43. sz. laboratóriumi gyakorlat. A villamos fogyasztás mérése

Átírás

1 43. sz. aboratóriumi gyaorat A viamos fogyasztás mérése. Eméeti aapo A viamos energiagazdáodás eengedheteten fetétee az energia fogyasztásána, fehasznáásána mérése és ehhez a mérési eszözö, módszere heyes megváasztása. A. gyaoratban oyan műszer-összeáítást e aamazni, ameyene segítségéve mind a fehasznáó, mind a szogátató részére az eredménye gyorsan, egyszerű átteintésse és a ívánt pontosságga ána rendeezésre. A viamos energia mérésére a viamos fogyasztásmérő szogána, ameye a tejesítmény (hatásos, ietve meddő) és az idő szorzatát méri... A fogyasztásmérő fajtái ét fő csoportba soroható a fogyasztásmérő: A/ egyenáramú fogyasztásmérő B/ vátaozó áramú fogyasztásmérő. A/ Az egyenáramú fogyasztásmérő eterjedtsége icsi. Bár a viamos energia egyre növevő része erü egyenáramént fehasznáásra, a termet energiát szinte izáróag vátaozó áram aajában áítjá eő, így döntő mértében eegendő utóbbina a mérése. Aho mégis szüség van az egyenáramú energia mérésére, ott átaában megfee a feszütség, az áram és az idő mérésébő vaó meghatározása, de ismerte speciáis műszere is, mint p. az eetroitius amperóra számáó, vagy a frevenciafüggeten eetrodinamius /motoros/ wattóra számáó. B/ A vátaozó áramú fogyasztásmérő iaaut ét csoportja: az eetrodinamius és az induciós fogyasztásmérő.. Az eetrodinamius /motoros/ fogyasztásmérő nagy eőnye, hogy a frevenciátó függetenü - tehát egyenáram vagy nagy feharmonius tartamú vátaozó áram esetén is - nagy pontosságga mér. Feépítésében részben az eetrodinamius műszerhez, részben a ommutátoros motorhoz hasonít. Eetrodinamométerne is nevezi. ényesebb szerezete, nagyobb ára miatt csa ott aamazzá, aho az ocsóbb, önnyebb, egyszerűbb feépítésű induciós fogyasztásmérő nem tud a céna megfeeő pontosságga mérni. 2. Az induciós fogyasztásmérő bírna a egnagyobb gyaorati jeentősségge a viamos ipar terüetén, a mérésün során is ezee dogozun. Mindét típus iaaítható a hatásos /Wó/, a meddő /varó/, a átszóagos /VAó/, a csúcs- és vegyes fogyasztás mérésére. Mindegyi fogyasztásmérő ehet egyfázisú, vagy többfázisú. A gyaoratban özveten és özvetett mérésrő beszéhetün. A özveten mérés tartománya átaában 600 V, 00 A terheésig tejed. Enné nagyobb értée esetén mérővátóat /feszütség. i. áram transzformátoroat/ e aamazni.

2 .2. Induciós fogyasztásmérő.2.. Egyfázisú induciós fogyasztásmérő ényegében étfázisú aszinronmotorént fogható fe, ameyne egyi-egyi fázisteercsét az áram, a másiat a feszütség tápája. A térbei erendezés több póuspárna fee meg, így p. p=4 és f=50 Hz esetén a mérő forgórésze n=60 f/p=750 forduatot tesz meg percenént, a étrejövő forgómező hatására. apcsoástechniaiag úgy ezeendő, mint az induciós tejesítménymérő műszer, csa itt az emozduó rész örforgása rugóerőve nincs eensúyozva. Sematius feépítése az.a, evi apcsoása az.b ábrán átható ábra Induciós fogyasztásmérő sematius feépítése evi apcsoása A forgórész véony aumínium tárcsa /5/, amey a feszütségteercs /3/ és az áramteercs // vasmagja özötti égrésben /2/ foroghat e. A fázisfeszütségre apcsot vasmagos teercsben i. az áramteercsben foyó áramo özött wattos fogyasztói terheés esetén fázisetérés van, enne hatására a vasmago özötti égrésben forgó mágneses tér eetezi. Ez a égrésben eheyezett A tárcsában - az erővonaa metszése öveteztében - feszütséget induá, ami áramot indít meg a tárcsában (nyugami indució). Az induát áram a vasmago mágneses teréve együtt itérítő nyomatéot hoz étre, ami a tárcsát meghajtja. Tehát az induciós műszere nyomatéát az áórész áta gerjesztett mágneses tér, és enne hatására a forgórészben (tárcsa) induáódó áramo öcsönhatása hozza étre (innen származi a műszer enevezése). Amennyiben a műszerben ohmos terheésné az áram- és a feszütségfuxuso özött 90 fázisetoás van, aor a tárcsa hajtónyomatéa /M h / a hatásos tejesítménnye /P h / arányos: M = á U I cos ϕ = á h P h A tárcsa egy áandó mágnes (6), ún. féezőmágnes sarai özött mozog, benne az erővonaa metszése öveteztében örvényáramo /I ö / épne fe, meye enz törvénye aapján féezi a tárcsát. A féező nyomaté arányos a tárcsa forgási sebességéve: M f = á φ 2 m 2 m I = á φ n = n A tárcsa tengeyéve (4) mechanius áttéteen át apcsoódi a számáómű. A tárcsa forgási egyensúyba aor erü, amior a hajtó és a féező nyomaté egyenő. Tehát ha M h = M f, aor nyivánvaó, hogy a tárcsa forduatszáma a hatásos tejesítménnye arányos. méreten háózat mért háózat

3 Tehát egy adott t idő aatt megtett forduato száma /n /, a viamos munáva, energiáva arányos: n t = n dt = á 0 t 0 P dt = W Szerezeti vagy apcsoástechniai megodásoa eérhető, hogy a forgótárcsa hajtónyomatéa = á U I sin ϕ = á Q M h egyen, miáta a tárcsa adott idő aatti forduataina száma a meddőfogyasztássa esz arányos. A meddőfogyasztás méréséne esősorban háromfázisú rendszerben van jeentősége. Az egyfázisú fogyasztásmérőt egy mérőrendszeres fogyasztásmérőne is nevezi étfázisú induciós fogyasztásmérő ét egyrendszerű fogyasztásmérő egybeépítésébő aaítható i úgy, hogy a özös forgórész-tengeyre a ét fázis együttes fogyasztásáva arányos nyomaté hat. Az aamazhatóságát és heyes beötését a 2. ábra mutatja. h M ábra étfázisú fogyasztásmérő aamazása háromfázisú étvezetées rendszer a fogyasztásmérő beötése.2.3. Háromfázisú induciós fogyasztásmérő a b a b A B A B 3. ábra Fogyasztás mérése háromfázisú háromvezetées rendszerben (Aron-apcsoás) 3

4 Szimmetrius háromfázisú fogyasztás az egywattmérős tejesítményméréshez hasonóan evieg egyeten egyfázisú fogyasztásmérőve is mérhető. ua vezető néüi háromfázisú háózatban ét mérőrendszerű műszert is szabad aamazni étwattmérős /Aron/ apcsoásban (3. ábra), amior is a ét egyfázisú fogyasztásmérő özös tengeyre szereve egyeten forduatszámáó művet hajt. Evi apcsoási rajzát a 3.a. ábra özveten beötésse, a 3.b. ábra mérővátó beitatásáva ábrázoja ábra Fogyasztásmérés négyvezetées háromfázisú rendszerben uavezetős, tehát négyvezetées háromfázisú háózatban csa hárommérőrendszeres fogyasztásmérő aamazható (4. ábra). A mérés történhet özveten beötésse (4.a.ábra), ietve áramvátóon eresztü (4.b.ábra). Utóbbi esetben a műszer áthidaásait (-2, 4-5 és 7-8 ponto özött) bontani e, és az áramvátó szeunder örét födeni e. Tipizáási oo miatt eze a háromvezetées nagyfeszütségű háózaton is mind nagyobb teret hódítana üöneges fogyasztásmérő Az így nevezett fogyasztásmérő mérési rendszerüben tejesen megegyezne az eddigie során ismertetett mérőe. üönegességü abban van, hogy néhány szerezeti többetet tartamazna az energia árána többfée eszámoási rendszere miatt. Egy-egy típust úgy igyeezte iaaítani, hogy az egyidejűeg egyné több árszabásfajta esetén is hasznáható egyen. Enne megfeeően ismerün egy-, ét- és három árszabású /tarifás/ mérőet, az utóbbi ettőné eseteg maximummérőe is iegészítetten. A számsort vátó reé ábra. étszámáóműves, háromfázisú, háromvezetées fogyasztásmérő A/ A több számáóműves mérőne a főtengeyéhez több (ettő vagy három) számoómű özü mindig csa az egyi apcsoódi. A tengeyapcsoat vátását beépített reé (egy vagy ettő) végzi a üön szeret apcsoóóra viamos jeére. Az iyen mérőve a nap üönböző szaában feépő fogyasztásoat (nappa, csúcsidőben, éjszaa) eüönítve ehet rögzíteni. A üönböző árszabássa véteezett energiá így eüöníthető, emiatt többtarifás mérőne is A apcsoóórához

5 nevezi ezeet. étszámáóműves, háromfázisú, háromvezetées mérő beötését mutatja az 5 ábra. A mérő éttarifás, a reé gerjeszteten áapota esetén az. számsoron az éjjei fogyasztást, gerjesztett áapota esetén a II. számsoron a nappai fogyasztást méri, ietve mutatja. B/ Maximumjezős mérő A tejesítménydíjas eszámoású fogyasztóná a üönböző napszaoban igénybevett fogyasztás negyedórás átagaina eenőrzésére is szüség van, mive a csúcsfogyasztás egy szerződött értéet nem haadhat meg a pótdíj feszámoása néü. Vaamennyi háromfázisú fogyasztásmérő észühet egy, ettő vagy három maximum-mutatóva. A mérő forgórésze reéve bontható áttéteen át apcsoódi a fogyasztást mérő, ún. vonómutatóva, amey magáva viszi a vonszot mutatót. A apcsoóóra 5 percenént megszaítja a reé gerjesztését, eor a reé eejt, a vonómutató visszaesi, a vonszot a mutatott értéen marad. A foyamat néhány másodperc etetéve ismétődi A meddőfogyasztás mérése A hatásos tejesítményt mérő fogyasztásmérő meddő fogyasztás mérésére is hasznáható, ha apcsaira 90 o -a etot feszütségeet apcsoun. Egy háromfázisú, három mérő-rendszeres meddőfogyasztás-mérő beötése átható a 6.a. ábrán. Az ún. műapcsoásos meddőfogyasztás-mérő esetében a 90 o -os etoást biztosító átötése a mérőműszer besejében vanna iaaítva (6.b.ábra), így a műszer beötése egyszerűbbé vái. A meddőmérő is ehetne egy- vagy többtarifás rendszerűe. Indutív meddő fogyasztás mérésére aamasa, tehát apacitív meddő fogyasztás esetén a tárcsa visszafeé forogna, amit visszaforgás gátóva megaadáyozna ábra Meddőfogyasztás-mérő beötése apcsoóórá A apcsoóóra oyan időmérős szerezet, amey ijeöt áramöröet meghatározott időözöben be- és iapcso. Az óramű rugóját időözönént és automatiusan aszinron motor húzza fe. Az órá hajtóműve forgatja az időtárcsát, ameyne oyan az áttétee, hogy naponta egy forduatot tesz meg (napitárcsa). A tárcsa 24 órára van osztva, peremén a ívánt apcsoási időpontona megfeeően áítható és rögzíthető ovaso vanna. Eze végzi a 5

6 főáramörű 0-5 A-ig terhehető apcsoó műödtetését, ameye esetünben a fogyasztásmérő tarifát vátó reéit apcsojá. Az óraműhöz csataozi egy mási tárcsa is (perctárcsa), amey egy óra aatt tesz meg egy forduatot. Enne a meéáramörű apcsoó (terhehetősége 0,5 A) negyedóránénti néhány másodpercre történő iapcsoásában van szerepe, így a maximum-mutatós fogyasztásmérő reéjéne vezérésére szogáhat. Az időtárcsa feett hetitárcsa is eheyezhető, itt a apcsoó minimáis áítási ideje 8 óra. A főáramörű apcsoó egy-, ét- vagy háromsarúa ehetne. Ebbő is érzéehető, hogy a apcsoóóráa nagyon sofée apcsoási mód érhető e A eszámoáshoz szüséges mérő összeáítása Csa az üzemeben egeterjedtebb tejesítménydíjas eszámoás műszereive fogaozun az aábbiaban. A aboratóriumi mérés is ehhez apcsoódi. A szüséges műszercsoport a övetező: A: háromfázisú, egyárszabású,0 osztáyú fogyasztásmérő. Feadata a véteezett összes viamosenergia eszámoási aapot épező mennyiségéne megáapítása. B: háromfázisú, étárszabású, ét maximum-mutatós 2,0 osztáyú fogyasztásmérő, ameyne. számsora az éjszaai II. számsora a nappai időszaban mért fogyasztást jezi. A feső maximum-mutató a csúcs időszai /nappa/, az asó a csúcsidőszaon ívü/éjjei igénybe vett egnagyobb negyedórás átagfogyasztást méri. C: háromfázisú, 3,0 osztáyú, nem műapcsoásos, visszaforgásgátóva eátott meddőfogyasztás-mérő. Feadata a meddőfogyasztás mérése éjszaai időszaban az. számsoron, nappai időszaban a II számsoron. D: háromfázisú, egyárszabású, 3,0 osztáyú, nem műapcsoásos, visszaforgásgátóva eátott meddőfogyasztás-mérő. Feadata a apacitív meddőenergia mérése a feér iszámításához (ugyanis visszatápáása nem megengedett). E: apcsoóóra a fogyasztásmérőben évő tarifavátó reé és a maximum mutató reéine vezérése...3. Eetronius evű viamos fogyasztásmérő EEPROM energiamérő modu u / u i / u eője szorzó p(t) i / f f P µp ijező I/O opció 7. ábra Eetronius evű viamos fogyasztásmérő bovázata 6

7 Az eetronius evű fogyasztásmérő a feszütség és az áram pianatnyi értééve arányos jee szorzatát épezve áítjá eő a tejesítmény pianatnyi értééve arányos jeet (7.ábra). A miroprocesszoros egységbe oyan frevenciájú impuzussorozat jut, ameyne frevenciája a tejesítménnye arányos. Háromfázisú rendszerené természetesen mindhárom fázis mennyiségeit üön-üön méri és tároja is a apott eredménye tároására szogáó EEPROM-ban. Az I/O opció p. a táviovasás vagy távvezérés ehetőséget biztosítjá. A ijezőn átaában éptetéses üzemmódban ehetőség van vaamennyi adat (feszütség, áram, tejesítménye hatásos, meddő, átszóagos -, fogyasztás) megjeenítésére. 2. A mérés eszözei SPD-V típusú háromfázisú, eetronius evű fogyasztásmérő Ehtmm4 típ. háromfázisú, három mérőrendszerű, 2,0 oszt., éttarifás, ét maximum-mutatós fogyasztásmérő. Un=3x220/380 V, n =5 A. Hnsath 4 típ. háromfázisú, három mérőrendszerű, 3,0 oszt., éttarifás meddőfogyasztás-mérő. Un=3x220/380 V, n=5 A. Vpm 3. típ. apcsoóóra 3 db A-mérő, 3 db W-mérő, 2 db V-mérő, db cosϕ mérő. Terheés céjára: db háromfázisú transzformátor: U n =3x380 V; Y/Y apcsoású, 3 db ohmos eenáás: U n =220 V; P n =500 W 3. Mérési feadato és a mérés menete 3.. A rendeezésre áó mérő és a apcsoóóra megfeene az.2.7.pontban fesorot B,C,E egységene. Megtervezendő a tejesítménydíjas mérő-összeáítás beötése a övetező fetéteee: - a háózat háromfázisú négyvezetées rendszerű. éveges vonai feszütség 380 V. - a fogyasztásmérő özveten csataozásúa /nem e mérővátó/ - A terheés: Y-ba apcsot eenááso A műszere és a fogyasztó beötése a apcsoási terv aapján a apcsoóóra műödtető érintezői ivezetéseine eenőrzése után A mérő és a apcsoóóra funcionáis vizsgáata A fogyasztásmérő hiteesítése. Az összevetés aapjáu a háromwattmérős módszerre mért hatásos tejesítmény, a vonai áramo mérése, a számított meddőtejesítmény és a mérési idő szogá. 7

8 3.5. Vizsgáju az egyes mérő műödését aor, ha egy, vagy több áramteercs tápáása hibásan, fordítottan történi Eetronius evű fogyasztásmérő vizsgáata (8. ábra).határozzu meg fogyasztó (ohmos, ietve indutív jeegű) adott idő aatti fogyasztását induciós, ietve eetronius fogyasztásmérő segítségéve. Hasonítsu össze a ét műszer áta mért értéeet! Vizsgáju meg, hogy az eetronius mérő miyen jeemző meghatározására aamas! Értéejü a apott eredményeet! Határozzu meg a fogyasztó jeemzőit (tejesítmény, impedancia)! 4. A jegyzőönyv tartama apcsoási rajz, mérési eredménye, a evont öveteztetése. 5. Irodaom. Baumann szer.: Viamos szereőipari éziönyv M Hámori A.: Vianyszereés M Monár. szer.: Viamos műve üzemvitee, M Viamos méréstechnia, A VMF Jegyzete. Eenőrző érdése:. Hogyan csoportosítható a fogyasztásmérő? 2. Mit értün özveten és özvetett fogyasztásmérés aatt? 3. Hogyan műödi az egyfázisú induciós fogyasztásmérő? 4. Hogyan műödi a étfázisú induciós fogyasztásmérő, és hogyan e beötni? 5. Hogyan mérhető a fogyasztás háromfázisú, háromvezetées rendszerben? 6. Hogyan mérhető a fogyasztás háromfázisú, négyvezetées rendszerben? 7. Mit értün üöneges fogyasztásmérő aatt? 8. Ismertesse a étszámáóműves, háromfázisú, háromvezetées fogyasztásmérő beötését! 9. Hogyan műödne a maximumjező, és ho van szerepü? 0. Hogyan mérhető a fogyasztásmérőe meddőfogyasztás?. Mi a apcsoóórá szerepe, és hogyan műödne? 2. Miyen eemebő á egy eszámoáshoz szüséges mérőösszeáítás? 3. Hogyan műödne az eetronius evű fogyasztásmérő? 4. Ismertesse az eetronius evű fogyasztásmérő vizsgáatára aamas mérőerendezést! 8

9 8. ábra 9