Masurarea energiei electrice reactive

Masurarea energiei electrice reactive

Pentru masurarea energiei electrice reactive se folosesc contoare de inductie de energie reactiva care pot fi cu tensiuni auxiliare (pentru circuitele trifazate alimentate cu tensiuni simetrice) sau cu sunt (pentru circuite trifazate cu tensiuni asimetrice). Aceste contoare sunt special executate in doua variante, functie de caracterul sarcinii: contoare de energie inductiva (consumata) si respectiv capacitiva (debitata).

Cele doua variante de contoare difera prin schema legaturilor interne (inversarea legaturilor bobinei electromagnetului de curent).

Rezultatul masuratorii este afisat in KVArh. (kilovarora).

1. Contorul de energie reactiva alimentat cu tensiuni auxiliare

Pentru ca cuplul activ al unui contor de inductie, exprimat prin relatia:

(3.5.30)

sa devina proportional cu puterea reactiva este necesar ca fluxurile si sa fie proportionale cu curentul de sarcina I, respectiv tensiunea U, iar unghiul dintre fluxuri sa fie egal cu unghiul de defazaj , dintre tensiune si curent. Ultima conditie se realizeaza prin alimentarea circuitului bobinei de tensiune a contorului cu o tensiune auxiliara defazata in urma tensiunii U cu un unghi de , unde este defazajul intern al contorului (unghiul cu care este defazat fata de tensiunea aplicata contorului U).

Avand in vedere diagrama fazoriala din figura 3.125, expresia cuplului activ devine:

(3.5.31)

unde:

Deci contorul inregistreaza energia reactiva.

Fig.3.125 Alegerea tensiunii auxiliare

OBSERVATII:

1. Alimentand circuitul bobinei electromagnetului de tensiune cu o tensiune auxiliara defazata cu in urma fata de tensiunea de baza U, se obtine un contor de energie reactiva.

2. La constructia contorului se ia in considerare raportul intre tensiunea auxiliara si de baza U la adaptarea raportului de transmisie al mecanismului integrator.

3. Contorul realizat pe acest principiu se va roti in sens normal, adica de la .

4. Principiul de realizare al contorului de energie reactiva alimentat cu tensiune auxiliara se aplica comod in cazul circuitelor trifazate cu tensiuni simetrice, daca unghiul este 60° sau 90°.

5. In circuitul de curent alternativ monofazat principiul descris este inaplicabil, deoarece este dificil sa se gaseasca tensiuni defazate cu in urma fata de tensiunea U.

Pentru determinarea tensiunilor necesare alimentarii circuitelor de tensiune ale contorului se porneste de la expresia puterii reactive pentru circuitul respectiv.

a) Contorul de energie reactiva cu pentru distributie trifazata fara conductor

neutru, cu tensiuni simetrice de alimentare

In circuitul trifazat fara conductor neutru, daca se ia ca faza de referinta faza 2, puterea reactiva este:

(3.5.32)

Deci, contorul va avea doua dispozitive de masurat.

In cazul unui sistem trifazat simetric de tensiuni, din diagrama fazoriala a tensiunilor de linie, rezulta tensiunile auxiliare defazate cu , in urma tensiunilor U₁₂ si U₃₂, si anume, tensiunile auxiliare sunt tensiunile de linie U₂₃, respectiv U₁₃ (fig.3.126.a). In acest caz, raportul U'/U este egal cu unitatea. Contorul va avea doua echipaje si doua discuri montate pe acelasi ax. Schema de conexiuni a contorului de energie reactiva cu pentru distributii trifazate fara conductor neutru este redata in figura 3.126.b).

Fig.3.126 Alegerea tensiunilor auxiliare si schema de conexiuni a contorului de energie reactiva

cu pentru distributia trifazata fara conductor neutru

Se constata ca nu sunt utilizate tensiunile de faza ale retelei trifazate.

b) Contor de energie reactiva cu pentru distributia trifazata cu

conductor neutru

Se porneste de la teorema generala a lui Blondel:

Fig.3.127 Alegerea tensiunilor auxiliare si schema de conexiuni a contorului de energie reactiva

cu pentru distributia trifazata cu conductor neutru

Pentru ca , urmeaza sa gasim in sistemul simetric al tensiunilor trifazate o tensiune auxiliara defazata cu , in urma fata de tensiunea U₁₀, care este tensiunea de faza U₂₀ si corespunzator tensiunea auxillara U₃₀ defazata in urma fata de U₂₀ cu 120°, iar tensiunea auxiliara U₁₀ defazata in urma fata de U₃₀ cu 120° (figura 3.127.a). Raportul U'/U este egal cu unitatea. Schema de conexiuni a contorulul de energie reactiva cu pentru distributia trifazata cu conductor neutru este redata in figura 3.127.b).

Din cele doua aplicatii se constata ca metoda generala de realizare a unui contor trifazat de energie reactiva este urmatoarea: pe baza teoremei generale a lui Blondel (expresie cu doi sau trei termeni) si a diagramei fazoriale pentru circuitele date sa se gaseasca tensiunile auxiliare defazate in urma fata de tensiunea de baza cu , metoda fiind aplicata numai sistemelor simetrice de tensiuni.

c) Contor de energie reactiva cu pentru distributia trifazata fara

conductor neutru

Se porneste de la expresia puterii reactive, care va avea doi termeni:

Deoarece , din diagrama fazoriala a tensiunilor sistemului trifazat simetric se determina tensiunile auxiliare defazate cu in urma fata de tensiunile de baza U₁₂ si U₃₂.

Dupa cum rezulta din diagra fazoriala (fig.3.128.b) tensiunile auxiliare sunt tensiunile de faza si U₁₀, analog cu cazul masurarii puterii reactive cu wattmetrele, deoarece de fapt contoarele cu sunt contoare de energie activa numai ca schema de conexiuni este specifica masurarii energiei reactive. Deoarece reteaua este trifazata fara conductor neutru, iar tensiunile auxiliare sunt tensiuni de faza, va trebui realizat un punct neutru artificial in interiorul contorului prin conectarea la faza a 2-a a unei impedante Z egala cu impedanta circuitului bobinei de tensiune a celor doua echipaje de masurare. La aceste contoare raportul tensiunilor este acum .

Necesitatea realizarii punctului neutru artificial din interiorul contorului complica constructia acestuia si de aceea au o raspandire mai mare contoarele cu .

Fig.3.128 Alegerea tensiunilor auxiliare si schema de conexiuni a contorului de energie reactiva

cu pentru distributia trifazata fara conductor neutru

d) Contoare de energie reactiva cu pentru distributie trifazata cu

conductor neutru

Fig.3.129 Alegerea tensiunilor auxiliare si schema de conexiuni a contorului de energie reactiva

cu pentru distributia trifazata cu conductor neutru

Se pleaca de la relatia:

Din diagrama fazoriala a tensiunilor (fig.3.129.a) se determina tensiunile auxiliare defazate cu in urma fata de tensiunile U₁₀, U₂₀ si U₃₀. Aceste tensiuni auxiliare sunt tensiunile de linie U₂₃, U₃₁, U₁₂, iar raportul .

Schema contorului de energie reactiva prezentat in figura 3.129.b) aminteste de schema de masurare a puterii reactive prin metoda celor trei wattmetre.

Contoarele de energie reactiva, ca si contoarele de energie activa, se pot monta prin intermediul transformatoarelor de masura.

In acest caz circuitele de tensiune si de curent se alimenteaza separat, de la circuitele secundare ale transformatoarelor de masura, respectandu-se ordinea de succesiune a fazelor.

Concluzie finala: toate schemele prczentate se pot utiliza numai in cazul in care tensiunile de alimentare sunt sinusoidale. In caz contrar, pentru masurarea energiei reactive este indicat sa se utilizeze contoare cu sunt.

2. Contoare de energie reactiva cu sunt

La aceste contoare obtinerea proportionalitatii cuplului activ cu puterea reactiva se realizeaza prin suntarea bobinei de curent cu o rezistenta R_S (a carei inductivitate este neglijabila) care produce defazarea curentului din bobina de curent si prin folosirea unei rezistente aditionale R_a in circuitul bobinei de tensiune care reduce unghiul de defazaj .

Datorita defazarii curentului , care strabate bobina electromagnetului de curent E₁, in urma curentului I din circuitul de utilizare, fluxul creat de E₁ este defazat cu unghiul fata de I.

Daca se ajusteaza valoarea rezistentei suntului R_S si a rezistentei aditionale R_a astfel incat unghiurile si sa fie egale, rezulta ca unghiul de defazaj intre fluxurile si devine egal cu unghiul de defazaj al circuitului . In acest caz, expresia cuplului activ dezvoltat de contor devine:

(3.5.33)

Fig.3.130 Constructia contorului de energie reactiva cu sunt (a) si

diagramele fazoriale ale contorului de energie reactiva cu sunt (b)

OBSERVATII:

1. Cuplul activ este proportional cu puterea reactiva.

2. Contorul de energie reactiva cu sunt se utilizeaza indiferent de gradul de nesimetrie al circuitelor trifazate.

3. Din diagrama fazoriala reiese ca este defazat inainte fata de si deci sensul in care actioneaza cuplul activ este de la spre , adica invers comparativ cu contorul monofazat de energie activa. Pentru a se obtine rotatia discului in sensul normal, ca la contorul de energie activa, se alimenteaza bobina electromagnetului de tensiune cu (-U) prin inversarea legaturilor la bornele bobinei (fig.3.131).

Fig.3.131 Schema de conexiuni a contorului monofazat de energie reactiva cu sunt

Pe acest principiu se construiesc contoarele de energie reactiva monofazate si trifazate cu sunt avand doua sau trei sisteme active care se monteaza asemanator cu contoarele de energie activa. La circuitele electrice cu tensiuni si curenti ale caror valori nominale depasesc valorile nominale ale contoarelor, montarea se face prin intermediul transformatoarelor de masura.