close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Научно- практическая конференция
Первые шаги в науку
Тема: Счетчики электрической энергии
Предметная область:
Физика
Автор работы:
Климин Владислав Витальевич
Возрастная категория:
11 класс
ГАПОУ «Уфимский топливноэнергетический колледж»
Учреждение:
Научный руководитель:
Милованов А.С
2015
Содержание
Введение
2
Сравнение характеристик аналогового и цифрового счетчиков
электроэнергии
4
Лабораторный стенд
5
Вывод
11
Список использованных источников
11
~2~
Введение
Моя работа заключается в сравнительном анализе аналогового и
цифрового счетчиков электрической энергии: изучил принципы действия
счетчиков; определил достоинства и недостатки каждого из них. По
сделанной мной установке, мы с преподавателем составили лабораторную
работу «Испытание счетчика электроэнергии» из которой можно определить
различные
технические
характеристики
счетчика
электроэнергии,
пригодность счетчика для дальнейшей эксплуатации.
Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор
для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока
(обычно в кВт·ч или А·ч),это электротехническое измерительное устройство,
которое предназначено для непосредственного измерение количества
потребляемой электроэнергии. Электросчетчик является неотъемлемой
частью любого электрифицированного дома или квартиры, берущим
электрическую энергию от городских электросетей.
По своему устройству, все счётчики можно поделить на два основных
типа: электронные (цифровые) и индукционные (аналоговые).[1]
Принцип
работы
аналоговых
(индукционных)
счетчиков
электрической энергии заключается во вращении подвижной части прибора,
выполненной в виде металлического диска и учете/выдаче количества
оборотов
диска
специальным
счетным
механизмом.
Количество
потребленной энергии, в этом случае, прямо пропорционально числу
оборотов диска. Индукционные электросчетчики имеют более широкое
распространение, т.к. повсеместно устанавливались почти конца прошлого
века. Но и сейчас многие потребители не спешат переходить на более
современные электронные счетчики энергии.
~3~
Рисунок-Аналоговый (индукционный) счетчик электрической энергии.
Электронные
счетчики
электрической
энергии
(статические
электросчетчики) работают по принципу взаимодействия магнитных потоков
2-х катушек (неподвижной и вращаемой в магнитном потоке). В отличие от
индукционных счетчиков, электронные счетчики построены на основе
микросхем, не содержат вращающихся частей и производят преобразование
сигналов, поступающих с измерительных элементов напряжения тока, в
пропорциональные величины мощности и энергии.
Рисунок-Цифровой (электронный) счетчик электрической энергии.
Основные параметры.
Класс точности – основной технический параметр электросчетчика. Он
указывает на уровень погрешности измерений прибора. До середины 90-х
годов все устанавливаемые в жилых домах счетчики имели класс точности
2.5 (максимально допустимый уровень погрешности составлял 2,5%). В 1996
году был введен новый стандарт точности приборов учета, используемых в
бытовом секторе – 2.0.
Также важным параметром электросчетчика является тарифность. До
недавнего времени все электросчетчики, применяемые в быту, были одно
тарифными. Современные счетчики позволяют вести учет по зонам суток и
даже по временам года. Двух тарифные счетчики дают возможность платить
за электроэнергию меньше – в установленное время они автоматически
переключаются на ночной тариф, который почти вдвое ниже дневного. Двух
тарифная система предлагает отдельные тарифы для дня (с 7:00 до 23:00) и
ночи
(с
23:00
до
7:00).
Тарифы
и
время
представителем электроснабжающей организации,
электросчетчик
на
учет,
пломбируют
использование.
~4~
его
и
режимов
которые
дают
вводятся
ставят
разрешение
на
Период с момента первичной проверки (обычно с даты выпуска) до
следующей
проверки
называется
межповерочным
интервалом. Межповерочный интервал измеряется в годах и указывается в
паспорте электросчетчика. Продолжительность меж поверочного интервала
связана со сроком эксплуатации прибора и с гарантией на него.
Сравнение характеристик аналогового и цифрового счетчиков
электроэнергии
Аналоговый счетчик электрической энергии.
Достоинства:
1. Высокая степень надежности при эксплуатации
2.Длительный
срок
эксплуатации
-
индукционный
счетчик
может
прослужить несколько десятков лет.
3. Низкая стоимость при покупке.
4. На работу таких счетчиков не влияет качество электроэнергии.[2]
Недостатки:
1. Очень низкий класс точности (2.0).
2. При уменьшение нагрузки на счетчик - его погрешность только
увеличивается.
3. Потребление собственно счетчика по цепям напряжения и токовым цепям
очень значительное.
4. Защита от хищения электроэнергии отсутствует.
5. Если необходимо учитывать несколько видов электроэнергии - активную и
реактивную - то придется использовать не один, а сразу несколько
индукционных счетчиков.
6. Учет электроэнергии ведется только в одном направлении.
7. Большие габаритные размеры.
Как видим, недостатков значительно больше, чем достоинств.
~5~
Цифровой счетчик электрической энергии.
Достоинства:
1. Точность высокого класса (1,0 и больше).
2. Поддерживает несколько тарифов (два или больше).
3. Один прибор может учитывать несколько видов электроэнергии.
4. Электронный счетчик ведет учет электроэнергии в двух направлениях.
5. Кроме всего прочего, измеряет качество и количество мощности.
6. Длительное время хранит данные, касающиеся учета электроэнергии.
7. Доступ к информации по учету электроэнергии очень простой и удобный.
8.
Фиксирует
несанкционированный
доступ
в
случае
хищения
электроэнергии.
9. Электронный счетчик предоставляет возможность снимать показатели
электроэнергии дистанционно, используя разные интерфейсы связи.
10. Электронный счетчик можно использовать в автоматических системах
учета электрической энергии.
11. Значительный срок МПИ - межповерочного интервала.
12. Имеет маленькие габаритные размеры.
Недостатки электронного счетчика:
1. Слишком чувствителен к качеству электроэнергии — коммутационным и
атмосферным перенапряжениям.
2. Стоит довольно дорого.
3. К сожалению, фактически невозможно отремонтировать в случае поломки.
Лабораторный стенд
Для изучения типов счетчика я изготовил лабораторный стенд
На данном лабораторном стенде можно производить исследования счетчиков
электроэнергии
~6~
ИСПЫТАНИЕ СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Рисунок-Устройство однофазного индукционного счетчика
При протекании переменного тока по обмоткам создаются магнитные
потоки,
один
из
которых
пропорционален
величине
подведенного
напряжения U, а второй – току нагрузки I. Эти потоки, сдвинутые между
собой по фазе и не совпадающие пространственно, создают общее бегущее
магнитное
поле,
возбуждающее
в
подвижном
алюминиевом
диске
соответствующие ЭДС и вихревые токи. Вихревые токи взаимодействуют с
бегущим магнитным полем и вовлекают диск во вращение. [4]
Счетчики активной энергии выпускают классов точности 0,5; 1,0;
2,0;2,5; счетчики реактивной энергии – 1,5; 2,0; 3,0.[3] Технические
характеристики однофазных счетчиков электрической энергии представлены
в таблице 1. На рисунке 1 приведена типичная кривая относительной
погрешности однофазного счетчика индукционной системы в зависимости от
его нагрузки, выраженной в процентах от номинальной, причем изгиб ее в
начале объясняется заметным влиянием трения в механизме при малой
нагрузке.
Рисунок-Зависимостьотносительной
погрешности
однофазного
индукционного счетчика от нагрузки
Таблица-Сравнение счетчиков электроэнергии
Класс точности счетчиков имеет относительную основную погрешность и
другие
метрологические
характеристики.
Так,
Стандарт
«Счетчики
электрические активной и реактивной энергии индукционные. Методы и
средства поверки» устанавливает следующие значения относительной
погрешности и реактивной энергии класса точности 2,5 (таблице 2).
Таблица-Предельные значения относительной погрешности
~7~
На этой нагрузке поверяют только счетчики, выпущенные с 1954 г. по1961
г.[3]
Наименьшая мощность minP или наименьший ток minI , при которых диск
счетчика начинает безостановочно вращаться, выраженные в процентах от
соответствующих номинальных величин при номинальном напряжении (для
счетчиков активной энергии при коэффициенте мощности cosφ =1),
называется чувствительностью S счетчика:
S=*100%
или
S=*100%
где I н– номинальный ток счетчика, указанный в его паспорте.
Государственным стандартом устанавливается порог чувствительности (в
процентах) счетчика. Указанная величина не должна превышать 0,4 % для
счетчика класса 2,5, чувствительность должна быть не более 1 %.
В неправильно отрегулированных счетчиках при отсутствии нагрузки
может наблюдаться вращение диска. Это явление называется самоходом
счетчика. В правильно отрегулированных счетчиках самоход не должен
иметь места при напряжении от 80 до 110 % номинального. Включение
ненагруженного счетчика может вызвать только поворот его диска не более
чем на один оборот, после чего диск должен остановиться и все время
оставаться неподвижным.
Так как на показания счетчика оказывают влияние температура, частота
переменного тока и другие факторы, то поверка его должна производиться
при определенных условиях. Так, температура воздуха в помещении, в
котором производится поверка счетчика, должна быть не ниже +17 ºС и не
выше+23 ºС, напряжение, подводимое к параллельной обмотке счетчика при
~8~
определении его погрешности, не должно отличаться от номинального более
чем на 3 %, а частота – не более чем на 2 %.
Кроме того, перед поверкой счетчик активной энергии в целях прогрева его
частей должен проработать в номинальном режиме и коэффициенте
мощности cosφ =1 не менее 15 мин, а затем не менее 10 мин при любой
нагрузке, для которой определяется величина относительной погрешности
счетчика.
Экспериментальная установка.
Для исследования счетчика PI однофазного индукционной системы
класса точности 2,5 по образцовым приборам собирают схему (рисунок 3). В
качестве источника питания используют ЛАТР TV. Для измерения
действительных значений тока, напряжения и мощности в данной схеме
использован
измерительный
комплект
К-50.
Он
имеет
постоянно
смонтированную схему. На данной панели в общем корпусе смонтированы
приборы: амперметр, вольтметр и однофазный ваттметр со встроенным
трансформатором
тока
до
50
А
и
добавочным
сопротивлениями,
фазоуказатель, переключатели и зажимы для зажимов «А» и «0»,
обозначенных «ген», и клеммы «1», «2», выведенные от ЛАТРа. Нагрузку
подключают к зажимам «А» и «0», обозначенным «нагр».
В качестве нагрузки используют ламповые и проволочные реостаты.
Ламповые реостаты имеют переключатель щитовой щеточный типа
ПМТ, которым можно изменять число включенных ламп. Регулирование
тока происходит скачкообразно, и величина его зависит от мощности
включаемой или выключаемой лампы. Плавное регулирование тока
обеспечивается
тремя
проволочными
последовательно.
Промежутки
времени,
реостатами,
включенными
соответствующие
выбранным
числам оборотов диска счетчика, измеряют при помощи электрического
секундомера П30.
~9~
Рисунок-Схема лабораторного стенда.
Порядок выполнения работы.
1. Произвести внешний осмотр поверяемого счетчика. Записать его
основные технические характеристики. Рекомендуемая форма таблицы
приведена ниже (таблице 3).
2. Ознакомится с приборами, аппаратами и прочим оборудованием
экспериментальной установки и записать в протокол испытания их
технические характеристики по форме, представленной в таблице 4.
3. Собрать
схему
для
поверки
однофазного
счетчика,
ввести
последовательную цепь проволочные реостаты полностью, ручку ЛАТРа
поставить в положение, соответствующее наименьшему напряжению U ,
подводимому к параллельным обмоткам измерительных приборов, и
после
проверки
схемы
руководителем
включить
автоматический
выключатель QF .
4. Таблица 3- Данные лабораторных измерений
Таблица 4-Типы счетчиков
5. Автотрансформатором плавно поднять напряжение до номинального,
проволочными реостатами RP2 и RP3 и ламповым реостатом установить
номинальный ток счетчика и поддерживать режим, необходимый для
прогрева его обмоток в течение 15 мин.
6. Установить нагрузочными реостатами RP1, RP2 и RP3 ток в
последовательной обмотке счетчика согласно индивидуальному заданию.
Поддерживая автотрансформатором номинальное напряжение, определить
время, отвечающее целым числам оборотов диска счетчика при указанных
нагрузках, строго следя, чтобы при проведении каждого опыта стрелка
ваттметра все время находилась на определенном делении шкалы.
Желательно число отсчитываемых оборотов диска N выбирать кратным 20
~ 10 ~
так, чтобы соответствующее им время t , отсчитываемое по секундомеру,
было не менее 50 с. Данные опытов свести в таблице 5. При нагрузках от 10
до 75% пользуются комбинацией лампового и проволочного реостатов RP1,
RP2 и RP3. Для исследования при нагрузках от 100 до 150 % из нагрузки
исключается реостат RP1.
7. Отсоединить какой-либо провод, идущий к одному из проволочных
реостатов, и автотрансформатором постепенно изменять напряжение,
начиная от 80 до 110 % U ном, и записать то напряжение U сам, при котором
начинается самоход, т. е. непрерывное вращение диска при отсутствии
нагрузки.
8. Для определения чувствительности счетчика в качестве нагрузки
использовать реостат R=6500 Ом (0,25 A) . Включить полностью реостат R и,
поддерживая автотрансформатором номинальное напряжение и увеличивая
ток, найти ту наименьшую мощность Pmin, при которой диск будет
вращаться без остановки. Измерения мощности следует проводить с
точностью до 0,5 деления шкалы ваттметра.[4]
Обработка экспериментальных данных.
1. Вычислить по паспортным данным счетчика его номинальную постоянную
с и дать заключение о правильности работы счетного механизма.
2. С учетом того, что действительный расход электроэнергии при
потребляемой мощности P за время t определяется по формуле:
W
P
t
c W* α
*t,
где c W– цена деления образцового ваттметра, Вт/дел;
α – показания ваттметра, дел,
подсчитать для всех произведенных опытов величину действительной
постоянной счетчика
c0и относительную погрешность γ его показаний,
представив результаты в виде таблицы.
Таблица 5-Результаты расчетов
~ 11 ~
3. На основании данных таблицы 5 начертить в одной системе координат
графические зависимости c
f
(I
f
(I
φ=1 , а также
подсчитать чувствительность счетчика.
4.Дать заключение о пригодности исследуемого счетчика для дальнейшей
эксплуатации.
Вывод.
Так как в настоящее время стал актуальным вопрос «Какой счетчик
электрической энергии лучше: аналоговый или цифровой?», я провел анализ
и выяснил, что цифровой счетчик электрической энергии имеет больше
преимуществ, чем аналоговый. У него точность класса выше, может быть
одно и двух тарифным, учитывает несколько видов электрической энергии и
другое (выше изложенное в работе).
Список использованных источников
1. Основы метрологии и электрические измерения / под ред. Е. М.
Душина.Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с.
2. Электрические измерения / под ред. В. Н. Малиновского. – М.
:Энергоатомиздат, 1985. – 416 с.
3. ГОСТ 8.259–77. Счетчики электрические активной и реактивной энергии
индукционные. Методы и средства поверки.
4 Методы и средства энерго-и ресурсосбережения.Красноярск. ИПК СФУ,
2008.
~ 12 ~
Рисунок-Аналоговый (индукционный) счетчик электрической энергии.
~ 13 ~
Рисунок-Цифровой (электронный) счетчик электрической энергии.
~ 14 ~
Лабораторный стенд
Для изучения типов счетчика я изготовил лабораторный стенд
~ 15 ~
Рисунок-Устройство однофазного индукционного счетчика
~ 16 ~
Рисунок-зависимость относительной погрешности однофазного
индукционного счетчика от нагрузки
~ 17 ~
Рисунок-Схема лабораторного стенда.
~ 18 ~
Таблица1- Сравнение счетчиков электроэнергии
Тип
Класс
Номинальные Номинальные
Потребляемая
счетчика
точности
токи, А
напряжения, В
мощность, Вт
2,0
2,5;5;10;20
110;127;220;230;240; 1,3
СОИ445Э,
И445Т
250;380
СО-
2,5; 5; 10; 15; 110;115;120;127;220;
И449Э,
2,0
20
230;240;250;380
1,5
1,0–
2,5; 5; 10; 20
127; 220
2
1,0–
2,5; 5; 10; 15; 220
И449Т
СО-И446
3,0
СО-5У
3,0
20
~ 19 ~
2
Таблица 2-Предельные значения относительной погрешности
Допускаемое значение относительной погрешности, %
Нагрузка, %
Однофазных счетчиков
При cos φ=1
Трехфазных счетчиков
При
При
cos φ=0,5
cosφ=0,5
При cos φ=1
10
±3,5
–
±3,5
–
20
–
±4,0
–
±3,5
50
±2,5
–
±2,5
–
100
±2,5
±4,0
–
±2,5
120
–
–
±
–
150
±2,5
–
–
–
~ 20 ~
Таблица 3- Данные лабораторных измерений
Характеристика
Значение
Размерность
Отклонение
нормы
1. Система прибора
2. Тип прибора
3. Класс точности
4.Предел
измерения
5.Передаточное
число
6.Номинальное
значение
а) тока
б) напряжения
в) частоты
7. Номинальная
Постоянная
8.Чувствительность
9.Самоход
10.Максимальное
значение
относительной
погрешности
измерения
~ 21 ~
от
Таблица 4-Типы счетчиков
Пределы
Название Система Марка,
тип
Класс
Цена
измерения деления
точности
min
~ 22 ~
max min max
Примеч.
Таблица 5-Результаты расчетов
№
Результаты измерений
п/п
U
I
P
N
1.
В
А
Вт
обор сек. %
t
Результаты вычислений
нагр. С0
2.
~ 23 ~
W0
W
ΔW
γ
Вт
Вт
Вт
%
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа