UTILIZAREA TRANSFORMATOARELOR DE MĂSURARE ÎN CIRCUITE TRIFAZATE FĂRĂ CONDUCTOR NEUTRU

1. Scopul lucrării

Scopul lucrării îl constituie însuşirea cunoştinţelor teoretice şi practice privind utilizarea transformatoarelor de măsurare în circuitele trifazate fără conductor neutru.

Se studiază contoare trifazate obişnuite, conectate corect sau cu unele greşeli tipice (defecte) şi contoare trifazate prevăzute cu funcţii speciale conectate în sisteme informatizate pentru măsurarea şi gestionarea în timp real a puterii şi energiei electrice.

2. Noţiuni teoretice

2.1. Transformatoarele de măsurare

Sunt destinate extinderii limitelor de măsurare pentru curenţi, tensiuni şi alte mărimi electrice, prezentând o serie de avantaje în utilizare cum ar fi:· protecţia personalului şi a aparatelor de măsurare faţă de tensiunile înalte ale reţelelor în cae se fac măsurări (prin izolare galvanică şi conectarea unei borne secundare la pământ);· posibilitatea standardizării valorilor nominale din secundar: 5A(1A) pentru curenţi şi 100V (100/

V) pentru circuitele de tensiune.Datorită specificului funcţionării, regimurile normale de funcţionare ale celor două tipuri de

transformatoare de măsurare sunt diferite.

2.1.1. Transformatoarele de măsurare de curentSunt conectate în serie în circuitul al cărui curent trebuie măsurat.În secundar sunt conectate aparate cu impedanţă mică (ampermetre, bobine de curent ale

wattmetrelor şi contoarelor etc.); de aceea regimul nominal de funcţionare al transformatorului de măsurare de curent este cu secundarul în scurtcircuit.

În acest caz solenaţia secundară este de semn contrar solenaţiei primare, diferenţă fiind foarte mică, necesară întreţinerii fluxului în miez.

Dacă, accidental, se deschide circuitul secundar, solenaţia secundară se anulează, iar cea primară va magnetiza puternic miezul până la saturaţiei.

Miezul magnetic se va încălzi puternic datorită pierderilor mari în fier şi creşterea fluxului va da naştere, în secundar, unor tensiuni induse mari (kV) periculoase pentru operator şi capabile de a produce străpungerea izolaţiei.

Regimul de mers în gol este deci, regim de avarie pentru transformatorul de măsurare de curent şi protecţia se face prin scurtcircuitoare prevăzute pe bornele secundare. Nu se pun siguranţe fuzibile!

2.1.2. Transformatoarele de măsurare de tensiune Sunt conectate în paralel la reţea. Ele sunt dimensionate să alimenteze în secundar aparate de

măsurare cu impedanţă ridicată (voltmetre, bobine de tensiune ale wattmetrelor etc.), deci regimul nominal de funcţionare este regimul de mers în gol.

În cazul unor scurtcircuite accidentale în secundar, tensiunea secundară rămâne constantă curenţii tind să ia valori mari, bobinele se încălzesc puternic şi izolaţia se arde producând chiar explozii dacă transformatorul este cu izolaţie în ulei.

Regimul de avarie la transformatorul de măsurare de tensiune este regimul de scurtcircuit şi protecţia se face cu siguranţe prevăzute şi pe primar şi pe secundar.

2.2. Caracteristicile principale ale transformatoarelor de măsurare

Transformatoarele de măsurare se aleg în funcţie de domeniile de măsurare primare, de tensiunea nominală de lucru a primarului, de clasa de exactitate şi puterea lor nominală.

Pentru utilizare interesează raportul nominal de transformare:

(16.1)

(16.2)

Raporturile reale de transformare sunt diferite de cele nominale datorită erorilor de raport, care depind de clasa de exactitate a transformatoarelor de măsurare:

kIIn I

I

k k

k

100 (%) (16.3)

kUUn U

U

k k

k

100 (%) (16.4)

De asemenea, curenţii şi tensiunile secundare nu sunt exact în fază cu curenţii şi tensiunile primare datorită erorilor de unghi dI şi dU introduse de transformatoarele de măsurare.

Aceste erori trebuie luate în consideraţie la calculul erorilor de măsurare în montaje indirecte şi a unor mărimi (U, I, P, W, cosj ).

2.3. Determinarea mărimilor din reţea pe baza valorilor citite în secundar.

La determinarea mărimilor din circuitul primar se folosesc relaţiile:(16.5)(16.6)(16.7)(16.8)

cos cosj j1 2 (16.9)Factorul de putere (cosj) mai poate fi determinat în practică şi indirect:

· din indicaţia wattmetrelor (în cazul circuitelor trifazate simetrice şi cu curenţi echilibraţi):

(16.10)

· din indicaţia contoarelor, pe o durată dată (o zi, o săptămână, etc.):

(16.11)

Cu ajutorul contoarelor de energie activă şi reactivă se mai poate determina şi o valoare medie a factorului de putere pe o perioadă scurtă, prin numărarea rotaţiilor celor două contoare pe perioada dată:

(16.12)

Indicii se referă la: a - contor de energie activă, TCA 32;r - contor de energie reactivă, TCR 32.

Datorită complexităţii circuitelor secundare de curenţi şi tensiuni se pot produce erori de montaj care afectează, în special, înregistrarea corectă a energiei electrice consumate. De aceea, se vor studia erorile de măsurare ale unui contor TCA32 conectat corect sau cu diferite greşeli de montaj.

Fig. 16.1 Schema de montaj pentru măsurarea puterilor şi energiilor pe cale indirectă, într-o reţea trifazată fără conductor neutru

3. Chestiuni de studiat

3.1. Conectarea transformatoarelor de măsurare de curent şi de tensiune în circuite trifazate fără conductor neutru pentru realizarea schemelor sistematizate (fig. 16.1).3.2. Măsurarea curenţilor, tensiunilor, puterilor şi energiei electrice în montaj indirect.3.3. Măsurarea factorului de putere.3.4. Studiul erorilor de măsurare apărute prin conectarea greşită a contorului de energie activă TCA 32.3.5. Cunoaşterea unor contoare trifazate prevăzute cu funcţii speciale:

· cu generator de impulsuri încorporat;· cu dublu tarif;· cu indicator e putere maximă.

3.6. Studiul unui sistem informatizat pentru măsurarea şi gestionarea puterii şi energiei electrice.

4.Modul de experimentare

4.1. Schema de montaj şi aparatele utilizate

Se va realiza practic montajul din fig.16.1. în care:TC1, TC2 -transformatoare de măsurare de curent;(10A/5A)

TT1, TT2 -transformatoare de măsurare de tensiune;(200V/100V)

W1, W2, -wattmetre electrodinamice monofazate;

, (5A,10A/120V, 240V)A1, A2, A3 -ampermetre feromagnetice

(5A, 10A);V, V' -voltmetre feromagnetice (130V, 260V)TCA 32 -contor trifazat pentru energie activă 3x100V; 3x5A;TCR 32 -contor trifazat pentru energie reactivă 3x100V; 3x5A;R1, R2, R3 -reostate cu doi cilindri; (100W / 5A)

L1, L2, L3 -bobine de inductanţă variabilă.

4.2. Desfăşurarea lucrării

Determinările experimentale se vor efectua conform indicaţiilor din tabelul16.1.Pentru punctele 3.4 se studiază sistemul informatizat EGOPEC-30.Datele citite şi calculate se vor trece în tabelele 16.2 şi 16.3 (pentru calcule se va utiliza

setul de relaţii (16.13).

P P P

P P P

Q P P

Q P W Wr a

1 2

1 2

2 1

2 2

3

1

1

1

1

' ' '

' ' '

cos' '

cos/

j j/

;

(16.13)

Tabelul 16.1Nr.crt.

Tipreceptor

Curenţi Determinareacosj

Defecte laTCA 32

1. R neechilibraţi - -2. R, L neechilibraţi - -

3. R echilibraţi damontaj corectU2 -întreruptă

I1 -inversat

4. R, L, j=30° echilibraţi damontaj corectU2 -întreruptă

I1 -inversat

5. R, L, j=45° echilibraţi damontaj corectU2 -întreruptă

I1 -inversat

6. R, L, j=60° echilibraţi damontaj corectU2 -întreruptă

I1 -inversat

Tabelul 16.2Nr.crt.

Circuit primar Circuit secundar

U12 I1 I2 I3 P1 P2 P =P1+P2

U'12 I'

1

I'2 I'3 P'1 P'3 P' Q' cosj

- V A A A W W W V A A A W W W var -

Tabelul 16.3Nr.crt.

Date contor TCA 32 TCR 32 Factor de putere

n t T Wa Wr cosj(cu wattmetre)

cosj(cu contoare)

- rot s s % kWh kvarh - -

Observaţii:· pentru alegerea curenţilor echilibraţi pe durata manevrei se închide comutatorul K0;

· reglarea în circuit a unui defazaj dorit se realizează cu ajutorul indicaţiei ampermetrelor, astfel:a) se alege curentul I la care se efectuează măsurarea;

b) se reglează cu ajutorul reostatelor, pe fiecare fază, Icosj;c) se introduc bobinele şi se reglează, pe fiecare fază, valoarea fina lă a curentului I.

· prin măsurările efectuate se va pune în evidenţă faptul că montajul indirect se poate utiliza indiferent de tipul receptorului şi de sistemul de curenţi (echilibrat sau neechilibrat).

Se va determina valoarea instantanee a factorului de putere cerută la pct.3.3 din indicaţiile wattmetrelor şi ale contoarelor.

Defectele care se vor simula în lucrare, la contorul TCA 32, sunt:· defect 1 -lipsa tensiunii la faza 2 de tensiune.· defect 2 -inversare intrare/ieşire la faza 1 de curent;

Se vor compara erorile obţinute la măsurarea energiei în aceste situaţii cu cele indicate în anexa 16.1.

Se vor studia contoarele trifazate de energie activă şi reactivă prevăzute cu funcţii speciale: dublu tarif, indicator de putere maximă, cu generator de impulsuri. Se va determina rolul fiecăruia în tarifarea energiei la marii consumatori.

Se va studia funcţionarea unui sistem informatizat pentru măsurarea şi gestionarea puterilor şi energiei electrice destinat unui număr de 30 de consumatori.

Sistemul primeşte informaţii de la contoarele cu generator de impulsuri încorporat şi, pe baza unei interfeţe specializate şi a unui sistem cu microprocesor, calculează puterea şi energia consumată de fiecare receptor sau grupă de receptoare. În cadrul lucrării se utilizează un singur contor TCA 32 cu generator de impulsuri, semnalele acestuia fiindd aduse la intrările câtorva canale ale echipamentului EGOPEC 30.

Se va verifica dacă puterea şi energia pe fiecare canal este indicată în limitele exactităţii echipamentului. Se va verifica dacă indicaţiile echipamentului pe grupe de consumatori şi în total, respectă însumarea matematică a consumurilor.