Измерение коэффициента мощности

 

Для измерения cos φ обычно применяют приборы для непосредственного его измерения - фазометры.

Фазометр — электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями.

Если таких приборов нет, то измерять коэффициент мощности можно косвенным методом. Например, в однофазной сети косинус фи можно определить по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра:

cos φ = P / (U х I), где Р, U, I - показания приборов.

в цепи трехфазного тока cos φ = Pw / (√3 х Uл х Iл)

где Pw - мощность всей системы, Uл, Iл - линейные напряжение и ток, измеренные вольтметром и амперметром.

В симметричной трехфазной цепи значение косинус фи можно определить из показаний двух ваттметров Pw1 и Pw2 по формуле

Общая относительная погрешность рассмотренных методов равна сумме относительных погрешностей каждого прибора, поэтому точность косвенных методов невелика.

Численное значение косинус фи зависит от характера нагрузки. Если нагрузка чисто активная (лампы накаливания, нагревательные приборы), то cos φ = 1, если нагрузка содержит еще и асинхронные электродвигатели, то cos φ < 1. При изменении нагрузки электродвигателя его cos φ существенно изменяется (от 0,1 на холостом ходу до 0,86 - 0,87 при номинальной нагрузке), изменяется и косинус фи сетей.

Поэтому на практике в электрических сетях определяют так называемый средневзвешенный коэффициент мощности за какое-то определенное время, допустим, за сутки или месяц. Для этого в конце рассматриваемого периода снимают показания счетчиков активной и реактивной энергии Wa и Wv и определяют средневзвешенное значение коэффициента мощности по формуле

Это значение средневзвешенного коэффициента мощности желательно иметь в электрических сетях равным 0,92 - 0,95.

 

Измерение частоты и фазы

 

Согласно ПУЭ измерение частоты должно производиться:

1) на каждой секции шин генераторного напряжения;

2) на каждом генераторе блочной тепловой или атомной электростанции;

3) на каждой системе (секции) шин высшего напряжения электростанции;

4) в узлах возможного деления энергосистемы на несинхронно работающие части.

 

Регистрация частоты или ее отклонения от заданного значения должна производиться:

1) на электростанциях мощностью 200 МВт и более;

2) на электростанциях мощностью 6 МВт и более, работающих изолированно.

 

Абсолютная погрешность регистрирующих частотомеров на электростанциях, участвующих в регулировании мощности, должна быть не более ± 0,1 Гц.

 

Частота - одна из важнейших характеристик периодического процесса; определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени.

Период - наименьший интервал времени, удовлетворяющий уравнению и(t) = и(t + Т). Мгновенная угловая частота определяется через производную во времени от фазы напряжения сигнала, т. е. ω(t) = dψ/dt. Так как фаза у гармонического сигнала растет во времени по линейному закону, то частота f - постоянная величина, т. е. f = 1/[(2π)(dψ/dt)] = ω(t) /(2 π).

Частотомеры - приборы, измеряющие частоту.

Частота электрических сигналов измеряется методами непосредственной оценки и сравнения.

Измерение частоты методом непосредственной оценки производится цифровыми электронно-счетными частотомерами. Измерение частоты сигналов методом сравнения осуществляется с помощью осциллографа, частотомеров гетеродинных, построенных на биениях, и др. Цифровые частотомеры предназначаются для точных измерений частоты гармонических и импульсных сигналов; используются для измерения отношения частот, периода, длительности импульсов, интервалов времени.

Пример. Частотомер ЦД2120.2 - для измерения и индикации частоты и для коммутации цепей нагрузок при выходе измеряемой частоты за заданную уставку.

 

Область применения - на предприятиях энергетической промышленности для контроля качества вырабатываемой электроэнергии; на предприятиях - энергопотребителях.

Технические характеристики:

· Диапазон измерения от 45 до 55 Гц при номинальной частоте измерения 50 Гц и дискретности измерения частоты 0,005 Гц.

· Входное напряжение цепи измерения (220 +44, -110) В; (100 +20, -50) В; (0,2 ± 0,1) В.

· Предел допускаемого значения основной погрешности 0,015 % во всем диапазоне измерения.

· Быстродействие - десять периодов измеряемой частоты.

· Питание частотомера осуществляется от источника переменного тока напряжением (200 ± 33) В или (100 ± 15) В и частотой (50 ± 5) Гц.

· Мощность, потребляемая частотомером, не более 10 ВА.

· количество коммутируемых цепей - 7;

· параметры коммутируемых цепей - напряжение постоянного и переменного тока (220±33) В, мощность до 10 ВА.

· Частотомер ЦД2120.2 имеет выход на внешний разъем результатов измерения частоты в двоично-десятичном коде 8-4-2-1 с ценой единицы наименьшего разряда кода 0,01 Гц, а также сигнала «конец измерения».

· Подключение внешних проводов выполнено под винт, что повышает защиту от случайных касаний токоведущих частей клемм.

· Условия эксплуатации:

· температура окружающего воздуха от 5 до 50 °С;

· относительная влажность 90 % при 20 °С.

· Габаритные размеры частотомера не более 80 х 160 х 250 мм.

· Масса частотомера не более 2 кг.

 

Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в рассматриваемый момент времени. Для синусоидальной функции

u(t) = U_mох sin (ωt + ψ) фаза гармонического сигнала (ωt + ψ) является линейной функцией времени.

Сдвиг по фазе у представляет собой модуль разности начальных фаз двух сигналов u(t)1 =U_mох1 sin (ωt + ψ1) и u(t)2 = U_mох2 sin (ωt + ψ2) одинаковой частоты:

φ = ψ1 + ψ2

Методы измерения сдвига по фазе зависят от диапазона частот, уровня, формы сигнала и требуемой точности измерения. Как правило, применяют методы непосредственной оценки и сравнения.

Фазометры - приборы, измеряющие сдвиг по фазе в радианах или градусах.

К фазометрам непосредственной оценки относят: аналоговые электромеханические фазометры с логометрическими механизмами; аналоговые электронные фазометры с преобразованием фазового сдвига в пропорциональный ток; цифровые фазометры.

Измерение сдвига по фазе методом сравнения производится с помощью осциллографа. В широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях сдвиг по фазе измеряют с помощью осциллографа, а при более точных измерениях - методом сравнения, используя осциллограф в качестве индикатора равенства фаз.

На промышленной частоте при измерении сдвига по фазе применяют логометрические фазометры, использование которых рекомендуется при больших уровнях синусоидального сигнала и сопряжено с большим потреблением энергии и невысокой точностью. При точных измерениях сдвига по фазе используют аналоговые и цифровые электронные фазометры.

 

Сдвиг по фазе между напряжением U и током I на промышленной частоте измеряется вольтметром, амперметром и ваттметром и определяется по формуле φ = аrссоs [Р/(UI)].

Наибольшее распространение получили фазометры электродинамической системы, в которых неподвижная катушка включена последовательно с нагрузкой, а подвижные катушки - параллельно нагрузке, так, что ток одной из них отстает от напряжения на угол β1. Для этого последовательно с катушкой включена активно-индуктивная нагрузка, а ток другой опережает напряжение на некоторый угол β2, для чего включена активно-емкостная нагрузка, причем β1 + β2 = 90^о

 

Угол отклонения стрелки такого прибора зависит только от значения косинуса фи.

Для измерения фазового сдвига между двумя напряжениями часто применяют цифровые фазометры. В цифровых фазометрах прямого преобразования для измерения фазового сдвига его преобразуют в интервал времени и измеряют последний. Исследуемые напряжения подают на два входа прибора, на цифровом отсчетном устройстве прибора снимают показания числа импульсов, поступающих на счетчик прибора за один период исследуемых напряжений, которое соответствует фазовому сдвигу в градусах (или в долях градуса).

Из щитовых приборов, предназначенных для измерения, наиболее щитовой фазометр типа Д301, который может работать в однофазных сетях переменного тока с частотой 50, 500, 1000, 2400, 8000 Гц. Класс точности 2,5. Пределы измерений косинуса фи емкостного фазового сдвига от 0,5 до 1 и от 1 до 0,5 индуктивного фазового сдвига.

Последовательные цепи включают на ток 5 А непосредственно, а также через трансформатор тока, параллельные цепи включают непосредственно на 127, 220, 380 В, а также через измерительные трансформаторы напряжения

 

Цифровые измерения