Перевірка однофазного індукційного лічильника активної електроенергії

Мета роботи:Ознайомитись з технічними характеристиками і схемою увімкнення лічильника. Визначити номінальну й дійсну сталу лічильника та його похибку для різних величин навантаження. Перевірити наявність самоходу й чутливість лічильника.

Основні визначення

Лічильник ват-годин (лічильник активної енергії) – це прилад, призначений, для вимірювання активної енергії шляхом інтегрування активної потужності в часі.

Номінальний струм (І_ном) – значення струму, на який розрахована обмотка струму.

Максимальний струм (I_max) – найбільше значення струму, при якому забезпечується клас точності.

Номінальна напруга (U_ном) – значення напруги, на яку розрахована обмотка напруги.

Номінальна частота струму (f_ном) – частота, яка відповідає вимогам стандарту.

Номінальна швидкість (n_ном) – кількість обертів диска за нормальних умов роботи лічильника, номінальної сили струму, номінальної напруги та коефіцієнта потужності

cosj = 1.

Стала лічильника (С) – величина, що характеризує кількість виміряної ним електроенергії за один оберт диска. Для лічильників активної енергії її виражають у ват-годинах на оберт (Вт×год / об), а для лічильників реактивної енергії – у вар-годинах на оберт (вар×год / об).

Передатне число (А) – величина, обернена до сталої приладу. Для лічильників активної енергії передатне число виражають в обертах на кіловат-годину (об / кВт×год), а для лічильників реактивної енергії – в обертах на кіловар-годину (об / квар×год).

Нормальна температура – значення температури навколишнього середовища, встановлене для нормальних умов роботи лічильника.

Клас точності – граничне значення систематичної складової відносної похибки, виражене у відсотках для всіх значень струму в діапазоні від 0,1І_ном (для лічильників активної енергії) до I_max при коефіцієнті потужності cosj = 1 в нормальних умовах з врахуванням допустимих відхилень параметрів від номінальних значень.

Нормальні умови характеризуються нормованими значеннями технічних характеристик і зовнішніх факторів, що впливають на робочі характеристики лічильника, їх допусками, відносно яких встановлюється систематична складова відносної похибки.

Величинами, які впливають на робочі характеристики лічильників, є нерівномірне навантаження фаз (для трифазних лічильників), відхилення напруги від номінальної, відхилення частоти від номінальної, відхилення температури навколишнього повітря від середньої до будь-якого значення в межах робочих температур, відхилення від нормального (вертикального) положення лічильника, наявності зовнішнього магнітного поля та інші чинники.

Поріг чутливості - найменше нормоване значення струму, за якого починається неперервне обертання диска лічильника за номінальних значень напруги та частоти і значенні cosj = 1.

Самохід – обертання диска лічильника під дією напруги і відсутності струму в струмовій обмотці. Диск лічильника не повинен робити більше одного повного оберту за відсутності струму і значеннях напруги від 80% до 110% номінальної. Самохід є причиною додаткових похибок і тому його необхідно усувати спеціальним регулюванням.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з будовою, технічними характеристиками і схемою увімкнення лічильника. На підставі паспортних даних визначити номінальну сталу лічильника.

2. Зібрати схему електричного кола, зображену на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема перевірки однофазного індукційного лічильника

3. При замкненому рубильнику Р_ш, який шунтує мілі-амперметр і високоомний реостат R, увімкніть лічильник у коло змінного струму. За допомогою навантажувального реостата R_н навантажте лічильник , встановивши номінальний струм , і прогрійте його обмотки протягом (10-15) хвилин.

4. Визначте дійсну сталу лічильника С_д для значень навантаження , вказаних у таблиці 2.1. Для цього за допомо-гою реостата R_н встановіть вказані значення навантажувального струму I_ні для кожного з них секундоміром виміряйте час t, за який диск зробить довільно задану кількість обертів N . Досліди повторіть тричі при одній і тій самій кількості обертів диска. Дійсний час для кожного досліду знайдіть як середнє арифметичне значення t_ср = ( t_{1 +} t_{2 +} t₃) / 3.

Покази секундоміра та вимірювальних приладів зведіть у таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 – Результати експериментальних досліджень

Ін, %Iном	Iн, А	N, об	t1, c	t2, c	t3, c	tср, c	P, Вт	Cд, Вт×год/об	γ, %

Добуток показів ватметра P на дійсний час t_ср дає значення енергії W , що пройшла через лічильник,

W = P t_ср = С_дN,

звідки можна визначити дійсну сталу лічильника

С_{д =} P t_ср / N.

5. Визначте відносну похибку лічильника у відсотках за формулою

γ = ((С_д - С_ном)/С_д) 100,

де С_ном=1000 / А – номінальна стала лічильника.

6. Перевірте лічильник на самохід. Для перевірки лічильника на самохід потрібно залишити лічильник під напругою і вимкнути навантаження. Якщо при вимкненому навантаженні диск зробить один оберт і продовжить обертатися далі , то такий лічильник має самохід.

7. Визначте чутливість лічильника (проводиться тільки для лічильників без самоходу). Для цього встановіть максимальний опір реостатів R і R_н, увімкнених у коло. Увімкніть лічильник і розімкніть шунтувальний рубильник Р_ш. Спостерігаючи за показами міліамперметра, поступово зменшуйте опір R високоомного реостата до тих пір , поки диск лічильника почне обертатись. Мінімальний струм І_мін, при якому диск буде обертатися без зупинки, характеризує чутливість лічильника. Чутливість лічильника σ визначають як відношення мінімального струму І_мін (при якому диск починає обертатись без зупинки) до номінального струму І_ном, вказаного в паспорті лічильника,

σ = (І_мін / І_ном) ×100%.

Примітка. При увімкненій схемі категорично забороняється розмикати шунтувальний рубильник Р_ш, який захищає міліамперметр. Його розмикають за вказівкою керівника тільки при визначенні чутливості лічильника.

2.3 Контрольні запитання

1. Поясніть принцип роботи лічильника електричної енергії.

2. Нарисуйте схему увімкнення лічильника.

3. Що називають сталою лічильника?

4. Поясніть різницю між номінальною та дійсною сталою лічильника.

5. Що характеризує передатне число лічильника?

6. Що являє собою самохід лічильника? Як його визначити? 7. Як визначити чутливість лічильника?

8. Як перевірити правильність роботи лічильника?

9. Як визначити відносну похибку лічильника?

Лабораторна робота №3

ПЕРЕВІРКА СХЕМ УВІМКНЕННЯ ІНДУКЦІЙНИХ

ЛІЧИЛЬНИКІВ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Мета роботи:Ознайомитися з методами побудови векторних діаграм трифазних лічильників та схемами їх увімкнення.

Основні відомості

Обертовий момент однофазного індукційного лічиль-ника активної енергії пропорційний потужності навантаження

, (3.1)

де - коефіцієнт пропорційності;

- струм у послідовному колі;

- напруга, прикладена до паралельної котушки;

- кут зсуву фаз між струмом і напругою.

Коефіцієнт потужності додатний при кутах від +90⁰ до -90⁰, тобто при активно-індуктивному та активно - ємнісному навантаженні. Для кутів , більших ±90⁰, від’ємний, і обертовий момент змінює свій знак, що відповідає зміні напряму передачі потужності. Якщо при додатному значенні замінити місцями провідники, приєднані до котушки струму, то це буде відповідати зміні фази струму на 180⁰, тому момент змінить свій знак на протилежний. При цьому значення буде від’ємним, і диск буде обертатися у зворотному напрямі. Те саме відбудеться, коли замінити місцями провідники, приєднані до обмотки напруги. Одночасна заміна місцями провідників обмоток струму та напруги не змінить напрям руху диска. Таким чином, обмотки струму і напруги потрібно вмикати узгоджено, відповідно зі схемою увімкнення лічильника, де однополярні затискачі позначають зіркою (*).

На рисунку 3.1 зображені схеми увімкнення вимірювальних трансформаторів струму та напруги й відповідні їм векторні діаграми.

Рисунок 3.1 – Схеми увімкнення вимірювальних

трансформаторів струму й напруги та їх векторні діаграми

Для лічильників, які вмикають через вимірювальні трансформатори, потрібно врахувати полярність обмоток як трансформаторів струму, так і трансформаторів напруги.

Струмові затискачі, які приєднують до лінії живлення, позначають буквою Г (генератор), а з боку навантаження - буквою Н. Однополярний затискач кола напруги однофазного лічильника розміщений поруч з відповідним генераторним затискачем котушки струму, і в лічильниках прямого увімкнення ці затискачі з’єднують перекладкою. Вхідні затискачі кіл напруги трифазних лічильників позначають цифрами 1, 2, 3 за прямим порядком чергування фаз, при якому регулюють лічильник.

Навантаження R_н трансформатора струму потрібно увімкнути так, щоб струм у вторинній обмотці збігався за фазою зі струмом у первинній обмотці (рисунок 3.1, а).

Якщо замінити місцями провідники, приєднані до виводів В₁ і В₂, або провідники первинного кола, приєднані до виводів Л₁ і Л₂, то напрям вторинного струму відносно первинного зміниться на протилежний, що відповідає зміні фази струму на 180⁰ (рисунок 3.1, б, в). Одночасна заміна виводів первинної та вторинної обмоток не змінить фазу струму (рисунок 3.1, г).

Аналогічно на 180⁰ зміниться фаза вторинної напруги відносно первинної для вимірювальних транс-форматорів напруги, якщо замінити місцями провідники, приєднані до їх первинних чи вторинних обмоток (рисунки 3.1,ж,з). Неправильна полярність вимірювальних транс-форматорів призводить до неправильної роботи лічильника.

Отже, для нормальної роботи лічильників, які вмикають разом з вимірювальними трансформаторами, потрібно забезпечити правильну полярність обмоток вимірювальних трансформаторів і обмоток лічильників. З метою перевірки правильності схем увімкнення трифазних лічильників на діючих установках знімають векторні діаграми і порівнюють їх з діаграмами, побудованими для різних схем увімкнення цих лічильників.

На рисунку 3.2 зображені принципова схема увімкнення однофазного лічильника та векторна діаграма напруги й струму для активно-індуктивного навантаження.

Рисунок 3.2 – Схема увімкнення однофазного лічильника (а) та його векторна діаграма (б)

Принципова схема увімкнення трифазного лічильника активної енергії у трипровідну мережу та його векторна діаграма зображені на рисунку 3.3. Аналогічні векторні діаграми можна побудувати для інших лічильників.

Рисунок 3.3 – Схема увімкнення трифазного двоелементного

лічильника (а) та його векторна діаграма (б)

Помилкові варіанти увімкнення трифазних лічильників на діючій електроустановці виявити важко, так як у більшості випадків диск лічильника обертається у правильному напрямі, але похибка обліку електроенергії може бути великою і досягати сотень відсотків.

Можливі схеми увімкнення трифазного лічильника з прямою послідовністю фаз 1, 2, 3 та їх векторні діаграми за умови заземлення середньої фази ТН і обертання диска лічильника у правильному напрямі (що не важко проконтролювати) зображені на рисунку 3.4. І тільки дві з них, зображені на рисунках 3.4, а і 3.4, г правильні.

Рисунок 3.4 – Можливі схеми увімкнення трифазних

лічильників з прямою послідовністю фаз та їх

векторні діаграми

Рисунок 3.5 – Можливі схеми увімкнення трифазних

лічильників з прямою послідовністю фаз та їх

векторні діаграми

Зняти векторні діаграми лічильника можна класичним способом за допомогою ватметра або застосувавши вольтамперфазоіндикатор типу ВАФ-8544 чи інші спеціальні прилади.

Рисунок 3.6 – Схема увімкнення ватметра (а) та його векторна діаграма (б)

Розглянемо спосіб зняття векторної діаграми за допомогою ватметра (рисунок 3.6) , який вимірює активну потужність кола

, (3.2)

де добуток є проекцією вектора струму I на вектор напруги U і характеризує активну складову струму.

Так як для всіх кутів від +90⁰ до -90⁰ , то покази ватметра будуть додатними. Для і покази ватметра будуть від’ємними (для того, щоб виміряти цю потужність, потрібно змінити полярність однієї з обмоток ватметра перемикачем). Від’ємні покази ватметра відповідають проекції вектора струму, зміщеній на 180⁰. Для кутів і покази ватметра дорівнюватимуть нулю. Цю властивість ватметра змінювати свої покази залежно від зміни кута за незмінних значень струму і напруги використовують при знятті векторних діаграм. За допомогою ватметра визначають положення вектора струму, тобто його фазу відносно заданих векторів напруги.

Порядок виконання роботи

1. За допомогою фазоіндикатора визначте порядок чергування фаз на затискачах кіл напруги лічильника.

2. Зберіть схему для зняття векторної діаграми (рисунок 3.7). Струмову котушку ватметра з спочатку увімкніть послідовно зі струмовою котушкою першого вимірювального елемента лічильника, при цьому перемикач полярності ватметра потрібно встановити в положення прямої полярності (+). Увімкнення струмової котушки ватметра здійснюють без розриву кола вторинної обмотки ТС із застосуванням контрольної клемної коробки.

Рисунок 3.7 – Схема увімкнення приладів для зняття

векторної діаграми із застосуванням затискного клемника

3. Обмотку напруги ватметра з дотриманням полярності по черзі приєднуйте до затискачів обмоток напруги лічильника 1-2 і 2-3. При цьому до ватметра по черзі підведіть лінійні напруги і і запишіть покази ватметра.

4. У довільному масштабі зобразіть зірку фазних напруг , , , зірку міжфазних напруг , , і напругу (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Побудова векторної діаграми за показами

ватметра

5. Так само, у довільному масштабі, на векторах відповідних міжфазних напруг і відкладіть значення показів ватметра 0а і 0в, які є проекціями одного й того самого вектора струму на вектори напруги і . Точка перетину цих проекцій (перпендикулярів, відкладених з кінців відрізків 0а і 0в) визначає положення вектора струму . Так як струм спряжений у лічильнику з лінійною напругою (затискачі 1-2), то кут між цими векторами .

6. Увімкніть струмову обмотку ватметра послідовно зі струмовою обмоткою другого вимірювального елемента лічильника й аналогічно визначте фазу струму відносно напруги (струм на векторній діаграмі не показаний).

7. Одержану векторну діаграму порівняйте з векторними діаграмами на рисунку 3.5.

8. Схема увімкнення буде правильною, якщо знята векторна діаграма відповідає одній зі схем, зображених на рисунках 3.5, а та 3.5, г.

9. Аналізуючи одержану векторну діаграму, і співставляючи її з векторними діаграмами, зображеними на рисунку 3.5, можна встановити дійсну схему увімкнення лічильника у випадку його неправильного приєднання, провести необхідні зміни в схемі для забезпечення правильної роботи лічильника.

3.3 Контрольні запитання

1. Від чого залежить обертовий момент індукційного лічильника?

2. Як потрібно вмикати обмотки струму та напруги електролічильника?

3. До чого приводить неправильне увімкнення обмоток трансформаторів струму та напруги?

4. Як перевірити правильність увімкнення трифазного лічильника на діючій електроустановці?

5. Як зняти векторну діаграму лічильника?

6. Як здійснюють перемикання обмоток струму трансформаторів струму на діючій електроустановці?

Лабораторна робота №4