| CATEGORII DOCUMENTE |
| Aeronautica | Comunicatii | Electronica electricitate | Merceologie | Tehnica mecanica |
Masurarea puterii si energiei in trifazat
Ca si in monofazat ambele marimi se masoara cu AM electromecanice si cu AM electronice. Insa, in trifazat prezinta importanta si marimile reactive Q si Wr.
1. Masurarea puterii si energiei in trifazat cu AM electromecanice
In trifazat, distributia energiei spre consumator se face prin retele cu 4 fire sau cu 3 fire (fara neutru).
1.1. Masurarea puterii si energiei active in retele cu 4 fire
Puterea activa (P) se masoara cu trei wattmetre montate ca in fig.6.l4, a, unde cu 1, 2, 3 s-au notat cele 3 faze, iar cu N - firul neutru. Evident, puterea absorbita de catre receptorul (Z1- Z2 - Z3) este:
(6.54)
In cazul tablourilor de distributie, in locul celor trei wattmetre (P1, P2, P3) se foloseste un singur wattmetru cu trei echipaje ca in fig.6.14, b).
Energia activa (W) se masoara cu contoare de inductie cu trei echipaje. Schema de montare in retea a acestuia este prezentata in fig.6.15.
Fig.6.15 Contor trifazat de energie activa cu 3 echipaje
Exemplu de contor trifazat pentru 4 fire:
Contorul T-2CA42, al firmei AEM - Timisoara
Caracteristici de baza:
curenti nominali: 10, 15 50 A
tensiune nominala: 220 / 380 V
clasa de precizie: 2
1.2. Masurarea puterii si energiei active in retele cu 3 fire
Teorema lui Blondel generalizata [9], particularizata pentru trifazat fara fir neutru (distributie pe n = 3 fire), arata ca puterea activa se poate masura cu n = 3 wattmetre sau n -1=2 wattmetre.
a) Metoda celor trei wattmetre
In cazul receptorului fara fir neutru (fig.6.16, a) montarea celor 3 wattmetre (sau a wattmetrului cu 3 echipaje) se face ca in fig. 6.14, cu deosebirea ca cele trei bobine volt se leaga, in comun, intr-un singur punct numit neutru artificial, asa cum se arata in fig.6.16, b, daca bobinele de tensiune ale celor trei wattmetre au rezistente egale. In caz contrar, in serie cu acestea se vor introduce trei rezistente R1, R2, R3 astfel incat sa se satisfaca relatiile: rv1+R1= rv2+R2= rv3+R3, unde, rv1, rv2, rv3 sunt rezistentele bobinelor de tensiune ale wattmetrelor.
b) Metoda celor doua wattmetre
In retelele trifazate fara fir neutru, receptoarele pot fi legate in stea sau in triunghi. In cele ce urmeaza ne referim numai la primul caz, deoarece al doilea poate fi dedus din primul.
In cazul receptorului in stea (fig.6.16, a), conform cu (6.54) puterea instantanee absorbita de catre receptor este:
(6.55)
relatie din care tinand cont ca i1+i2+i3=0 se ajunge la expresia:
(6.55')
Prin integrarea relatiei (6.55') se obtine puterea activa data de relatia:
care arata ca puterea in trifazat se poate masura cu doua wattmetre montate ca in fig.6.17, a, adica se ia ca referinta de tensiune pentru bobinele volt, faza 3.
Din diagrama fazoriala a montajului (fig.6.17, b) rezulta ca (6. 56) poate fi transcrisa in forma:
(6.57)
in care 
1 si 2 sunt defazajele dintre tensiune si curent
pe fazele 1 si respectiv 2 si care arata ca P este suma
algebrica a celor doua puteri deoarece unghiul (30 +2) poate depasi 90.
Observatii:
In cazul cand unghiul 2) depaseste 90o,
acul wattmetrului
se va deplasa in sens invers. Pentru ca aparatul sa indice corect, se
inverseaza legaturile la bornele bobinei de tensiune, iar puterea se
ia in calcule cu semnul minus.
2. Pe principiul din fig.6.17 s-au construit wattmetre si contoare trifazate de tipul cu doua echipaje.
3. In literatura, metoda celor 2 wattmetre mai e cunoscuta si sub numele de metoda Aron (dupa numele inventatorului), iar contoarele construite pe acest principiu se mai numesc si contoare Aron.
1.3. Masurarea puterii si energiei reactive in trifazat
Pentru a usura intelegerea schemelor din trifazat plecam de la monofazat.
a) Masurarea puterii reactive in monofazat
Ideea de baza este sugerata de catre expresia (6.25) care poate fi transcrisa in forma:
(6.58)
Aceasta
relatie arata ca daca la wattmetrul din fig.6.3, b (a carui diagrama
fazoriala este ca in (fig.6.18, a) se decaleaza curentul din bobina
volt (Iv) cu 
/2 in urma lui U (fig. 6.18, b), se obtine tocmai unghiul 
necesar ca respectivul
aparat sa indice puterea reactiva, adica sa devina
VAR-metru.
Fig. 6.18 Principiul VAR-metrului monofazat:
a,b) diagrame fazoriale c) schema
Pentru a se obtine decalajul mentionat se inlocuieste Rv cu reactanta inductiva XL ( XL>>rv ) ca in fig.6.18, c, unde se prezinta schema de principiu a unui VAR-metru monofazat.
Pe un principiu asemanator se poate transforma si contorul monofazat de energie activa intr-unul de energie reactiva.
b) Masurarea puterii reactive in trifazat
Cazul cel mai frecvent intalnit in practica este cel al retelelor cu 4 fire si de aceea ne vom referi numai la acesta.
Schema de masura este data in fig. 6.19, a unde Q1, Q2, Q3 sunt VAR-metre de tipul celui din fig.6.18, c (sau un VAR-metru trifazat cu trei echipaje). Puterea reactiva (Q) absorbita de catre receptor este data de relatia:
(6.59)
in care 
au semnificatia
din fig.6.19, b.
Pe acest
principiu se construiesc VAR-metre trifazate cu trei echipaje, precum si
contoare de energie reactiva cu trei echipaje, aparate folosite mai ales
la consumatorii cu cos mic (industria textila, de exemplu). In fine, trebuie de mentionat ca
exista VAR-metre si contoare de energie reactiva pentru
distributii cu trei fire, functionand pe scheme apropiate de schema
Aron (fig.6.17, a), insa astfel de scheme nu au fost preluate de
catre contoarele electronice si de aceea nu vor fi prezentate aici.
Fig.6.19 Masurarea puterii reactive cu 3 instrumente:
a) schema b) diagrama fazoriala
Exemplu de contor de energie reactiva pe 4 fire
Contorul T-2CR43 al firmei AEM Timisoara
Caracteristici: curent si tensiune ca la T-2CA43, clasa de precizie 2,5.
Observatie:
Contoarele trifazate se construiesc si in varianta cu conectare prin transformator de tensiune (TT) si transformator de curent (TC) situatie in care Un si ln sunt tipic 100 V si respectiv 5 A.
1.4. Despre etalonarea si verificarea contoarelor electromecanice
Etalonarea contoarelor electromecanice consta in stabilirea constantei (C) si a indicelui de clasa, iar verificarea consta in controlul periodic al indicelui de clasa.
a) Stabilirea indicelui de clasa de precizie
La AM cu ac indicator (si la cele numerice), indicele de clasa (c) se determina prin raportarea erorii absolute la limita superioara de masura, numita si cap de scara(c.s).
La contoare
neexistand cap de scara, eroarea absoluta se raporteaza la
valoarea 'adevarata' (Wm) masurata cu
mijloace etalon, iar eroarea de baza (
), ce serveste
la stabilirea indicelui de clasa, se determina cu o relatie de
forma:
[%] (6.60)
in care Wi este energia indicata de contor.
Aceasta relatie transcrisa in termeni de constanta a contorului (C) devine:
[%] (6.61)
relatie in care C este constanta nominala inscrisa pe panoul contorului, iar Cm constanta acestuia determinata experimental la verificare.
Indicii de clasa de precizie (c) prevazuti de standarde pentru contoare electromecanice sunt: 0,5, 1 si 2, iar stabilirea unui astfel de indice la orice contor se face respectand conditia:
(6.62)
b) Verificarea contoarelor electromecanice
Operatia de verificare consta, in principal, in verificarea preciziei adica a indicelui de clasa (c) operatie care se face pe baza relatiilor (6.60) si (6.62). Conditiile de verificare sunt stabilite prin norme si standarde (de ex. STAS - 4198), aliniate la cele internationale (CEI 521, IEC - 1036).
Masurarea energiei real consumate (Wm) care
intra in expresia (6.60) se poate face:
1. Indirect,
cu ajutorul unui wattmetru de precizie si a unui cronometru de precizie
metoda ce a fost utilizata pana prin 1970 - '75, dar care a fost
parasita din cauza productivitatii si a preciziei
scazute.
2. Cu
ajutorul unui contor etalon, cum este, de exemplu, contorul INMB, model WEE 3-1 (precizie de baza 0,1 %), metoda ce s-a impus
dupa 1970 (odata cu aparitia contoarelor electronice de
precizie). Contorul etalon pe langa precizie mult mai buna si
productivitate mai mare, permite masurarea si a altor marimi de
interes ( cos, frecventa etc.), precum si automatizarea procesului de verificare.
Indiferent de
metoda, eroarea de masurare a lui Wm trebuie sa fie
de cel putin 3-5 ori mai mica decat 
, conditie indeplinita de catre WEE 3-1 chiar si la verificarea
contoarelor din clasa 0,5.
2. Masurarea puterii si energiei in trifazat cu AM electronice
Wattmetrele si
contoarele electronice trifazate pot fi cu multiplicator static sau cu 
, iar ca forma de prezentare sunt contoare (de tablou
sau de laborator) ce au si functionalitate de wattmetru, cu
afisaj comun (tipic LCD).
2.1. Contoare trifazate cu multiplicatoare electronice
Se construiesc atat in varianta de laborator (serie mica) cat si in cea de tablou (serie mare) si sunt utilizabile fara modificari, in configuratii cu 4 sau cu 3 fire.
a) Contoare trifazate de laborator
Acestea sunt la baza contoare cu 3 echipaje (multiplicatoare), pot functiona atat in configuratie cu 4 fire (fig.6.15), cat si in cea cu 3 fire (fig.6.16, b) si pot masura putere si energie activa precum si putere si energie reactiva, adica sunt mai versatile decat contoarele electromecanice. Ca trasatura de baza au precizie foarte buna (clasa 0,1) si servesc la etalonarea si verificarea contoarelor electromecanice, motiv pentru care se mai numesc si contoare etalon. Precizia inalta a acestor contoare se datoreaza multiplicatorului folosit: tip MAD.
un sumator de tensiuni, iar CTF un convertor
tensiune-frecventa. Se observa ca intrarile de curent
si de tensiune la cele trei multiplicatoare se face prin transformatoare
de masura (exista si variante mai recente in care transformatoarele
respective sunt inlocuite cu amplificatoare de izolatie). Se observa
de asemenea, ca aparatul are si functionalitate de wattmetru ca
si contorul electronic monofazat din fig.6.9, iar afisajul este
comun.Modul de lucru: conexiune cu 4 sau cu 3 fire (normala sau Aron) pentru receptoare in stea sau in triunghi, etc. poate fi selectat de catre operator (taste) prin blocul de comanda (BC). Aparatul dispune si de semnalizare a sensului de circulatie a energiei: spre receptor sau invers (- sau +), insa din motive de claritate circuitul respectiv a fost omis din schema. In fine, alimentarea aparatului se poate face de la retea (BA) sau de la baterii.
Avantaje
Principalele avantaje ale acestui tip de contor sunt:
. precizie inalta (clasa 0,05 sau 0,1);
raspuns corect si in regim nesinusoidal;
. raspuns corect si in regim dezechilibrat;
. insensibilitate la vibratii si la pozitie;
. versatilitate mare (poate masura P, Q, W, Wr, in toate configuratiile de baza din trifazat, precum si in monofazat);
. consum propriu foarte redus, ceea ce permite alimentarea mixta (retea si baterie).
Exemple de realizare
Contorul etalon TVH 2 al firmei Landis-Gyr, care a lansat (in Europa) primele contoare electronice etalon (Ruegger M. - Compteur etalon statique TVH 2 pour mesures d'energie active et reactive, Revue Landis-Gyr, nr. 2, 1979). Acesta are schema similara cu cea din fig.6.20, cu deosebirea ca afisarea valorii marimilor masurate se face pe AM numerice exterioare: P si Q sunt afisate pe un voltmetru numeric, iar W si Wr pe un numarator. Parametrii de calitate (precizie, etc.) sunt aceiasi cu cei mentionati mai inainte.
Contorul etalon WEE 3-1 (INMB) poate masura si in monofazat (fig.6.9, c).
b) Contoare electronice trifazate de tablou
Acestea au cam aceeasi schema ca si cele de laborator cu deosebirea ca multiplicatoarele sunt cu transconductanta variabila (mai simple si mai ieftine decat cele de tip MAD) si au o precizie mai redusa (tipic cl.1).
Parametrii de calitate sunt cam aceiasi ca si la contoarele de laborator mentionate mai inainte, cu exceptia preciziei care e mai scazuta: clasa 0,5 (mai rar 0,2) si clasa 1 (CEI 1036), din motive legate de optimizarea raportului performante/cost.
Ca arhitectura (exterioara si gabarit) sunt asemanatoare cu cele trifazate de inductie si pastreaza aceeasi numerotare la placuta de borne (ca in fig.6.15).
Exemplu de realizare
Contorul electronic trifazat de tablou Spectra A12E al firmei Schlumberger.
Acesta permite masurarea energiei active si reactive in ambele sensuri (+, -), puterilor P, Q si S, a factorului de putere precum si a altor marimi legate de regimul de tarifare a energiei electrice vandute. Mai permite si monitorizarea prin Master sau PC. Precizie: clasa 0.5 (CEI 678) sau clasa 1 (CEI 1036) la masurarea energiei active si clasa 1 la masurarea energiei reactive.
Carcasa aparatului (fig.6.21) este similara cu cea a contoarelor cu inductie standard. Pe figura avem:
A,B,C butoane pentru controlul puterilor maxime pe faze;
+ si - butoane pentru controlul sensului de circulatie a energiei;
RS 232 - iesire pentru conectare la un modem telefonic pentru integrare intr-un sistem automat;
MDC - iesire seriala pentru magistrala de date care permite afisarea datelor masurate direct pe PC-ul consumatorului.
In terminologia de prospect A, B, C se mai numesc si maxigrade.
Observatie
Contorul de tablou A12E poate lucra si in regim de monitorizare tip master-slave, in asociere cu un aparat de telemasura numit telemasurator, aparat de tablou de acelasi gabarit ca si A12E.
Exemplu. Telemasuratorul METS-MD-12, Schlumberger (1994). Aparatul (fig.6.22) este un telemasurator multitarif programabil, fiind si jurnal de date. Este utilizat la colectarea, prelucrarea, afisarea si transmiterea
datelor de facturare de la 4 - 12 contoare. Datele de la contoare sunt receptionate sub forma de impulsuri de frecventa proportionala cu energia (0,1 Wh/impuls, de ex.), emise de catre contoare.
Aparatul METS-MD-12 se utilizeaza in statii de distributie precum si la marii consumatori alimentati din mai multe puncte (fig.6.23). METS-MD-12 poate urmari, simultan, atat energia 'importata' cat si cea 'exportata'. In afara de telemasurare, METS-MD-12 permite si arhivarea datelor masurate intr-o memorie nevolatila si deci pastrarea acestora si in cazul defectarii aparatului.
Fig.6.24 Citirea la distanta a datelor prelucrate de catre METS-MD-12
In fine, datele pot fi citite pe afisajul aparatului sau la distanta pe un calculator IBM-PC, cuplat prin modem si fir telefonic (fig.6.24).
2.2. Contoare trifazate cu procesor de semnal
Se construiesc in 2 variante: contoare de tablou si mai ales contoare de teren (analizoare de energie), sunt mult mai versatile (si mai usor integrabile intr-un sistem condus de PC) decat contoarele trifazate cu multiplicatoare statice. In plus, datorita microprocesorului, poate calcula si alti parametri care permit o exploatare mai rationala a retelelor trifazate precum si obtinerea de date utile la proiectarea unor retele noi.
a) Parametri
suplimentari ce pot fi obtinuti de la un contor cu 
P
Experienta a
aratat ca in exploatarea retelelor trifazate, informatii
utile aduc si unii parametri conventionali numiti marimi echivalente ale
retelei sistemului trifazat. Aceste marimi carora le vom atribui
indicele '' pot fi calculate de catre P si au urmatoarele definitii:
Tensiunea
echivalenta (
) a sistemului
trifazat simetric:
(6.63)
relatie in care U12, U23, U31 reprezinta tensiunea dintre fazele cu indicii respectivi (fig. 6.17)
Curentul echivalent (
) a sistemului trifazat simetric:
(6.64)
relatie in care
(6.65)
reprezinta puterea aparenta echivalenta a retelei trifazate.
relatie in care P este definit de (6.54).
De asemenea,
s-au dovedit a fi utile (mai ales in studii de prognoza la proiectarea
retelelor) si valorile medii
pe termen lung (ore, zile, luni). Aici, aceste marimi vor fi notate cu
simbolurile marimilor respective, dar supraliniate, pentru a le putea
deosebi de marimile cu indice precum si de valoarea medie
redresata. Dintre aceste marimi medii mentionam:
Puteri active medii pe faza:
,
si 
;
Puteri reactive medii pe faza: 
,
si
;
Puterea activa medie a retelei
trifazate: 
, se defineste cu o relatie de forma (6.54);
Puterea reactiva medie a retelei
trifazate: 
, care se
defineste cu o relatie (6.59).
b) Contoare numerice trifazate de tablou
Schema de principiu:
Contoarele
numerice trifazate (ca si cele monofazate) au la baza un procesor de
semnal () de 12 sau 16 biti (TMS 32010, de ex.), intr-o
schema de tipul celei din fig.6.13, cu deosebirea ca aici intervin 3
intrari de curent si 3 de tensiune, asa cum se arata in
fig.6.25. in schema, MUX este un multiplicator analogic, iar celelalte
notatii au semnificatia din fig.6.13.
Procesorul
de semnal () calculeaza marimile primare U, I, P cu relatiile (6.51) si (6.52)
precum si marimile calculabile pe baza acestora: S, cos, Q, etc.
Ecuatia de
functionare ca wattmetru este de forma (6.45), iar la contor (6.49). In
afara de calculul marimilor de putere si energie, P-ul asigura si comenzile blocurilor componente ale
aparatului (schimbarea automata a gamelor, schimbarea paginilor de
afisare, comenzile convertoarelor, etc.), gestioneaza calendarul
si tarifele multiple precum si legaturile cu exteriorul (RS 232,
etc.).
Exemplu
de contor de tablou cu P:
Contorul 3710 ACM al firmei canadiene Power Measurements Ltd. (1996). Acesta permite efectuarea tuturor masurarilor standard in trifazat precum si captarea formei curbei tensiunilor si curentilor de pe faze in vederea analizarii (distorsiuni, analiza armonica) ulterioare a acestora pe un PC. De asemenea, dispune de interfata de comunicatii (RS232 / RS485) precum si de o iesire de semnal unificat: 0 20 mA.
c) Contoare de teren cu P
Acestea au la baza o schema similara cu cea din fig.6.21, la care se adauga unele functionalitati suplimentare pentru prelucrarea pe termen lung, precum si pentru analiza armonica a curentului si tensiunii. In plus, fiind aparate de teren sunt prevazute cu cleme si clesti ampermetrici, pentru a putea efectua masurari cu reteaua trifazata in functiune. In titulatura de catalog, astfel de aparate se mai numesc analizoare de energie, si au aparut in ultimii ani intr-un numar foarte mare pe piata. Practic, toate marile firme producatoare de aparate de masura pentru electroenergetica, au scos si cate cel putin un model de analizor de energie.
Exemplu: Analizorul de energie PROWATT-3, CHAUVIN ARNOUX (Franta):
Aparatul este in intregime programabil, are afisaj LCD pe pagina si permite masurarea valorilor momentane (U, I, P, Q, W, Wr) precum si a celor medii prezentate mai inainte.
De asemenea, permite si memorarea datelor masurate precum si inregistrarea unor functii, in special curbe de sarcina pe un inregistrator extern sau pe un PC (iesire RS 232). Aparatul dispune si de 4 iesiri de semnal unificat (4 - 20 mA).
In fig.6.26 se arata panoul frontal al aparatului, iar in fig.6.27 modul de conectare a acestuia la retea.
Observatie:
Pe baza multiplicatorului de tip MAD si a procesorului de semnal s-au construit o mare varietate de traductoare pentru marimile U, I, P, Q, S, W si Wr avand la iesire semnal unificat (4-20 mA), traductoare utilizabile in sistemele de masurare-reglare din industria electroenergetica. Prezentarea acestora depaseste cadrul capitolului de fata. Informatii in aceasta directie pot fi gasite in literatura.(a se vedea, de ex., Ionescu G. s.a. - Traductoare pentru automatizari industriale vol. I - Bucuresti (ET)1985).
Fig.6.27 Conectarea analizorului PROWATT-3 la reteaua trifazata
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 8419
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
