Post on 21-Oct-2015
description
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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)
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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)
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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).
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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)
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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)
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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:
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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].
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.
CURS 6 MASURARI IN ENERGETICA
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.