Схемы включения счётчиков для измерения активной и реактивной энергий в трёхфазных цепях

Общие сведения

Счётчики представляют собой электроизмерительные приборы индукционной системы, служащие для учёта энергии 3 – фазного тока номинальной частоты 50 Hz.

По виду измеряемой энергии приборы делят на счётчики активной и счётчики реактивной энергий.

В зависимости от схемы электроснабжения – на трехпроводные и четырехпроводные.

По способу включения различают:

Ø Счётчики непосредственного включения (без измерительных трансформаторов тока, для сетей 0,4/0,23 kV на токи до 100 А);

Ø Счётчики полукосвенного включения (токовые обмотки счётчиков включаются через измерительные трансформаторы тока; обмотки напряжения включаются непосредственно в сетях до 1 kV);

Ø Счётчики косвенного включения, включаются в сеть через измерительные трансформаторы тока и напряжения в сетях более1kV.

Рис. 11.4 Схема включения универсального 3-х элементного счетчика в 3-х (4-х) проводной трехфазной сети

Эти счётчики изготавливаются 2-х типов:

ü Трансформаторные, включаемые в сеть через измерительные трансформаторы с наперёд заданными коэффициентами трансформации;

ü Универсальные, включаемые в сеть через измерительные трансформаторы с любыми коэффициентами трансформации.

Универсальные счётчики имеют на лицевой стороне крышки щиток, на котором уполномоченными лицами указываются коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов, с которыми должен работать счётчик.

Включать счётчики необходимо в полном соответствии с их номинальными данными и разметкой обмоток, имеющейся как на зажимной коробке, так и на внутренней стороне ее крышки, а также соблюдать задаваемую последовательность фаз.

Примеры включения счётчиков приведены на рис 11.1 – 11.6

12. Выбор приборов, для проведения с установленной точностью измерительного эксперимента методом непосредственной оценки

«Измерять нужно так точно, насколько

это возможно, но не точнее,

чем это необходимо»

Общие сведения

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют по отсчетному устройству прибора, шкала которого проградуирована в значениях однородной величины. При измерениях методом непосредственной оценки с требуемой точностью выбор приборов следует производить, руководствуясь следующими рекомендациями [1, с. 362 … 366]:

1. Род тока прибора должен соответствовать роду тока измеряемой величины.
Частота измеряемой величины должна соответствовать нормальному диапазону частот прибора.
При измерениях в цепях с несинусоидальной формой тока, частота учитываемой гармоники должна входить в нормальный частотный диапазон прибора.

2. Верхний предел диапазона измерения прибора должен быть не меньше максимального возможного для рассматриваемой цепи значения измеряемой величины.

3. Класс точности прибора должен обеспечивать требуемую по условию задания точность результата измерения.

4. Мощность собственного потребления прибора не должна вносить систематической методической погрешности измерения, требующей учета (см. [1, с. 386-387, 134]).

5. Прибор должен быть максимально простым и удобным в эксплуатации, оправданной для решаемой задачи стоимости.

Приоритет пунктов 3 и 4 зависит от мощности цепи, в которой выполняются измерения. Так для цепей полная мощность которых меньше (15-20) V•A более важным нежели п.3 становится п.4, (при условии выполнения п.3).

Ориентировочные сравнительные технические и эксплуатационные характеристики приборов различных систем приведены на диаграммах рис. 12.1

Частотные характеристики

Собственное потребление мощности

Стоимость

Обозначения (соответствуют первой букве типа прибора):

М – магнитоэлектрические;

Э – электромагнитные;

Д – электро- и ферродинамические;

C – электростатические;

Ц – выпрямительные;

Т – термоэлектрические;

В2; В3 – электронные вольтметры постоянного и переменного токов, соответственно;

Ф, Щ – цифровые и электронные измерительные приборы.

Рис. 12.1. Сравнительные ориентировочные диаграммы технических и эксплуатационных характеристик показывающих приборов

Последовательность решения задачи

- По условию задачи оценить условия, частоту и мощность (P=U•I•cosφ) цепи, в которой выполняются измерения (если в условии задачи не приведены сведения о значениях влияющих величин, то их следует считать нормальными).

- Из условия задачи установить требования, предъявляемые к оценке результатов (точные и приближенные), а также форму представления и значение требуемой точности (погрешности) результата измерения.

- Оценку абсолютных и относительных основных инструментальных составляющих погрешностей приборов выполнять в зависимости формы представления их класса точности (см. раздел.3)

- Очередность анализа характеристик приборов при выборе (допускается применение масштабных преобразователей – добавочных резисторов, делителей напряжения)

вольтметров и амперметров

· частотный диапазон (или номинальная частота);

· верхний предел диапазона измерений;

· класс точности;

· оценка основных составляющих погрешностей приборов;

· обоснование выбора типа прибора для эксперимента.

частотомеров

· напряжение цепи должно входить в диапазон напряжений прибора;

· измеряемая частота должна входить в диапазон измерения прибора;

· класс точности;

· оценка основных составляющих погрешностей приборов;

· обоснование выбора прибора для измерений.

ваттметров

· частотный диапазон прибора;

· номинальные значения величин, измеряемых обмотками ваттметра (напряжение – U_HW, тока - I_HW и коэффициента мощности – cosφ_HW);

· класс точности;

· оценка основных составляющих погрешностей;

· обоснование выбора типа прибора для эксперимента (для получения результата измерения с требуемой точностью допускается применение косвенных измерений по уравнению измерений P=U•I•cosφ).

фазометров

· частотный диапазон прибора;

· номинальные значения входных величин (U_H, I_H – для электромеханических и U_H1, U_H2 – для электронных и цифровых приборов);

· диапазон измерений;

· класс точности;

· оценка основных составляющих погрешностей;

· обоснование выбора типа прибора.

Оценку основных и относительной и абсолютной погрешностей результата измерений произвести в соответствии с указаниями раздела 3.

- Представить результаты измерения величин в установленной форме

- Представить схему включения выбранных приборов (и измерительных преобразователей, если они используются)

Пример решения задачи

Задача. Для измерения напряжения U, тока I, частоты f, угла фазового сдвига φ и мощности Р в однофазной цепи синусоидального тока:

§ выбрать по 2-3 прибора и привести их метрологические характеристики;

§ оценить основные погрешности приборов и, учитывая их эксплуатационные характеристики, указать тип прибора, наиболее целесообразно для измерения величин с погрешностью не более ±2,5%;

§ представить результаты измерения величин выбранными приборами;

§ привести схему включения выбранных приборов (и измерительных преобразователей, если они использовались).

Исходные данные: U=5 V; I=0,2 A; f=10000 Hz; φ=10˚. Мощность цепи равна P=U•I•cosφ=5•0,2•cos10˚=0,98 W, т.е. ее следует отнести к маломощным цепям. Характеристики выбираемых приборов представим в таблицах

Таблица 12.1

Характеристики вольтметров для измерения U=5 V при f=10000 Hz

Т.к. классы точности представлены в форме приведенной погрешности, то погрешности найдем по формулам:

относительную ;

абсолютную ,

где γ_V – класс точности вольтметра;

U_HV, U – нормирующее значение и показания вольтметра, соответственно.

Разъяснение: вольтметр В3-50 следует исключить из ряда пригодных для эксперимента приборов, т.к. его основная погрешность превышает допустимый предел ± 2,5%

Цепь маломощная, поэтому выбираем вольтметр С700М.

Таблица 12.2

Характеристики амперметров для измерения I=0,2 A при f=10000 Hz

Расчет погрешностей проведем по формулам:

; ,

Выберем прибор Ф584, собственное потребление мощности которого меньше, чем у амперметра Т15.

Таблица 12.3

Характеристики частотомеров для измерения U=5 V при f=10000 Hz

Погрешности частотомера Ф5043 определим, использую выражения:

Погрешности частотомера Ч3-36 определим, используя формулу класса точности

,

где

T_cr – время счета, выбираемое из стандартного ряда 0,1; 1,0; 10; 100ms; 1; 10s, как ближайшее большее рекомендуемого значения .
Выберем T_cr = 10ms = 0,01s

тогда

абсолютная погрешность частотомера

Выбираем частотомер Ф5043, обеспечивающий требуемую точность измерений, он значительно дешевле цифрового частотомера Ч3-36.

Таблица 12.4

Характеристики фазометров для измерения угла фазового сдвига φ=10˚ в цепи f=10000 Hz, U=5 V, I=0,2 A

Т.к. класс точности Ф2-1 указан в форме относительной погрешности, то δ_осн = ± 1,0%

Основную погрешность фазометра Ф2-16 определим как

δ_осн = ±(0,2 + 0,004φ_х) = ±(0,2 + 0,04•10)% = ± 0,24%

Абсолютные погрешности найдем, пользуясь выражением

Выберем фазометр Ф2-1, как более доступный по стоимости.

Результаты прямых измерений U, I, f, φ

U = (5,00 ± 0,08) V f = (10000 ± 100) Hz

I = (0,2000 ± 0,0015) A φ = (10,00 ± 0,10)˚

Схема включение выбранных приборов приведена на рис. 12

Рис. 12.

Таблица 12.5

Характеристики ваттметров для измерения мощности P=0,98 W в цепи f=10000 Hz, U=5 V, I=0,2 A и φ=10˚

Расчет погрешностей

относительной

т.к. погрешность результата измерения будет превышать допустимую, то для измерения мощности воспользуемся косвенным методом (см. раздел 7)

Уравнение измерений P = U • I • cos φ

Результаты прямых измерений приведены ранее (табл. 12.1; 12.2; 12.3; 12.4)

Результат измерения P = 5 • 0,2 • cos 10 = 0,98 W

Погрешность результата измерения мощности

Погрешность δ_U и δ_I установим по табл. 12.1 и 12.2, соответственно, а погрешность δ_cosφ найдем, используя табл. 7.1

В абсолютной форме погрешность результата измерения мощности

Результат измерения мощности

P = (0,980 ± 0,024) W

Литература

1. Метрология и электорадиоизмерения в коммуникационных системах: Учебник для вузов / В. Н. Нефедов, В. Н. Хахин, Е. В. Федорова и др.; Под ред. В. Н. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2001. – 383 с.: ил.

2. Тартаковский Д. Ф., Ястребов А. С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2001. – 205 с.: ил.

3. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б. Я. Авдеев, Е. М. Антонюк, Е. М. Душин и др.; Под ред. Е. М. Душина. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. – 480 с.: ил.

4. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие для студ. втузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1989. – 384 с.: ил.

5. Мирский Г. Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1986. – 440 с., ил.

6. Хромой Б. П., Моисеев Ю. Т. Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1985. – 288 с., ил.

7. Зайчик Н. Ю. Практикум по электрорадиоизмерениям: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Высш. школа, - 272 с., ил.

8. Лозинский Б. Н., Мельниченко Н. Н. Электрорадиоизмерения. М., Энергия, 1976. – 224 с., ил.

9. Програма та контрольне завдання з дисципліни „Основи метрології та електровимірювальна техніка” для студентів спеціальності „Електротехнічні системи електроспоживання” заочної форми навчання. / Укл.: С. М. Огінська, О. В. Яковлєв. – Одеса, ОДПУ, 2001. – 20 с.

10. Метрологія та вимірювання. Програма, методичні вказівки та контрольні завдання для студентів фахів 7.091501 та 7.091401 заочної форми навчання / Укл.: С. М. Огінська, О. В. Яковлєв – Одеса: ОНПУ, 2002. – 24 с.

11. Щиголев Б. М. Математическая обработка наблюдений. ГИФМЛ., Москва, 1962. – 344., ил.

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Александр Владимирович Яковлев

Тамара Александровна Желиба

«Основы метрологии