ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Вимірювання потужності і електричної енергії

Вимірювання потужності здійснюють за допомогою прямого й непрямого методів. При прямому методі використовують ватметри, при непрямому - ам­перметри і вольтметри.

8.4.1. Вимірювання потужності в колах постійного струму. В колах постійного струму потужність вимірюють за методом амперметра - вольтметра. Вимірявши амперметром струм І і вольтметром напругу U (рис. 8.5), обчислю­ють потужність приймача

Р = UI. (8.11)

Для зменшення похибки через вплив внутрішніх опорів приладів схему рис. 8.5,а необхідно використовувати при малих значеннях опору R, а схему рис. 8.5,б - при великих R.

8.4.2. Вимірювання потужності в колах однофазного струму. Повну потужність приймача вимірюють, як правило, методом амперметра - вольтмет­ра:

Активну Р = UP cosp і реактивну Q = UP sinp потужності приймачів вимі­рюють за допомогою ватметрів і варметрів. Як ватметри використовують електро­динамічні і феродинамічні прилади, як варметри - електродинамічні прилади.

Вимірювання реактивної потужності в однофазних колах проводять за допомо­гою реактивних ватметрів, що називаються варметрами. У цих приладах схемним шля­хом створюється штучне зрушення фаз на 90° між напругою U на приймачі й струмом в обмотці напруги приладу /v (рис. 8.6). Із схеми рис. 8.6 видно, що послідовно з па­ралельною обмоткою RWv приладу й додат­ковим резистором R включено індуктивну котушку з опором XL, а паралельно до цієї

обмотки (затискачі а й б) підключений ре-

• • •

зистор з опором Rl. Тоді струм/v = 12 _ 11 при відповідному підборі параметрів

XL << (RWv + R) = RV буде зрушеним за фазою відносно напруги рівно на 90°. В варметра

результаті обертовий момент буде пропорційним sin9 (де ф - кут зрушення фаз між напругою й струмом електроприймача), тобто обертовий момент пропор­ційний реактивній потужності Q = UP sinp.

8.4.3. Вимірювання потужності в трифазних колах. Потужність трифа­зної системи дорівнює сумі потужностей, споживаних навантаженнями кожної фази:

P = Pa + Pb + Pc. (8.13)

У випадку рівномірного навантаження загальна активна потужність дорі­внює потроєній потужності фази:

P = 3Рф = 3/ф-иф-^ф, (8.14)

де /Ф і иФ - фазні струм і напруга.

Якщо фазні значення струму і напруги виразити через лінійні, то матиме­мо:

P = SU-/- cos^ , (8.15)

де / і U - лінійні струм і напруга.

Вимірювання активної потужності. Для вимірювання активної потуж­ності трифазної системи застосовують різні способи:

Спосіб одного ватметра застосовують для вимірювання потужності при симетричному навантаженні в чотирипровідній або трипровідній лінії, якщо доступна для підключення нейтральна (нульова) точка навантаження (рис. 8.7). При цьому загальна потужність дорівнює потроєному показанню ватметра:

P = 3/Ф•UФ•cosф . (8.16)

Спосіб одного ватметра із створенням штучної нульової точки застосо­вують для вимірювання потужності при симетричному навантаженні в тих випад­ках, коли нульова (нейтральна) точка електроприймача недоступна або взагалі відсутня (наприклад, у з'єднанні «трикутником»). При цьому до однієї з фаз вклю­чають струмову обмотку ватметра, а нульову (нейтральну) точку одержують включенням двох однакових опорів Rd між двома іншими фазами (рис. 8.8). У цьому випадку загальна потужність дорівнює потроєному показанню ватметра.

Спосіб трьох ватметрів застосовують для вимірювання потужності при нерівномірному навантаженні в чотирипровідній лінії (рис. 8.9). Загальна поту­жність при цьому дорівнює сумі показань усіх трьох ватметрів.

Спосіб двох ватметрів може бути застосований у трипровідних лініях у всіх випадках при вимірюванні потужності трифазних приймачів (рис. 8.10). За цією схемою струмові обмотки ватметрів включають у будь-які дві фази, а об­мотки напруги між третьою (незайнятою) фазою і тією фазою, до якої включена струмова обмотка даного ватметра. Загальна потужність при цьому дорівнює сумі показань обох ватметрів.

Слід мати на увазі, що при зрушенні фаз більше 60° (робота багатьох електри­чних машин у режимі холостого ходу) стрілка першого ватметра відхилиться у зво­ротну сторону від нуля. Для відліку від’ємних значень потужності по першому ват­метру перемикають затискачі однієї з його обмоток (струмової або обмотки напру­ги), тоді загальна потужність у цьому випадку дорівнює різниці показань ватметрів:

Р = Р2 - Рі. (8.17)

Користуючись методом двох ватметрів при рівномірному навантаженні, можна за показаннями приладів обчислити tgф, а потім ф і cos ф:

ГтРі — P2

W = 'Гз P—Т • (8.18)

P1 + Р2

Метод двох ватметрів широко застосовують на практиці. Однак набагато зручніше вимірювати потужність трифазних приймачів двохелементним трифа­
зним ватметром, в якому об'єднані два однофазних ватметри, що впливають обертовими моментами на вісь, загальну для обох вимірювальних систем.

Вимірювання реактивної потужності. Для вимірювання реактивної по­тужності трифазної системи при рівномірному навантаженні можна користуватися одним ватметром активної потужності, при цьому струмову обмотку включають до однієї з фаз, а обмотку напруги - між двома іншими фазами (рис. 8.11,а).

Векторна діаграма (рис.8.11,б) пояснює принцип вимірювання реактивної потужності для даного випадку. Потужність, вимірювана ватметром, буде ви­значатися співвідношенням

P = I а ' UBC - cos(900 - ф) = Ілил - sin ф. (8.19)

Помноживши показання ватметра на V3, одержують загальну реактивну потужність трифазного кола:

Q = >/зи-І - sin ф. (8.20)

На практиці застосовують трифазні реактивні ватметри зібрані за схемою двох ватметрів (рис. 8.12).

б

Рис.8.11 - Вимірювання реактивної потужності одним ватметром

Для включення обмоток напруги на фазну напругу тут є штучна нульова точка 0, утворена опорами двох обмо­ток напруги і додатковим опором Z. Загальна реактивна потужність трифа­зного навантаження визначається як сума показань двох варметрів, помно­жена на л/з:

Q = S(Q, + Q2). (8.21)

8.4.4. Вимірювання електрич­ної енергії. Активну електричну енергію в колах змінного струму вимірюють ін­дукційними лічильниками, ввімкненими за схемами, що аналогічні схемам вклю­чення ватметрів. На рис. 8.13 наведено схему включення однофазного індукційного лічильника активної енергії.

Індукційні лічильники випускають одно - й трифазними. Розширення меж вимірювання досягається включенням лічильників у коло через вимірювальні трансформатори.

Для обліку активної енергії у трифазних мережах широко застосовують двоелементні лічильники, що являють собою сукупність двох однофазних інду­кційних лічильників, обертові моменти яких взаємодіють на загальну вісь і ра­хунковий механізм. В основу покладений метод, що дає можливість за допомо­гою двох лічильників (ватметрів) визначати загальну енергію (потужність), споживану в трифазній системі.

На практиці застосовують та­кож трифазні лічильники реактивної енергії. Облік реактивної енергії дик­тується необхідністю визначення се­реднього значення соэф, покладеного в основу заохочувального і штрафно­го тарифів, які встановлюють для споживачів електричної енергії. Штрафний тариф за перевищення лі­міту споживання реактивної енергії сприяє зниженню великими промис­ловими споживачами реактивної по­тужності своїх установок, і, як наслі­док, зниженню втрат електроенергії у високовольтних розподільних мережах.

За точністю лічильники діляться на класи 1,0; 2,0; 2,5 (лічильники актив­ної енергії) і 2,0; 3,0 (лічильники реактивної енергії).