Измерение электрической мощности и энергии

Напряжение с выхода диода  поступает на один из входов механического  прерывателя. На другой его вход подается регулируемое постоянное напряжение. При правильной синхронизации оба  сигнала видны на экране осциллографа. Вначале до прихода импульса обе  кривые на экране сливаются на нулевом  уровне. Регулятор установки нуля на передней панели прибора позволяет  эффективно регулировать уровень постоянного  смещения на видеовыходе, а также  компенсировать долговременный дрейф  диода.

При проведении измерений  на вход поступает высокочастотный  импульс, и уровень опорного постоянного  напряжения регулируется до совмещения с максимумом импульса. Это значение регистрируется прибором на постоянном токе, который прокалиброван в  единицах мощности. Для калибровки на вход подключается источник непрерывного высокочастотного сигнала, и оконечная нагрузка заменяется измерителем непрерывной мощности. 

Метод сравнения с мощностью  постоянного тока пригоден для измерений  импульсной мощности в диапазоне 50 МГц – 2 ГГц при максимальной длительности импульса 0, 25 мкс. Точность измерений  лучше чем ±1 дБ при частоте  повторения импульсов до 2 МГц.

 

 

Рис.3.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Счетчики электроэнергии на основе индукционных измерительных механизмов

На основе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рисунке 4.1:

Рис.4.1

Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого  и П-образного индукторов, между  которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1  и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит). 

Если катушку 1 включить параллельно  источнику энергии, а катушку 2 последовательно  потребителю, тогда получим однофазный счетчик электрической энергии. Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик. Достоинства приборов индукционной системы: большой вращающий  момент, малое влиянию внешних  магнитных полей, большую перегрузочную  способность. Недостатки приборов индукционной системы: невысокая точность, большое  самопотребление, зависимость показаний  от частоты и температуры.

В последние годы электромеханические  измерительные приборы почти  повсеместно вытесняются цифровыми.  

 

5. Счетчики электрической энергии

На сегодняшний день электрическая  энергия является едва ли не единственной коммунальной услугой, расчеты за которую  осуществляются в соответствии с  показаниями приборов ее учета – электрических счетчиков. Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч).

Счетчики электроэнергии бывают трех видов:

1) индукционные;

2) цифровые;

3) гибридные.

Индукционные (механические) счетчики электроэнергии из представленных на рынке – самые дешевые, качественные и простые. Но вытесняются из-за отдельных недостатков (отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учета) электронными счетчиками.

Цифровые (электронные) счетчики электроэнергии – на порядок дороже, но гораздо удобнее для не обладающих техническими навыками пользователей, долговечнее (межповерочный период 4-16 лет) и куда точнее в подсчете израсходованной электроэнергии.

Гибридные счетчики электроэнергии – редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

Счетчики также делятся на: трехфазные и однофазные, однотарифные и многотарифные (до 48 тарифных планов), с обычной и упрощенной схемой снятия показаний (наличие импульсного выхода для дистанционного учета), с механическим отображением или цифровой индикацией показаний, на образцовые суперточные и обычные (по числовому эквиваленту уровня точности).

 

Цифровые счетчики электрической  энергии (ЦС) обладают лучшими метрологическими характеристиками.

В основу их работы положено использование статического преобразователя  мощности в постоянное напряжение. При этом применяется двойная  модуляция с преобразованием  напряжения в частоту электрических  импульсов и последующим интегрированием.

Устройство и  схема включения индукционного счетчика показаны на рис. 5.1, где 1 — трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения;

2 — счетный механизм; 3 — алюминиевый диск, укрепленный на оси;

4— постоянный магнит для создания тормозного момента; 5 — П-образный магнитопровод с токовой обмоткой.

 

 

Рис. 5.1. Устройство и схема включения индукционного счетчика

 

 

 

 

 

Анализ работы индукционного  счетчика показывает, что вращающий  момент пропорционален мощности переменного тока, т. е. ,

где к — постоянный коэффициент.

На подвижную часть счетчика (алюминиевый диск) действует тормозной момент, пропорциональный частоте ращения диска. Этот момент создается в результате действия тока, наводимого во вращающемся между полюсами постоянного магнита диске, и определяется выражением:

где — постоянный коэффициент; —  частота вращения диска.

Приравнивая вращающий и  тормозной моменты, получим

Число оборотов диска N за время измерения энергии определяется интегралом по времени от частоты вращения диска

, т. е.

 

,

где С = — постоянная счетчика;W—энергия, прошедшая через счетчик за интервал времени .

Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма —  счетчика оборотов, градуированного  в единицах энергии. Единице электрической энергии (обычно 1 кВт*ч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов подвижной части счетчика. Это соотношение, называемое передаточным числом А, указывается на счетчике.

Величину, обратную передаточному числу, т. е. отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска, называют номинальной постоянной С_ном. Значения А и С_ном зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика остаются неизменными.

Под действительной постоянной счетчика С понимают количество энергии, действительно прошедшей через счетчик за один оборот подвижной части. Действительная постоянная в отличие от номинальной зависит от тока нагрузки, а также от внешних условий (температуры, частоты и т. д.). Зная С и Сном, можно определить относительную погрешность счетчика

,

где W' — энергия, измеренная счетчиком, а W- действительное значение энергии, прошедшей через счетчик.

Счетчики активной энергии выпускают классов точности 0,5; 1,0; 2; 2,5; счетчики реактивной энергии  — 1,5; 2 и 3. Класс точности счетчиков нормирует относительную основную погрешность и другие метрологические характеристики.

Государственным стандартом устанавливается порог чувствительности (в процентах) счетчика, определяемый выражением ,

где 1 — минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться; Iном — номинальное для счетчика значение тока в токовой обмотке. При этом напряжение и частота тока в цепи должны быть номинальными, а = 1.

Согласно ГОСТ 6570—75 порог чувствительности не должен превышать 0,4 % — для счетчиков класса точности 0,5 и 0,5 % — для классов 1,0; 1,5 и 2. Для счетчиков реактивной энергии классов 2,5 и 3 значение должно быть не более 1 %.

Вращение диска при  отсутствии тока в нагрузке и при  наличии напряжения в параллельной цепи счетчика называют самоходом. Согласно ГОСТ 6570—75 самохода не должно быть при  любом напряжении от 80 до 110 % номинального.

Погрешность счетчика зависит от режима его работы, поэтому государственным стандартом нормируется разная относительная погрешность при различных нагрузках.

Под действием внешних  факторов у счетчика появляются дополнительные погрешности, также нормируемые государственным стандартом. Дополнительные погрешности возникают вследствие искажения формы кривой тока и напряжения, колебаний напряжения и частоты, резкого перепада мощности, потребляемой нагрузкой, и некоторыми другими факторами.

 

 

Электросчётчик ЦЭ2726

Электросчётчик ЦЭ2726  представлен на рисунке:

   Рис. 5.2

Производит измерение и учет электрической энергии и мощности по 4 тарифам.  
• класс точности: 1.0 ; 
• номинальный-максимальный ток, A: 5-50 ; 
• номинальная частота 50 Гц ; 
• полная и активная мощность потребляемая цепью напряжения 5,0В.А и 2,0 Вт соответственно ; 
• полная мощность потребляемая цепью тока не более 0,5 В.А ; 
• диапазон рабочих температур, 0С: от -25 до +55 ; 
• межповерочный интервал: 16 лет ; 
• средний срок службы: не менее 30 лет ; 
• телеметрический выход ; 
• имеется модификация со встроенным электросиловым модемом.

 

Трёхфазный счётчик электроэнергии Ф669

Трёхфазный счётчик электроэнергии Ф669  представлен на рисунке:

   Рис. 5.3

Трехфазный многофункциональный активно-реактивный электросчётчик. Производит измерение активной и реактивной энергии и мощности в двух направлениях по 4 тарифам в 5 временных зонах.  
• класс точности: 0.5S; 1.0 ; 
• номинальное напряжение в зависимости от схемы подключения ; 
• номинальный-максимальный ток, A: 1-1,25; 5-6,25 ; 
• номинальная частота 50 Гц ; 
• полная и активная мощность потребляемая цепью напряжения 4,0В.А и 2,0 Вт соответственно ; 
• полная мощность потребляемая цепью тока не более 0,3 В.А ; 
• диапазон рабочих температур, 0С: от -20 до +55 ; 
• межповерочный интервал 8 лет ; 
• средний срок службы не менее 20 лет ; 
• интерфейсы: типа "токовая петля", телеметрический выход, оптопорт, RS232; RS485.

Трёхфазный электронный счётчик электроэнергии Меркурий 230  представлен на рисунке:

   Рис. 5.4

Трехфазный электронный  многофункциональный счетчик активной и активно-реактивной энергии. Производит измерение и учет активной и активно-реактивной энергии в прямом направлении в трехфазных сетях переменного тока номинальной частотой 50Гц.  
• класс точности активной энергии: 0,5; 1,0, 
активно-реактивной энергии: 0,5(1,0); 1,0(2,0);  
• номинальный-максимальный ток, А; 5-50; 10-100; 5-7,5 ; 
• полная и активная мощность потребляемая цепью напряжения 7,5В.А и 0,5Вт соответственно ; 
• полная мощность потребляемая цепью тока 0,1В.А ; 
• количество тарифных зон: 1- 4 ; 
• диапазон рабочих температур С: от-20 до +55 ; 
• межповерочный интервал - 8 лет ; 
• средний срок службы не менее 30 лет ; 
• счетчики имеют последовательный интерфейс CAN, обеспечивающий обмен информацией с компьютером.

 

 

 

Список литературы:

1. 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. 1987 г.
2. Приборы и методы измерения электрических величин: учеб.пособие для втузов/ Э.Г. Атамалян. 3-е издание, перераб. и доп. – М.: Дрофа,2005 г.