Измерение реактивной мощности – 6.3-4

Измерение электрической мощности

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при малом сопротивлении нагрузки

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при большом сопротивлении нагрузки

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная. Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной  Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Схема подключения однофазного ваттметра

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой Rн, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

Полная мощность трехфазной сети

Uл – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

Полная мощность нессиметричной трехфазной сети

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Схема подключения трехфазного ваттметра с нулевым проводом

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Активная мощность при измерении ваттметром

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Схема подключения трехфазного ваттметра с без нулевого провода

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

Сумма показаний ваттметров для трехпроводной цепи

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Активная мощность трехфазной цепи

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Измерение реактивной мощности ваттметром

Измерение реактивной мощности ваттметром будет равна

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

 

elenergi.ru

ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. | Учёт и Контроль

ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

При индуктивной нагрузке энергия, вырабатываемая генератором, только частично потребляется абонентом, остальная же часть возвращается к генератору.

По сети не только передается энергия потребителю, но кроме этого происходит непрерывный обмен энергией между    генератором   и    абонентом,   имеющим   индуктивную нагрузку. Этот обмен энергией сопровождается излишними потерями в проводах.

Энергия, поступающая от генератора к потребителю и используемая им, называется реактивной энер­гией (W). Количество активной энергии, потребляемо» в 1 сек., называется активной мощностью

Р и вычи­сляется по формуле

P = IU cosФ

Энергия, циркулирующая между генератором и абонен­том при индуктивной нагрузке и не используемая потре­бителем, называется реактивной энергией (Wp). Количество ее, проходящее по линии в секунду, назы­вается реактивной мощностью р) и может быть опре­делено по формуле

PР = IU sinФ

В этой формуле sinФ (синус фи) является коэффи­циентом, на который нужно умножить произведение то­ка на напряжение, чтобы получить реактивную мощ­ность; sinФ определяется по величине cosФ по таблицам.

С увеличением сдвига фаз cosФ уменьшается, а sinФ увеличивается. Другими словами, с увеличением сдвига фаз уменьшается активная, полезно передавае­мая током мощность и увеличивается количество реак­тивной энергии создающей излишние потери в сети. Чтобы заставить абонента заботиться об уменьшении сдвига фаз или, как говорят, повышать cosФ,

устанав­ливают такой тариф, что плата за активную энергию повышается с увеличением количества реактивной энер­гии, идущей к абоненту и возвращающейся потом к генератору. Кроме обычных счетчиков, учитывающих только активную энергию, устанавливают счетчики ре­активной энергии.

Реактивная энергия непроизводительно загружает генераторы, трансформаторы и вызывает излишние по­тери энергии во всех частях электрических установок. Необходимость улучшения использования оборудования и всемерного уменьшения потерь требует такого же внимания к измерению реактивной мощности и учету реактивной энергии; как и к измерению активной мощ­ности и учету активной энергии.

Для определения величины реактивной мощности можно поступить следующим образом: включив ваттметр, амперметр и вольтметр, опре­деляют по показаниям приборов активную мощность Р, ток /   и   напряжение   U.    Зная   эти  три  величины   и воспользовавшись формулой для мощности однофазного тока

P = IU cosФ,

можно получить  величину  cosФ,

cosФ= P/ IU

т. е., разделив мощность (в ваттах) на произведение тока на напряжение, мы получим значение коэффициента мощности cosФ.

После этого, пользуясь таблицами, можно по значению cosФ найти соответ­ствующее ему значение sinФ и затем подсчитать реак­тивную мощность по ранее приведенной формуле:

PР = IU sinФ

Таким же путем можно поступить и при трехфазном токе, мощность которого выражается формулой

P =3IU cosФ,

откуда определяется cosФ:

cosФ= P/3IU

Зная cos ф, определяем по номограмме  sinФ и затем подсчитываем реактивную мощность

PР =3IU sinФ

Следует иметь в виду, что для трехфазной сети этот способ подсчета реактивной мощности пригоден только при равномерной нагрузке фаз. При неравномерной же нагрузке фаз нужно производить измерение и подсчеты отдельно для каждой фазы. Однако, определение реак­тивной мощности по ваттметру, амперметру и вольт­метру не только связано с большими подсчетами, но и неудобно из-за необходимости одновременного отсчета по трем измерительным приборам, что значительно сни­жает точность измерения.

Показания обычного ваттметра дают активную мощ­ность, но можно путем некоторых изменений в нем сде­лать «реактивный ваттметр», т. е. прибор, показываю­щий непосредственно реактивную мощность. Однако, та­кие приборы обладают рядом недостатков, из-за кото­рых они до сего времени не получили распространения.

По этой причине для измерения реактивной мощно­сти однофазного тока приходится пользоваться исключи­тельно описанным выше методом подсчета ее по показа­ниям обычного ваттметра, амперметра и вольтметра.

При трехфазном же токе кроме этого способа имеет­ся возможность измерить реактивную мощность непо­средственно обычными ваттметрами, включая их по осо­бым схемам.

Наиболее употребительными из этих схем являются следующие.

Схема с одним ваттметром. Эта схема изображена на рис 1.

 

 

Рис.1. Схема измерения реактивной мощности в трёхфазной цепи одним ваттметром.

Последовательная обмотка ваттметра включается в один из проводов трёхфазной сети, параллельная же цепь прибора включается  на напряжение двух других «чужих» фаз. Показания включённого таким образом  ваттметра будут зависеть уже не от активной, а от реактивной мощности. Однако он показывает не действительное значение реактивной мощности, а  вели­чину,  в 3 раза меньшую. Поэтому для получения действительного значения реактивной мощности РРну­жно показание ваттметра Р  умножить на 3:

PР = P3

При пользовании этой схемой нужно иметь в виду, что она пригодна только при условии равномерной на­грузки фаз.

Схема Арона. Схема Арона, применяющаяся для из­мерения активной мощности рис.2, оказывается при некоторых условиях пригодной и для измерения реактивной мощ­ности.

Рис.2. Схема Арона для измерения активной мощности.

Активная мощность при измерении по схеме Арона получается путем сложения показаний обоих ватт­метров:

P = N1 + - N2

В этой формуле поставлен двойной знак (+ - ), пока­зывающий, что если стрелка одного из ваттметров при нормальном включении отклоняется влево от нуля, то показание его, полученное после переключения проводов на зажимах параллельной цепи, нужно не прибавлять, а вычитать из показаний другого прибора.

Оказывается, схема Арона обладает таким свойством, что если показания ваттметров при нормальном откло­нении их стрелок (вправо от нуля) не складывать, а вычесть одно из другого и затем полученную разность умножить на  3 , то получится значение реактивной мощности, т. е.

 

PР = 3 (N1 ± N2 )

Двойной знак ( + -) в этой формуле показывает, что показания приборов 'нужно вычитать, если они оба дают правильное отклонение, и складывать, если стрелка од­ного из них при правильном включении отклонялась влево от нуля.

Рис.3. Схема Арона для измерения реактивной мощности.

Схема трех ваттметров. Эта схема для измерения реактивной мощности пригодна как для трехпроводной, так и для четырехпроводной сети (с нулевым проводом) при равномерной и неравномерной нагрузке фаз. При этой схеме параллельные цепи трех ваттметров, так же как и в ранее рассмотренной схеме одного ваттметра рис.1, включаются на «чужие» фазы. Показания включенных    таким    способом    ваттметров, сложенные вместе и поделенные на  3 дают  значение  реактив­ной мощности, т. е.

PР = (Р1 + Р2  + Р3)/ 3

На рис. 4.  показано применение этой схемы при не­посредственном включении приборов в сеть низкого на­пряжения.

Рис.4. Схема  трех ваттметров для измерения реактивной мощности.

Недостатком этой схемы является необходимость при­менения и отсчета показаний одновременно трех прибо­ров. При применении схем с включением параллельных обмоток на «чужие» фазы (рис.1 и 2) нужно иметь в виду, что показания ваттметров могут быть отрица­тельными только при емкостной нагрузке.

Схема двух ваттметров с искусственной нулевой точкой. В трёхпроводной сети без нулевого провода реактивную мощность как при равномерной, так и при неравномерной нагрузке фаз можно измерить не тремя, а только двумя ваттметрами, пользуясь схемой рис. 5.

 

 Рис.5. Схема двух ваттметров с искусственной нулевой точкой для измерения реактивной мощности.

 

Для выполнения этой схемы параллельные обмотки ваттметров должны иметь строго одинаковые сопротив­ления и кроме этого нужно иметь для образования ис­кусственной нулевой точки О вспомогательное добавоч­ное сопротивление Ra , точно равное по своей вели­чине сопротивлению параллельной цепи ваттметра. При составлении этой схемы требуется точное соблюдение порядка чередования фаз, определив его с помощью фазоуказателя.

Сумма показаний включенных по этой схеме ваттмет­ров, умноженная на 3 дает значение реактивной мощности, т. е.

 

PР = 3 (W1 ± W3 )

В этой формуле двойной знак (±) поставлен пото­му, что при cosФ, большем 0,865, стрелка ватт­метра,   включенного в фазу 3,   дает отклонение   влево от нуля, и показание этого ваттметра, полу­чаемое после переклю­чения проводов на за­жимах его параллель­ной цепи, нужно не прибавлять, а вычитать из показания другого ваттметра.

 

fidercom.ru

Реактивной мощности измерение

Спасибо за интерес, проявленный к нашей Компании

Реактивной мощности измерение

Отправить другу

Измерение реактивной мощности осуществляется с помощью специального прибора варметра, также можно определить косвенным методом с помощью ряда приборов вольтметра, амперметра, фазометра.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электрооборудование изменениями энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока:

Q = UIsin φ

Единица измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар).. Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери и падение напряжения. В электра установках специального назначения (индукционные печи) реактивная мощность значительно больше активной. Это приводит к увеличению реактивной составляющей тока и вызывает перегрузку источников электроснабжения. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Чтобы правильно определить необходимое значение мощности установки компенсации реактивной мощности надо произвести измерения в электросети.

Применение современных электрических измерительных приборов на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии в сети.

Анализатор качества энергии и параметров сети потребителей является универсальной измерительной системой, предназначенной для измерения, хранения в памяти и контроля электрических параметров в электросетях с низким и средним напряжением. Измерение осуществляется в однофазных и трёхфазных сетях. Одним из главных достоинств анализатора качества энергии и параметров сети потребителей являются высокая точность измерений, компактные размеры и возможность измерения гармоник тока и напряжения в сети. Один анализатор качества энергии и параметров сети потребителей совмещает в себе 13 различных измерительных приборов: амперметр, вольтметр, ваттметр, измерители реактивной и полной мощности, коэффициента мощности cos φ, частотомер, анализатор гармоник тока и напряжения, счётчики активной, реактивной и полной потребляемой электроэнергии. Трёхфазная электронная измерительная система прибора измеряет и оцифровывает действующие значения напряжения и тока в трёхфазной сети с частотой 50/60 Гц. Прибор производит 2 измерения в течение секунды. Из полученных значений микропроцессором высчитываются электрические параметры. Максимальные, минимальные значения параметров и программные данные сохраняются в памяти. Выбранные измеряемые значения, а также данные о перебоях в сети записываются в буферную память с указанием даты и времени. После чего данную информацию можно просмотреть и проанализировать на мониторе компьютера или распечатать на принтере.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Возврат к списку


www.nucon.ru

ИЗМЕР

30.Методы измерения активной мощности в цепях переменного тока

Измерение активной мощности в однофазных цепях переменного тока производится электродинамическим или ферродинамическим ваттметром аналогично измерению мощности в цепи постоянного тока: токовая обмотка ваттметра включается в рассечку фазного провода, а обмотка напряжения между фазой и нулем

P=IUcosφ

Измерение мощности методом одного прибора- это метод применяется для измерения активной мощности в симметричных трехфазных цепях.

Если нулевая точка не доступна, то применяется схема включения ваттметра с искусственной нулевой точкой. Иск..нул..точ. создается с помощью двух резисторов, сопротивление каждого из которых равно сопротивлению обмотки напряжения ваттметра

Измерение мощности методом двух приборов- применяется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи с помощью двух одноэлементных ваттметров.

Измерение мощности методом трех приборов- применяется при измерении мощности в трехфазной четырехпроводной цепи (при этом используются три одноэлементных ватметра

31. Методы измерения реактивной мощности в цепях переменного тока

Для измерения реактивной мощности применяются приборы электродинамической или ферродинамических систем у которых угол поворота подвижной части пропорционален не cos, а sin, такие приборы называются ваттметры. Однако для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях могут быть применены обычные ватметры, если они включены по схемам замещенным напряжением.

Правило включения ваттметра для измерения реактивной мощности:

1.Токовая обмотка ватметрат включается также, как и при изменении активной мощности.

2. Обмотка напряжения включается на напряжение, которое отставало бы на 90 от напряжения подаваемого на обмотку напряжения при изменении активной мощности.

Измерение реактивной мощности методом одного прибора - используется при включении обычного однофазного электродинамического или феродинамического ваттметра, предназначенного для измерения активной мощности, в трехфазную трех- или четырехпроходную цепь.

Измерение реактивной мощности методом двух приборов- применяется в трехфазной трехпроводной цепи как при симметрии,так и при асимметрии токов.

Измерение реактивной мощности методом трех приборов- применяется в трехфазных четырехпроводных цепях как при симметрии, так и при асимметрии токов.

34. Измерение частоты. Электромеханические частотомеры. Осциллографические методы измерения частоты.

Электромеханические частотомеры. Эти приборы ис­пользуются для измерения частот в диапазоне 20— 2500 Гц в основном в энергетических цепях и выполняют­ся на основе электромагнитных и электродинамических (ферродинамических) механизмов.

Электрическая схема электродинамического частотомера на основе логометрического механизма и векторная диаграмма токов приведены на рис.

Метод фигур Лиссажу. Этот метод используется для измерения частоты синусоидальных напряжений. На один из входов (например, на вход канала У) подается

32. Измерение электрической энергии. Однофазный индукционный счетчик. Схемы включения. Принцип действия.

Измерение активной и реактивной энергии в однофазных и трехфазных, трехпроводных и четырехпроводных цепях переменного тока можт быть проведено с помощью специальных интегрирующих электроизмерительных приборов- однофазных и трехфазных электрических счетчиков.

В тех. лит. элект. Счетчики, предназначенные для учета энергии в однофазных цепях переменного тока, называют однофазными счетчиками.

В качестве вращающего элемента однофазного счетчика используется индукционный измерительный механизм. Принцип действия механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными или в подвижном алюминиевом диске.

33. Моменты, действующие на диск однофазного индукционного счетчика.

Вращающий момент М равен:

Где Ф1 и Ф2-потоки, пересекающие алюминиевый диск; f-частота измерения потоков Ф1 и Ф2; φ-угол фазового сдвига между потоками Ф1 и Ф2.

  1. Для создания вращающего момента необходимо не менее двух составляющих одного потока, имеющих фазовый сдвиг и смещенных в пространстве.

  2. Вращающий момент достигает своего значения, когда фазовый сдвиг между потоками Ф1 и Ф2 равен 90 (sinψ=1)

  3. Вращающий момент зависит от частоты измерения потоков Ф1 и Ф2.

Момент трения величина переменная, зависящая от угловой скорости вращения диска. Компенсационный момент при измененном значении напряжения является величиной постоянной, следовательно равенство компенсационного момента и момента трения наступает только при одной вполне определенной нагрузке. В ходе эксплуатации счетчика бывают случаи когда компенсационный момент, превышает момент трения, как правило, при малой нагрузке, итогда диск счетчика начинает вращаться под действием компенсационного момента даже если I→0, тоесть когда потребитель энергию не расходует, такое явление называется самоходом счетчика.

Вращение диска счетчика под действием напряжения приложенного к зажимам параллельной цепи и при отсутствии тока в последовательной наз. самоходом. Для устранения самохода на оси диска прикрепляется крючок из ферромагнитного материала. Флажок позиция 11 намагничивается по токам магнитным создающим компенсационный момент и притягивает крючок устраняя тем самым самоход

34. Измерение фазового сдвига. Электромеханические фазометры. Осциллографические методы измерения фазового сдвига.

Электромеханические фазометры, Электродинамические и ферродинамические логометры могут быть исполь­зованы для построения фазометров (как показывающих, так и самопишущих), предназначенных для измерения фазового сдвига между напряжением и током в нагрузке и коэффициента мощности.

На основе электродинамических механизмов возмож­но построение фазометров для измерения соsφ и в трех­фазных цепях переменного тока. По принци­пу действия он подобен однофазному фазометру, но необходимые фазовые сдвиги между токами в обмотках рамок подвижной части прибора можно получить более просто, используя 120-градусные сдвиги между напряже­ниями и токами трехфазной цепи. Такой прибор дает правильные показания в трехфазной цепи с симмет­ричными напряжениями и токами. В случае несимметрич­ной трехфазной цепи можно говорить лишь о разности фаз между током и напряжением в каждой фазе.

Осциллографические методы измерения фазы. Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа или однолучевого осцилло­графа с электронным коммутатором. В этом случае на эк­ране осциллографа создается изображение двух напряжений, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить. Если напряжения U1 и U2 на вход Y осциллографа подаются через электронный коммутатор, то изображения создаются штриховыми линиями.

Метод эллипса используется для измерения фазового сдвига между синусоидальными напряжениями. Напря­жения U1 и U2 подаются на входы каналов У и X (канал X работает в режиме усиления сигнала и2). На экране осциллографа получается изображение эллипса

Метод эллип­са позволяет измерять в пределах 0—90° без определе­ния знака фазового угла.

34. Измерение частоты. Электромеханические частотомеры. Осциллографические методы измерения частоты.

Электромеханические частотомеры. Эти приборы ис­пользуются для измерения частот в диапазоне 20— 2500 Гц в основном в энергетических цепях и выполняют­ся на основе электромагнитных и электродинамических (ферродинамических) механизмов.

Электрическая схема электродинамического частотомера на основе логометрического механизма и векторная диаграмма токов приведены на рис.

Метод фигур Лиссажу. Этот метод используется для измерения частоты синусоидальных напряжений. На один из входов (например, на вход канала У) подается напря-

studfile.net

2. Измерение реактивной мощности методом двух и трёх ваттметров

Для измерения реактивной мощности трёхфазной цепи при несимметричной нагрузке, но при сохранении симметричной системы напряжений также применяют обычные однофазные «косинусные» ваттметры, включаемые в трёхфазную цепь по специальным «синусным» схемам с использованием двух или трёх приборов.

Кроме того, измерение реактивной мощности в трёхфазных цепях, как и в однофазных цепях переменного тока, может производиться с помощью электродинамического реактивного «синусного» ваттметра, который называется варметром.

В отличие от ваттметра в варметре за счёт использования специальных схем включения обмоток вращающий момент и угол отклонения указателя α (показание прибора) пропорциональны произведению действующих значений токов в обмотках катушек и синусу угла сдвига фаз φ: α = k I U sin φ, т.е. измеряемой реактивной мощности Q = I U sin φ.

18. Экономия и рациональное использование электрической энергии. Передача электрической энергии и потери мощности в ЛЭП. Цель трансформации напряжения. Экономическое значение коэффициента использования мощности cos φ.

      1. Передача электрической энергии и потери мощности в лэп

Практически вся электрическая энергия, вырабатываемая генераторами мощных электростанций, передаётся по линиям электропередачи (ЛЭП) потребителям, находящимся в большинстве случаев достаточно далеко – за сотни и тысячи километров - от места централизованного производства электрической энергии.

 При производстве электрической энергии и передаче ее потребителю неизбежно возникают тепловые потери электрической энергии, пропорциональные квадрату силы тока (так называемые «джоулевы потери» р = I 2 R ). Поэтому и при производстве электрической энергии, и при передаче ее дальние расстояния большое экономическое значение имеет величина тока в ЛЭП, от которой зависят сечение проводов, расход материалов и стоимость ЛЭП, её экономичность и другие технико-экономические показатели. В современных ЛЭП потери мощности достаточно велики и составляют около 7 – 10 % от передаваемой мощности, поэтому вопросы снижения этих потерь и повышения КПД линий электропередачи имеют большое экономическое значение.

 Экономичность ЛЭП определяется, в основном, тепловыми (джоулевыми) потерями, которые для трёхфазной ЛЭП можно определить по формуле: р = 3 IЛ2 R ,

здесь R – сопротивление фазы ЛЭП, I Л - сила тока в линии (фазе) ЛЭП (линейный ток).

 Из формулы активной мощности трехфазной цепи (трёхфазного потребителя): P = UЛ IЛ сos  следует, что сила тока в фазе трёхфазной ЛЭП, обратно пропорциональна линейному напряжению и коэффициенту мощности потребителя сos  : . Тогда для тепловых потерь мощности в трехфазной ЛЭП можно записать . Отсюда следует, что при одинаковой передаваемой мощности (мощность потребителя Р = const ):

1.     Тепловые потери в ЛЭП обратно пропорциональны квадрату линейного напряжения;

2.     Тепловые потери в ЛЭП обратно пропорциональны квадрату коэффициента мощности потребителя сos 

Поэтому при передаче электроэнергии от электростанции к потреби­телю с целью снижения тепловых потерь в ЛЭП и повышения ее технико-экономических показателей необходимо:

1. Передачу электрической энергии осуществлять при возможно более высоком технико-экономически обоснованном напряжении (обычно 500– 750 кВ). С этой целью производитель (поставщик) электрической энергии устанавливает в начале ЛЭП повышающие трансформаторы.

2. Повышать коэффициент мощности потребителей электрической энергии, т. е. повышать качество использования электрической энергии потребителем.

 Коэффициент мощности электроустановок и его экономическое значение

Коэффициент мощности cos φ – качество использования электрической энергии.

 Таким образом, коэффициент мощности является важным экономическим показателем, который определяет степень преобразования электрической энергии в работу (в другие виды энергии) и характеризует качество использования получаемой потребителем электрической энергии.

Повышение коэффициента мощности промышленных потребителей электрической энергии и снижение получаемой ими реактивной мощности, имеет огромное экономическое значение и является частью общей проблемы рационального и экономного расходования электрической энергии.

 В случае более низкого коэффициента мощности на предприятиях с целью снижения дополнительных финансовых расходов возможно выполнение ряда комплексных мероприятий, направленных на повышение коэффициента мощности:

1.Мероприятия по снижению реактивной мощности потребителей за счет оптимизации режима работы электрооборудования (прямой или естественный способ повышения коэффициента мощности).

2. Мероприятия по компенсации реактивной мощности потребителей за счет использования специальных компенсирующих устройств, вырабатывающих реактивную мощность (косвенный или искусственный способ повышения коэффициента мощности - так называемая параллельная (поперечная) компенсация ).

 Выполнение этого комплекса мероприятий позволяет потребителю при той же потребляемой активной мощности электрооборудования повысить качество использования электрической энергии - уменьшить реактивную составляющую тока и тем самым снизить силу тока, потребляемого получателем электрической энергии от питающей сети. В свою очередь, снижение потребляемого тока благоприятно сказывается на работе всей системы электроснабжения:

1.     Снижаются тепловые потери в линиях электропередачи и повышается экономичность передачи и распределения электрической энергии.

2.     Снижаются тепловые потери в источнике (генераторе) и повышается экономичность производства электрической энергии.

3.     Генератор разгружается от выработки реактивной энергии и при той же полной мощности может дополнительно вырабатывать активную мощность: 4.     Уменьшается падение напряжения в линии электропередачи , что улучшает такой важный показатель качества получаемой электрической энергии как постоянство (стабильность) напряжения в питающей сети. Например, при снижении напряжения на 10 % вращающий момент асинхронных двигателей снижается примерно на 19 % , а световой поток ламп накаливания ослабляется почти на 30 % . При повышении напряжения на 10 % срок службы ламп накаливания сокращается примерно в 5 раз.

5.     Наконец, самое важное для потребителя – снижаются финансовые расходы на оплату получаемой электрической энергии, что позволяет достаточно быстро окупить все затраты по выполнению мероприятий, связанных с повышением коэффициента использования мощности cos φ.

Цель трансформации напряжения:

U1U2≈W1W2

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2.

19. Экономия и рациональное использование электрической энергии. Передача электрической энергии и потери мощности в ЛЭП. Номинальная мощность и режимы работы электродвигателя. Мероприятия по снижению реактивной мощности индуктивных потребителей. Выбор мощности электродвигателя для продолжительного режима.

studfile.net

3. Измерение мощности и энергии

В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного тока, реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

Pa=UIcos > = I2 R=U2/R, (1)

где U, I — действующие значения напряжения и тока;  — угол сдвига фаз.

Реактивная мощность

Рр = UIsin = I2X. (2)

Полная мощность

Pn = UI=PZ. Эти три типа мощности связаны выражением

P =а 22р) (3)

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ±(0,01...0,1) %, а при СВЧ — с погрешностью ±(1...5) %. Реактивная мощность от единиц вар до Мвар измеряется с погрешностью ±(0,1...0,5)%.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА...1О кА) и на­пряжений (1 мкВ...1 MB), погрешность измерения составляет ±(0,1...2,5)%.

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра и компенсационный метод.

Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис.1).

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум

Рис. .1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых (а) и больших (б) сопротивлениях нагрузки

приборам; необходимостью производить вычисления; невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1а), имеет вид

Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Рн, на значение мощности потребления вольтметра Рv, т. е. Рн = Рх – Рv.

Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

Мощность Рх, вычисленная по показаниям приборов (рис 1., б), имеем вид

Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром РА. Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод. Этот метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле

P=Uн Iн. (4)

При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамической и ферродинамической систем), цифровыми и электронными ваттметрами.

Электродинамические ваттметры применяются как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1... 2,5) в цепях постоянного и переменного тока с частотой до нескольких тысяч герц.

Ферродинамические щитовые вольтметры применяются в цепях переменного тока промышленной частоты (класс 1,5…2,5).

Рис.2

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, основу

составляют различные преобразователи мощности (например, термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ. В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.

Для измерения мощности в высокочастотных цепях также используются специальные и электронные ваттметры.

Для измерения реактивной мощности на низких частотах служат реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной части электродинамического ИМ пропорционально реактивной мощности.

Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10... 20 А, и напряжениях до 600 В. Измерение мощности при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения производится ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА и напряжения TV(рис..2).

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. Метод одного ваттметра. Этот метод применяется только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами I и U и с полной симметрией напряжений (рис..3).

Рис..3. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии присоединения нагрузки:

а — звездой; б — треугольником; в ~- с искусственной нулевой точкой

Рис.4. Схемы включения двух ваттметров в трехфазную цепь: а — в 1-ю и 3-ю; б — в 1-ю и 2-ю; в — в 2-ю и 3-ю

На рис. .3, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис.3, б нагрузка соединена треугольником, ваттметр включен в фазу. На рис. .3, в нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (обычно указывается в техническом паспорте на ваттметр).

Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы, а мощность всей трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три:

Р = 3Pw

Метод двух ваттметров. Этот метод применяется в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения включаются на линейные напряжения (рис. 4).

Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний Двух ваттметров. Так, для схемы, представленной на рис..4, а,

где 1 — угол сдвига фаз между током I1 и линейным напряжением U12, 2- угол сдвига фаз между током I3 и линейным напряжением U32. В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз 1, = 30° -  и 2 = 30° -  показания ваттметров будут:

При активной нагрузке (= 0) показания ваттметров будут одинаковы, так как PW] = PW2 IUcos30°.

При нагрузке с углом сдвига ср = 60° показания второго ваттметра равны нулю, так как PW2 = IUcos(30° + ) = IUcos(30° + 60°) = 0, и в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.

При нагрузке с углом сдвига  > 60° мощность, измеряемая вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30° + ) больше 90°. В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо изменить на 180° фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность цепи трехфазного тока равна разности показаний ваттметров

Метод трех ваттметров. Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной нагрузке включаются три ваттметра, и общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров. В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки будут положительные (параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т. е. между линейным проводом и нулевым). Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов могут образовать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны между собой.

Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. Несмотря на то что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) как в однофазных, так и в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими или специально предназначенными для измерения реактивной мощности ваттметрами. Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи для получения сдвига по фазе, равного 90°

между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда отклоне­ние подвижной части будет пропорционально реактивной мощности Рр = UIsin. Реактивные ваттметры преимущественно применяются для лабораторных измерений и поверки реактивных счетчиков.

Реактивную мощность в трехфазной симметричной цепи можно измерить и активным ваттметром: для этого –токовая катушка последовательно включается в фазу А, катушка напряжения между фазами В и С.

Измерение мощности в цепях повышенной частоты. С этой це­лью можно использовать как прямые, так и косвенные измерения и в ряде случаев предпочтительнее могут оказаться косвенные, так как иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем непосредственно мощность. Прямое измерение мощности в цепях повышенных и высоких частот производится термоэлектрическими, электронными ваттметрами, ваттметрами, основанными на эффекте Холла, и цифровыми ваттметрами.

Косвенные измерения осуществляются осциллографическим методом. Он применяется в основном тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения и т. д.

Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

4. Измерение фазы и частоты

Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в опре­деленный момент времени t. Фазовый угол в начальный момент времени (начало отсчета времени), т.е. при t = 0, называют нулевым (начальным) фазовым сдвигом. Разность фаз  измеряют обычно между током и напряжением либо между двумя напряжениями. В первом случае чаще интересуются не самим углом сдвига фаз, а величиной cos или коэффициентом мощности. Cos— это ко­синус того угла, на который опережает или отстает ток нагрузки от напряжения, приложенного к этой нагрузке. Фазовым сдвигом  двух гармонических сигналов одинаковой частоты называют модуль разности их начальных фаз  =|1- 2|. Фазовый сдвиг  не зависит от времени, если остаются неизменными начальные фазы 1, и 2. Разность фаз выражается в радианах или градусах.

Методы измерения угла сдвига фаз. Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.

Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз Между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях

осуществляют с помощью трех приборов — вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.5). Угол  определяется расчетным путем из найденного значения cos:

Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен.

В трехфазной симметричной цепи величина cos может быть определена следующими измерениями:

  • мощность, ток и напряжение одной фазы;

  • измерение активной мощности методом двух ваттметров;

  • измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.

Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины — напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними

где АБ — отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по оси X; АС — отрезок, соответствующий периоду.

Погрешность измерения х зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.

Рис. 5.

Если вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига x=arcsin(АБ/ВГ).

Этот метод позволяет измерять х в пределах 0 90о без определения знака фазового угла.

Погрешность измерения х также определяется погрешностью отсчета

Рис..6. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке

и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.

Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.

Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6... 8 кГц. Классы точности — 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5...10 Вт).

В трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз  или cos осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами.

Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности — 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые под-считываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.

Методы измерения частоты. Частота является одной из важнейших характеристик периодического процесса. Определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Диапазон используемых в технике частот очень велик и колеблется от долей герц до десятков. Весь спектр частот подразделяется на два диапазона — низкие и высокие.

Низкие частоты: инфразвуковые — ниже 20 Гц; звуковые — 20...20000 Гц; ультразвуковые — 20...200 кГц.

Высокие частоты: высокие — от 200 кГц до 30 МГц; ультравысокие — 30...300 МГц.

Поэтому выбор метода измерения частоты зависит от диапазона измеряемых частот, необходимой точности измерения, величины и формы напряжения измеряемой частоты, мощности измеряемого сигнала, наличия средств измерений и т.д.

Прямое измерение. Метод основан на применении электромеханических, электронных и цифровых частотомеров.

Электромеханические частотомеры используют измерительный механизм электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометрического измерителя. Они просты в устройстве и эксплуатации, надежны, обладают довольно высокой точностью. Их используют в диапазоне частот от 20 до 2500 Гц. Классы точно­сти — 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.

Электронные частотомеры применяются при измерениях в частотном диапазоне от 10 Гц до нескольких мегагерц, при уровнях входного сигнала 0,5... 200 В. Они имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает малое потребление мощности. Классы точности — 0,5; 1,0 и ниже.

Цифровые частотомеры применяются для очень точных изме­рений в диапазоне 0,01 Гц... 17 ГГц. Источниками погрешности являются погрешность от дискретности и нестабильности кварцевого генератора.

Мостовой метод. Этот метод измерения частоты основан на использовании частотозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схемой для измерения частоты является емкостной мост. Мостовой метод измерения частоты применяют для измерения низких частот в пределах 20 Гц ... 20 кГц, погрешность измерения составляет 0,5... 1 %.

Косвенное измерение. Метод осуществляется с использованием осциллографов: по интерференционным фигурам (фигурам Лиссажу) и круговой развертки. Методы просты, удобны и достаточно точны. Их применяют в широком диапазоне частот 10 Гц... 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу является сложность расшифровки фигур при соотношении фигур более 10 и, следовательно, возрастает погрешность измерения за счет установления истинного отношения частот. При методе круговой развертки погрешность измерения в основном определяется погрешностью квантования основной частоты.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

studfile.net

2. Измерение активной мощности методом двух ваттметров

Этот метод применяется для измерения мощности в трёхфазных трёхпроводных цепях (звезда без нейтрали и тр-к)при любой нагрузке и может быть использован в четырёхпроводной системе при симметричной нагрузке, когда ток в нейтрали отсутствует I n=0

Рассмотрим вывод формулы при соединении нагрузки в звезду.

В общем случае для мощности трёхфазной цепи можно записать:

.

Это уравнение можно переписать в виде суммы скалярных произведений:

Поскольку в соединении звезда линейный ток равен фазному: I Л = I Ф , то можно записать: .

В случае трёхпроводной системы: , откуда можно получить выражение для линейного тока, например, в фазе «B»: .

Тогда выражение для мощности трёхфазной цепи можно записать в следующем виде:

здесь и - линейные напряжения.

В этом случае для мощности трёхфазной цепи можно записать:

Здесь угол - угол сдвига фаз между линейными током и напряжением , угол - угол сдвига фаз между и .

В соответствии с полученным уравнением в трёхфазную трёхпроводную цепь можно включить два однофазных ваттметра так, чтобы один был включен на линейные ток и напряжение , а второй – на линейные ток и линейное напряжение .

3. Измерение активной мощности методом трёх ваттметров

Метод трёх ваттметров применяется для измерения мощности трёхфазной цепи при несимметричной нагрузке в четырёхпроводной системе (иногда применяется и в трёхпроводной). Каждый из ваттметров включается в одну из фаз и измеряет мощность этой фазы, а сумма показаний всех трёх ваттметров равна активной мощности трёхфазной цепи: .

4. Измерение активной мощности с помощью трёхфазного ваттметра

В четырёхпроводной цепи для измерения активной мощности при несимметричной нагрузке используется трёхэлементный трёхфазный ваттметр, включённый по схеме трёх ваттметров. Измерительный механизм трёхэлементного ваттметра состоит из трёх неподвижных и трёх подвижных катушек, укреплённых на одной оси с указательной стрелкой. В этом случае отсчёт показаний производится по одной шкале, что значительно облегчает работу с трёхфазным ваттметром.

В трёхпроводной цепи для измерения активной мощности обычно используется двухэлементный трёхфазный ваттметр, включённый по схеме двух ваттметров. Измерительный механизм двухэлементного ваттметра состоит из двух неподвижных и двух подвижных катушек, укреплённых на одной оси с указательной стрелкой, поэтому отсчёт показаний производится по одной шкале. Измерение мощности с помощью двухэлементного ваттметра (как и методом двух ваттметров) может производиться при любой нагрузке в трёхпроводной системе, а также в четырёхпроводной системе (звезда с нейтралью) при симметричной нагрузке.

Измерение реактивной мощности трёхфазной цепи

1. Измерение реактивной мощности методом одного ваттметра

Для измерении реактивной мощности трёхфазной цепи при симметричной нагрузке можно использовать обычный однофазный «косинусный» ваттметр, включенный по так называемой «синусной схеме» : токовая обмотка ваттметра включается в одну из линий (например, фаза А), а обмотка напряжения – на две другие линии (фазы В и С).

Как видно из схемы, показание ваттметра равно: .

Из векторной диаграммы для симметричной нагрузки следует:

, откуда .

Тогда показание ваттметра:

.

Отсюда следует, что реактивная мощность трёхфазной цепи равна показанию ваттметра, умноженному на :.

studfile.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о