MASURAREA ENERGIEI ACTIVE IN SISTEMUL MONOFAZAT

MASURAREA ENERGIEI

ACTIVE IN SISTEMUL MONOFAZAT

1. Consideratii generale

Prin definitie, energia electrica este integrala puterii electrice, efectuata intr-un anumit interval de timp.

Energia activa este exprimata de relatia :

, P fiind puterea activa a receptorului. Aparatele electrice utilizate pentru masurarea energiei electrice sunt aparate integratoare care au momentul cuplului activ proportional cu puterea. Aceste aparate numite contoare, fac parte din clasa aparatelor electrodinamice utilizate in curent continuu sau de inductie utilizate in curent alternativ monofazat sau trifazat.

2. Contorul monofazat de inductie

Pentru masurarea energiei active in circuitele de curent alternativ se utilizeaza contorul de inductie, realizat pe baza instrumentului de inductie.

Din punct de vedere constructiv, contorul monofazat de inductie se compune

dintr-un dispozitiv wattmetric, al carui cuplu este proportional cu puterea activa si dintr-un mecanism integrator ( sistem de roti dintate ) care permit obtinerea energiei intr-un anumit interval de timp.

Dispozitivul wattmetric de inductie este alcatuit din doi electromagneti de curent alternativ, din care unul de curent, avand infasurarea parcursa de curentul absorbit de receptor, celalalt, de tensiune, avand infasurarea alimentata cu tensiunea de la bornele receprorului. Dispozitivul nu are arcuri spirale pentru producerea cuplului antagonist, in schimb este prevazut cu un magnet permanent al carui camp magnetic interactionand cu curentii turbionari indusi in discul de aluminiu, fixat pe axul aparatului, creeaza cuplul de franare.

Contorul de inductie functioneaza pe baza principiului inductiei electromagnetice.

Curentii alternativi prin bobina de curent, si prin bobina de tensiune , produc fluxuri magnetice variabile in timp si . Aceste fluxuri strabat discul de aluminiu al contorului si induc in acesta tensiuni electromotoare.

Aceste tensiuni determina aparitia in disc a unor curenti turbionari indusi, in faza cu tensiunile care i-au produs.

Ca urmare a interactiunii dintre cele doua fluxuri si curentii turbionari indusi in disc, apar forte Laplace care produc un cuplu activ ce imprima discului o miscare de rotatie :

, unde frecventa f este constanta. Considerand f=ct. , iar fluxul proportional cu curentul I absorbit de receptor , si defazat in urma fata de acesta cu unghiul , iar fluxul proportional cu tensiunea U la bornele receptorului si defazat fata de aesta cu unghiul , , rezulta cuplul activ :

, defazaj intern al contorului

Deci de poate scrie :

Fig. 1

Pentru a se obtine proportionalitatea dintre momentul cuplului activ si puterea activa P este necesara realizarea unui defazaj intern , pentru care :

Sub actiunea cuplului activ discul se roteste.

Miscarii discului i se opune un cuplu de franare produs de magnetul permanent al carui flux magnetic este .

Prin rotirea discului contorului in interfierul magnetului permanent, se induc in discul de aluminiu curenti turbionari care interactionand cu fluxul magnetic creeaza cuplul de franare . Avand in vedere ca acesti curenti turbionari sunt proportionali cu fluxul si cu viteza de rotatie n [rot/sec] a discului si ca =const. , rezulta momentul cuplului de franare :

La echilibrul acestor cupluri ( deci cand suma momentelor este nula : ( ), rezulta : ; relatie care arata ca viteza de regim permanent este proportionala cu puterea activa P consumata de receptor. Integrandu-se egalitatea in timp t, se obtine in partea stanga a relatiei energia consumata, iar in partea dreapta numarul de rotatii N efectuat de disc in timpul t ;

;

Parametrii nominali ai contorului monofazat de inductie sunt :

- tensiunea nominala : ( V ) ;

- curentul nominal : ( A ) ;

- capacitatea maxima de masurare ( curentul de suprasarcina ) ( A );

- frecventa nominala ( Hz );

- constanta nominala : ( rot/kWh ) ;

- curentul de pornire :

- clasa de precizie : c_L .

In figura 2.a. este prezentata schema de conectare directa a contorului intr-un

circuit monofazat ( contoarele se pot realiza pana la tensiuni de ordinul 650V si curenti de 15A). Pentru valori mai mari ale tensiunii si curentului, contoarele se coneceteaza indirect prin intermediul transformatoarelor de masura, conform figurii 2.b. In acest caz tensiunea nominala a contorului este 100V iar valoarea nominala a curentului este 5A, iar rapoartele de transmisie ale mecanismului integrator sunt astfel reglate, incat indicatia sa reprezinte energia consumata in circuitul primar al transformatoarelor. Rapoartele de transformare respective sunt indicate pe placuta contorului.

A₁, B₁ - borne de curent

A₂, B₂ - borne de tensiune

Simbolul contorului monofazat de energie activa este CAM, semnificatia notatiei fiind : C - contor; A - energie activa; M - monofazat.

Dupa cum se observa in fig.2.a., bobina sau electromagnetul de curent se leaga in serie cu receptorul pe faza activa, iar bobina sau electromagnetul de tensiune se leaga in paralel.

3. Factorii care influenteaza functionarea contorului de inductie. Dispozitive de reglaj si compensare.

Factorii care influenteaza functionarea contorului de iductie sunt :

a). Nerealizarea corecta a defazajului intern . Pentru un defazaj intern , momentul cuplului activ este :

Rezulta deci ca momentul cuplului activ este proportional cu o combinatie de putere activa P si respectiv reactiva Q, ceea ce reprezinta o cauza a erorii. Contorul se prevede cu undispozitiv de reglaj al unghiului intern

Reglajul unghiului pentru sarcina nominala se face prin varierea unei spire in scurtcircuit plasata pe circuitul magnetic de tensiune.

b). Frecarile in paliere.

La sarcini reduse, cuplul activ scade foarte mult si incep sa conteze frecarile. Pentru micsorarea cuplului de frecari se utilizeaza paliere speciale cu bila de otel situata intre doua safire sintetice sau se utilizeaza suspensia magnetica.

c). Influente exterioare datorate temperaturii si campurilor magnetice exterioare.

Variatiile temperaturii produc variatii ale rezistentei discului, ale fluxului magnetic permanent si ale rezistentei bobinei de tensiune.

Primul efect este practic fara importanta, deoarece produce variatii in aceeasi masura a cuplului activ si de franare. Scaderea fluxului magnetic permanent cu cresterea temperaturii produce erori pozitive , care, la unele contoare se compenseaza prin utilizarea unor sunturi termomagnetice dipuse pe magnetul permanent.

Variatia rezistentei bobinei de tensiune a contorului fara sa se modifice unghiul , deci sa apara erori care pot avea valori diferite in functie de unghiul de defazaj al curentului de sarcina.

Influenta campurilor magnetice exterioare este redusa, contorul fiind inchis de obicei intr-o carcasa de tabla de otel.

Influentele altor factori ca : frecventa, tensiunea si incalzirea proprie se reduc prin dimensionarea convenabila a miezurilor si infasurarilor celor doi electromagneti ai contorului, fiind necesar ca in anumite limite de variatie sa nu depaseasca valorile prescrise de standarde.

d). Regimul deformat

Regimul deformat - regimul energetic alternativ permanent, la care variatia in timp a cel putin uneia dintre marimile de stare caracteristice - curent sau tensiune - este descrisa de o functie periodica nesinusoidala, foarte frecvent, deoarece o retea moderna contine numeroase elemente deformate de prima categorie ( transformatoare, mutatoare ,etc.) ca si de a doua categorie (cabluri subterane, capacitati ) - influenteaza asupra indicatiei contoarelor de inductie. Cauzele de erori ale contorului de inductie in regimul deformat sunt : dependenta de frecventa a indicatiilor utile; prezenta - datorita neliniaritatii caracteristicii de magnetizare - a armonicilor in fluxurile utile din intrefierul electromagnetilor ; amortizarile suplimentare ale discului date de armonici.

Erorile in regim deformat, in anumite conditii, depasesc cu mult limitele impuse de clasa de precizie a aparatului ( atingand valori de 10 - 20 % ), cu repercursiuni majore in facturarea energiei.

4. Chestiuni de studiat si modul de lucru.

Se identifica parametrii nominali ai contorului si se trec in caiet.

Se calculeaza constantele aparatelor. Avand constanta nominala C_n [ rot/kWh ] a contorului, se determina energia W₁ pe care o inregistreaza contorul pentru o rotatie a discului.

De exemplu, daca pentru un CAM, avem constanta nominala : 1kWh = 960 rotatii, rezulta ca :

Cu ajutorul unui cronometru se determina timpul "t" in secunde pentru un numar "Z" de rotatii complete ale discului.

Energia activa totala consumata de receptor in timpul "t" va fi :

( Ws );

Energia activa totala consumata se poate determina si prin metoda indirecta :

, unde este puterea activa masurata cu un wattmetru.

5. Scheme de montaj si aparate folosite

a). Montaj direct.(fig. a)

b). Montaj semiindirect cu transformator de curent (fig. b)

CAM - contor de energie activa monofazat ;

A    - ampermetru ;

V    - voltmetru ;

W    - wattmetru ;

TI    - transformator de masura de curent ;

R - receptor .

6.Tabel de date