Masurari in Energetica

CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA

1

MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE

Energia electrică se defineşte ca fiind integrala puterii electrice pe un anumit interval de timp.

Dacă puterea consumată de un receptor variază în timp ca în Fig.8.1.a, energia pe care trebuie să o

înregistreze aparatul de măsurare variază ca în Fig.8.1.b.

a) b)

Fig.8.1. Puterea şi energia

Energia activă este exprimată funcţie de puterea activă P prin relaţia:

(8.1) W Ptt

= ∫1

2 dt

dt

Energia reactivă este exprimată funcţie de puterea reactivă Q prin relaţia:

W Qr tt

= ∫1

2 (8.2)

Aparatele utilizate pentru măsurarea enegiei electrice se numesc contoare. Ele conţin unul sau mai

multe sisteme active (care produc un semnal proporţional cu puterea electrică) şi un dispozitiv integrator.

În funcţie de principiul de funcţionare contoarele utilizate pentru măsurarea energiei electrice în circuite

monofazate şi trifazate de curent alternativ pot fi:

- de inducţie;

- statice ( electronice ).

8.1. CONTORUL MONOFAZAT DE INDUCŢIE

Pentru măsurarea energiei active în circuitele de curent alternativ se utilizează contorul de

inducţie. Conectarea în circuit se realizează conform schemei din Fig.8.2, în care se observă că bobina de

curent se montează în serie iar bobina de tensiune se conectează în paralel cu receptorul. În cazul

conectării în montaj indirect, cu transformatoare de măsurare de curent şi de tensiune, schema de montaj

este cea din Fig.8.3. La montarea indirectă a contorului, circuitul bobinelor de curent şi tensiune se separă


2

(se desface clema de legătură între bornele de curent şi cea de tensiune), iar alimentarea circuitelor se

realizează de la circuitele secundare de curent, respectiv de tensiune, ale transformatoarelor de măsurare.

Principiul de funcţionare al contorului de inducţie se bazează pe instrumentul de inducţie, care are

un cuplu activ de forma:

M ka a U I I U=

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

∧

Φ Φ Φ Φsin , (8.3)

unde:

- Φ I , ΦU sunt fluxurile magnetice de curent, respectiv de tensiune.

Fig.8.2. Schema de conectare a contorului Fig.8.3. Montarea indirectă a contorului

monofazat de inducţie monofazat de inducţie

Deoarece fluxulΦU din întrefierul electomagnetului de tensiune este proporţional cu tensiunea U

la bornele receptorului, se obţine expresia cuplului activ al contorului:

M k UIa a I U= −

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

∧' sin ,Φ Φ (8.4)


3

În Fig.8.4 se prezintă diagrama fazorială a contorului monofazat de inducţie.

Fig.8.4. Diagrama fazorială Fig.8.5. Diagrama fazorială pentru β =90 grade

Neglijând pierderile în fier fluxul magnetic Φ I este în fază cu intensitatea curentului I iar fluxul

magnetic ΦU în fază cu intensitatea curentului IU . Curentul IU , care parcurge înfăşurarea

electromagnetului de tensiune, este defazat cu unghiul β (defazaj intern al contorului) faţă de tensiunea

U. Deci relaţia ( 8.4) se poate scrie:

Ma kaUI= ' (sin β ϕ− ) (8.5)

Dacă se realizează un defazaj intern rezultă un cuplu activ proporţional cu puterea

activă consumată de receptor:

β = 900

Ma kaUI kaUI kaP= − =' ) ' 'sin( cos90 ϕ ϕ = (8.6)

Mişcării discului i se opune un cuplu de frânare produs de un magnet permanent al cărui flux

magnetic este Φ M . Momentul cuplului de frânare, apărut datorită mişcării discului cu turaţia n în

întrefierul magnetului permanent, are expresia:

(8.7) M k n kr M M M= − = −Φ2 n'

Ecuaţia de regim permanent:

M Ma r+ = 0 (8.8)

conduce la relaţia:

k P k na M' '= (8.9.)

ce indică proporţionalitatea turaţiei discului cu puterea activă P. Integrând în timp ambii membrii ai

relaţiei (8.9) se obţine expresia:

P W kk

ndt k Nt M

ac

t

0 0∫ ∫= = = dt'

' (8.10)


4

energia activă consumată de receptor fiind proporţională cu numărul de rotaţii N efectuate de discul

contorului în timpul t. Dintre factorii care influenţează funcţionarea contorului de inducţie se pot aminti:

- Nerealizarea exactă a defazajului intern β. Dacă atunci: β ≠ 900

Ma kaUI kaUI kaUI= − = −' ' 'sin( ) sin cos cos sinβ ϕ β ϕ β ϕ =

= − ≠kaP kaQ kaP' 'sin cosβ β ' (8.11)

şi contorul acuză erori suplimentare. Realizarea unghiului pentru β = 900 I In= se obţine, în principal,

cu o spiră în scurtcircuit plasată în calea fluxului magnetic de tensiune ΦU . Acest flux induce în spiră o

t.e.m. E S defazată cu în urma lui, iar 900 E S conduce la apariţia unui curent I S prin spiră. Acest

curent creează un flux magnetic suplimentar ΦS (în fază cu I S ), iar din însumarea fluxurilor magnetice

ΦU şi ΦS apare fluxul rezultant de tensiune Φ ru (fig.8.5). Reglajul exact al unghiului se

realizează pe baza aceluiaşi principiu, cu câteva spire plasate pe electromagnetul de curent, închise pe o

rezistenţă variabilă. Se reglează astfel defazajul fluxului

β = 900

Φ I faţă de I, până când unghiul dintre fluxuri

devine exact . 900

- Frânarea suplimentară datorită fluxurilor Φ I şi ΦU . Momentul cuplului de autofrânare de tensiune are

expresia:

M k n k Uau u u u= − = −Φ2 ' n2 (8.12)

Din cauza sa discul se roteşte mai încet iar contorul înregistrează în minus. Deoarece U Un≈ , se

compensează acest cuplu de autofrânare, la alimentarea cu tensiune nominală, prin reglarea poziţiei

magnetului permanent (deci a momentului cuplului de frânare). Momentul cuplului de autofrânare de

curent:

(8.13) M k n k IaI s I I= − = −Φ2 ' n2

este cel ce introduce erori importante, în special la suprasarcini ( ). Compensarea sa se realizează

prin utilizarea unui şunt magnetic în circuitul magnetic al electromagnetului de curent; şuntul magnetic

funcţionează nesaturat la

I In>

I In< iar la se saturează şi provoacă o creştere mai mare a fluxului I In>

Φ I din întrefier şi deci a cuplului activ.

- Frecările în paliere şi în mecanismul integrator. La curenţi mici momentul cuplului activ scade foarte

mult şi începe să se simtă influenţa frecărilor. Pentru micşorarea acestora se utilizează lagăre speciale cu


5

safire sintetice sau cu suspensie magnetică. Compensarea influenţei frecării se realizează cu un şurub

aşezat în calea fluxului magnetic de tensiune, plasat într-o poziţie nesimetrică, ce creează o disimetrie a

fluxului ΦU şi produce un cuplu suplimentar de acelaşi sens cu cel activ.

- Influenţe exterioare datorate mediului. Contoarele de inducţie sunt astfel construite încât influenţele

datorate variaţiilor unor mărimi ca: frecvenţa, tensiunea, temperatura, câmpurile exterioare etc, să se

încadreze în anumite limite impuse prin norme.

- Influenţa regimului deformant. Dintre cauzele de erori ale contorului de inducţie în regim deformant

sunt de remarcat:

• dependenţa de frecvenţă a fluxurilor utile;

• prezenţa armonicelor în fluxurile utile din întrefier (datorită neliniarităţii caracteristice de

magnetizare);

• amortizările suplimentare date de armonici.

Erorile produse de existenţa regimului deformant pot depăşi sensibil pe cele impuse de clasa de

exactitate a aparatului, situaţie ce are repercusiuni asupra facturării energiei. Este de preferat ca în

prezenţa unor regimuri puternic deformante să se utilizeze, în locul contoarelor de inducţie, contoarele

electronice.

Construcţia contorului prezintă unele particularităţi tehnologice. Carcasa este realizată dintr-o

placă de bază metalică sau din bachelită şi dintr-un capac din aluminiu, policarbonat, bachelită sau sticlă.

Şasiul este executat din aliaj de aluminiu cu siliciu şi asigură o fixare precisă a circuitelor magnetice, a

palierelor echipajului mobil, a mecanismului integrator şi a magnetului permanent de frânare. Echipajul

mobil constă dintr-un disc de aluminiu fixat pe un ax din oţel inoxidabil, o bucşă de ghidare, un dispozitiv

de mers în gol şi un şurub fără sfârşit care angrenează cu mecanismul integrator. Echipajul mobil este

fixat în contor prin intermediul a două paliere: palierul superior şi palierul inferior cu simplu sau dublu

safir. Magnetul de frânare este executat dintr-o pastilă cu doi poli al cărei material, aliaj Al Ni Co, asigură

o stabilitate îndelungată cuplului de frânare. Mecanismul înregistrator este alcătuit din şase role de tablă

de aluminiu pe care sunt imprimate cifre. Blocul de borne are corpul confecţionat din bachelită iar

bornele de curent şi de tensiune din alamă. Capacul bloc borne este metalic sau din bachelită şi este

prevăzut cu schema de conexiuni specifică contorului. Pentru protecţia blocului de borne, capacul bloc

borne se sigilează în două puncte.

Caracteristicile metrologice ( curba erorilor în funcţie de sarcină şi curbele variaţiei erorilor

funcţie de frecvenţă şi tensiune) sunt prezentate în Fig.8.6.


6

Fig.8.6. Caracteristici

metrologice.

8.2. CONTOARE TRIFAZATE PENTRU ENERGIE ACTIVĂ

Contoarele trifazate reunesc în acelaşi aparat două sau trei sisteme active (comportând fiecare câte

un electromagnet de curent şi unul de tensiune), ale căror cupluri active acţionează asupra aceluiaşi ax,

astfel încât cuplul activ total este proporţional cu puterea activă trifazată iar contorul măsoară energia

totală din circuitul trifazat. Simbolurile utilizate pentru contorul trifazat de energie activă sunt de forma:

T - CA mn

cu semnificaţia:

T - trifazat ; C - contor ; A - energie activă;

m = 3 (4) - numărul de faze al reţelei trifazate

n = 2 (3) - numărul de sisteme active monofazate ale contorului

8.2.1. Măsurarea energiei active în circuitele trifazate fără conductor neutru

În circuitele trifazate fără conductor neutru se folosesc numai contoare cu două sisteme active

monofazate, care acţionează fie separat asupra câte unui disc fixat pe acelaşi ax, fie asupra unui disc

comun (mai rar).


7

Fig.8.7. Montarea directă a contorului T-CA 32.

Montarea celor două sisteme în circuit se face după metoda celor două wattmetre (Fig.8.7) deci

momentele cuplurilor active vor fi:

- pentru primul sistem activ: ( )Ma kaU I U I1 12 1 12 1= ′∧

cos , (8.14)

- pentru al doilea sistem activ: (M )a kaU I U I2 32 3 32 3= ′∧

cos , (8.15)

astfel încât cuplul activ total este :

( ) ( )Ma Ma Ma ka U I U I U I U I kaP= + =∧

+∧

= ′1 2 12 1 12 1 32 3 32 3' [ cos , cos , ] (8.16)

Rezultă deci că acest tip de contor, integrând puterea activă totală P, va măsura energia activă din

circuitul trifazat.

8.2.2. Măsurarea energiei active în circuite trifazate cu conductor neutru.

Măsurarea energiei active în circuitele trifazate cu conductor neutru se face prin intermediul

contoarelor trifazate de energie activă cu trei sisteme active monofazate. Momentele cuplurilor active

fiind:

- pentru primul sistem activ : ( )Ma kaU I U I1 10 1 10 1= ′∧

cos , (8.17)

- pentru al doilea sistem activ : (Ma kaU I U I2 20 2 20 2= ′∧

cos , ) (8.18)


8

- pentru al treilea sistem activ: (Ma kaU I U I3 30 3 30 3= ′∧

cos , ) (8.19)

Rezultă cuplul activ total: Ma Ma Ma Ma kaP= + + = ′1 2 3 (8.20)

Schema de conectare este prezentată în Fig.8.8.

Fig.8.8. Contor trifazat CA 43.

Se construiesc frecvent contoare trifazate de energie activă :

• pentru reţele fără neutru:

T- CA 32 - contor trifazat pentru energie activă, clasă 2

T-CA 32 P - contor trifazat pentru energie activă, clasă 1

• pentru reţele cu neutru:

T - CA 43 - contor trifazat pentru energie activă, clasă 2

T - CA 43 P - contor trifazat pentru energie activă, clasă 1

Caracteristicile tehnice ale acestor contoare sunt:

- tensiuni nominale : 3 x 100 V... 3x 380 V

- curenţi nominali la conectare directă : 5A; 10A; 15A; 20A; 30A; 40A; 50A

- curenţi nominali la conectare indirectă: 5A; 1A

- suprasarcina : 125% 200% 300% 400%In In In In; ; ;

- sensibilitatea : 0,4%In

- frecvenţa: 50Hz sau 60Hz


9

8.3. MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE REACTIVE

8.3.1. Măsurarea energiei reactive în circuitele trifazate cu tensiuni simetrice

Măsurarea energiei reactive în cicuitele trifazate alimentate cu tensiuni simetrice se realizează cu

ajutorul contoarelor trifazate alimentate cu tensiuni auxiliare. Simbolurile utilizate pentru contoarele de

energie reactivă alimentate cu tensiuni auxiliare sunt:

T - CR mn

ele având următoarele semnificaţii:

T - trifazat ; C - contor ; R - energie reactivă

m = 3 (4) - reprezintă numărul de faze al reţelei trifazate

n = 2 (3) - reprezintă numărul de sisteme active monofazate de măsură ale contorului.

Principiul de realizare al contorului de energie reactivă alimentat cu tensiuni auxiliare se deduce

pornind de la expresia cuplului activ al unui contor de inducţie :

(M )a ka U I I U kaUI I U=∧

= ′∧

Φ Φ Φ Φ Φ Φsin ( ) sin (8.21)

Ca acest cuplu să devină proporţional cu puterea reactivă Q trebuie să fie îndeplinită condiţia:

( ) ( )Φ Φ ΨI U U I∧

= =∧

=, ϕ (8.22)

Fig.8.9. Diagrama fazorială.

Se observă că pentru a îndeplini condiţia (8.21) este necesară aplicarea la bobina de tensiune, în

locul tensiunii u U t= 2 sinω , a unei tensiuni auxiliare ua Ua t= 2 sin( )ω β+ , defazată cu unghiul β


10

înaintea tensiunii U ( Fig.8.9). În această situaţie ( , ) sinΦ ΦI Ua∧

= ϕ şi cuplul activ al contorului

devine proporţional cu puterea reactivă:

Ma kaUaI kaUaU

UI kaUaU

Q= ′ = ′ = ′sin sinϕ ϕ (8.23)

Deoarece în acest caz ΦUa este defazat înaintea Φ I , discul contorului se învârte invers şi de aceea,

pentru păstrarea sensului corect de rotaţie, se alimentează bobina de tensiune cu tensiunea −U a ,

defazată în acest caz cu unghiul ( )180 − β faţă de U .

In concluzie, pentru ca să se poată măsura cu un contoar de inducţie monofazat, având unghiul

intern β, energia reactivă a unui consumator parcurs de curentul I şi având la borne tensiunea U,

conectarea se face astfel:

- bobina de curent se montează în serie cu consumatorul, fiind parcursă de curentul I;

- bobina de tensiune se alimentează cu o tensiune auxiliară ( )−U a defazată cu 180 − β faţă de

tensiunea U .

Obţinerea tensiunilor auxiliare este greu de realizat practic în circuite monofazate sau trifazate cu

tensiuni oarecare, însă este comodă în circuitele trifazate cu tensiuni simetrice pentru contoarele cu

unghiuri interne:

β

β

=

=

600

900

Pentru circuitele trifazate fără conductor neutru puterea reactivă este dată de relaţia:

Q U I U I Q= + =Im{ * *}12 1 32 3 1 Q+ 2 (8.24)

In situaţia tensiunilor simetrice se pot utiliza contoare cu două sisteme active monofazate ce pot avea

unghiul intern sau . β = 600 β = 900

a) Contor T - CR 32 β = 600

Tensiunile auxiliare U a vor trebui să fie defazate cu un unghi egal cu

în urma tensiunilor ce intervin în expresia (8.24). Conform diagramei

fazoriale din Fig.8.10 aceste tensiuni auxiliare vor fi :

180 1800 600 1200− = − =β


11

U U U Ua a1 23 132= = (8.25)

Fig.8.10. Diagrama fazorială.

Fig.8.11. Contor de energie reactivă CR 32 β = 60 . 0

Primul sistem de măsurare al contorului va avea bobina de curent parcursă de I1, iar bobina de

tensiune alimentată cu U Ua1 23= , în timp ce al doilea sistem va avea bobina de curent parcursă de

curentul I3 , iar bobina de tensiune alimentată cu U Ua2 13= . Schema de montaj este prezentată în

Fig.8.11.

b) Contor de energie reactivă T - CR 32 β = 900

Tensiunile auxiliare trebuie să fie defazate cu 180 faţă de cele ce

intervin în relaţia (8.24 ). Conform diagramei fazoriale din Fig.8.12 aceste tensiuni auxiliare vor fi :

0 1800 900 900− = − =β

U E Ua a1 3= − E2 1= −; (8.26)


12

Fig.8.12 Diagrama fazorială.

Rezultă schema de montaj din Fig.8.13, unde se observă necesitatea realizării unui punct neutru artificial

cu ajutorul unei impedanţe Z egală cu impedanţa bobinei circuitului de tensiune.

Fig.8.13. Contor CR 32 . β = 900

Pentru circuitele trifazate cu conductor neutru, alimentate cu tensiuni simetrice, puterea reactivă

este dată de relaţia:

Q U I U I U I Q Q= + + = +Im{ * * *}10 1 20 2 30 3 1 2 Q+ 3 (8.27)

deci contorul va avea trei sisteme active monofazate. Se utilizează contoare de energie reactivă cu

sau . β = 600 β = 900

a) Contor de energie reactivă T - CR 43 . β = 600

Tensiunile auxiliare defazate cu 180 faţă de tensiunile din relaţia

(8.27) sunt (Fig.8.13):

0 1800 600 1200− = − =β

U U U U U Ua a a1 2 320 30 10= = =; ; ; (8.28)

Primul sistem activ monofazat are bobina de curent parcursă de I1 iar bobina de tensiune are aplicată

tensiunea U 20 , cel de-al doilea sistem monofazat are bobina de curent parcursă de I 2 şi la bobina de


13

tensiune are aplicată tensiunea U 30 iar cel de-al treilea sistem monofazat are bobina de curent parcursă

de I3 şi bobina de tensiune are aplicată tensiunea U10 (Fig.8.14).

b) Contor de energie reactivă T - CR 43 . β = 900

Tensiunile auxiliare sunt în această situaţie :

U U U U U Ua a a1 2 323 31 12= = =; ; (8.29)

Fig.8.14. Contor CR - 43 . β = 600

Schema de montaj este prezentată în Fig.8.15.

Fig.8.15. Contor CR - 43 . β = 900


14

8.3.2. Măsurarea energiei rective în circuite trifazate cu tensiuni nesimetrice

În circuitele trifazate alimentate cu tensiuni nesimetrice, puterea reactivă Qmå s integrată de

contoarele trifazate de energie reactivă alimentate cu tensiuni auxiliare va fi diferită de puterea reactivă

trifazată din circuit Q . Relaţia între Q şi , deci eroarea de măsurare introdusă de nesimetria

sistemului de tensiuni, se determină cu ajutorul componentelor simetrice ale tensiunilor şi curenţilor. Se

obţin următoarele rezultate:

real real mQ

• contoarele cu β = 600

tip T - CR 32 real mas

tip T - CR 43 real mas

Q Q Qii Pii

Q Q Qii Qhh Pii Phh

= + +

= + + + +

92

3 32

92

92

3 32

3 32

(8.30)

• contoarele cu β = 900

tip T - CR 32 real mastip T - CR 43 real mas

Q Q QiiQ Q Qii Qii

= +

= + +

6

6 3 (8.31)

Se observă că la alimentarea circuitului trifazat cu tensiuni nesimetrice, energia reactivă

înregistrată de contorul trifazat alimentat cu tensiuni auxiliare este mai mică decât energia reactivă reală.

Cunoaşterea erorii produsă de nesimetria tensiunilor sistemului trifazat, la măsurarea energiei reactive cu

aceste tipuri de contoare, este importantă atât la verificarea şi etalonarea acestor aparate cât şi la

măsurătorile efectuate la marii consumatori.

8.3.3. Contoare de energie reactivă cu şunt.

Obţinerea proporţionalităţii cuplului activ cu puterea reactivă se realizează prin şuntarea bobinei

de curent cu o rezistenţă neinductivă (care produce defazarea curentului din bobina din curent) şi prin

folosirea unei rezistenţe adiţionale în circuitul bobinei de tensiune, care reduce unghiul de defazaj

Rs

Ra β

(Fig.8.16). Datorită defazării curentului I b din bobina de curent în urma curentului I , fluxul Φ I devine

defazat faţă de curentul I cu unghiul . Dacă se reglează rezistenţa şuntului şi cea adiţională

astfel încât unghiurile

β ' Rs Ra

β β= ′ rezultă că unghiul:


15

( )Φ ΦU I,∧

= = + ′ − =ψ ϕ β β ϕ (8.32)

a devenit egal cu unghiul de defazaj al circuitului iar expresia cuplului activ devine:

( )Ma ka U I I U ka kII kUU k= Q∧

= ′ =Φ Φ Φ Φsin , ( )( ) sinϕ (8.41)

Momentul cuplului activ este proporţional cu puterea reactivă însă sensul este inversat, de la ΦU

spre Φ I , încât pentru obţinerea unui sens normal de rotaţie al discului se inversează polaritatea tensiunii

aplicate bobinei de tensiune.

Pe acest principiu se construiesc şi contoarele trifazate cu şunt, având două sau trei sisteme active

identice, montate în conformitate cu relaţia puterii reactive provenite din teorema lui Blondel.

Fig.8.16. Contor de energie reactivă cu şunt.

a) Contor trifazat cu şunt pentru circuite fără conductor neutru.

Relaţia pentru puterea reactivă este:

Q U I U I= +Im( * )12 1 32 3* (8.33)

Schema de montaj este prezentată în Fig.8.17.


16

Fig.8.17. Contor cu şunt pentru Fig. 8.18. Contor cu şunt pentru

circuit trifazat fără neutru. circuit trifazat cu neutru.

b) Contor cu şunt pentru circuite trifazate cu conductor neutru.

Relaţia pentru puterea reactivă este în acest caz :

Q U I U I U I= + +Im{ * * }10 1 20 2 30 3* (8.34)

iar montajul contorului este prezentat în Fig.8.18.

8.4. MONTAREA ŞI VERIFICAREA CONTOARELOR

8.4.1. Aspecte ale montării

În cazul când tensiunile şi curenţii din circuit depăşesc valorile nominale ale contoarelor trifazate,

acestea trebuie conectate prin intermediul transformatoarelor de măsurare. Se pot utiliza montaje cu

transformatoare de măsurare de curent sau de tensiune şi montaje indirecte, cu ambele tipuri de

transformatoare de măsurare.

În Fig.8.19 se prezintă conectarea contoarelor în montaj indirect, împreună cu aparatele necesare

pentru măsurarea curenţilor, tensiunilor, puterilor active şi reactive.


17

Fig.8.19. Montaj indirect, circuit trifazat fără conductor neutru.

Pentru a monta corect un contor trebuie respectată schema de conexiuni indicată de fabricant

precum şi reţeaua electrică în care se introduce aparatul. Montarea corectă presupune cunoaşterea

succesiunii fazelor reţelei şi respectarea aceloraşi succesiuni la bornele de tensiune ale contorului. De

asemenea, se impune realizarea concordanţei între bornele contorului şi ale trasformatoarelor de

măsurare, respectându-se polaritatea acestora.

La contoarele monofazate erorile de montaj sunt rare, datorită schemelor simple, iar identificarea

legăturilor se face uşor. Cea mai frecventă eroare constă în inversarea sensului de circulaţie a curentului

în bobină, ceea ce are ca urmare rotirea discului în sens contrar celui normal; această eroare poate fi uşor

observată şi remediată.

La contoarele trifazate nerespectarea succesiunii corecte a fazelor conduce la apariţia erorilor. De

asemenea, înlocuirea unui conductor de fază cu conductorul neutru, în afara faptului că determină o

înregistrare greşită a energiei, poate produce arderea bobinelor de tensiune, din cauza aplicării tensiunii

de linie în loc de cea de fază.

La montarea indirectă a contoarelor prin transformatoare de măsurare cauzele care pot produce

erori sunt şi mai numeroase. Se pot conecta greşit circuitele de curent sau de tensiune ale contoarelor la

înfăşurările secundare ale transformatoarelor de măsură sau se poate întrerupe un conductor de legătură

între contor şi transformatorul de măsură. Un exemplu de conectare greşită este prezentată în Fig.8.20

unde s-au inversat legăturile la borne de curent ale primului sistem de măsurare.


18

Fig.8.20. Conectare greşită.

La conectarea corectă puterea integrată de contor este:

P U I U I= +Re( * )12 1 32 3* (8.35)

care în cazul unei sarcini trifazate echilibrate şi al tensiunilor simetrice devine:

P U I U I Ul Il= + + − =12 1 30 32 2 30 3cos( ) cos( ) cosϕ ϕ ϕ (8.36)

În cazul inversării curentului de pe faza întâia, puterea integrată este:

P U I U I' Re[ ( *) *]= − +12 1 32 3 (8.37)

relaţie care devine pentru sarcina trifazată echilibrată:

P U I U I Ul Il' cos( ) cos( ) s= in− − + − =12 1 180 30 32 3 30ϕ ϕ ϕ (8.38)

Din relaţiile ( 8.36) şi ( 8.38 ) rezultă:

P P ctg KP= =' ' (8.39) 3 ϕ


19

coeficientul de corecţie K variind în funcţie de defazajul circuitului. Pentru ϕ = 0 discul contorului se

opreşte, la aparatul măsoară corect etc. ϕ = 600

În cazul montării cu transformatoare de măsurare de tensiune (fig.8.21), factorul de corecţie K

pentru diverse defecte este prezentat în Tabelul 8.1.

Tabelul 8.1

1. Arderea siguranţei de pe faza 1 - punctul a - K =

+2 3

3 tgϕ

2. Arderea siguranţei de pe faza 3 - punctul b - K =

−2 3

3 tgϕ

3. Arderea siguranţei de pe faza 2 - punctul c - K = 2

Fig.8.21. Defecte la montarea contorului trifazat.

De exemplu, în cazul arderii siguranţei de pe faza a doua, eroarea nu depinde de factorul de putere

din circuit şi contorul măsoară jumătate din energia reală.

8.4.2.Aspecte ale etalonării şi verificării

Operaţiile de etalonare se efectuează de către fabricant, iar cele de verificare de către organele

metrologice, în scopul încadrării contoarelor în prescripţiile corespunzătoare clasei de exactitate şi a

concordanţei cu prevederile cuprinse în normele specifice.

Contoarele sunt supuse probelor privind :

- mersul în gol - echipajul mobil nu trebuie să se rotească pentru I = 0 şi tensiuni

aplicate bobinelor de tensiune; U n∈( ... )%80 110 U


20

- sensibilitatea - determinarea curentului minim la care începe rotaţia echipajului mobil (îm

general ); ≤ 0 5%, In

- determinarea erorilor - pentru încadrarea în clasa de exactitate.

Limitele erorilor relative pentru contoarele de energie electrică trebuie să fie cele indicate în

Tabelul 8.2.

Tabelul 8.2

I Factor de putere Limitele erorilor relative (%)

clasa 0,5 clasa 1 clasa 2

5% In 1,0 ±1,0 ±1,5 ±2,5

10% In….Imax 1,0 ±1,0 ±1,0 ±2,0

10% In 0,5ind

0,8cap

±1,3

±1,3

±1,5

1,5

±2,5

-

20% In…Imax 0,5ind

0,8cap

±0,8

±0,8

±1,0

1,0

±2,0

-

Dintre metodele uzuale de etalonare sau de verificare a contoarelor se pot aminti:

• Metoda timp - putere ( wattmetru - cronometru )

Energia înregistrată de contor se compară cu energia calculată după indicaţiile unui wattmetru

etalon, timpul fiind măsurat cu un cronometru. Eroarea relativă, în procente, este:

( )ε % =−

⋅Wmas W

W100 (8.40)

în care:

Wmasnc

= ⋅ ⋅3 106,6 - energia măsurată de contor;

W P t= ⋅ - energia reală;

n - numărul de rotaţii efectuat de echipajul mobil în timpul t;

c - constanta contorului [rot/kWh];

P - puterea indicată de wattmetru [W];

t - timpul de măsurare [s].


21

Rezultă:

( )ε %,6

=⋅ ⋅ − ⋅

⋅=

−nc

P t

P tT t

t

3 10100 100

6

(8.41)

unde T ncP

=⋅3 106,6 este timpul teoretic în care discul contorului efectuează cele n rotaţii. Schema de

montaj cu surse separate este prezentată în Fig. 8.22.

Fig.8.22.Schema de verificare a contorului.

• Metoda contorului etalon

Contoarele etalon sunt contoare de exactitate ridicată şi care au posibilitatea să măsoare enegia

electrică şi pentru intervale de timp foarte scurte. Pentru aceasta, în circuitul bobinei de tensiune este

prevăzut un întrerupător care permite afişarea şi pornirea contorului în orice moment fără ca bobina de

curent să fie deconectată din circuit. Mecanismul de înregistrare permite citirea fie a energiei consumate,

fie a numărului de rotaţii. Contorul de verificat şi contorul etalon se leagă cu bobinele de curent în serie şi

bobinele de tensiune în paralel. Eroarea relativă este:

( )ε % =−

=−

⋅W W

W

nc

nc

nc

mas

x

x

e

e

e

e

100 100 (8.42)

unde:

- sunt constantele contorului de verificat, respectiv etalon ; c cx e,

- reprezintă numărul de rotaţii efectuate de contorul de verificat, respectiv etalon. n nx e,

În acest mod, verificarea se reduce la numărarea rotaţiilor discului, fără a mai fi nevoie de cronometrarea

timpului.


22

• Metoda stroboscopică se bazează pe sondarea fotoelectrică a diviziunilor stroboscopice de pe discul

unui contor etalon şi transmiterea frecvenţei de referinţă unei lămpi de descărcare în gaze, care

iluminează discul contorului de încărcat. La aceeaşi viteză unghiulară a contorului etalon şi de încercat,

diviziunea de pe disc pare a sta pe loc. Diferenţele valorilor momentane ale vitezelor unghiulare dau

pentru ochi o alunecare a imaginii şi după sensul şi viteza de deplasare a imaginii se poate aprecia

mărimea erorii. Este o metodă simplă, permite o reglare rapidă, dar exactitatea este scăzută, mai ales la

curenţi mici.

8.5.MĂSURAREA ENERGIEI ELECTRICE LA MARII CONSUMATORI

Marii consumatori, cu pondere considerabilă în utilizarea energiei electrice, sunt urmăriţi cu multă

atenţie, pentru aplatizarea curbei de sarcină a sistemului energetic. Din aceste motive, tarifarea se face

atât după valoarea energiei cât şi după momentul din zi în care s-a consumat, unele situaţii având în

vedere şi puterea sub care se transferă energia. Este deci vorba, pe de o parte, de contorizarea separată în

diverse ore ale zilei sau ale nopţii şi pe de altă parte, de înregistrarea valorii maxime a puterii debitate

spre consumator. Când consumatorul posedă instalaţii de producere a energiei electrice, pe care o poate

debita în sistemul energetic, este necesar a se prevedea modalităţi distincte de înregistrare a energiei

scurse în cele două sensuri. Din aceste considerente s-au dezvoltat contoare prevăzute cu funcţii speciale.

Contoare cu dublu tarif se utilizează la măsurarea energiei scurse spre marii consumatori, în

scopul stimulării acestora pentru a funcţiona în special în orele de sarcină mică, tariful fiind în acest timp

mai redus. Contorul evidenţiază distinct energia consumată în orele de vârf de sarcină de aceea

consumată în orele de gol. Din acest motiv în contorul echipat cu sistemele de măsurare necesare se

montează două sisteme de totalizare acţionate de la acelaşi ax al contorului. Cuplarea unuia sau altuia din

aceste două totalizatoare cu role se face cu un releu electromagnetic de separare acţionat din exterior.

Releul electromagnetic se acţionează în curent continuu obţinut prin redresarea tensiunii alternative ce

alimentează şi contorul (Fig.8.23). Cadranul al contorului se foloseşte pentru tariful cu preţ ridicat iar

cadranul C

C2

1 pentru tariful cu preţ redus. În mod uzual, contorul cu dublu tarif se montează împreună cu

un ceas de contact de tip electric care asigură comanda în timp a releului electromagnetic. Acest ceas de

contact poate închide şi deschide un contact ce suportă curenţi de ordinul 1 A, pe o durată reglabilă,

minim 1 oră.


23

Fig.8.23. Contor cu dublu tarif.

Contoarele de vârf se utilizează atunci când energia se facturează global până la o anumită putere

consumată, iar pentru o putere superioară limitei stabilite, consumată accidental de abonat, energia este

tarifată în kWh. Astfel abonatul poate consuma o putere mai mare decât cea fixată, plătind însă

suplimentar. Dacă puterea consumată rămâne sub cea limită discul contorului stă pe loc. Această funcţie

se realizează printr-un dispozitiv care se ataşează la un contor normal, dispozitiv realizat pe baza unui

resort care furnizează un cuplu antagonist constant (şi reglabil), determinat de valoarea limită a sarcinii

începând de la care contorul trebuie să înregistreze.

Contorul de depăşire serveşte la înregistrarea consumului care depăşeşte o anumită limită fixă

separat de consumul total ( Fig 8.24).

Fig.8.24. Referitor la contorul de

depăşire.

Consumul ce depăşeşte pe cel coresponzător puterii limită se plăteşte cu un preţ mai ridicat.

Contorul de acest tip se utilizează în cazul în care lipsa de putere disponibilă ( la vârf de sarcină )

determină un preţ mai ridicat al energiei consumate în acest interval de timp.

Contorul cu indicator de putere maximă se utilizează în sistemul de tarifare a energiei în care, în

afara energiei înregistrate în perioada de taxare, se ţine seama şi de puterea maximă absorbită în acest


24

interval de timp. Puterea maximă absorbită de consumator se determină ca medie pe un interval scurt de

timp, de regulă 15 minute. Funcţiile unui contor cu indicator de putere maximă sunt multiple, putând

conţine şi dublul sistem de tarifare, din care un sistem funcţionează simultan cu înregistrarea puterii

maxime, iar celălalt atunci când se deconectează mecanismul respectiv. Contorul este prevăzut cu releul

de conectare al tarifului de noapte, acesta urmând să sisteze măsurarea puterii maxime. Comanda acestui

releu se poate da de la un ceas de contact, plasat alături de contor, sau centralizat, de la un sistem de

telecomandă pentru mai mulţi consumatori. Celelalte funcţii ale contorului cu indicator de putere maximă

sunt:

- integrarea puterii pe un interval de timp;

- memorarea valorii energiei integrate;

- afişarea acestei valori;

- afişarea şi memorarea celei mai mari valori pe care a avut-o energia în diverse intervale de

integrare;

- anularea tuturor informaţiilor afişate după citirea contorului, la sfârşitul perioadei de facturare.

Un exemplu de aparat de acest tip îl reprezintă contorul trifazat de energie activă cu dublu tarif şi

dublu indicator tip 1 CA 2 IMDT. Aparatul este destinat înregistrării energiei electrice active consumate

în reţele cu sau fără conductor neutru şi măsurării concomitente a puterii maxime absorbite de

consumatori. Părţile componente sunt:

- contorul de comandă, care este un contor obişnuit cu două sau trei sisteme de măsurare;

- mecanismul cu dublu indicator de maxim.

Mecanismul indicator de maxim preia mişcarea de la echipajul mobil al contorului şi indică puterea

maximă cerută de consumator pe fiecare tarif. Puterea maximă este de fapt maximul puterilor medii

determinate pe intervale de câte 15 minute. Perioada de integrare de 15 minute estre dată de un

micromotor sincron cu reductor, înglobat în contor. Acesta acţionează o camă la sfârşitul fiecărei

perioade de integrare şi închide un contact electric pentru un timp scurt ( 4… 5) secunde. Prin acest

contact se alimentează cuplajul electromagnetic din mecanismul cu indicator de maxim, care determină

revenirea la zero a acului indicator şi începutul unui nou ciclu de măsurare. Acul indicator pasiv rămîne

în poziţia corespunzătoare puterii maxime cerute. Schema de montaj pentru contorul 1 CA 2 IMDT cu

trei sisteme, conectat prin transformatoare de măsurare de curent, este prezentată în Fig.8.25.


25

Fig.8.25. Schema de conectare pentru contorul 1 CA 2 IMDT.

Contorul cu un singur sens de înregistrare este prevăzut cu o frână mecanică ce nu permite

discului să se rotească decât într-un singur sens. Se utilizează pentru contorizarea energiei electrice într-

un sens bine definit ( sistem → consumator, consumator → sistem ) fiind utilizat acolo unde

consumatorii dispun şi de posibilităţi proprii de producere a energiei electrice, pe care o pot livra

sistemului energetic.

Contorul cu generator de impulsuri se utilizează pentru transmiterea la distanţă a energiei

electrice sub formă de impulsuri, la diferite aparate receptoare. Din punct de vedere constructiv

contoarele cu generator de impulsuri sunt contoare trifazate în care s-a montat un traductor de turaţie.

Schema de conexiuni din Fig.8.26 este cea a contorului cu generator de impulsuri tip 2 T - CA 32 GI.

Fig.8.26. Conectarea contorului cu generator de impulsuri.

Masurari in Energetica

Documents

Transcript of Masurari in Energetica