MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE ACTIVE ÎN CIRCUITE DE CURENTALTERNATIV

VERIFICAREA CONTOARELOR DE ENERGIE ELECTRICĂ

2.2.2. Verificările contorului se fac după aplicarea solicitărilor electrice nominale cel puţin jumătate de oră, timp suficient pentru obţinerea stabilităţii termice în funcţionare. -Verificarea la mersul în gol se face în felul următor: se alimentează bobina de tensiune a contorului, întâi la tensiunea 0,8 Un, apoi la tensiunea 1,1 Un , lăsându-se bobina de curent neparcursă de curent. În această situaţie, discul contorului poate să se mişte uşor, dar în nici un caz nu trebuie să facă o rotaţie completă. -Sensibilitatea contorului se va verifica astfel : la Un, fn, cos φ = 1 şi un curent egal cu 0,5% In, discul contorului va trebui să pornească singur şi să efectueze cel puţin o rotaţie completă. - Verificarea clasei de exactitate a contorului se realizează prin metoda wattmetru-cronometru (putere-timp). Metoda constă în reglarea unei puteri cunoscute în circuit (măsurată cu un wattmetru) şi măsurarea timpului (cu un cronometru) în care se fac un anumit număr de rotaţii ale discului mobil.

Eroarea relativă a contorului este definită de relaţia :

unde : Wm - energia înregistrată de contorul de verificat; W - energia adevărată.

Energia electrică măsurată de contor poate fi scrisă sub forma:

în care : - n este numărul de rotaţii efectuate de discul contorului în intervalul de timp t ;

- Cc este constanta contorului (rot/kWh).

Energia electrică adevărată se determină cu relaţia :

în care: P - puterea electrică activă la care se face verificarea; t - timpul în care se efectuează cele n rotaţii.

Eroarea relativă a contorului are expresia:

timpul teoretic în care s-au efectuat rotaţiile fiind:

2.3. Se va utiliza staţia de verificat contoare pentru verificarea unui contor trifazat de tip CA32 ,cu două sisteme, pentru reţele fără conductor neutru. Staţia permite alimentarea separată a circuitelor contorului, existând un circuit trifazat pentru tensiuni şi un circuit trifazat pentru curenţi. Generatoarele trifazate pentru cele două sisteme trifazate sunt acţionate de un motor de c.c. cu excitaţie separată, putându-se modifica frecvenţa formelor de undă. Poziţia statorului unuia din generatoare se poate modifica, asigurând posibilitatea varierii fazei între sistemul trifazat de curenţi şi sistemul trifazat de tensiuni..

Puterea la care se face măsurarea se determină ca sumă a puterilor indicate de cele două wattmetre:

Unde:

6.Observatii si concluzii-Determinarea erorilor aparatului se realizează pentru aceleaşi solicitări (curenţi, tensiuni, defazaj) ca şi la contorul monofazat. Se vor regla, la fiecare măsurare, curenţi echilibraţi şi tensiuni simetrice.

-Se recomandă a se începe verificarea contorului la valoarea curentului nominal, căreia îi corespunde puterea nominal:

- La toate determinarile de erori se urmareste ca indicatia wattmetrului sa fie reglata cât mai exact, pe toata durata cronometrarii, deoarece el este aparatul etalon în aceasta determinare, chiar daca ampermetrul nu indica valoarea exacta a curentului dorit.- Determinarea erorilor pentru cosφ= 1 are drept scop verificarea reglarii corecte a cuplului rezistent din magnetul permanent si a reglajului unghiului intern al contorului; acesta se regleaza din cursorul rezistentei variabile pe care se închide o înfasurare aflata pe electromagnetul de curent.-Când se face o etalonare completa numarul n se alege, pentru usurinta calculelor, multiplu de zece, astfel încât timpul t sa fie cuprins între 50 si 70 secunde; un timp mai scurt poate face ca eroarea de pornire si oprire a cronometrului de catre operator (aproximativ 0,2 sec.), sa devina comparabila cu eroarea permisa de clasa de exactitate a contorului si sa vicieze rezultatul masurarii. (2% din 60 s = 1,2 s).-Se observa ca eroriile calculate sunt mai mici de 4%, dar acest lucru este determinat de faptul ca pentru verificare s-a folosit un numar minim de rotatii cronometrate, unde mai intervine si eroarea umana.

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE ACTIVE ÎN CIRCUITE MONOFAZATE DE CURENT ALTERNATIV

VERIFICAREA CONTOARELOR DE ENERGIE ELECTRICĂ

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)

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 : (U fiind tensiunea de alimentare a bobinei de tensiune a contorului, I - curentul ce trece prin bobina de curent a contorului, j - defazajul dintre tensiunea U şi curentul I).

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)

Cu ajutorul relatiei (12. 10) se poate determina eroarea contorului de verificat. [%]= 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.

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 j = 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 j = 1, frecvenţa

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

- 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 j = 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 j = 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

,

j (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 j = 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 j, poziţia regulatorului de fază se păstrează.

Observaţie: Determinarea erorilor pentru cosj = 1 şi cosj=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 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. 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.