UNIVERZITET U SARAJEVU

UNIVERZITET U SARAJEVU

FAKULTET ZA SAOBRAAJ I KOMUNIKACIJE - SARAJEVO

ODSJEK : KOMUNIKACIJSKE TEHNOLOGIJE

PISMENI RAD IZ PREDMETA :

Osnovi Elektrotehnike

Tema:

Mjerenje utroene energijePredmetni nastavnik: Student:Dr.Izudin Kapetanovi Tahirovi Elvedin Uvod Kada govorimo o digitalnom mjerenju potroka elektrine energije dobro je neto rei o brojilima koja su prethodila digitalnim brojilima. Elektrina brojila su instrumenti koji slue za integriranje neke fizikalne veliine elektrikim putem. Namijenjena su najee integriranjem elektrike snage radi registrovanja elektrine energije koju u odreenom razdoblju prodava elektrine energije predaje potroau. Njihovi podaci obino slue za obraunavanje elektrine energije u javnom prometu.Brojila potroke elektrine energije mogu se podijeliti: 1. Prema vrsti elektrine struje brojila mogu biti za istosmjernu i za izmjeninu struju.Brojila za izmjeninu struju mogu biti jednofazna ili trofazna. Trofazna brojila mogu biti dvosistemska ili trosistemska. Prema konstrukciji brojila se mogu podjeliti na elektrodinamska, indukciona, elektronika itd. Elektrodinamska brojila se u pravilu koriste kao istosmjerna, a indukciona i elektronska brojila kao izmjenina.

2. Prema registriranoj energiji razlikuju se brojila djelatnog potroka, brojila jalovog ili reaktivnog potroka, brojila prividnog potroka i brojila mjeovitog potroka

Kao vatsatna brojila istosmjerne struje dolaze u obzir elektrodinamika motorna brojila i brojilo s njihalom, a za izmjeninu struju rijetko elektrodinamika , a preteno indukcijska brojila , koja danas ine 100 % svih brojila u prometu. Na rad brojila utiu mnogi faktori( npr. jaina struje, napon, frekvencija, fazni pomak, temperatura) pa se time izazvana pogreka izraava kao funkcija jednoga od tih faktora, a za ostale se pretpostavlja da se ne mijenjaju.Pogreke brojila u ovisnosti o odabranoj promjenjivoj veliini odreuju nepravilnu crtu koja se naziva karakteristika brojila. Jedinica snage u SI sistemu je wat (W), a jedinica vremena je sekunda (s), odnosno jedinica energije je dul (J=Ws). U praksi se, umjesto dula ee upotrebljavaju njegovi multipli, kao to su kWh (1 kWh = 1000 W 3600 s = 3,6106 J) ili (MWh). U daljoj analizi objasniemo indukcijsko i druga brojila kojima se vri mjerenja utroene energije.Indukciono brojilo elektrine energije Opis i princip rada Indukciono brojilo upotrebljava se samo za naizmjeninu struju. Sastoji se od aluminijumskog diska (3) koji se moe obrtati oko osovine (4). Disk se obre izmeu polova stalnog magneta (5) i u meugvou dva elektromagneta (1) i (2).

Elektromagnet (1) u elektrinom pogledu ima jedan namotaj sa malim brojem navojaka debele ice. Radi manjeg magnetnog rasipanja podjeljen je u dvije polovine vezane na red i postavljene na oba jezgra elektromagneta (1). Ovaj namotaj vezuje se na red sa potroaima (ubacuje u fazni provodnik) kao ampermetar, pa se naziva strujni namotaj. Namotaj elektromagneta (2) ima veliki broj navojaka tanke izolovane ice. Vezuje se na napon izmeu faznog i nultog provodnika (kao voltmetar), pa se zbog toga naziva naponski namotaj.

Zbog velike razlike u broju navojaka naponski i strujni namotaj imaju razliite induktivne otpore, pa se struje koje kroz njih protiu fazno razlikuju. Dvije naizmjenine struje, meusobno fazno pomjerene, stvaraju obrtno magnetno polje. Aluminijumski disk (3) ima ulogu rotora koga okree obrtno polje. Obrtanje diska se preko osovine (4) punim prenosnikom prenosi na zupanik (5) koji dalje preko sistema zupanika okree brojanik.

Naizmjenine struje kroz namotaje elektromagneta proizvode naizmjenine magnetne fluksove 1 i 2. Oni u disku indukuju vrtlone struje. Svaki fluks djeluje uglavnom na struje koje je u disku indukovao drugi fluks. Tako nastaju elektromagnetne sile koje pokreu disk brojila. struje, to izaziva pojavu usljed obrtanja diska u polju elektromagneta (1) i (2) i stalnog magneta (5), u njemu se indukuju druge vrtlone elektromagnetne sile koje obrazuju otporni spreg i koe brojilo. Otporni moment se javlja i usljed dejstva stalnog magneta (6).

Kada disk postigne stalnu brzinu,postoji ravnotea aktivnog momenta i zbira svih otpornih momenata.

Moment trenja se kompenzuje dopunskim momentom. Ako su fluksovi elektromagneta (1) i (2) mali prema fluksu stalnog magneta, vai relacija

P = k = k d/dt

gdje je ugaona brzina diska.

Vidi se da je brzina obrtanja diska direktno srazmjerna snazi potroaa.

Elektrina energija (rad) koja se utroi za vrijeme t je:

gdje je P trenutna snaga.

Poto je ugaona brzina srazmjerna trenutnoj snazi:

broj obrtaja N koji uini disk brojila za vrijeme t je:

Utroena energija koju pokazuje brojilo je: N = K N K je konstanta brojila, a N uinjeni broj obrta za posmatrano vrijeme.

Disk brojila ima tendenciju laganog okretanja i kada iza brojila nema potroaa elektrine energije. Zbog dejstva naponskog elektromagneta, disk stalno vibrira, to olakava njegovo pokretanje, pa je i najmanji moment dovoljan da dovede do njegovog laganog obrtanja. Da bi se to sprijilo, ispod kalema naponskog elektromagneta postavi se jeziak od gvozdenog lima (12). U visini njegovog zavretka na osovinu se privrsti mala gvozdena kukica (13). Kada ona doe naspram jezika, usled privlane sile, disk se zaustavi. Ovaj poloaj je posebno obiljeen to je poznata crvena mrlja koja se vidi kroz prozor brojila. Najvanije osobine indukcionih brojila U poreenju sa drugim vrstama motornih brojila, indukciona su najsavrenija i najtanija. Zbog relativno jednostavne i robusne konstrukcije malo su podlona kvarovima. Indukciono brojilo nema ni etkica ni kolektora i ne zahtjeva nikakvo odravanje. U poreenju sa drugim vrstama motornih brojila, masa kretnog sistema indukcionog brojila je znatno manja. To se vrlo povoljno odraava na trenje u leitima, a samim tim i na njihov vijek, ali i na tanost brojila.

Po prirodi konstrukcije izdravaju bez posljedica vrlo velika preoptereenja (do 400 %). Greka im je mala i praktino nezavisna od veliine optereenja i faktora snage i ne prelazi 2 % (za cos izmeu 0,5 ind. i 1). Vrste indukcionih brojila

Prema namjeni, postoji vie verzija indukcionih brojila. Mogu se podijeliti na jednofazna i trofazna. Trofazna brojila sadre tri mjerna sistema. Oni djeluju zajedno, povezani zajednikom osovinom na kojoj se nalaze aluminijumski diskovi. Najee se sreu brojila sa dva diska. Ona imaju tri mjerna sistema. Na gornji disk djeluje jedan, a na donji ostala dva sistema.

Specijalna brojila su namjenjena za posebne primene. Najee koriena su: dvotarifna brojila,

maksimalna brojila,

brojila reaktivne energije,

transformatorska brojila.

Dvotarifna brojila se mnogo upotrebljavaju. Od obinih se razlikuju jedino po tome to imaju dva brojanika za dvije razliite tarife. Ukljuivanje pojedinih brojanika vri se pomou elektromagnetnog preklopnika.

Maksimalna brojila U intervalu izmeu dva oitavanja pokazuju najvee srednje optereenje u kW. Ovo pokazivanje se dobija na posebnoj skali sa kazaljkom. Inae, imaju i brojanike (najee kao dvotarifna). Ova brojila slue da se stekne uvid u to kako potroa optereuje elektrinu mreu u pogledu snage.

Brojila reaktivne energije Ova brojila reaguju samo na reaktivnu snagu. Izrauju se iskljuivo kao trofazna. Konstruktivno se skoro ne razlikuju od trofaznih brojila aktivne energije, osim u nainu povezivanja. Izrauju se kao jedno ili dvotarifna, a i kao maksimalna.

Transformatorska brojila To su brojila predviena za indirektno prikljuenje preko strujnih i naponskih mjernih transformatora (kada su velike struje i naponi potroaa).

Elektrodinamsko brojilo elektrine energije Opis i princip rada

Elektrodinamska brojila se najee upotrebljavaju kao jednosmjerna brojila.Principijelna shema elektrodinamskog brojila data je na slici :

Struja potroaa prolazi kroz nepokretni namotaj (1), koji je podijeljen na dvije sekcije (Ns1, Ns2) i stvara magnetno polje. U magnetnom polju ovog namotaja postavljen je naponski namotaj (2), koji se obre oko osovine (3). Naponski namotaj, koji se sastoji od vie pravougaonih namotaja, se preko kolektora (4), dirki i otpornika za zatitu Rz vezuje na napon potroaa U.Poznato je da je elektrodinamski kretni moment proporcionalan strujama kroz strujni i naponski namotaj, a isto tako struja naponskog namotaja proporcionalna je naponu. Zakretni moment je dakle proporcionalan proizvodu napona i struje, odnosno snazi potroaa:

Pod dejstvom ovog kretnog (aktivnog) momenta, naponski namotaj (2) poinje da se vrti. Kako se na istoj osovini nalazi i aluminijski kolut (5), postavljen izmeu permanentnog magneta (6), obrtanjem koluta javlja se otporni momenat indukovanih vrtlonih struja, koji je proporcionalan ugaonoj brzini obrtanja osovine:

Kada se ova dva momenta (aktivni i otporni) izjednae kolut se obre ravnomjernom brzinom. Brzina obrtanja osovine brojila proporcionalna je snazi potroaa:

Prema tome, elektrina energija W, utroena u vremenskom periodu t bie proporcionalna broju obrtaja koluta koji osovina brojila uini za to vrijeme.

gdje je W energija utroena u posmatranom periodu t, Nt broj obrtaja osovine u tom vremenu, kB konstanta brojila (obr/kWh).Obrtanje osovine se preko puastog prenosnika (7) prenosi na brojanik (8). Moment trenja u leaju rotora koji bi kod malih struja potroaa, zbog slabog zakretnog momenta, mogao izazvati greke jednostavno se kompenzira dodatnim namotajem (9). Ovaj namotaj je spojen u seriju sa naponskim namotajem. Kako je naponski namotaj stalno spojen na mreu struja kroz pomoni namotaj tee i onda kada nema optereenja. Da se zbog djelovanja pomonog polja rotor ne bi vrtio i onda kada nema potronje aluminijski kolut se dodatno mehaniki koi.Kao to su elektrodinamski instrumenti, tako su i elektrodinamska brojila osjetljiva na utjecaj stranih magnetnih polja, jer je magnetno polje koje stvara strujni namotaj dosta slabo (magnetna indukcija reda 1015(mT)). Zbog toga se esto ova brojila izvode sa eljeznom jezgrom. Kod takvih brojila je manja potronja, vei moment, a osjetljivost na strane magnetnih polja mala.

Kod proirivanja mjernog opsega istosmjernih elektrodinamskih brojila vrijede ista pravila kao za proirivanje mjernog opsega analognih instrumenata.Dakle strujni mjerni opseg brojila proiruje se paralelnim dodavanjem otpornika strujnom namotaju, a naponski mjerni opseg serijskim dodavanjem predotpora naponskom namotaju.Elektrodinamska brojila mogu se upotrebljavati i u kolima izmjenine struje, isto kao i elektrodinamski vatmetar. Prisustvo kolektora je slaba taka ovih brojila, tako da su ona potpuno potisnuta iz primjene u kolima izmjenine struje. Elektronsko brojilo elektine energije

Opis i princip rada

Kod veih potroaa elektrine energije, naroito na viim naponskim nivoima, danas se najee koriste elektronska brojila. Ova brojila se sve vie koriste i u niskonaponskim mreama. Pogreke ovih brojila su znatno manje nego mehanikih brojila, pa se ve izrauju sa granicama greke od 0,1 %.Elektronsko brojilo se u principu prikljuuje preko naponskih i strujnih mjernih transformatora (1) i (2) koji prilagoavaju mjereni napon i struju ulazu u mnoa (3). Najvaniji dio ovih brojila je mnoa (3), jer o njemu ovisi i tanost mjerenja. Veinom se koriste impulsni mnoai iji je zadatak da proizvodi pravougaone impulse ija je povrina proporcionalna umnoku ulaznih veliina. Principijelna blok shema jednog elektronskog brojila data je na slici:

Jedna od ulaznih veliina (napon potroaa) upravlja irinom niza impulsa, a druga ulazna veliina (struja potroaa) upravlja amplitudom impulsa. Istosmjerna komponenta izlaznog impulsa iz mnoaa, izdvojena niskopropusnim filterom, direktno je proporcionalna aktivnoj snazi potroaa. Ovaj istosmjerni signal se vodi na pojaalo (5) i dalje u pretvara napona (struje) u frekvenciju (6). Broj impulsa u vremenu, iza tog pretvaraa srazmjeran je energiji potroaa W = Pt . Impulsi se dovode brojau koji ih biljei na brojaniku (7). Impulsi se mogu voditi i na izlazne kontakte (8) koji omoguavaju prijenos podataka na daljinu.

Ova brojila su obino opremljena i indikatorom smjera protoka energije koji djeluje na osnovu predznaka napona na izlazu iz pojaala (5) i preko odgovarajuih sklopki ukljuuje brojae za primnjenu, odnosno predatu energiju.

Kada je brojilo predvieno i za mjerenje reaktivne energije, u naponskom krugu iza mjernog transformatora dodaje se sklop za zakretanje faze za 900.

Elektronska brojila imaju znatno manju vlastitu potronju od indukcionih brojila, malu ovisnost pokazivanja o promjeni napona i frekvencije i potpuno neovisnost o poloaju pri ugradnji.

Pregled i ovjera brojila

Kao i svi ostali mjerni instrumenti, tako i brojila elektrine energije, s obzirom na granice greke moraju zadovoljiti odgovarajue propise. Odreivanje greki, odnosno definiranje tanosti brojila neto je komplikovanije nego kod ostalih mjernih instrumenata. Kako brojilo mora da radi u veoma irokim granicama optereenja (npr od nekoliko W do nekoliko kW), pri emu se moe mjenjati i faktor snage, metroloki propisi definiu granice greki za razne veliine struje i razne faktore snage, a proizvoai daju podatke u svojoj dokumentaciji dijagramima u zavisnosti od struje za razliite cos (na primjer: cos=1, cos=0,5 induktivno, cos=0,5 kapacitivno za brojila aktivne energije.).

Prema propisima brojila se djele u etiri razreda tanosti 0,2; 0,5; 1; 2. Elektronika (statika) brojila izrauju se za klase tanosti 0,2 S i 0,5 S.

Brojila se mogu umjeriti pomou:

vatmetra i sata,

etalonskog brojila.

Posebne izvedbe elektrinih brojila

Potronja elektrine energije nije stalna tokom dana. U pojednim djelovima dana distributivni sistem je preoptereen, a u drugim djelovima podoptereen. Radi toga tarifna politika stimulira potroae na ravnomjernu potronju. Cijene energije nie su u vrijeme slabijeg optereenja i obratno. Da bi brojilo moglo registrirati potronju i u jednoj i u drugoj tarifi posebno potrebno je da ima dva brojanika. Kod elektromehanikih brojila brojanici se ukljuuju i iskljuuju posebnim tzv. uklopnim satom ili impulsima koji se alju mreom (mreno tonfrekventno upravljanje MTU). Elektronika brojila posjeduju vlastiti elektronski uklopni sat.Tarifnom politikom se potroai nastoje odvratiti i od prekoraenja instalisane granine snage, to jest od izrazito poveane potronje u nekim kraim vremenskim intervalima. Stoga se izvode posebna tzv vrna brojila koja registruju samo potronju nastalu pri prekoraenju granine snage. Ova brojila se obino izvode tako to se brojilu dodaje jedan konstantan protumoment koji odgovara vrijednosti granine snage. Ako je aktivni moment manji od ovog protumomenta brojilo se ne obre.

Da bi se stimulisala jednolina potronja upotrebljavaju se i brojila sa pokazivaem maksimuma koja registruju najvei utroak energije u 15, 30 ili 60 minutnom intervalu.

LiteraturaDr.Branko Popovi,Osnovi Elektrotehnike 2

Internet

1PAGE