Основные теоретические положения. Поверка счетчика активной энергии однофазного тока

Поверка счетчика активной энергии однофазного тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Цель работы:

1) Изучить схему поверки счетчика однофазного тока по методу раздельных цепей напряжения и тока.

2) Произвести поверку работы счетного механизма.

3) Найти действительную постоянную счетчика и его погрешности при различных нагрузках.

4) Определить чувствительность и отсутствие самохода у счетчика.

Для измерения активной электрической энергии, расходуемой в цепях однофазного тока, применяются электрические счетчики индукционной системы, предназначенные для частоты 50 Гц, отклонение которой в ту или иную сторону влечет за собой большие погрешности в учете израсходованной энергии.

В электрических счетчиках, являющихся интегрирующими устройствами, величина электроэнергии, израсходованной за определенное время, устанавливается по специальному счетному механизму барабанного типа, имеющему обычно четыре или пять роликов, свободно сидящих на общей горизонтальной оси (рис.19).

Счетный механизм счетчика соединяется при помощи зубчатых колес и червячной передачи с вертикальной осью, на которой симметрично укреплен легкий, вращающийся при включенной нагрузке алюминиевый диск.

Вместе с диском непрерывно вращается первый ролик счетного механизма, полный оборот которого вызывает поворот второго ролика на одну десятую часть его полного оборота. Полный оборот второго ролика вызывает поворот третьего ролика на одну десятую его полного оборота и т.д.

На торцовых поверхностях роликов нанесены цифры от 0 до 9, сочетания которых видны через отверстия в специальном щитке в виде четырех- или пятизначного числа, например 0487,9 кВт·ч.

В счетчиках типа СО счетный механизм приводится в движение от оси через двойную червячную передачу и имеет четыре ролика с цифрами, а также специальное стрелочное устройство, смонтированное на щитке счетчика (рис.20) с приводом через обычную червячную передачу от той же оси, указывающее число оборотов диска.

В зависимости от передаточного числа зубчатых колес и червячных передач, находящихся между счетным механизмом и осью диска счетчика, каждой единице зарегистрированной электрической энергии отвечает определенное приводимое на щитке счетчика число оборотов диска N^/, которое называется передаточным числом счетного механизма, например, 1 кВт·ч – 5000 оборотов диска.

Величина С, обратная передаточному числу счетного механизма счетчика, представляющая собой энергию, зарегистрированную счетным механизмом за один оборот счетчика, называется номинальной постоянной счетчика, которая при его испытании обычно выражается в ватт-секунда на оборот.

Если 1 кВт·ч соответствует N^/ оборотам диска, то номинальная постоянная счетчика может быть определена:

. (49)

Величина израсходованной за какое-то время электроэнергии определяется разностью отсчетов по счетному механизму, произведенных в конце и в начале рассматриваемого периода.

Диск Д, являющийся подвижным элементом счетчика, находится в воздушном зазоре магнитной системы, состоящей из ферромагнитных сердечников, собранных из электротехнической стали толщиной 0,35 мм, и двух самостоятельных неподвижных обмоток I и II (рис.21).

Одна из обмоток I, выполненная тонкой изолированной проволокой и имеющая большое число витков (6000-10000), а следовательно, и значительную индуктивность, подключается к напряжению U сети, а другая - II, с малым чис
лом витков (2·15-2·1) толстой изолированной проволоки, включается последовательно с электроприемниками.

При протекании переменного тока по обмоткам возбуждаются магнитные потоки, из которых один пропорционален величине подведенного напряжения U, а второй – току нагрузки I. Эти потоки, сдвинутые между собой по фазе и не совпадающие пространственно, создают общее бегущее магнитное поле, возбуждающее в подвижном алюминиевом диске соответствующие ЭДС и вихревые токи.

Вихревые токи взаимодействуют с бегущим магнитным полем и вовлекают диск во вращение.

Среднее значение возникающего вращающего момента определяется соотношением

, (50)

где k₁ – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей счетчика;

U – напряжение, подведенное к его параллельной обмотке;

I – ток, протекающей по последовательной обмотке счетчика;

cos φ – коэффициент мощности электроприемников.

Взаимодействие магнитного поля специального постоянного подковообразного магнита М, между полюсами которого вращается диск, и индуктированных в нем вихревых токов создает тормозной момент М_Т, пропорциональный скорости вращения диска, т.е.

, (51)

где k₂ – коэффициент пропорциональности;

n – число оборотов диска счетчика за единицу времени.

При равномерном вращении диска и достаточно большой скорости вращения, когда трением можно пренебречь, имеет место соотношение

. (52)

Подставив значения моментов из формул (50) и (51), получим:

, (53)

откуда

, (54)

где С₀ – отношение постоянных коэффициентов k₁ и k₂.

Из равенства (54) видно, что активная мощность

(55)

пропорциональна скорости вращения n диска счетчика, т.е.

, (56)

а расход электрической энергии W₀ за время t, учитываемый счетным механизмом счетчика, будет:

, (57)

где N – число оборотов диска счетчика за время t.

Величина

(58)

называется действительной постоянной счетчика электрической энергии и представляет собой количество энергии, потребляемое элеткроприемниками за время одного полного оборота диска.

Отклонение действительной постоянной С₀ счетчика от номинальной постоянной С характеризуется относительной погрешностью счетчика:

, (59)

где W₀ – действительное значение величины электрической энергии, израсходованное за некоторый промежуток времени t, определенное по показаниям образцовых приборов;

W – значение величины электрической энергии, определенное по показаниям поверяемого счетчика за тот же промежуток времени, подсчитанное по формуле

, (60)

где N – целое число оборотов диска за то же время t.

Согласно ГОСТ для счетчиков однофазного тока класса 2,5 относительная погрешность определяется при нагрузках 10, 20, 50, 100, 150% номинальной, соответствующем значении коэффициента мощности cosφ (1 и 0,5) и не должна превышать нижеприведенных значений (табл.13), причем для счетчиков, находящихся в эксплуатации и выходящих из ремонта, поверка не производится при тех нагрузках, для которых допустимые значения погрешностей проставлены в квадратных скобках.

Таблица 13 - Допустимые относительные погрешности счетчиков однофазного тока

Нагрузка счетчика по отношению к номинальной, %	Допустимые значения относительной погрешности γотнос., % при коэффициенте мощности
cosφ=1	cosφ=0,5
	±3,5	-
	-	[±4]
	±2,5	±4
	±2,5	[±4]
	[±2,5]	-

На рис.22 приведены кривые относительной погрешности индукционного счетчика в зависимости от его нагрузки, выраженной в процентах от номинальной, причем изгиб кривых вначале объясняется заметным влиянием трения в механизме при малой нагрузке.

Наименьшая мощность Р_МИН или наименьший ток I_МИН, выраженные в процентах соответствующих номинальных величин при номинальном напряжении и для счетчиков активной энергии при коэффициенте мощности cosφ=1, при которых диск счетчика начинает безостановочно вращаться, называется чувствительностью S счетчика, т.е.

(61)

или

, (62)

где I_Н – номинальный ток счетчика, указанный в его паспорте.

Указанная величина для счетчика класса 2,5 должна быть не более 1,5% при номинальном значении напряжения, подведенного к параллельной обмотке.

В неправильно отрегулированных счетчиках при отсутствии нагрузки может наблюдаться вращение диска. Это явление называется самоходом счетчика.

В правильно отрегулированных счетчиках электрической энергии самоход не должен иметь места при напряжении от 80 до 110% номинального, при котором включение ненагруженного счетчика может вызвать только поворот его подвижной части до одного оборота, после чего она должна остановиться и все время оставаться неподвижной.

Так как на показания счетчика влияет температура, частота переменного тока и другие факторы, то поверка его должна производиться при определенных условиях.

Так, температура помещения, в котором производится поверка счетчика, должна быть не ниже 17 ⁰С и не выше 23 ⁰С, напряжение, подводимое к параллельной обмотке счетчика при определении его погрешности, не должно отличаться от номинального более чем на 3%, а частота – не более чем на 2%.

Кроме того, перед поверкой счетчик активной энергии, в целях прогрева его частей, должен проработать при номинальном режиме и коэффициенте мощности cosφ =1 не менее 15 мин, а затем не менее 10 мин при любой нагрузке, для которой определяется величина относительной погрешности счетчика.

Во время прогрева счетчика обычно записывают показания его счетного механизма W₁ до и W₂ после прогрева, используя эти данные для контроля работы счетного механизма, ибо в пределах допустимой погрешности должно выполняться равенство

, (63)

где Р – мощность, потребляемая нагрузкой при прогреве счетчика, кВт;

t – время прогрева, ч.

Поверка правильности работы счетчика активной энергии однофазного тока может производиться путем контроля скорости вращения его диска по показаниям контрольных вольтметра и амперметра, образцового ваттметра и секундомера, причем для обеспечения необходимой точности результатов отсчетов по ним необходимо, чтобы показания электроизмерительных приборов всегда были бы не менее 35% от их верхнего предела измерения, за исключением испытания, проводимого для определения величины чувствительности счетчика.

При поверке счетчика класса 2,5 вольтметр и амперметр, служащие только для контроля значений напряжения и тока, могут быть класса 2,5, а ваттметр – класса 0,5 астатический или экранированный.

Секундомеры, периодически поверяемые, могут иметь поправку для интервала в 60 с не больше 0,1 с.

При поверке счетчиков при помощи показывающих образцовых приборов должно быть получено не менее двух отсчетов времени по секундомеру для каждой нагрузки, что достигается двукратным счетом числа оборотов диска с измерением времени одним секундомером или однократным счетом числа оборотов диска с измерением времени одновременно двумя секундомерами. За действительное значение времени для данной нагрузки берется среднее арифметическое значение из всех отсчетов, полученных по секундомерам.

Необходимая точность поверки достигается еще тем, что во время счета числа оборотов диска величина нагрузки поддерживается постоянной с точностью до ±0,5%.

Число оборотов диска, отсчитываемое при поверке счетчика, выбирается таким, чтобы соответствующее время было не менее 50 с.

Дата добавления: 2015-04-30