Измерение энергии с применением измерительных трансформаторов

 

В большинстве случаев при измерении электрической энергии счётчиками энергии одновременно применяются и измерите­льные трансформаторы.

В цепях напряжением до 500 вольт пользуются только тран­сформаторами тока, так как обмотки напряжения счётчиков имеют ра­зличные номиналы низковольтных напряжений (127, 220, 380 В).

В цепях высокого напряжения одновременно применяют оба вида измерительных трансформаторов.

Если счётчик (однофазный) питается от трансформатора тока и трансформатора напряжения, то количество израсходованной энергии считается с учётом коэффициентов трансформации обоих трансформат­оров:

W₁ = K_I · K_V · W₂,

где W₂ – энергия по показания счётчика, кВт · часах,

W₁ – действительно израсходованная энергия, кВт · час.

При сборке схемы 12.3 следует обратить внимание на то, что начало первичной обмотки трансформатора тока (клемма Л₁) включено со стороны источника энергии, а конец этой обмотки (клемма Л₂)со стороны потребителя.

Клемма "А" первич­ной обмотки трансформатора напряжения включается на тот провод сети, к которому подключена клемма " Л₁ " – трансформатора тока. Клеммы "а" и "х" включены соответственно – клемма "а" на начало напряжения счетчика обмотки, а "х" – на ее конец. При несоблюдении данных правил показания счётчика будут неверными.

При измерении энергии следует воспользоваться передаточным числом счётчика. Передаточное число счётчика – это число оборотов его диска, соответствующее единице энергии, регистрируемой счётчиком, например, 1 кВт · ч равен 2800 оборотов диска.

Замерив число оборотов диска за определенное время, определим израсходованную энергию по счётчику, воспользовавшись пропор­цией, например, 2800 об. диска соответствует 1 кВт · час израсходова­нной энергии: если счетчик сделал «n» оборотов, то энергии израсходовано, кВт · час:

,

где n – число оборотов диска;

2800 – передаточное число счетчика, об./кВт · ч.

Действительная израсходованная энергия определится выражением:

W = K_I · K_U · x.

Зная время, за которое учитывалась энергия, можно определить мощность потребителя, кВт:

и, если необходимо, потребляемый ток при известном напряжении сети.

 

Контрольные вопросы

 

1. Назначение измерительных трансформаторов.

2. Устройство и схемы включения измерительных трансформаторов.

3. Можно ли вторичные цепи трансформаторов тока и напряжения оставлять разомкнутыми при включенных потребителях?

4. Как с помощью счетчика рассчитать ток в цепи и мощность потребителя?

5. Что такое передаточное число счетчика?

6. Каковы значения вторичных номинальных величин измерительных трансформаторов тока и напряжения?

 

 

Лабораторная работа № 13

 

Испытание трехфазного трансформатора

 

Цель работы: ознакомление с устройством и методами испытания трехфазного трансформатора.

 

Программа работы

1. Собрать схему экспериментальной установки для опыта холостого хода в соответствии с рисунком 13.1.

 

 

Рис. 13.1

 

2. Установив на входе испытуемого трансформатора по вольтметру V₁ напряжение порядка 80 В, вольтметром V₂ измерить линейные напряжения на входе испытуемого трансформатора (U_aв, U_вс, U_са) и выходе этого же трансформатора (U_ав, U_вс, U_са). Опыт провести при двух значениях входного напряжения.

Данные опыта занести в таблицу 13.1.

Таблица 13.1

№	UАВ (В)	Uaв (В)	Кав	UВС (В)	Uвс (В)	Квс	UСА (В)	Uса (В)	Кса	Кср

 

По данным опытов найти среднее арифметическое значение коэффициента трансформации К_ср.

3. Изменяя входное напряжение испытуемого трансформатора по вольтметру V₁ в пределах от 0 до 220 В, измерить все величины по приборам. Данные замеров поместить в таблицу 13.2.

 

Таблица 13.2

№ п/п	Данные опыта	Данные расчета
Uxx (B)	I1 (A)	P1 (Bт)	Pxx (Bт)	Ixx (A)	cosφxx
.
.
.
.

 

4. Произвести расчет необходимых данных и построить графические зависимости: P_xx = f (U_xx), cosφ_xx = f (U_xx), I_xx = f (U_xx).

5. По данным таблицы найти I_xx, P_xx и cosφ_xx при номинальном значении фазного напряжения U_н = 220 В.

6. Собрать схему экспериментальной установки для проведения опыта короткого замыкания трансформатора в соответствии с рисунком 13.2.

 

Рис. 13.2

 

7. Установив ротор автотрансформатора АТ в нулевое положение (напряжение на выходе АТ равно нулю), подать питание на вход автотрансформатора. Медленно поворачивая ротор автотрансформатора, довести ток по амперметру А₂ до величины 3,7 А. Измерить остальные величины и данные измерений занести в таблицу 13.3.

 

Таблица 13.3

Данные измерений	Данные расчета
I1 (A)	U1=Uкз (B)	P1 (Bт)	I2 (A)	Pкз (Bт)	cosφкз

 

8. По данным опыта вычислитьмощность короткого замыкания трансформатора и коэффициент мощности (cosφ_кз).

9. Определить кпд трансформатора для номинального режима.

 

Теоретические положения

 

 

Опыты холостого хода и короткого замыкания проводятся для количественной оценки основных параметров изготовленного трансформатора.

Определяются: коэффициент трансформации, потери мощности на перемагничивание стали и вихревые токи, потери на нагрев обмоток, величины напряжения короткого замыкания в процентном отношении к номинальному напряжению. Результаты этих опытов отражаются в паспортных данных трансформатора и учитываются при его эксплуатации.

Определение коэффициента трансформации производится при холостом ходе трансформатора. Коэффициентом трансформации называется отношение эдс обмотки высшего напряжения к эдс обмотки низшего напряжения:

.

Так как в режиме холостого хода падение напряжения в перви­чной обмотке трансформатора очень мало в результате малости тока холостого хода, то эдс первичной обмотки по величине приближается к первичному напряжению. Во вторичной обмотке тока нет, поэтому ее эдс равна напряжению: E₂=U₂.

Вольтметром V₂ измеряется напряжение на зажимах обеих об­моток. По данным измерений определяется коэффициенты трансформации обмоток:

. .

Меняя напряжение на входе испытуемого трансформатора, можно определить коэффициенты трансформации при разных значениях напряжения.

Для определения параметров холостого хода трансформатора в его первичную обмотку подается изменяющееся по величине напряжение в соответствии со схемой рисунка 13.1.

Изменяя величину напряжения на выходе испытуемого трансфо­рматора путём поворота рукоятки регулировки автотрансформатора, производят измерение тока, напряжения и мощности.

Для определения трёхфазной мощности, потребляемой трансформатором в режиме холостого хода, показания однофазного ваттметра Р утраивается, а также

учитывается коэффициент трансформации тран­сформатора тока К_I = 10:

.

Ток холостого хода I_1xx определяется по показанию амперметра делённого на К _I:

.

Коэффициент мощности в режиме холостого хода определяется по формуле:

.

По данным опыта и вычислений строятся графические зависи­мости:

P_xx = f (U_xx), I_xx = f (U_xx), cosφ_xx = f(U_xx).