometrului; - metoda contorului etalon ; - metoda stroboscopică ; - metoda de etalonare automată.

2. 1. Metoda wattmetrului şi a cronometrului ("putere-timp")

Etalonarea individuală clasică se bazează pe numărarea unui anumit număr de rotaţii ale discului aparatului de verificat şi pe măsurarea timpului necesar pentru aceasta; se presupune că puterea reglată cu ajutorul wattmetrului rămâne constantă în timpul măsurării.

Eroarea relativă a contorului este definită de relaţia :

W W

Wm 100 % (12.

1)unde :

Wm - este energia măsurată cu ajutorul contorului; W - energia adevărată sau exactă.

Energia măsurată poate fi scrisă sub forma :

Wn

CWsm

c

3 6 106, (12. 2)

114

în care :

- n este numărul de rotaţii ale discului contorului, efectuate în intervalul de timp t ; - Cc este constanta contorului, în rot/kWh.

Energia electrică adevărată se determină cu relaţia : W P t (Ws) (12. 3)

în care : P - este puterea la care se face verificarea ; t - este timpul în care se efectuează cele n rotaţii. Dacă se introduc relaţiile (12. 2) şi (12. 3) în expresia (12. 1), se

obţine :

n

CP t

P tc

3 6 10

100

6,

% (12.4)

sau:

n

P Ct

tc

3 6 10

100

6,

% (12. 5)

Dacă se introduce notaţia :

Tn

C Ps

c

3 6 106, (12. 6)

rezultă următoarea formă pentru expresia erorii :

T t

t100 % (12. 7)

în care :T - este timpul teoretic în care discul contorului trebuie să efectueze

cele n rotaţii, dacă contorul ar funcţiona fără eroare la puterea : P U I cos (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 şi curentul I).

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

Tabelul 12. 1.

Valoarea curentului,în procente, din valoarea

curentului de bază

Factorul de putere

Limitele erorilor relative în procente

clasa 0,5 clasa 1 clasa 2 (1 la 5)% 1,0 1,0 1,5 2,5

de la 10% până la Imax 1,0 1,0 1,5 2,0la 10% 0,5 inductiv

0,8 capacitiv1,31,3

1,51,5

2,5-

115

de la 20% până la Imax 0,5 inductiv0,8 capacitiv

0,80,8

1,01,0

2,0-

Observaţie Metoda putere-timp constă în următoarele : - pentru o anumită valoare a puterii P, se cronometrează timpul t în

care discul contorului face un anumit număr întreg n de rotaţii; - când se face o etalonare completă numărul n se alege, pentru

uşurinţa calculelor, multiplu de zece, astfel încât timpul t să fie cuprins între 50 şi 70 secunde ; un timp mai scurt poate face ca eroarea de pornire şi oprire a cronometrului de către operator (aprox 0,2 sec.), devină comparabilă cu eroarea permisă de clasa de exactitate a contorului şi să vicieze rezultatul măsurării. (2% din 60 s = 1,2 s).

- se calculează, cu relaţia (12. 7) eroarea relativă.

2. 2. Metoda automată de etalonare

Metoda automată de etalonare presupune folosirea unui sistem de măsurare format dintr-un traductor de putere activă monofazată, un convertor tensiune-frecvenţă şi un calculator (fig. 12. 1).

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

Frecvenţa trenului de impulsuri de la ieşirea convertorului tensiune-frecvenţă este proportională cu puterea activă :

f k P Hz . (12. 8)k fiind o constantă de transfer.

Dacă în formula (12. 5) se înlocuieşte puterea cu relaţia (12. 8), se obţine :

n

C

t f

kt f

k

c

.

.%100 (12. 9)

În relaţia (12. 9) se observă că produsul dintre frecvenţa de la ieşirea convertorului tensiune-frecvenţă şi timpul în care se face măsurarea este chiar numărul de impulsuri N preluate de calculator.

În consecinţă, relaţia cu care se poate determina eroarea contorului este :

n

C

N

kN

k

c 100 % (12. 10)

116

Cu ajutorul relatiei (12. 10) se poate determina eroarea contorului de verificat. 3. Chestiuni de studiat

3. 1. Verificarea contorului la mersul în gol.3. 2. Verificarea sensibilităţii contorului. 3. 3. Verificarea exactităţii contorului şi trasarea curbei de erori[%]= f(I/In) prin metoda wattmetru-cronometru. 3. 4. Verificarea exactităţii contorului cu instalaţia de etalonare automată.

4. Mod de experimentare

Pentru verificările de la punctele 3.1. - 3.3. se foloseşte schema din fig. 12.2.

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

În schemă se folosesc : - ATR - autotransformator reglabil de (120/0...240) V; - T - transformator de 120V/10V-10A cu prize de câte 1 V; - Rh - reostat de 1W; 10 A; - C - contor monofazat cu capacitate mare de măsurare, tip CAM 6; - W - wattmetru electrodinamic monofazat ; - A - ampermetru electrodinamic ; - V - voltmetru electrodinamic sau feromagnetic; - RF - regulator de fază.

117

Observaţie. Montajul utilizat la verificarea contorului este un montaj cu surse separate, adică curentul este obţinut dintr-un circuit cu tensiune mică obţinută de la transformatorul coborâtor T (120/12V), iar tensiunea este furnizată de regulatorul de fază care va livra un curent mic necesar voltmetrului, bobinelor de tensiune ale wattmetrului şi contorului.

Avantajele acestei scheme sunt:- putere mică necesară şi energie puţină consumată (doar de

instrumente şi dispozitivele de reglaj);- reglaj uşor al defazajului prin utilizarea regulatorului de fază. Verificările contorului se fac după aplicarea tensiunii timp de cel

puţin jumătate de oră şi după ce contorul a fost parcurs de curent un timp suficient pentru obţinerea stabilităţii în funcţionare.

4. 1. Verificarera la mersul în gol

Se face în felul următor :- se alimentează bobina de tensiune a contorului, întâi la 0,8 Un ,

apoi la tensiunea de 1,1 Un, curentul prin bobina de curent fiind nul. - în această situaţie, discul contorului poate să se mişte uşor, dar în

nici un caz să nu facă o rotaţie completă; semnul marcat pe disc se opreşte de obicei în dreptul semnului de pe capac.

4. 2. Sensibilitatea contorului

Se va verifica astfel :- se aplică contorului tensiunea nominală, frecvenţa nominală,

cos = 1 şi un curent egal cu 0,5% din curentul de bază, - discul contorului va trebui să pornească singur şi să efectueze cel

puţin o rotaţie completă.

Observaţie: Aceste două probe au drept scop verificarea reglajului realizat cu dispozitivul pentru compensarea frecărilor.

El este realizat sub forma unui şurub aflat deasupra discului, lângă electromagnetul de tensiune aşezat tangenţial la disc. Prin poziţia sa excentrică el creează un cuplu ce compensează frecările în lagăre şi mecanismul integrator.

4. 3. Verificarea clasei de exactitate a contorului

Se efectuează în modul următor: - se alimentează contorul la tensiunea nominală, cos = 1, frecvenţa

nominală şi curenţi de valori : (5, 10, 20, 50, 75, 100, 200, 300, 400)% din curentul de bază;

118

- se calculează puterile active corespunzătoare acestor curenţi şi se reglează exact la wattmetru valorile obţinute, reglând curentul din circuit;

- se determină erorile pentru fiecare valoare a puterii astfel reglate;- se alimentează contorul la tensiunea nominală, cos = 0,5;

frecvenţa nominală şi curenţi de valori : (10, 20, 50, 75, 100, 200, 300, 400)% din curentul de bază;

- se determină erorile pentru fiecare valoare a puterii corespunzătoare acestor curenţi la cos = 0,5;

- se vor trasa apoi curbele erorilor = f (I/In), pentru ambele cazuri, pe o aceeaşi diagramă.

Limitele erorilor relative trebuie să corespundă celor indicate în tabelul 12. 1.

Observaţie Se recomandă a se începe verificarea contorului la valoarea curentului de bază In, careia îi corespunde puterea nominală

. Se calculează :

nC U I

rotc n n n

60

3 6 106

cos

,

(12. 11)

Se alege n întreg şi, pentru uşurinţa calculelor, multiplu de zece, se calculează T cu relaţia (12. 5).

La toate determinările de erori se urmăreşte ca indicaţia wattmetrului să fie reglată cât mai exact, pe toată durata cronometrării, deoarece el este aparatul etalon în această determinare, chiar dacă ampermetrul nu indică valoarea exactă a curentului dorit.

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

Pentru aceasta se reglează tensiunea nominală, curentul de bază şi se determină poziţia regulatorului (reglând în sens inductiv), pentru care puterea la wattmetru devine: P = 0,5 UnIn

Pentru celelalte determinări, cu acelaşi cos , poziţia regulatorului de fază se păstrează.

Datele şi rezultatele se trec în tabelul 12. 2.

Tabelul 12. 2. Nr.crt.

I/In I P cos n t T

- % A div W/div W - rot s s %.

Observaţie: Determinarea erorilor pentru cos = 1 şi cos=0,5 are drept scop verificarea reglării corecte a cuplului rezistent din magnetul permanent şi a reglajului unghiului intern al contorului; acesta se reglează din

119

cursorul rezistenţei variabile pe care se închide o înfăşurare aflată pe electromagnetul de curent.

Observaţi prin capacul contorului aceste dispozitive de reglaj!

4. 4. Verificarea automată a contorului

Se foloseşte schema din figura 12. 3, în care: TP - traductor monofazat de putere activă ; U/f - convertor tensiune-frecvenţă ; C - contorul de verificat ; ATR - autotransformator reglabil (120/0...240)V ; RF - regulator de fază ; Rh - reostat de reglaj al curentului ; A - ampermetru electrodinamic ; V - voltmetru feromagnetic.

Fig. 12. 3. Schemă pentru verificarea automată a contorului .

în care: TP - traductor monofazat de putere activă ; U/f - convertor tensiune-frecvenţă ; C - contorul de verificat ; ATR - autotransformator reglabil (120/0...240)V ; RF - regulator de fază ; Rh - reostat de reglaj al curentului ; A - ampermetru electrodinamic ; V - voltmetru feromagnetic.

La ieşirea traductorului de putere activă, se obţine un semnal de tensiune 0...10 V. Valoarea maximă (10V) corespunde unei puteri active de 220W. Acest semnal este aplicat convertorului tensiune-frecvenţă.

120

Pentru puterea activă maximă (220W), se obţine frecvenţa maximă la ieşirea convertorului tensiune frecvenţă (U/f) de 10 kHz. Constanta de conversie este: k = 9,09 Hz/W

Verificarea automată a contorului se face prin parcurgerea următoarelor operaţii :

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

- se alimentează schema de măsurare şi, în momentul în care se începe numărarea rotaţiilor, pe care le va efectua discul contorului, se porneşte programul de numărare a impulsurilor;

- se fac măsurări pentru parametrii specificaţi la punctul 4. 3. - programul va efectua prelucrarea datelor pentru cele două seturi de

măsurări, afişând erorile, precum şi curba de erori.

5. Intrebări recapitulative şi aplicaţii

5.1. Ce semnifică mersul în gol al unui contor şi cum se verifică? 5.2. Ce reprezintă sensibilitatea contorului şi cum se verifică ? 5.3. Cum se determină eroarea la un contor de inducţie cu metoda putere- timp? Care sunt aparatele etalon în această verificare? 5.4. De ce se alege timpul de etalonare de 50-70 s ?5.5. De ce se face verificarea contorului de inducţie atât la cos =1 cât şi la cos = 0,5 ?5.6. Comparaţi cele două metode de verificare a clasei de exactitate studiate în lucrare. 5.7. Schiţaţi organigrama programului de numărare a impulsurilor, care ar putea fi folosită în programul de etalonare al contorului din lucrare.

121