Разработка цифрового счетчика активной энергии

Разработка  цифрового счетчика активной энергии

Содержание

Введение

1. Анализ принципа  работы счетчиков электроэнергии                                   5

2. Технические требования                                                                                 17

3. Условия проведения поверки                                                                         18

4. Программа поверки                                                                                         19

5. Методика поверки                                                                                           21

Заключение

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В современном  обществе по мере познания им природы  все более возрастает роль измерений. Соответственно непрерывно увеличивается объем измерительной информации - информации о значениях измеряемых физических величин, повышаются требования к качеству и способам ее обработки и использования.

Наибольшее  распространение в современной  науке и технике получают цифровые измерительные приборы и преобразователи, используемые для измерений, дистанционной передачи измерительной информации, в качестве промежуточных преобразователей для ввода информации в цифровые вычислительные машины и др.

Основные требования, предъявляемые к средствам измерений - это высокая точность; быстродействие; возможность автоматизации процесса измерений; представление результатов измерений в форме, удобной для обработки, в том числе с помощью ЭВМ; малые габариты и вес; высокая надежность.

Отсутствие  подвижных частей в приборах позволило резко увеличить их надежность и долговечность.

В данной работе мы рассмотрим поверку технических  характеристик электрического трехфазного счетчика ПСЧ-3АР.05.2М.121.

Счетчики электрической  энергии трехфазные статические  ПСЧ-3АР.05.2М

(далее счетчики) непосредственного включения предназначены  для учета в трехпроводных  и четырехпроводных сетях переменного  тока в прямом направлении  активной и реактивной энергии.

Счетчики предназначены  для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства средств измерений.

Поверка счётчиков  осуществляется аккредитованными в  установленном порядке юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями.

Настоящая методика составлена с учетом требований ПР 50.2.006 и в соответствии с требованиями ГОСТ 8.584 и устанавливает методику первичной, периодической и внеочередной поверки счётчиков, а также объем, условия поверки и подготовку к ней.

Модификации счётчиков, на которые распространяется настоящая  методика, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выпуске  счётчиков из производства и ремонта  проводят первичную поверку. Первичной поверке подлежит каждый счётчик. Межповерочный интервал 16 лет. Периодической поверке подлежат счётчики, находящиеся в эксплуатации или на хранении по истечении межповерочного интервала.

Внеочередную  поверку производят в случае:

- повреждения  поверительного клейма (пломб, несущих  на себе поверительные

клейма) или  в случае утраты свидетельства о  поверке;

- ввода в  эксплуатацию счетчика после  длительного хранения (более одного межповерочного интервала);

- проведения  повторной юстировки или настройки,  при известном или предполагаемом  ударном воздействии на счетчик  или неудовлетворительной его  работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Анализ принципа работы счетчиков электроэнергии

1. Принцип действия однофазного индукционного счетчика активной энергии

Счетчик представляет собой измерительную ваттметровую систему и является интегрирующим (суммирующим) электроизмерительным прибором. Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной части прибора (в диске). Электромеханические силы взаимодействия вызывают движение подвижной части. Схематическое устройство однофазного счетчика показано на рисунке

Рисунок 1 - Схематическое  устройство однофазного счетчика

Основными его  узлами являются электромагниты 1 и 2, алюминиевый  диск 3, укрепленный на оси 4, опоры  оси - подпятник 5 и подшипник 6, постоянный магнит 7. С осью связан при помощи зубчатой передачи 8 счетный механизм (на рисунке не показан), 9 - противополюс электромагнита 1. Электромагнит 1 содержит Ш - образный магнитопровод, на среднем стержне которого расположена многовитковая обмотка из тонкого провода, включенная на напряжение сети U параллельно нагрузке Н. Эта обмотка в соответствии со схемой включения называется параллельной обмоткой или обмоткой напряжения. При номинальном напряжении 220 В параллельная обмотка имеет обычно 8-12 тысяч витков провода диаметром 0,1 - 0,15 мм. Электромагнит 2 расположен под магнитной системой цепи напряжения и содержит U - образный магнитопровод, с расположенной на нем обмоткой из толстого провода с малым количеством витков. Данная обмотка включена последовательно с нагрузкой и поэтому называется последовательной или токовой обмоткой. Через нее протекает полный ток нагрузки /. Обычно количество ампер-витков этой обмотки находится в пределах 70 - 150, т.е. при номинальном токе 5 А обмотка содержит от 14 до 30 витков. Комплекс деталей, состоящий из последовательной и параллельной обмоток с их магнитопроводами, называется вращающим элементом счетчика.

2 электромагнит кернеу тізбегінің магнит жүйесі астында орналасқан және U – тәріздес магнит өткізгіщін құрайды орам саны аз жуан өткізгіш

Ток протекающий по обмотке напряжения создает общий переменный магнитный поток цепи напряжения, небольшая часть которого (рабочий поток) пресекает алюминиевый диск находящийся в зазоре между обоими электромагнитами. Большая часть магнитного потока цепи напряжения замыкается через шунты и боковые стержни магнитопровода (нерабочий поток), который разделяется на две части и необходим для создания требуемого угла сдвига фаз между магнитными потоками цепи напряжения и цепи нагрузки (токовой цепи). Магнитный поток цепи напряжения прямо пропорционален приложенному напряжению (напряжению сети).

Ток нагрузки протекающий  через токовую обмотку, создает  переменный магнитный поток, который  также пересекает алюминиевый диск и замыкается по магнитному шунту  верхнего магнитопровода и частично через боковые стержни. Незначительная часть (нерабочий поток) замыкается через противополюс на пересекая диск. Так как магнитопровод токовой обмотки имеет U-образную конструкцию, то его магнитный поток пересекает диск дважды.

Таким образом, всего через диск счетчика проходят три переменных магнитных потока. Согласно закону электромагнитной индукции, переменные магнитные потоки обоих обмоток при пересечении диска, наводят в нем ЭДС (каждый свою т.е. две), под действием которых в диске вокруг следов этих потоков протекают соответствующие вихревые токи (правило “буравчика” вспоминаем). В результате взаимодействия магнитного потка обмотки напряжения и вихревого тока от магнитного потока токовой обмотки и с другой стороны магнитного потока токовой обмотки и вихревого тока от обмотки напряжения, возникает электромеханические силы, которые создают вращающий момент, действующий на диск. Этот момент пропорционален произведению указанных магнитных потоков и синусу угла сдвига фаз между ними.

Активная мощность потребляемая нагрузкой определяется как произведение силы тока на приложенное напряжение и на косинус угла между ними. Так как магнитные потоки обоих обмоток пропорциональны напряжению и току, то можно добившись конструктивным путем равенства синуса угла между потоками и косинуса угла между вектором тока и напряжения осуществить пропорциональность вращающего момента счетчика с коэффициентом измеряемой активной мощности. Синус одного угла равен косинусу другого угла если между ними сдвиг 90 градусов, чего и достигают в конструкциях счетчиков (применение короткозамкнутых витков, дополнительных обмоток замкнутых на регулируемое сопротивление, перемещение винтового зажима и т.д.) Вращающий момент пропорциональный мощности сети приводит диск счетчика во вращение, частота вращения которого устанавливается, когда вращающий момент уравновешивается тормозным моментом. Для создания тормозного момента в счетчике имеется постоянный магнит, который своими полюсами охватывает диск. Силовые линии магнитного поля, пересекая диск, наводят в нем дополнительную ЭДС, пропорциональную частоте вращения диска. Эта ЭДС в свою очередь вызывает протекание в диске вихревого тока, взаимодействие которого с потоком постоянного магнита приводит к возникновению электромеханической силы, напрвленной против движения диска, т.е. приводит к созданию тормозного момента. Регулировку тормозного момента, а следовательно частоты вращения диска производят путем перемещения постоянного магнита в радиальном направлении. При приближении магнита к центру диска, частота вращения уменьшается.Таким образом добившись постоянной частоты вращения диска счетчика получаем, что измеряемое счетчиком колиxество энергии получается из произведения числа оборотов диска счетчика и С- коэф. пропорциональности, постоянной счетчика.

 

1.2 Основные понятия и определения связанные с устройством и обслуживанием цепей учета электроэнергии

 

Основной целью учета  электроэнергии является получение  достоверной информации о количестве произведенной электрической энергии  и мощности, о ее передаче, распределении и потреблении на оптовом рынке и розничном рынке  потребления для решения следующих технико-экономических задач на всех уровнях управления в энергетике:

-     финансовых расчетов за электроэнергию и мощность между субъектами; 

-     оптового и розничного рынка потребления;

-     управления режимами электропотребления;

- определения и прогонозирования всех составляющих баланса электроэнергии (выработка, отпуск с шин, потери и т.д.);

- определения стоимости и себестоимости производства, передачи, распределения электроэнергии и мощности;

-   контроля техническогосостояния и соответствия требованиям нормативно-технических документов систем учета электроэнергии в установках.

Номинальное напряжение и  номинальный ток у трехфазных счетчиков указывается в виде произведения числа фаз на номинальные значения напряжения и тока, причем напряжение подразумевается линейное, например: 3*5 ; 3*380 В. У трехфазных четырехпроводных счетчиков указывается линейные и фазные напряжения, отделяемые друг от друга косой чертой, например: 3*5 А; 3*380/220 В. У трансформаторных счетчиков указываются номинальные коэффициенты трансформации: 3*6000/100 В; 3*200/5 А. На лицевых панелях счетчиков непосредственного включения, кроме номинального тока указывается значение максимального тока (обычно в скобках): 5-20 А или 5(20) А.

К счетчику, кроме требования отсутствия самохода, одновременно предъявляется  также требование наличия чувствительности, которое определяется наименьшим значением  тока , выраженное в процентах к номинальному, при номинальном напряжении и cos f=1, который вызывает вращение диска без остановки. При этом допускается одновременное перемещение не более двух роликов счетного механизма. Порог чувствительности на должен превышать: 0.3 % для счетчиков класса точности         0.5; 0.4 % для класса точности 1.0; 0.46 % для однофазных счетчиков класса точности 2.0; 0.5 % для трехфазных счетчиков классов точности 1.5 и 2.0. Порог чувствительности счетчиков класса точности 0.5, снабженных стопором обратного хода, не должен составлять более 0.4 % номинального тока.

Передаточным числом счетчика называют число оборотов его диска, соответствующее единице измеряемой энергии. Передаточное число указывается  на лицевой панели счетчика надписью, например: 1 kWh=1280 оборотов диска.

Постоянная счетчика показывает количество единиц электроэнергии, которое  счетчик учитывает за один оборот диска. Принято определять постоянную счетчика как количество ватт-секунд, приходящиеся на один оборот диска. То есть постоянная счетчика равна 36000000 деленное на передаточное число счетчика.

На практике в силу ряда причин, специфичных для счетчиков  определенного типа, а иногда и  случайных факторов, счетчик фактически учитывает значение энергии отличное от того значения которое он должен был учесть. Это и есть абсолютная погрешность счетчика и выражается она в тех же величинах, что и измеряемая, т.е. кВт.ч. Отношение абсолютной погрешности счетчика к действительному значению измеряемой энергии, называется относительной погрешностью счетчика. Измеряется она в процентах.

Наибольшая допустимая относительная  погрешность, выраженная в процентах, называется классом точности. В соответствии с ГОСТ счетчики активной энергии  должны изготавливаться классов  точности: 0.5, 1.0, 2.0, и 2.5. Счетчики реактивной энергии - 1.5, 2.0 и 3.0. Класс точности счетчика указывается на его лицевой панели в виде числа, заключенного в кружок. Следует учесть, что класс точности устанавливается для нормальных условий работы счетчика, а именно:

- прямое чередование фаз;

- равномерность и симметричность нагрузки;

- синусоидальность тока и напряжения;

- номинальная частота (50 Гц и 0.5%);

- номинальное напряжение ( отклонение до 1%);

- номинальная нагрузка;

- косинус или синус угла между током и напряжением (должен быть равен 1(для счетчиков активной или реактивной энергии соответственно));

- температура окружающего воздуха;

- отсутствие внешних магнитных полей ( не более 0.5 мТл);

- вертикальное расположение счетчика ( от вертикали не более 1%).

1.3 Схемы включения счетчиков и их проверка

 

Счетчик является прибором, который реагирует не только на значение энергии, но и на направление ее передачи. Свойство счетчика реагировать на направление  энергии приводит к обязательной необходимости включать токовую цепь счетчика и цепь напряжения   согласованно, так чтобы при положительном направлении энергии диск вращался в соответствии со стрелкой. Перед  рассмотрением    конкретных    схем    включения   счетчиков  перечислим несколько общих положений

Зажимы токовой обмотки  счетчика и обмотки напряжения, подключаемые со стороны источника питания, условно  называются однополярными. На схемах однополярные выводы обмоток счетчика (начала обмоток) обозначают звездочкой. Однополярный зажим цепи напряжения всегда располагается рядом с соответствующим зажимом токовой обмотки и у счетчиков непосредственного включения соединяется с токовым зажимом съемной перемычкой.