Определение метрологических характеристик счетчика активной энергии

 

Часть I

Поверка электронного статического счетчика активной энергии

Продолжительность лабораторной работы – 4 часа, самостоятельной работы – 2 часа.

 

Цель работы

 

- изучить назначение и основные технические характеристики счетчика;

- усвоить принцип действия и методику поверки однофазного микропроцессорного многотарифного счетчика электрической энергии;

- приобрести навыки работы с электронным (статическим) счетчиком, цифровым или электродинамическим ваттметром, узкопрофильными амперметром, вольтметром и миллиамперметром;

- научиться определять класс точности, действительную и номинальную постоянные счетчика.

Программа работы

1 Ознакомиться с лабораторной установкой стенда № 7.

2 Ознакомиться с назначением и основными техническими характеристиками поверяемого счетчика, определить генераторные и нагрузочные
зажимы (клеммы) счетчика и ваттметра.

3 Собрать схему поверки счетчика (рисунок 7.1). Приборы и элементы схемы, обведенные пунктирной линией, находятся внутри унифицированного стального корпуса, а клеммы (точки 1, 2*, 3, 4) размещены на лицевой панели установки.

 

Рисунок 7.1

 

4 Рассчитать постоянную номинальную С _н, используя паспортные данные (передаточное число) счетчика ЦЭ 6827М.

5 Включить схему и, изменяя ток нагрузки при номинальном напряжении, выполнить 10-15 замеров израсходованной электроэнергии, а результаты испытаний записать в таблицу 7.1. Вычислить израсходованную электроэнергию (W) за время проведения экспериментальных испытаний.

6 По результатам обработки экспериментальных данных определить относительную погрешность g счетчика при различных значениях тока нагрузки (при cos =1) и установить его класс точности.

7 Испытать счетчик на отсутствие самохода.

8 Определить порог чувствительности П счетчика.

9 Построить нагрузочную кривую счетчика g = f (I / I _ном), используя результаты испытаний п.5 программы работы (таблица 7.1 п.п. 3 и 9).

10 Сделать письменный вывод о качестве счетчика на основе результатов испытаний.

 

 

Таблица 7.1 – Результаты испытаний электронного счетчика

№ замера	U	I	P	N	T	С н	С д.	g	Класс точ­ности по ГОСТ 8.401	Примечание
В	А	Вт	имп	с	Вт∙с/и	Вт∙с/и	%
		0,8								Например: W н = 7, 92 кВт×ч W к = 8,17 кВт×ч I min = 25 mA I ном =5 А U ном = 220 В I max = 50 A
		1,0
		1,25
		1,50
		1,75
		2,0
		3,0
		3,25
		3,50
		3,75								╔╗ ╚╝ – класс защиты II в изолирующем корпусе ГОСТ 25372-82
		4,0
		4,25
		4,50
		4,75
		5,0

 

Приборы, используемые при выполнении лабораторной работы

1 Лабораторный автотрансформатор.

2 Вольтметр Э391 (250 В).

3 Амперметр Э538 (5 А).

4 Миллиамперметр Э391 (50 мА).

5 Счетчик активной энергии ЦЭ6827М.

6 Нагрузочный реостат R ₁ (180 Ом, 5 А).

7 Нагрузочный реостат R ₃ (2300 Ом, 0,25 А).

8 Секундомер механический.

9 Ваттметр электродинамический Д50166.

 

Пояснения к работе

Для учёта электрической энергии применяют специальные интегрирующие (суммирующие) приборы, называемые счетчиками /1/.

Поверяемый статический счетчик ватт-часов активной энергии типа ЦЭ 6827М является счетчиком непосредственного включения и предназначен для многотарифного учета активной энергии в однофазных цепях переменного тока. Счетчик представляет собой автоматическое цифровое множительное устройство (АЦУ) с преобразованием напряжения, пропорционального мощности, в частоту следования импульсов, суммирование
которых в цифровом устройстве дает количество потребляемой энергии. В этом электронном счетчике собраны все достоинства приборов данного назначения.

В поверяемом счетчике электрическая энергия учитывается по тарифу Т2. На дисплее счетчика через каждые 8 с. высвечиваются тарифы Т1 и Т2 в реальный момент времени (час., мин., с.). Счетчик может использоваться в качестве датчика приращения энергии для автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ).

Определение погрешностей статического счетчика следует проводить одним из следующих методов:

– Ваттметра и секундомера, при котором сравнивают показания счетчика с действительным значением энергии, определенным по показаниям образцовых приборов;

– Образцового счетчика, при котором сравнивают показания поверяемого счетчика с показаниями образцового счетчика;

В данной лабораторной работе опыты по определению основной относительной погрешности и установлению (присвоению) класса точности счетчикапроводятся по методу ваттметра и секундомера, при номинальном напряжении 220 В для 10-15 значений тока нагрузки от минимального до номинального.

При изменении тока от 0,8 до 2,5 А, т.е. до 50 % нагрузки, определяется время по секундомеру для 50 импульсов счетчика, а при нагрузках свыше 50 % (т.е. 2,75-5 А) – время в секундах за 100 импульсов. Одновременно фиксируется потребляемая нагрузкой мощность по показаниям электродинамического ваттметра. Результаты лабораторных испытаний заносятся в таблицу 7.1, в графы 1–6, 11, а графы 8–10 заполняются во время самостоятельной домашней работы. Время испытаний и соответствующее количество импульсов можно сократить, но при этом уменьшается точность результатов измерений.

Величина, обратная передаточному числу, т.е. энергия, регистрируемая счетчиком за 1 импульс, называется номинальной постоянной счетчика С _н. Постоянная счетчика выражается в ватт-секундах на импульс (Вт·с/имп). Таким образом, регистрируемая счетчиком энергия равна

W _P = С _н N,

где N – число импульсов счетчика за отрезок времени t.

 

Действительная энергия, израсходованная за этот отрезок времени,

W _д = С _д N,

где C _д = РT / N (Вт·с/имп) – действительная постоянная счетчика, определяемая по данным опыта;

Р – показания ваттметра, Вт;

T – время измерений, с.

Разность между энергией, зарегистрированной счетчиком, и действительным значением энергии, израсходованной в цепи, называется абсолютной погрешностью счетчика, т.е. D W = W _p – W _д. Относительная погрешность счетчика g равна:

,

т.е. погрешность счетчика равна погрешности его постоянной.

Класс точности счетчика – это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах для всех значений тока в диапазоне от 0,1 номинального до максимального тока при коэффициенте мощности, равном 1. Класс точности определяется в нормальных условиях, установленных стандартом. В соответствии с ГОСТ 30207-94 статические (электронные) счетчики активной энергии должны изготавливаться классов точности 0,5; 1,0; 2,0.

Определение самохода счетчика. Самоход счетчика приводит к завышенным показаниям, так как выходные импульсы могут иметь место даже если нагрузка в какие-то периоды времени отключена. В лабораторной работе для выяснения самохода счетчика необходимо в схеме рисунка 7.1 ключом S разорвать токовую цепь (установить S в среднее положение), и постепенно увеличивать напряжение от 80 до 115 % U _ном. Минимальная продолжительность испытаний в минутах должна составлять 60000/ A, где A – число импульсов, создаваемых выходным устройством счетчика на каждый киловатт-час
(передаточное число). Во время выполнения п.7 программы работы счетчик не должен выдать более одного импульса. Если счетчик сделает более одного импульса, то самоход есть.

Определение порога чувствительности счетчика. Для выполнения п. 8 программы работы в схеме (см. рисунок 7.1) необходимо выключить напряжение и отключить реостат R₁ и ваттметр. Тумблер S включить на (=), утопив (–), при этом автоматически подключается узкопрофильный миллиамперметр типа Э 391, фиксирующий минимальный ток, регулируемый высокоомным реостатом R₂, максимальное сопротивление которого 18 кОм,
и ползунковым реостатом R₃, максимальное сопротивление которого равно 2,3 кОм. При определении минимального (порогового) тока напряжение должно быть равно номинальному, т.е. U = 220 В. Постепенно, без усилий
к движку, уменьшая сопротивление реостатов R₃ и R₂, следует зафиксировать тот минимальный ток I _min, при котором счетчик должен включаться и
продолжать устойчиво регистрировать показания.

Значение зафиксированного минимального (порогового) тока I _min записать в таблицу 7.1, в графу 11.

Порог чувствительности П счетчика определяют как:

П = (I _мин/ I _ном)100 %.

Электронные счетчики строятся на основе измерения мгновенных значений тока и напряжения цепи с последующим определением мгновенного значения мощности и интегрированием его в соответствии с зависимостью

,

где р – мгновенное значение мощности цепи.

Статические (электронные) счетчики выпускаются как однофазные типа ЦЭ 6272М, ЦЭ 675Б, ЦЭ 6807, так и трехфазные типа Ф 68700, ЦЭ 6903В, а также импортные цифровые счетчики электрической энергии серии PF – M.

Структурная схема электронного однофазного счетчика электрической энергии типа ЦЭ 6827М приведена на рисунке 7.2, где ТТ – трансформатор тока; ШИМ – широтно-импульсный модулятор; К – ключ; АИМ – амплитудно-импульсный модулятор; УУ – устройство усреднения; ПНЧ – преобразователь напряжения в частоту; СИ – счетчик импульсов; ПР – процессор; И – интерфейс; ИТ – индикаторное табло (дисплей).

 

 

Рисунок 7.2

 

В поверяемом счетчике типа ЦЭ 6827М перемножение тока и напряжения производится с помощью схемы ШИМ – АИМ с последующим преобразованием напряжения, пропорционального мощности, в частоту. Далее
с помощью процессора PIC 34С 04 производится подсчет импульсов ПНЧ,
их интегрирование и индикация на индикаторном табло дисплея. Показания дисплея счетчика автоматически изменяются каждые 8 с. Информация счетчика доступна для просмотра и коррекции. Счетчик имеет световой индикатор функционирования, питаемый литиевым элементом SL–350P, срок эксплуатации которого – 8 лет.

Трехфазные электронные счетчики электрической энергии строятся по тому же принципу, что и однофазные. Разница заключается в том, что перемножение сигналов, пропорциональных току и напряжению каждой фазы производится в трех отдельных каналах обработки сигналов с последующим их суммированием и преобразованием результирующего сигнала в частоту.

 

Контрольные вопросы

1 Объясните назначение и основные технические характеристики счетчика ЦЭ 6827М.

2 Как определить действительную и номинальную постоянную счетчика?

3 Как определить порог чувствительности счетчика?

4 Какими методами можно поверить счетчик электроэнергии? Каким методом поверен счетчик в данной лабораторной работе?

5 Что такое самоход счетчика и как его определяют?

6 Запишите и объясните формулу относительной погрешности g счетчика.

7 Приведите структурную схему электронного однофазного счетчика электрической энергии и объясните ее.

8 Назовите достоинства статического (электронного) счетчика по сравнению с индукционным.

Литература

[1, С. 144-146, 166-170; 4, С. 91-96]

 

 

Часть II