Ćwiczenie 15 Sprawdzanie watomierza i licznika energii Program ćwiczenia: 1. Sprawdzenie błędów podstawowych watomierza analogowego 2. Sprawdzanie jednofazowego licznika indukcyjnego 2.1. Sprawdzenie prądu rozruchu, 2.2. Sprawdzenie biegu jałowego, 2.3. Sprawdzenie przekładni (stałej) licznika 2.4. Wyznaczenie błędów wskazań, Wykaz przyrządów: watomierz elektrodynamiczny ekranowany klasy 0.2 ; zakresy prądowe:0,5 A, 1 A, 2,5 A, 5 A, zakresy napięciowe: 60 V, 150 V, 300 V, 600 V, cos φ=1; jednofazowy kalibrator mocy (prądów i napięć zmiennych) C200. jednofazowy licznik kilowatogodzin typu A2, 220 V, 5 A, 50 Hz, 1 kwh = 2800 obrotów; stoper Literatura: [1] Zatorski A., Sroka R., Podstawy metrologii elektrycznej, Wydawnictwo AGH, Kraków 2011 [2] Zatorski A. Podstawy Metrologii i techniki eksperymentu. Wyd. AGH, Skrypt SU 1685, Kraków, 2006 [3] Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A. Metrologia elektryczna. WNT, Warszawa 1979, 1991, 1994, 2009 [4] Tumański S., Technika pomiarowa, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 2007, Warszawa Załączniki: Nr 1. Instrukcja obsługi Kalibratora napięć i prądów przemiennych C200 Nr 2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 7 stycznia 2008 w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać liczniki energii elektrycznej czynnej prądu przemiennego oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych. Zakres wymaganych wiadomości do testu: budowa i zasada działania watomierzy elektrodynamicznych i ferromagnetycznych, pomiar przyrządem analogowym; pojęcia: klasy, skali, podziałki, działki elementarnej; regulacja napięcia, prądu i fazy, wyznaczanie i obliczanie błędów granicznych w pomiarach przyrządem analogowym budowa i zasada działania indukcyjnych liczników energii czynnej, metody i zakres sprawdzania liczników energii elektrycznej czynnej prądu przemiennego Celem ćwiczenia jest poznanie techniki pomiarowej sprawdzania elektrycznych przyrządów pomiarowych na przykładzie wyznaczania błędów podstawowych watomierza analogowego i wybranych punktów sprawdzania jednofazowego licznika indukcyjnego. 1
Celem ćwiczenia jest poznanie techniki pomiarowej sprawdzania watomierzy i jednofazowych liczników indukcyjnych energii elektrycznej. Przyrządy te, a szczególnie liczniki energii, służą do rozliczeń z odbiorcami za użytą energię elektryczną. Prawna kontrola metrologiczna ich dokładności ma więc kluczowe znaczenie dla obydwu stron transakcji. Przez sprawdzenie przyrządu należy rozumieć weryfikację, czy jego błędy podstawowe nie są większe od deklarowanych np. przez producenta. 1. Sprawdzenie błędów podstawowych watomierza analogowego Przyrządem sprawdzanym w tym punkcie ćwiczenia jest watomierz elektrodynamiczny ekranowany klasy 0.2 na zakresie 300 V i 5 A. Maksymalny błąd bezwzględny (wartość bezwzględna) tego watomierza można policzyć ze wzoru: max = ( kl. W z ) / 100. Watomierz ten będzie sprawdzany przy pomocy jednofazowego kalibratora mocy (prądów i napięć zmiennych) C200. Opis techniczny tego kalibratora jest załącznikiem nr 1 do niniejszej instrukcji. Przed wykonaniem ćwiczenia należy zapoznać się z instrukcją obsługi kalibratora. 1) Połącz układ zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 1. Początki cewek napięciowej i prądowej, badanego przyrządu oznaczono gwiazdkami. Na watomierzach, w zależności od producenta, te oznaczenia mogą być różne np. strzałki lub kropki. 2) Po włączeniu kalibratora (power) na zaciskach napięciowych kalibratora należy nastawić napięcie równe napięciu zakresowemu badanego watomierza, a wartość przesunięcia fazowego ustawić na zero. 3) Włączyć oba wyjścia kalibratora (przyciski std). Regulując prąd kalibratora zmieniać wartość mocy czynnej w taki sposób aby wskazówkę watomierza ustawiać na kolejnych ocyfrowanym działkach (wartość W m ). Wartości mocy czynnej (W w ) uzyskuje się poprzez wymnożenie wartości napięcia i prądu odczytanych z kalibratora. Pomiaru takiego należy dokonać dwukrotnie przy zwiększaniu (od zera do końca zakresu watomierza) i przy zmniejszaniu prądu kalibratora. 4) Uzyskane wyniki należy umieścić w tabeli sprawozdania. 5) Na podstawie wyników pomiarowych wykonać wykres poprawek i sprawdzić czy błąd podstawowy badanego watomierza uprawnia do stwierdzenia, że przyrząd ten spełnia warunki klasy Δ max (kl W z )/100 Rys. 1. Podłączenie miernika do kalibratora C200 2
2. Sprawdzenie jednofazowego licznika indukcyjnego Sprawdzanie liczników energii elektrycznej reguluje Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 7 stycznia 2008 (zwane dalej rozporządzeniem) w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać liczniki energii elektrycznej czynnej prądu przemiennego oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych (Dz. U. Z dnia 23 stycznia 2008 r.). Tekst tego rozporządzenia jest załącznikiem Nr 2 do niniejszej instrukcji. Przed wykonaniem poszczególnych punktów ćwiczenia należy szczegółowo zapoznać się z tekstem tego rozporządzenia. W rozdziale 1 2 p.2 rozporządzenia określono przyporządkowanie starych i nowych nazw klas dokładności liczników energii. Nowym klasom C,B,A odpowiadają kolejno klasy 0.5,1 i 2. W 3 zdefiniowano ważne stosowane w rozporządzeniu określenia (definicje). Szczegółowy zakres badań i sprawdzeń oraz sposoby i metody ich przeprowadzania przedstawiono w rozdziale 4 rozporządzenia. Punkt 3 tego rozdziału określa jakie badania trzeba przeprowadzić podczas procesu sprawdzania licznika w okresie eksploatacji. Należy sprawdzić: 1) mechanizm licznika; 2) czy obwody napięciowe nie mają przerw; 3) czy kierunek wirowania tarczy licznika jest zgodny z oznaczeniami na tabliczce znamionowej w przypadku licznika indukcyjnego; 4) wytrzymałość elektryczną izolacji licznika tylko podczas legalizacji pierwotnej; 5) prąd rozruchu licznika; 6) bieg jałowy licznika; 7) przekładnię licznika; 8) błędy wskazań licznika w warunkach odniesienia określonych w załączniku nr 4 do rozporządzenia. W ramach niniejszego ćwiczenia wykonane zostaną punkty od 5 do 8. Sprawdzanym licznikiem jest jednofazowy licznik indukcyjny typu A2, 220 V, 5 A, 50 Hz, 1 kwh = 2800 obrotów (odpowiada aktualnej klasie A). Sprawdzanie jednofazowego licznika indukcyjnego można przeprowadzić używając kalibratora mocy albo licznika wzorcowego. W niniejszym ćwiczeniu sprawdzanie licznika odbędzie się z wykorzystaniem kalibratora mocy C200. Opis techniczny tego kalibratora jest załącznikiem nr 1 do niniejszej instrukcji. Przed wykonaniem ćwiczenia należy zapoznać się z instrukcją obsługi kalibratora. 2.1 Sprawdzenie prądu rozruchu W rozdział 3 rozporządzenia 10 definiuje, że wartość prądu rozruchu licznika, określająca jego czułość, przy obciążeniu symetrycznym, napięciu nominalnym i współczynniku mocy równym jedności, nie powinna przekraczać wartości określonych w załączniku nr 2 do rozporządzenia. Dla licznika indukcyjnego klasy A wartość prądu rozruchu nie powinna przekraczać 0,5 % wartości prądu bazowego (nominalnego). 14 rozporządzenia określa sposób sprawdzenia prądu rozruchu licznika. 3
Dla badanego licznika wartość prądu rozruchu określa się w następujący sposób: a. Połączyć układ zgodnie ze schematem z rysunku 1. b. Włączyć kalibrator (power). c. Napięcie na zaciskach napięciowych kalibratora ustawić na wartość nominalną licznika 220 V, a kąt przesunięcia fazowego na zero. d. Włączyć oba wyjścia kalibratora kalibrator (przyciski std) i zwiększać wartość prądu do momentu aż tarcza licznika wykona płynnie co najmniej jeden pełny obrót. e. Sprawdzić czy uzyskana wartość prądu jest zgodna z podaną w rozporządzeniu. Dla badanego licznika wartość prądu rozruchu nie powinna być wyższa niż 0,025 A (moc odbiornika nie większa niż 5,5 W) 2.2 Sprawdzenie biegu jałowego 15 rozporządzenia mówi, że podczas sprawdzania biegu jałowego licznika indukcyjnego należy do obwodów napięciowych licznika klasy A, przy otwartych obwodach prądowych, przyłożyć kolejno napięcie równe: a. 80 % wartości napięcia nominalnego (czyli 176 V) oraz b. 110 % wartości napięcia nominalnego (czyli 242 V). Podczas sprawdzania, wirnik licznika indukcyjnego nie powinien wykonać pełnego obrotu a barwny znak na tarczy licznika powinien ustawić się w wycięciu tabliczki znamionowej. Wykonując ten punkt ćwiczenia do licznika należy dołączyć tylko zaciski napięciowe kalibratora (rysunek 2) i nastawić wartości napięcia zgodnie z punktami a i b. Należy obserwować zachowanie tarczy licznika w każdym przypadku przez co najmniej jedną minutę. 2.3. Sprawdzenie przekładni (stałej) licznika 16 rozporządzenia mówi, że sprawdzenie przekładni licznika obejmuje ustalenie z uwzględnieniem niepewności jej wyznaczenia, czy jej wartość jest zgodna ze stałą licznika podaną na tabliczce znamionowej licznika. Jeżeli licznik posiada liczydło mechaniczne, czas sprawdzania przekładni licznika przy maksymalnym obciążeniu licznika powinien być tak dobrany, aby: zapewnić odczytanie wskazania zużytej energii z błędem nieprzekraczającym błędów granicznych dopuszczalnych licznika w tym punkcie obciążenia, a ostatni bębenek liczydła wykonał co najmniej pół obrotu. Wyznaczenie stałej licznika przy wykorzystaniu kalibratora można przeprowadzić w następujący sposób: a. Połączyć układ według schematu z rysunku 1. b. Włączyć kalibrator (power) c. Na zaciskach napięciowych kalibratora ustawić nominalną wartość napięcia licznika 220 V d. Na zaciskach prądowych kalibratora ustawić maksymalną wartość prądu dla sprawdzanego licznika równą 125 % wartości prądu nominalnego czyli 6,25 A e. Wartość przesunięcia fazowego ustawić na zero f. Włączyć wyjścia kalibratora (przyciski std) g. Używając stopera zmierzyć czas t s [s] w którym tarcza licznika wykona 100 obrotów 4
h. Z nastaw kalibratora (wartość mocy) i stopera (czas) obliczyć energię a następnie stałą licznika wg wzoru : 100 3600 c [ obr / kwh] 1.375t s 2.3 Wyznaczenie błędów wskazań licznika Zgodnie z 19. p.1. rozporządzenia błędy wskazań licznika wyznacza się metodą: 1. mocy i czasu, polegającą na obliczeniu czasu trwania N obrotów (impulsów) i porównaniu go z czasem zmierzonym przy znanej, stałej podczas pomiaru, mocy obciążenia licznika, 2. licznika kontrolnego, polegającą na obliczeniu liczby impulsów (obrotów tarczy) licznika kontrolnego N kn odpowiadających impulsom (obrotom tarczy) licznika badanego i porównaniu jej ze zmierzoną liczbą takich impulsów (obrotów tarczy) licznika kontrolnego N k. W niniejszym ćwiczeniu błędy badanego licznika będą wyznaczane metodą mocy i czasu z godnie z procedurami opisami w rozporządzeniu w 20, 22,23. Błędy wskazań licznika indukcyjnego, wyznaczane metodą mocy i czasu, określa się przez pomiar czasu t, w którym tarcza przy danym obciążeniu mocą P wykonuje N obrotów, następnie wyliczenie wartości nominalnej czasu t n, w którym tarcza licznika powinna wykonać N obrotów przy obciążeniu P, gdyby licznik wskazywał bezbłędnie, i obliczeniu błędu wskazania według wzoru: Stosując podczas sprawdzania metodę mocy i czasu, wartość nominalną czasu t n, oznaczającą wartość liczbową czasu trwania N obrotów lub impulsów wyrażoną w sekundach, należy wyznaczyć zgodnie z wzorem: gdzie: N liczba obrotów lub liczba impulsów, C wartość liczbowa stałej licznika wyrażonej w obrotach na kilowatogodzinę lub w impulsach na kilowatogodzinę, P wartość liczbowa mocy licznika wyrażonej w watach. Podczas sprawdzania błędu wskazań licznika metodą mocy i czasu powinno się stosować urządzenie do pomiaru czasu, sterowane przez urządzenie z głowicą fotoelektryczną lub przez elektryczne wyjście impulsowe licznika. Przy sprawdzaniu błędu wskazań licznika klasy dokładności A i B dopuszcza się wykonanie pomiarów czasu urządzeniem do pomiaru czasu sterowanym ręcznie. W takim wypadku czas pomiaru nie może być krótszy niż 50 sekund. Błędy graniczne dopuszczalne wskazań licznika w zależności od rodzaju licznika oraz punkty obciążenia licznika zawiera Załącznik nr 1 rozporządzenia. 5
Wartości błędów dla liczników indukcyjnych jednofazowych przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Błędy graniczne dopuszczalne wskazań oraz punkty obciążenia licznika indukcyjnego jednofazowego Badanego jednofazowego licznika kilowatogodzin typu A2, dotyczy ostatnia kolumna tabeli (klasa A, wprowadzony do obrotu przed 7.01.2007). I b prąd bazowy jest wartość prądu (zgodnie z rozporządzeniem) dla której ustalane są istotne cechy licznika. Dla licznika badanego jest to wartość nominalna prądu. W ramach ćwiczenia wykonane zostanie sprawdzenie błędów licznika dla kolejnych punktów obciążenia z tabeli 1. 1) Połączyć układ według schematu z rysunku 1. 2) Włączyć kalibrator (power). 3) Na zaciskach napięciowych kalibratora ustawić nominalną wartość napięcia licznika 220 [V]. Na zaciskach prądowych kalibratora, dla kolejnych punktów pomiarowych nastawiać wartości prądu i fazy zgodnie tabelą 3. 4) Włączyć wyjścia kalibratora (przyciski std) i dla kolejnych punktów mierzyć stoperem t czas N= 50 obrotów tarczy licznika. Dla każdego punktu pomiarowego z nastaw kalibratora obliczyć moc P obciążającą licznik. W obliczeniach czasu t n przyjąć wartość stałej licznika 2800 obr/kwh. Wyniki obliczeń P, t n oraz δ zamieścić w poniższej tabeli 2 i porównać z danymi z tabeli 1. Tabela 2 lp Wartość prądu obciążenia licznika [ A ] Wartość kąta przesunięcia fazowego φ [ O ] 1 0.5 0 2 5 0 3 5 60 ind 4 6.25 0 N [ obr ] t [ s ] P [ w ] t n [ s ] δ [% ] 6