PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTU POLITECHNICZNY. Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego Pomiary mocy i energii elektrycznej

Transkrypt

1 PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTU POLITECHNICZNY Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego Pomiary mocy i energii elektrycznej Tarnów 2013

2 Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z metodyką pomiaru mocy i energii za pomocą miernika parametrów sieci typu N13 firmy Lumel. Program ćwiczenia 1. Konfiguracja miernika Lumel N13 przeznaczonego do pomiarów parametrów sieci energetycznych trójfazowych. 2. Pomiar mocy i energii miernikiem N13 oraz porównanie wskazań miernika N13 z miernikiem zużycia energii B C. 3. Komunikacja miernika N13 z komputerem PC. Konfiguracja miernika N13 z oprogramowaniem WizPar i wykonywanie pomiarów. 4. Pomiar miernikiem N13 współpracującym z programem WizPar wyższych harmonicznych prądów i napięć generowanych przez ściemniacz. Zakres wymaganych wiadomości 1. Moc i energia elektryczna podstawowe definicje. 2. Przyrządy analogowe i cyfrowe do pomiaru mocy i energii elektrycznej. 3. Metody pomiaru mocy i energii elektrycznej w obwodach jedno- i trój- fazowych. Literatura: 1. A. Zatorski, R. Sroka : Podstawy metrologii elektrycznej,wydawnictwa AGH S. Tumański : Technika Pomiarowa; Wydawnictwa Naukowo-Techniczne / Miernik parametrów sieci typu N13 firmy Lumel- instrukcja obsługi 4. Miernik energii 6907C - instrukcja obsługi 5. Program do wizualizacji parametrów sieci energetycznej WizPar - instrukcja obsługi 6. Konwerter PD5 instrukcja obsługi 2

3 1. Konfiguracja miernika Lumel N13 przeznaczonego do pomiarów parametrów sieci energetycznych trójfazowych. Miernik N13 jest cyfrowym przyrządem programowalnym przeznaczonym do pomiaru parametrów sieci energetycznych trójfazowych 3- lub 4- przewodowych w układach symetrycznych i niesymetrycznych z jednoczesnym wyświetlaniem mierzonych wielkości, cyfrową transmisją ich wartości i przetwarzaniem na standardowy sygnał analogowy. Zapewnia pomiar: wartości skutecznej napięcia i prądu, mocy czynnej, biernej i pozornej, współczynników mocy, częstotliwości, współczynników zawartości harmonicznych napięcia i prądu, energii czynnej i biernej, mocy czynnych średnich np. 15 minutowych. Wartość każdej z mierzonych wielkości może być przesłana do systemu nadrzędnego interfejsem RS-485. Parametry jednofazowe Parametry trójfazowe Napięcie fazowe U1, U2, U3 Napięcie między fazowe U12, U23, U31 Prąd jednofazowy I1, I2, I3 Średni prąd fazowy I Moc czynna P1, P2, P3 P Moc bierna Q1, Q2, Q3 Q Moc pozorna S1, S2, S3 S Energia czynna EnP Energia bierna EnQ Współczynnik mocy cosφ PF1, PF2, PF3 PF Współczynnik mocy tgφ tg1, tg2, tg3 Tg Współczynnik zawartości THD_U1, HD_U2, THD_U3 harmonicznych napięcia Współczynnik zawartości THD_I1, THD_I2, THD_I3 harmonicznych prądu Częstotliwość F Moc średnia 15 min Pav Wielkości mierzone i obliczane przez miernik oraz ich symbole Wielkości na wejściach prądowych i napięciowych są automatycznie przeliczane o wielkość wprowadzonej przekładni zewnętrznych przekładni. Wszystkie wejścia prądowe są izolowane galwanicznie (wewnętrzne przekładniki prądowe). Wielkości z powyższej można przetworzyć na standardowy prądowy sygnał analogowy w zakresie -20mA 0 20mA. Realizowane jest skalowanie wielkości mierzonej, jak i wartości sygnału prądowego. Wewnętrzny przekaźnik sygnalizuje stan przekroczenia zaprogramowanych zakresów wybranej wielkości. 3

4 Połączenie Programowanie Pomiar bezpośredni w sieci czteroprzewodowej [1] Panel przedni miernika N13 Po włączeniu zasilania miernik wykonuje test wyświetlaczy i wyświetla aktualną wersję programu. 4

5 Komunikat po uruchomieniu miernika [1] gdzie: h.x.xx jest numerem aktualnej wersji programu (w wykorzystanym mierniku h.2.05) lub numerem wykonania specjalnego. Tryby pracy miernika N13 [1] 5

6 W trybie pomiarowym wielkości wyświetlane są wg ustalonych tablic. Wielkość tablicy dostępne parametry zależne są od rodzaju przyłączonej sieci elektroenergetycznej. Naciśnięcie przycisku (góra) powoduje przejście pomiędzy wyświetlanymi wielkościami jednofazowymi. Naciśnięcie przycisku (lewo) powoduje przejście pomiędzy wyświetlanymi wielkościami trójfazowymi. Wyświetlanie wielkości fazowych i międzyfazowych jest niezależne. Kody błędów Podczas pracy miernika mogą pojawić się komunikaty o błędach. Niżej przedstawiono przyczyny błędów. Err gdy zbyt małe jest napięcie lub prąd przy pomiarze: Pf i, tgφ i poniżej 7% U n, I n f poniżej 7% U n THD U U n <U n 10%U n, lub U n >U n +12%U n, 55Hz<f<45Hz THD I I<10%I n nie upłynął pełny interwał czasu uśredniania mocy Pav Dane techniczne Wielkość mierzona Zakres Błąd podstawowy Uwagi Napięcie U i 230/400 V (Ku=1) ± Ku = dla Ku 1 1,6 MV (0,2%w.m+0,1%zak.) (max 1,6 MV) Prąd I i 5,000 A (Ki=1) ± Ki = dla Ki 1 45 ka (0,2%w.m+0,1%zak.) (max 45 ka) Mocz czynna P i 0,0 999,9 W ± Moc czynna średnia P AV dla Ku 1, Ki 1 (-)220 (0,5%w.m+0,2%zak.) Energia czynna EnP GW Moc pozorna S i Energia pozorna EnS Moc bierna Q i Energia bierna EnQ 0,0 999,9 VA dla Ku 1, Ki GVA 0,0 999,9 Var dla Ku 1, Ki 1 (-)220 GVar 6 ± (0,5%w.m+0,2%zak.) ± (0,5%w.m+0,2%zak.) Współczynnik mocy czynnej Pf i -1,00 0,00 1,000 ± 1%w.m ±2c Pf=Power factor=p/s Współczynnik tgφ i (stosunek Błąd w zakresie - -99,9 0 99,9 1%w.m ±2c mocy biernej do czynnej) 99,9 0 99,9 Częstotliwość f 20,0 500,0 Hz ± 0,5%w.m THD Ui, THD Ii 0,5 100% ±5%w.m ±2c -10%Un < Un < 12%Un In > 10%In Hz Zakresy pomiarowe i dopuszczalne błędy [1] gdzie: Ku przekładnia przekładnika napięciowego, Ki przekładnia przekładnika prądowego, w.m wartość mierzona, zak. zakres pomiarowy, c najmniej znacząca cyfra wyświetlacza. Dokładny opis urządzenia znajduje się w fabrycznej instrukcji.

7 2. Pomiar mocy i energii miernikiem N13 oraz porównanie wskazań miernika N13 z miernikiem zużycia energii B C. Należy połączyć układ jak na schemacie poniżej: Schemat układu pomiarowego Dane techniczne miernika energii 6907C: Zasilanie: 230V AC 50Hz Dokładność: ±2% ±2W (max. błąd pomiaru ±3% ±3W do 2000W) (max. błąd pomiaru ±5% powyżej 2000W) Wejście/wyjście: wtyczka i gniazdo z uziemieniem Max. Natężenie prądu: około 13A Max. Moc czynna: 3000W (może dojść do uszkodzenia urządzenia powyżej 3000W) Klasa ochronności: 1 Warunki pracy: temperatura o C, wilgotność < 75%. Dokładny opis urządzenia znajduje się w fabrycznej instrukcji. Przed podłączeniem układu do zasilania należy upewnić się że przewód L będzie przewodem fazowym. Sprawdzić biegunowość gniazda zasilającego np. za pomocą próbnika. Konfiguracja mierników: Sprawdzić wartość energii czynnej. Przyciskiem dokonać zmiany wyświetlanej wartości. Pole jednostek i symboli powinno wskazywać Wt. Jeśli wartość jest różna od 0, należy zapisać aktualną wartość (kasowanie wartości energii i mocy średniej jest możliwe tylko na poziomie programu WizPar). Miernik N13 ustawić na pomiar mocy czynnej średniej (przycisk ). Pole jednostek i symboli powinno wskazywać kw. Po włączeniu miernika zużycia energii należy wyczyścić wszystkie zapisane wartości. Aby tego dokonać należy przytrzymać przyciski MODE i STA/STP przez 2 sekundy. Za pomocą przycisku MODE przejść do pomiaru energii elektrycznej. Miernik powinien wskazywać jednostkę kwh. Przyciskiem ON TIME przejść w tryb pracy normalny. Miernik powinien 7

8 wskazywać symbol ON TIME. Aby rozpocząć pomiar należy wcisnąć przycisk STA/STP. Po rozpoczęciu pomiaru dwukropek w zegarze zacznie migać. Za pomocą przycisku MODE przejść do pomiaru mocy (W). Pomiar 1 wszystkie żarówki: Wyłącznik W należy ustawić w pozycji 0 (obwód przerwany). Wyłączniki W11..W33 ustawić w pozycji 1. W chwili zamknięcia obwodu (wyłącznik W w pozycji 1) rozpocząć pomiar czasu. Po upływie 1 min odczytać wartość mocy czynnej z obu mierników. Po upływie 2 min od rozpoczęcia pomiaru przerwać obwód wyłącznikiem W. Odczytać wartości zużytej energii z obu mierników. Pomiar 2 - żarówki żarowe: Powtórzyć konfigurację mierników z pkt. 2. Wyłącznik W należy ustawić w pozycji 0 (obwód przerwany). Wyłączniki W11, W12, W13 ustawić w pozycji 1, pozostałe w pozycji 0. Pomiaru dokonać analogicznie jak w punkcie 3. Pomiar 3 żarówki energooszczędne: Powtórzyć konfigurację mierników z pkt. 2. Wyłącznik W należy ustawić w pozycji 0 (obwód przerwany). Wyłączniki W21, W22, W23 ustawić w pozycji 1, pozostałe w pozycji 0. Pomiaru dokonać analogicznie jak w punkcie 3. Pomiar 4 żarówki halogenowe: Powtórzyć konfigurację mierników z pkt. 2. Wyłącznik W należy ustawić w pozycji 0 (obwód przerwany). Wyłączniki W31, W32, W33 ustawić w pozycji 1, pozostałe w pozycji 0. Pomiaru dokonać analogicznie jak w punkcie 3. Wyniki wszystkich pomiarów należy zapisać i umieścić w sprawozdaniu. 8

9 3. Komunikacja miernika N13 z komputerem PC. Konfiguracja miernika N13 z oprogramowaniem WizPar i wykonywanie pomiarów. Należy połączyć układ jak na schemacie poniżej: Sprawdzenie ustawień konwertera PD5. Schemat układu pomiarowego Opis: Funkcja konwerter (sterowanie automatyczne), Format 10 bitów, Prędkość transmisji 9,6 kbps. Ustawienia parametrów transmisji konwertera PD5 9

10 Uruchomienie programu WizPar. Program po uruchomieniu przedstawia okno główne z widocznym: menu, paskiem szybkiego wyboru, paskiem statusowym na dole okna i oknem Tabela. Wygląd okna głównego pokazany jest na poniższym rysunku. Okno główne programu U [V] I [A] P [W] Q [VAr] S [VA] Pf tf THD_U[%] THD_I[%] L1 U1 I1 P1 Q1 S1 PF1 tg1 THD_U1 THD_I1 L2 U2 I2 P2 Q2 S2 PF2 tg2 THD_U2 THD_I2 L3 U3 I3 P3 Q3 S3 PF3 tg3 THD_U3 THD_I3 L1-L2-L3 U I P Q S PF Tg f [Hz] U12 [V] U23 [V] U31 [V] Pav [W] F U12 U23 U31 Pav Zawartość okna Tabela wraz z symbolami mierzonych wartości Program ma dwa okna pomiędzy którymi użytkownik może się przełączać za pomocą dwóch przycisków z lewej strony na pasku szybkiego wyboru lub poprzez menu Opcje/Tabela lub Opcje/Wykres. Rozmiary okien mogą być zmienione za pomocą myszy. Zmiana 10

11 rozmiarów okien wewnątrz okna Tabela dokonywana jest za pomocą przeciągania belek pomiędzy oknami składowymi. Ustawienia portu. Po uruchomieniu, program pracuje z domyślnymi ustawieniami. Do zmiany ustawień służą polecenia z menu Opcje. Są tam polecenia do zmiany: parametrów łącza komunikacyjnego, bieżącego okna, programowania urządzenia. Zmiana parametrów łącza komunikacyjnego, możliwa jest po wybraniu opcji Ustawienia portu i odbywa się przy pomocy dialogu pokazanego na rysunku poniższym Należy wybrać parametry: - port (COM1), - prędkość (9600bit/s), - typ łącza (Konwerter PD1), - ustawienia (4 RTU 8N2 8 bitów danych, brak bitu parzystości, 2bity stopu), i akceptujemy przyciskiem OK. Dialog do konfiguracji łącza komunikacyjnego. Wybór urządzenia. Wybór urządzenia z którym komunikuje się program odbywa się poprzez wybór urządzenia z listy umieszonej na pasku szybkiego wyboru lub wybór opcji Lista urządzeń z menu Opcje. Należy wybrać Miernik N13 z harmonicznymi (N13Har) i zaakceptować przyciskiem OK. Okno Lista urządzeń 11

12 Konfiguracja miernika N13 z programem WizPar Ustawienia Wejście w tryb programowania odbywa się poprzez przytrzymania przycisku (enter) przez około 3 s. Naciśnięcie przycisku (góra) powoduje przejście do następnych opcji Należy wybrać A następnie potwierdzić wybór przyciskiem (enter) Następnie w opcji baud ustawiamy prędkość transmisji zgodną z wartością ustawioną w programie WizPar. Ustawiamy wartość na 9600 k za pomocą przycisku (góra) Potwierdzamy przyciskiem (enter) W zakładce TRYB Wybrać [ r8n2 ] zgodnie z programem WizPar i potwierdzić przyciskiem (enter). Kolejno potwierdzamy do uzyskania na wyświetlaczu miernika wartości mierzonych. 12

13 Po poprawnej konfiguracji powinno nastąpić połączenie z urządzeniem (na liście zdarzeń powinien wyświetlić się komunikat o połączeniu). W przypadku braku połączenia sprawdzić ustawienia parametrów wyjść miernika: - adres miernika w sieci, - prędkość transmisji, - tryb protokołu, które powinny być identyczne z wcześniej wybranymi ustawieniami portu w programie oraz ustawieniami konwertera PD5. Opis konfiguracji miernika zamieszczony jest na str. 17 instrukcji obsługi. Opis konfiguracji konwertera zamieszony jest na str. 11 instrukcji obsługi. Wykonywanie pomiarów miernikiem N13 z programem WizPar Dla większej dokładności pomiaru ustawić częstotliwość śledzenia na 1s. Aby to zrobić należy przejść do okna Wykresy (Opcje\Wykresy) przełączając pomiędzy kolejnymi zakładkami zmieniamy wartość parametru Czas śledzenia znajdującego się pod wykresem na 1s. Na tym samym pasku znajdują się przyciski umożliwiające operacje na wykresie takie jak: - Auto - włączenie automatycznego skalowania osi, - Czyść - wyczyszczenie zawartości trendu, - Auto X - włączenie automatycznego skalowania osi czasu, - <<i>> - przesuwanie trendu w prawo i w lewo, - Góra i Dół - przesuwanie trendu do góry i na dół, - <> - powiększanie trendu, - >< - zmniejszanie trendu. Operacje powiększania i przesuwania można wykonywać z pomocą myszy. Powiększanie polega na ustawieniu wskaźnika myszy na trendzie, wciśnięciu i przytrzymaniu lewego przycisku myszy a następnie, zaznaczeniu prostokąta który ma być powiększony. Puszczenie przycisku spowoduje wykonanie operacji. Przy powiększaniu, prawy dolny róg prostokąta powinien być z prawej i poniżej punktu początkowego. Odwrotnie zaznaczenie spowoduje przywrócenie trybu Auto. Przesuwanie trendu możliwe jest po ustawieniu wskaźnika myszy na trendzie a następnie wciśnięciu i przytrzymaniu prawego przycisku myszy. Ruchy myszy będą powodowały przesuwanie trendu. Puszczenie przycisku spowoduje zakończenie operacji. Przed rozpoczęciem każdego pomiaru należy wyzerować wartość naliczonej energii. W tym celu wywołać polecenie Opcje\Parametry. W menu wybrać Parametry trybu Setup. Wartość parametru Kasowanie liczników energii ustawić 1, następnie nacisnąć przycisk Zastosuj. 13

14 Okno Parametry Należy włączać kolejno żarówki obserwując zmiany prądów i mocy w oknie Wykresy programu WizPar. Po włączeniu wszystkich żarówek dokonać pomiaru wartości mierzonych przez miernik: napięcia i prądu, mocy i energii czynnej, biernej i pozornej, współczynników mocy, częstotliwości, współczynników zawartości harmonicznych napięcia i prądu, energii. Pomiaru energii można dokonać z panelu przedniego miernika lub z programu WizPar Opcje\Parametry, menu Energie. Uwaga: parametry w menu Energie zostały źle opisane: Energia czynna 3-fazowa wartość nie mierzona, Energia bierna 3-fazowa wskazywana wartość to energia czynna [Wh], Energia pozorna 3-fazowa wskazywana wartość to energia bierna [VArh]. Miernik nie posiada opcji pomiaru energii pozornej Najłatwiej wykonać zrzut ekranu okna Tabela w programie WizPar, w tym celu skorzystać z funkcji PrintScreen (lub alt+printscreen zrzut aktywnego okna) następnie zapisać w programie (np. Word, Paint). Pozwala to na zapisanie wszystkich aktualnych wartości dla danej chwili. Analogicznie zapisać wykresy przebiegów napięć fazowych, prądów, mocy oraz cosφ. W razie konieczności manipulować wykresami tak aby widoczne były tylko interesujące nas wartości (wyniki aktualnego ćwiczenia) lub wyczyścić zawartość trendów przed rozpoczęciem pomiaru (przycisk Czyść w oknie wykresy, należy pamiętać o wyczyszczeniu wszystkich trendów). Wszystkie zapisane wyniki pomiarów należy zachować do sprawozdania. 14

15 4. Pomiar miernikiem N13 współpracującym z programem WizPar wyższych harmonicznych prądów i napięć generowanych przez ściemniacz. Należy połączyć układ jak na schemacie poniżej: Schemat układu pomiarowego Wyłączniki W11..W13 w pozycji 1. Pozostałe żarówki nie biorą udziału w tym ćwiczeniu (Wyłączniki W21..W33 w pozycji 0 lub brak zasilania L2 i L3). Należy zastosować ściemniacz przyciskowo-obrotowy uniwersalny ŁP-8AB/00 typ 492 Pomiary Przy pełnej mocy świecenia żarówek należy odczytać i zapisać wartości wielkości mierzonych przez miernik i widocznych w oknie Tabela oraz wartości harmonicznych. W tym celu wywołać polecenie Harmoniczne z menu Opcje. Przycisk Odśwież powoduje ponowny odczyt wybranej serii. W razie konieczności można zmienić rozmiar okna aby widoczne były wszystkie wartości liczbowe harmonicznych i THD zestawione w tabeli. Przełączając zakładki zapisać wartości harmonicznych napięcia i prądu fazy L1. 15

16 Następnie w podobny sposób należy wykonać następujące pomiary: a. przy połowie mocy świecenia, b. przy minimalnej rejestrowanej przez miernik mocy świecenia c. przy żarówkach zasilanych bezpośrednio z miernika (bez ściemniacza) Na końcu należy dokonać pomiaru harmonicznych napięcia sieci (brak odbiornika). Wszystkie wyniki zachować do sprawozdania. Spis aparatury: 1. Miernik parametrów sieci typu N13 firmy Lumel 2. Komputer PC(oprogramowanie Windows), 3, Konwerter PD5 (RS232C/RS485) firmy Lumel, 4. Miernik energii 6907C firmy BEMKO, 5. Żarówki tradycyjne 60W, żarówki energooszczędne 11W, żarówki halogenowe 50W 6. Ściemniacz przyciskowo-obrotowy uniwersalny ŁP-8AB/00 typ 492, 7. Oprogramowanie WizPar wer.1.6 firmy Lumel 16