Trusa de Masura Trifazata

=== Trusa_mas_part2_corectat ===

UNIVERSITATEA politehnica

FACULTATEA de inginerie electrica

Specializarea: Informatica aplicata in inginerie electrica

LUCRARE DE LICENȚĂ

TRUSĂ DE MĂSURĂ TRIFAZATĂ

Conducător științific,

Prof. dr. Ing.

Student:

2016

CUPRINS LUCRARE

CUPRINS LUCRARE 2

INTRODUCERE 3

Capitolul 1. GENERALITATI ALE MĂSURĂRILOR ELECTRICE 7

1.1 Masurarea I, U, P – in curent continuu, in curent alternativ, Q si S – in curent alternativ 7

1.2 Aparate de masura monofazte si trifazate 8

1.3 Conectarea corecta a aparatelor de masura 9

1.4 Exploatarea retelelor electrice de curent continuu si curent alternative 10

1.5 Teste si verificari ale truselor de masura trifazate 11

Capitolul 2. REALIZAREA SCHEMEI ELECTRICE SI PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL TRUSEI TRIFAZATE DE MASURARE 12

2.1 Schema electrica a trusei de masura trifazate 12

2.1 Principiul de functionare al trusei de masura trifazate 12

Capitolul 3. REALIZAREA PRACTICA A TRUSEI DE MĂSURA TRIFAZATA 14

3.1 Pasii realizarii practice a trusei de masura 14

3.2 Aparatele din componeța instalației de măsură 14

3.3 Vederi ale trusei de masura cu amplasarea componentelor 18

Capitolul 4. Testarea trusei de masura pe sarcini nesimetrice 19

Bibliografie 20

INTRODUCERE

Definiția măsurărilor electrice, utilizează pe lângă termenul de “măsurări”, și termenul de “instrumentație știintifică” (sau pur și simplu instrumentație) și “metrologie”. Termenul de instrumentație științifică este deseori folosit ca un sinonim al măsurărilor, iar metrologia este asumată ca fiind știința care se ocupă cu măsurările. Prin urmare, măsurările vor fi considerate mai specific ca fiind tehnica sau ingineria măsurărilor.

Există variate explicații al termenului “măsurări”. Definiția măsurării se poate extinde în felul următor: măsurarea este un proces cognitiv de culegere de informații din lumea reală. În aceast proces o valoarea a unei anumite mărimi este determinată (în condiții și momente precizate) prin compararea ei (cu o anumită incertitudine) cu o valoare de referință standard.

În definiția de mai sus există doi termeni care impun o discuție mai detaliată. În primul rând, măsurarea este întotdeauna ralaționată cu termenul măsurare standard. Adjectivul standard precizează definirea unei mărimi date cu o anumită valoare și incertitudine a măsurării (ISO VIM 2004,[3]). Valoarea standard poate fi reprezentată printr-un material standard sau printr-un fenomen – ambele putând fi utilizate în precizarea unității standard a unei mărimi, cu o incertitudine precizată. Astfel, pentru unitatea standard de masă poate fi utilizat un material standard constituit dintr-un aliaj platină-iridiu, care este păstrat la Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți (BIMP), din Sèvres, Franța de peste 100 de ani. Însă pentru unitatea standard a intensității curentului electric se poate utiliza fenomenul de producere a forței care se manifestă între conductorii parcurși de curent electric. Unitatea de intensitate a curentului electric (amperul – A), este intensitatea constantă a curentului care circulă prin două conductoare paralele rectilinii, de lungime infinită și secțiune neglijabilă plasate la 1m distanță în vid și între care se exercită o forță de 2∙10-7 N pentru fiecare metru de ungime.

Cel de-al doilea termen important care trebuie precizat este incertitudinea măsurării. După publicarea Ghidului ISO de exprimare a incertitudinii măsurării (ISO Guide , 1993) termenul incertitudine a substituit practic termenii eroare și precizie utilizați foarte des înainte. În concordanță cu Dicționarul ISO (ISO VIM 2004) precizia este abilitatea sistemului de măsură de a indica o valoare a unei mărimi apropiată de valoarea reală, pe când incertitudinea caracterizează dispersia valorilor unei mărimi, dispersie atribuită valorii mărimii care trebuie măsurată (măsurandului).

Valoarea măsurată X se determină întotdeauna cu o eroare ΔX. Astfel, rezultatul măsurării va fi

(1.1)

Eroarea măsurării poate fi exprimată ca eroare absolută ΔX sau ca eroare relativă ΔX/X. Eroarea relativă (uzual exprimată în %) este în esență raportul dintre eroarea absolută și mărimea de referință XR. Valoarea măsurată X poate fi folosită ca valoare de referință – și poate denumită în acest caz eroare de măsurare, dar ca valoare de referință este mai bine să fie folosit domeniul de măsurare al dispozitivului Xmax – Xmin, caz în care constituie eroarea metodei de măsurare. Este important de știut că adevarata valoare nu poate fi determinată deoarece întotdeauna va exista o anumită eroare de măsurare (chiar dacă această eroare este infinit de mică, ea există). Dacă eroarea este infint de mică atunci se atinge o limită, conform teoriei incerytitudinii al lui Heisenberg.

Succesiunea logică a operațiilor efectuate în procesul de măsurare poartă numele de medodă de măsurare. Pentru a duce la bun sfârșit o operație se măsurare, este necesar să se stabilească o procedură de măsurare, care constă într-o descriere detaliată a măsurării în concordanță cu principiile de măsurare și să se indice metoda măsurării. Procedura de măsurare este utilizată la definirea unității de măsură, pentru obținerea valorii mărimii care este măsurată și pentru stabilirea incertitudinii măsurării (ISO VIM, 2004).

Ca rezultat al operației de măsurare se va obține o informație asupra dimensiunii mărimii de măsurat, uzual sub forma unei valori numerice. Pentru aceasta se utilizează o scară de masură, care este un set de valori ordonate a valorilor pe care poată se le ia mărimea de măsurat (măsurandul).

Scara de măsură se structurează utilizând valorile standard ale mărimii respective, utilizând o unitate de măsură drept interval unitar al scării. Astfel, valoarea determinată a mărimii poate fi exprimată printr-un număr și o referință, care este unitatea de măsură. De exemplu, deoarece unitate de intensitate a curentului este amperul (A), rezultatul măsurării intensității curentului este X∙A. Când se spune că intensitatea curentului este de 10 A, aceasta înseamnă că intensitatea măsurată este de zece ori mai mare decât unitatea de intensitate a curentului care este de 1 A.

Sistemul Internațional de unități a fost adoptat de Conferința Generală Pentru Măsuri și Greutăți (CGPM) și descrise în Standardele ISO 100 – Unități SI și recomandări pentru utilizarea multiplilor lor și ISO 31 – Mărimi și unități.

Tab.1.1.Mărimile de bază și unitățile de bază în SI

Informațiile cu privire la valoarea măsurată sunt deseori transmise prin semnalul electric de măsurare. Se pot utiliza mai mulți parametri ai semnalului electric (amplitudine, frecvență, fază, etc.) ca măsură a mărimii investigate. Utilizarea semnalelor electrice pentru transportul informației este foarte convenabilă deoarece cunoștințele despre prelucrarea semnalelor electrice sunt foarte dezvoltate. Semnalele electrice se pot împărți în două categorii: analogice și digitale. Semnalele electrice analogice constau într-o infinitate de secvențe ale valorilor care variază în timp, pe când semnalele electrice digitale constau într-o secvența finită de valori corespunzătoare unor intervale agale cu o cuantă (uzual reprezentând un bit de informație).

Deoarece semnalele analogice și digitale se prelucrează prin mijloace și metode diferite, prelucrarea digitală și prelucrarea analogică se analizează separat separat. Similar, adeasea și tehnicile de măsurare analogică și respectiv tehnicile de măsurare digitală se analizează separat. Această împărțire pe categorii a tehnicilor de măsurare se pare că este în prezent ușor depășită, deoarece astăzi este dificil să se găsească sispozitive de măsurare care să nu aplice avantajele tehnologiei digitale [3].

Rezoluția indică valoarea cea mai mică a mărimii de măsurat care este posibil a fi detectată. De exemplu, dacă se poate detecta devierea indicatorului cu 50 (reprezentate pe o scală gradată), după îmbunătățirea rezoluției de două ori se pot detecta modificări de două ori mai mici ale intensității curentului măsurat pentru aceeași deviație a indicatorului.

Domeniul de măsurare constă în valoarea maximă a unei anumite mărimi care poate fi măsurata cu un anumit dispozitiv.

În această lucrare de licență a fost prezentată, proiectată și verificată o trusă trifazate pentru măsurarea curenților, a tensiunilor de fază și de linie și a puterilor activă reactivă și aparentă. Trusa a fost concepută să măsoare sarcini de până la 40 A, alimentate de la surse de tensiune alternative mai mici de 500V.

Lucrarea este structurată în cinci capitole

Capitolul 1 prezintă aspecte generale legate de măsurarea mărimilor electrice de bază (curenți, tensiuni, puteri).

În Cap. 2 sunt prezentate etapele de proiectare și realizare ale trusei. Atât schema electrică, cât și dimensionarea acesteia sunt concepute în programul Microsoft Visio 2013.

În Cap. 3 instalația de măsură proiectă este testată pe diferite sarcini simetrice. Mărimile furnizate de trusă sunt comparate cu cele obținute cu ajutorul analizorului de rețea Chauvin Arnoux. Acesta este considerat aparat etalon, iar pentru a avea o analiză mai bună a diferențelor dintre mărimile furnizate de cele doua analizoare, s-au calculat erorile absolute și relative de măsurare. Pe baza acestor tabelelor s-au determinat graficele dependențelor erorii relative la măsurarea parametrilor puterii electrice.

Cap. 5 prezintă utilizarea trusei construite,…………………….

Capitolul 1. MĂSURĂRI ELECTRICE. NOȚIUNI DE BAZĂ

Masurarea I, U, P – in curent continuu, in curent alternativ, Q si S – in curent alternativ

Măsurarea intensității curentului se face cu aparate indicatoare numite ampermetre, intercalate în serie cu receptorul. La intercalarea aparatului în circuit, rezistența totală se mărește cu ra – rezistența interioară a aparatului.

Fig. 1.1 Aparate de măsură a intensității curentului – Ampermetre.

În schemele electrice, simbolul ampermetrului este:

Indicația ampermetrului depinde de intensitatea curentului electric, ca atare se impune ca aparatul de măsurat să fie montat în serie cu circuitul respectiv.

Indiferent de natura curentului care trece prin circuit (continuu sau alternativ), schema echivalentă de măsurare a intensității curentului electric va ține seama de tensiunea U (E) și rezistența consumatorului R

I=U/R

În curent alternativ, pentru măsurarea curenților de intensități mari sau pentru măsurarea curenților din circuitele de înaltă tensiune se folosesc transformatoarele de intensitate.

Măsurarea intensității curentului electric

Fig. 1.2 Scheme electrice de măsurare a intensității curentului electric.

Nu se conectează ampermetrul direct la baterie, fără consumator (bec sau rezistor) deoarece acesta se va distruge.

Se conectează borna + a bateriei la borna pozitivă (roșie, de obicei) a ampermetrulului.

Intensitatea curentului electric se poate măsoara și cu multimetrul montat în serie cu consumatorul

Se reglează selectorul multimetrului pe un calibru (de ampermetru!) notat cu A

Conectarea ampermetrului în circuitul de măsurare nu trebuie să influențeze valoarea mărimii de măsurat și implicit regimul de lucru al circuitului. Practic, oricât de precise ar fi aparatele de măsurat folosite, acestea vor introduce erori de măsurare. Între valoarea mărimii indicate de aparatele de măsurat și cea reală, care exista înainte de conectarea acestora în circuitul de măsurare, este o diferență determinată de rezistența aparatului de măsurat (RA – rezistența ampermetrului nu este zero).

Aceasta eroare introdusă este cu atât mai mare cu cât consumul aparatelor de măsurat este mai mare. Din acest motiv se impune o corecție care depinde de rezistența internă a aparatului. Aceasta trebuie să fie mult mai mică decât rezistența consumatorului, pentru a nu influența măsurarea.

Înainte de montarea ampermetrului în circuit intensitatea curentului electric care trece prin consumator, este:

I=U/R

După montarea ampermetrului în circuit, intensitatea curentului electric, care trece prin consumator, este:

I=U/R+RA

Curentul măsurat de ampermetrul A (IA) se dorește a fi egal cu intensitatea curentului ce trece prin consumator (I). Pentru aceasta trebuie ca rezistența totală (R + RA) să fie apropiată de valoarea R. Condiția poate fi îndeplinită numai dacă rezistența ampermetrului RA este mult mai mică decât rezistența consumatorului R.

În concluzie, cu cât rezistența ampermetrului este mai mică față de rezistența consumatorului, cu atât erorile datorate acestei rezistențe sunt mai mici și de aici rezultă o calitate a măsurării mai bună.

În situația în care montarea ampermetrului în circuit se face greșit, în derivație față de conectarea în serie, în circuitul de măsurare, ampermetrul se va deteriora (rezistența ampermetrului fiind foarte mică, curentul care va trece prin aceasta va fi foarte mare). Pentru a preveni distrugerea (“arderea”) aparatelor electrice, acestea sunt prevăzute cu siguranțe fuzibile, care se topesc dacă intensitatea e prea mare, întrerupând curentul și protejând piesele mai valoroase ale aparatului.

Măsurarea tensiunii electrice

Pentru măsurarea unei tensiuni sau a unei căderi de tensiune, se utilizează un voltmetru ce se leagă în paralel față de receptorul căruia i se măsoară tensiunea. Pentru măsurarea tensiunilor alternative mari, se folosesc transformatoare de tensiune.

Prin definiție, tensiunea electrică dintre două puncte ale unui câmp electric este mărimea fizică scalară egală cu raportul dintre lucrul mecanic efectuat de câmp pentru a deplasa o sarcină de probă între cele două puncte și valoarea sarcinii de probă.

Masurarea tensiunii electrice se efectueaza cu ajutorul aparatelor de tip:

multimetre fig.1.3,

voltmetre fig.1.4.,

testere fig. 1.5

Fig. 1.3. Multimetru Fig.1.4. Voltmetru Fig. 1.5. Tester

Aceste echipamente sunt aparate destinate măsurării tensiuni continue, alternative și in impulsuri, în gamă largă de frecvențe. Trebuie de menționat că în prezent nu se mai produc ca aparate individuale, ci doar în variante de multimetre, destinate masurarii mai multor marimi (tensiuni, curenti, rezistente, inductante, capacitati). Evoluția lor s-a bazat pe creșterea performanțelor electronicii necesitȃnd precizii în domeniile de frecvențe si vitezei de lucru.

O clasificare sumară a acestor aparate este:

dupa modul prelucrarii tensiunii masurate:

analogice

numerice.

dupa natura tensiunii masurate:

de c.c.

de c.a.

În figura 1.6 este prezentată schema de bază de măsurare a tensiunilor cu un dispozitiv magnetoelectric.

Fig.1.6. Schema de baza de masurare a tensiunilor

în care:

– Ra -este rezistenta aditionala;

– Rbm -este rezistenta proprie a bobinei mobile;

– I – dispozitivul magnetoelectric.

Unitatea de măsură a tensiunii electrice denumită astfel în cinstea lui Alessandro Volta (1745 – 1827) este voltul.

Scopul măsurării este obținerea de informații cantitative asupra anumitor proprietăți ale unui obiect sau sistem.

Măsurarea tensiunii și curentului continuu

Tensiunea continuă și curentul continuu sunt două mărimi a caror măsurare este necesară atȃt în sisteme de transmitere a energiei electrice cȃt și în cele de transmitere a informației pe suport electric.

Generatoare de tensiune de referinta – in cazurile simple in care generatorul de tensiune de referinta trebuie sa debiteze un curent neglijabil se pot folosi elemente normale sau circuite cu diode Zener, care furnizeaza o tensiune de referinta fixa. In cazurile in care este necesar ca generatorul de tensiune de referinta sa debiteze un curent apreciabil fara sa-si modifice tensiunea de iesire se recurge la stabilitoare de tensiune calibrate speciale.

Metoda compensarii complete – consta in masurarea tensiunii continue printr-un procedeu de zero, echilibrand tensiunea de masurat Ux cu o tensiune cunoscuta Ue egala cu Ux ,obtinuta prin trecerea fie a unui curent constant printr-un resistor variabil, fie a unui curent variabil printr-un resistor constant.

Metoda compensarii incomplete. Voltmetre diferentiale – metoda compensarii incomplete pentru masurarea tensiunii continue este o metoda diferentiala, constand in masurarea cu un voltmetru indicator a diferentei dintre tensiunea necunoscuta si o tensiune de compensare reglabila, cunoscuta rezulta ca tensiunea de masurat este egala cu tensiunea de compensare + tensiunea masurata cu voltmetrul indicator.

Masurarea curentului continuu – masurarea directa a curentului continuu se face cu ajutorul ampermetrelor magnetoelectrice si electrodinamice. Masurarea indirecta se face fie cu ajutorul sunturilor fie prin intermediul convertoarelor magnetice de c.c.

Măsurarea tensiunii si curentului alternativ:

Tensiunea și curentul alternativ se măsoară cu precizie mare la frecvențe între 10 Hz și 10 kHz.

Din punct de vedere al comportării globale, un semnal alternativ în regim staționar poate fi caracterizat prin:

valoare efectivă a unei tensiuni alternative este egala cu valoarea unei tensiuni continue care ar dezvolta o putere medie egala in aceeasi rezistenta,

valoare medie a unei tensiuni alternative este valoarea medie in timp a modulului tensiunii.

valoare de vȃrf a unei tensiuni alternative este valoarea instantanee de modul maxim a tensiunii..

Măsurarea tensiunii și curentului alternativ prin:

comparare este cea mai precisă măsurare a tensiunii alternative și a curentului alternativ și se poate face prin comparație cu mărimea continuă corespunzatoare observȃnd egalitatea efectelor termice, electrodinamice sau altele asupra unui element sensibil la aceste efecte. Această metodă se numește comparare c.a.-c.c. iar elementul sensibil se numește element de transfer c.a-c.c. Aparatul de măsură bazat pe aceasta metodă este un comparator c.a-c.c.

conversiune c.a.-c.c. se realizează cu ajutorul unui convertor c.a.-c.c. care furnizeaza la iesire o tensiune continua egala sau proportionala cu valoarea efectiva, valoarea medie sau valoarea de varf a tensiunii alternative de intrare.

metode de raport aplicate la masurarile in c.a. datorita dispozitivelor inductive de raport (DIR) pot atinge precizii mai bune decat ale masurarilor similare in c.c.. Transformatorul este unul din dispozitivele inductive fundamentale; el poate fi folosit ca transformator de tensiune sau ca transformator de curent. Divizorul inductiv este un alt dispozitiv fundamental utilizabil pentru a genera sau a compara doua tensiuni sau doi curenti intr-un raport dat.

Măsurarea puterilor în curent continuu

În curent continuu, puterea este dată de produsul dintre tensiunea la bornele receptorului și intensitatea curentului ce străbate receptorul. Se poate face deci o măsurare cu ajutorul ampermetrului și voltmetrului.

Măsurarea puterilor în curent alternativ monofazat.

În c.a. avem următoarele tipuri de puteri:

putere activă P = UIcosϕ unitatea de măsură {W}

putere reactivă Q = UIsinϕ unitatea de măsură {VAR}

putere aparentă S = UI unitatea de măsură {VA}.

Măsurarea puterii active în curent alternativ trifazat

Puterea activă în curent alternativ trifazat se poate măsura:

cu un wattmetru monofazat,

cu două wattmetre monofazate,

cu trei wattmetre monofazate,

cu un wattmetru trifazat

Măsurarea puterii reactive în curent alternativ trifazat

Puterea reactivă se poate măsura:

cu un varmetru monofazat,

cu trei varmetre monofazate,

cu un wattmetru monofazat,

cu doua wattmetre monofazate,

cu un varmetru trifazat

Aparate de măsură monofazte și trifazate

Aparatele de măsurat au marcate pe cadranele lor simbolurile și indicațiile corespunzătoare atât felului lor de construcție, cât și felului curentului în care se întrebuințează, modului de așezare pe masa de lucru, clasei de precizie din care fac parte,etc.

După modul de întrebuințare aparatele electrice de măsură se împart în:

aparate fixe, care sunt montate rigid pe locul de funcționare, de exemplu pe tablourile electrice

aparate mobile, care pot fi transportate dintr-un loc în altul după necesități.

Cele mai utilizate aparate analogice de măsură sunt:

aparatele magnetoelectrice;

aparate electromagnetice;

aparate electrodinamice;

aparate de inducție;

aparate termice;

aparate termoelectrice, etc.

Analizorul de rețea trifazată NA 96

Analizorul de rețea permite măsurarea și calcularea parametrilor rețelei electrice trifazate echilibrate și neechilibrate și/sau parametri rețelei monofazate. Prin monitorizarea parametrilor rețelei, utilizatorul poate cunoaște încărcarea rețelei, distribuția consumului pe faze, factorul de calitate, puterile maxime, precum și alți parametri care-i permit luarea unor decizii în sensul optimizării consumului de energie funcție de puterile aprobate și în consecință o reducere a costurilor pentru energia electrică.

Componenta principală a trusei de măsură este analziorul de rețea NA 96. Acesta măsoară în patru cadrane: -Tensiuni: de fază și de linie, minime pe faze, maxime pe faze, conținut de armonici superioare pe faze; -Curenți de fază și de nul, medii pe faze, maximi pe faze, homopolar, conținut de armonici superioare pe faze; -Puteri active, reactive și aparente trifazate și monofazate; -Factor de putere trifazat și de faze; -Frecvență, iar în două cadrane măsoară energia activă pozitivă tri. și monofazată, energia activă negativă trifazată, energia reactivă pozitivă tri. și monofazată și energia reactivă negativă trifazată.

Fig. 1.7. Analizor SCHRACK NA 96

În figura 1.7 este prezentat analizorul de rețea SCHRACK ale cărui caracteristici tehnice sut trecute în tabelul 1.1.

Tab.1.1. Caracteristici tehnice Analizor SCHRACK

Tensiuni de alimentare:

-80 ….. 265 V AC / 4VA (fără module de extensie)

-110 …. 300 V DC / 3,5W (fără module de extensie)

•Parametrii programabili

-rețea mono sau trifazată

-In=5-1 A

-Un=80…500 V trifazat, 50…290 V monofazat

-Frecvență nominală: 50Hz

•Dimensiuni ecran 96×96 mm

Utilizabil in domeniu industrial pentru masurarea marimilor electrice din retele mono- si trifazate. Functiile aparatului de baza po fi extinse cu urmatoarele module suplimentare:

• Modul cu 2 iesiri in impuls (masurare energie)

• Modul cu 2 iesiri numerice (contact releu)

• Modul cu 2 iesiri analogice

• Modul comunicatie RS 485

• Modul comunicatie RS 232

• Modul comunicatie PROFIBUS

Aparatul de baza NA96:Masurarea in 4 cadrane:

Tensiuni-: de faza si de linie, minime pe faze, maxime pe faze, continut de armonici superioare pe faze

Curenti-: de faza si nul, medii pe faze, maximi pe faze, homopolar, continut de armonici superioare pe faze

Puteri active, reactive si aparente trifazate si monfozate

Factor de putere trifazat si pe faze

Frecventa

Ore de functionare

Masurare in 2 cadrane:

Energie activa pozitiva tri- si monofazata;

Energie activa negativa trifazata

Energie reactiva pozitiva tri- si monofazata;

Energie reactiva negativa trifazata

Pentru instalațiile electrice de joasă tensiune analizorul de rețea trifazat este dotat cu un set de 4 traductoare flexibile tip cordon, speciale pentru bare și cabluri de curent, având un domeniu larg de măsură – 5mA…6500A. Intervalul de valori în care lucrează pentru tensiunile de fază măsurate este 0…1000V RMS.

Fig. 1.9. Traductoare flexibile și tip clește.

Afișarea rezultatelor se face pe un ecran LCD color de mare rezoluție, iar datele înregistrate și salvate în memorie pot fi descărcate, interpretate și exportate pe un calculator în format EXCEL sub Windows utilizând software-urile de analiză date QualistarView și Qualistar DataView.

Conectarea aparatelor de măsură

Conectarea la rețeaua trifazată / monofazată se poate face direct sau prin intermediul transformatoarelor de tensiune și de curent.

Montarea aparatului de măsură poate fi considerată corectă dacă racordurile au fost realizate conform schemelor de conexiuni date pentru fiecare tip de încercare/verificare/măsurare (după caz).

Verificarea realizării corectitudinii conexiunilor se realizeaza prin urmărirea tuturor legăturilor funcționale.

Pentru protejarea aparatelor de măsură este indicat ca acestea să fie conectate cu grijă dacă nu poate fi oprită alimentarea cu tensiune a circuitului măsurat.

Exploatarea rețelelor electrice de curent continuu și curent alternativ

Printr-o instalație trifazată de măsură înțelegem un ansamblu ce cuprinde o serie de echipamente conectate la rețeaua de alimentare monofazată și/sau trifazată. Printre aceste echipamente menționăm:

transformatoare de măsură, racordate la un circuit electric trifazat,

aparate de măsură și control conectate la înfășurările secundare ale acestora

sisteme auxiliare care livrează energia necesară menținerii în funcțiune a instalației.

Perturbații de tensiune

Un gol de tensiune este o reducere a valorii efective a tensiunii sau completa dispariție a acesteia pe timp scurt. El se caracterizează prin durată și tensiunea remanentă, exprimată de regulă ca procente din valoarea efectivă a tensiunii nominale, a tensiunii remanente în punctul cel mai jos atins în timpul golului. În timpul unui gol de tensiune sarcina nu primește întreaga energie necesară funcționării, ceea ce evident poate avea consecințe grave în funcție de tipul de sarcină implicată.

Căderile (scăderile) de tensiune sunt reduceri de tensiune de o durată mai mare și sunt în majoritatea cazurilor datorate unei reduceri voite a tensiunii de către furnizor pentru a reduce puterea în momentele de sarcină maximă sau în condițiile unei alimentări slab dimensionate în raport cu sarcina.

Sistemele de acționare cu motoare electrice incluzând variatoare de viteză, au o susceptibilitate particulară la golurile de tensiune deoarece funcționarea lor necesită energie care în aceste condiții nu mai este disponibilă, în afara celei provenind din inerția motoarelor. Într-un proces în care sunt implicate mai multe motoare este posibil ca sistemele individuale de control al motoarelor să le deconecteze la detectarea căderilor de tensiune sau la diferite valori ale decelerației, ceea ce are ca rezultat pierderea completă a controlului asupra sistemului. Echipamentele de tratare a informațiilor și comandă-control sunt de asemenea foarte sensibile la golurile de tensiune care pot conduce la pierderea datelor și la o durată de indisponibilitate prelungită.

Există două cauze principale pentru apariția golurilor de tensiune: conectarea unei sarcini foarte mari locale sau la un alt consumator racordat pe același circuit precum și defecte pe alte ramuri ale rețelei.

Generator

Fig. 1.11. Cauze ale golurilor de tensiune.

Calitatea energiei

Prin Calitatea energiei electrice înțelegem totalitatea caracteristicilor energiei electrice referitoare la mărimile de bază ale rețelei și anume la frecvența tensiunii, amplitudinea și variația tensiunii, goluri de tensiune, nesimetria tensiunii pe cele trei faze, flicker, armonici și interarmonici, supratensiuni temporare și tranzitorii.

Dacă rețeaua electrică funcționează la tensiune joasă, bobinele de tensiune ale aparatelor de măsură prezentate în figurile de mai sus, se racordează direct la fazele circuitului primar al rețelei. De asemenea și bobinele de curent pot fi înseriate direct în circuit dacă încărcarea lui nu depășește curentul nominal al aparatelor de măsurat în cauză. În situația când curentul instalației urmărite poate crește peste valoarea nominală a aparatelor de măsură, bobinele de curent ale acestora din urmă, se conectează prin intermediul unor transformatoare de curent.

În cazul rețelelor de curent alternativ mărimile caracteristice de bază (curent, tensiune) ale energiei electrice pot fi transformate. Datorită acestei posibilități, bazată pe fenomenul de inducție electromagnetică, chiar dacă circuitul funcționează la medie sau înaltă tensiune, toate mărimile electrice caracteristice se pot măsura cu ajutorul aparatelor de măsură dar prin conectarea lor indirect. În acest caz tensiunea și curentul circuitului primar (de medie sau înaltă tensiune) se transformă la valorile nominale ale aparatelor de măsură cu ajutorul transformatoarelor de măsură. Transformarea valorii tensiunilor se realizează cu ajutorul transformatoarelor de tensiune iar a curenților cu ajutorul transformatoarelor de curent.

Înfășurările primare ale transformatoarelor de măsură se racordează la fazele rețelei electrice urmărite , iar aparatele de măsură se conectează la infășurările secundare ala acestor transformatoare prin intermediul circuitelor secundare. Desigur, pentru aflarea valorii mărimilor din circuitul primar, indicațiile aparatelor de măsură conectate indirect se multiplică cu raportul de transformare în cauză.

Ansamblul ce cuprinde transformatoare de măsură, racordate la un circuit electric trifazat, aparate de măsură și control conectate la înfășurările secundare ale acestora, constituie instalația trifazată de măsură. [1]

Conform Ordin nr. 145 din 10/12/2014, sistemele de măsurare inteligentă a energiei electrice sunt sisteme electronice care măsoară consumul de energie electrică, asigură transmiterea bidirecțională securizată a informațiilor la clientul final, furnizează mai multe informații decât un contor convențional, folosind forme de comunicare electronică. Sistemele de măsurare inteligentă cuprind:

subsistemele de măsurare care conțin cel puțin contorul, transformatoarele de măsură și echipamentele de securizare a accesului la contor;

subsistemele de transmitere a informațiilor;

subsistemele de gestiune a informațiilor din contoare.

Testarea și verificarea truselor de măsură trifazate

Verificarea metrologica a mijloacelor de masurare este impusa de necesitatea determinarii calitatii acestora, în raport cu masurandul (marimea de masurat) si cu mediul ambiant. În general, prin verificarea metrologica a unui mijloc electric de masurare, se urmareste determinarea caracteristicilor metrologice ale acestuia: ¨ intervalul de masurare; ¨ capacitatea de suprasarcina; ¨ rezolutia; ¨ sensibilitatea; ¨ exactitatea; ¨ puterea consumata; ¨ timpul de raspuns; ¨ stabilitatea în timp; Verificarea metrologica vizeaza calitatea mijlocului de masurare, ca indice al totalitatii caracteristicilor metrologice, conform standardelor. Exactitatea este o caracteristica metrologica deosebit de importanta pentru un mijloc de masurare. Clasa de exactitate, simbolizata prin indicele c, permite estimarea erorii limita de masurare. Eroarea limita de masurare, DXl, reprezinta valoarea maxima posibila pentru eroarea mijlocului de masurare, garantându-se ca, pentru întreg intervalul de masurare, erorile sunt mai mici sau cel mult egale cu DXl. Eroarea limita de masurare se determina ca: DXl = DXi + DXv (2.1) unde: Xi este eroarea intrinseca a mijlocului de masurare, determinata în conditii de referinta, stabilite prin norme; Xv este eroarea suplimentara a mijlocului de masurare, considerata ca un cumul al erorilor datorate variatiei fiecarei marimi de influenta, în afara intervalului de referinta, stabilit prin norme metrologice, dar în intervalul de utilizare al mijlocului de masurare. Valorile standardizate ale indicelui de clasa sunt: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5. Clasa de exactitate se poate stabili: 1) sub forma de tabel (de exemplu, în cazul unui transformator de masurare de curent); 2) în functie de o valoare conventionala (de obicei, valoarea maxima a intervalului de masurare); 3) în functie de lungimea scarii gradate (în cazul ohmmetrelor).

Capitolul 2. Realizarea schemei electrice si principiul de functionare al trusei trifazate de măsurare

Principiul de functionare al trusei de masura trifazate

Trusa a fost concepută să măsoare curenți de până la 40 A, sarcini alimentate de la surse de tensiune alternative mai mici de 500V.

Măsurarea puterilor activă, reactivă și aparentă este realizată prin conectarea în circuit a analizorului de rețea. Acesta constituie elementul principal al schemei și asigură măsurarea tensiunilor de fază și de linie prin cuplarea sa în rețea prin intermediul pinilor 2, 5, 8, 11. În cazul în care nulul nu este conectat, analizorul nu mai măsoară direct tensiunile de fază, valoarea acestora fiind calculată automat în funcție de valoarea tensiunilor de linie.

Cu ajutorul traductoarelor de curent de 100/5 A, curentul circuitului primar este transformat la valoarea nominală de 5 A a analizorului de rețea. Înfășurările primare ale acestora se racordează la fazele rețelei electrice, iar prin intermediul perechilor de pini 1-3, 4-6, 7-9 analizorul este conectat la înfășurările secundare. Deoarece este un aparat de măsură cu afișaj electronic, este necesară alimentarea sa de la rețeaua de tensiune de 230 de V. Aceasta este asigurată prin intermediul unei interfețe cu calculatorul, care este prevazută cu o siguranță de 0,5 A.

Pentru protecția instalației la scurtcircuit și suprasarcină, în serie cu traductoarele de curent s-a conectat un întreruptor pentru protecția motoarelor având curentul nominal reglabil de până la IN = 40 A.

În multe aplicații experimentale este utilă folosirea aparatelor analogice pentru vizualizarea tendințelor de variație a mărimilor electrice. Din acest motiv, pe lângă analizorul de rețea, s-a dorit echiparea trusei și cu aparate analogice, cu ac indicator. Domeniul maxim de măsură al celor trei ampermetre, de 10 A, a fost corelat cu puterea medie a echipamentelor din Laboratorul de Mașini Electrice. Totuși prin tema de proiectare curentul maxim care poate fi măsurat cu trusa este de 40 A. Astfel, dacă curentul măsurat depașeste 10 A, ampermetrele analogice se scurtcircuitează cu întreruptorul principal, și sunt scoase din circuit prin deschiderea disjunctorului MP10/3. Voltmetrul analogic împreună cu cheia votmetrică asociată este folosit pentru a măsura tensiunile de linie și tensiunile de fază.

În vederea racordării corecte a ansamblului de aparate din componența trusei de măsură, s-au respectat schemele de montaj date de producători. Conexiunile s-au realizat folosind conductoare cu izolație din PVC, de diferite secțiuni, alese în funcție de specificațiile tehnice ale aparatelor de măsură și control.

Fig. 3.1. Schema electrică a trusei trifazate de măsură

Pentru realizarea trusei trifazate de măsură, s-a urmărit schema electrică prezentată în capitolul anterior. Elementele componente s-au ales pornind de la datele de proiectare: tensiunea de linie nominala UL1L2 = 400 V, curentul nominal In = 40 A.

Pentru dispunerea elementelor componente ale trusei trifazate de măsurare, s-a ales o cutie metalică din tablă de oțel având dimensiunile lxLxA=400x300x210. Principalele aparate din componeța instalației de măsură proiectate provin de la SCHRACK. Lista acestor componente, specificațiile tehnice, precum si prețul de achiziție, sunt detaliate in Tabelul 3.1.

Tabel 2.1 Lista elementelor componente provenite de la SCHRACK

Capitolul 3. REALIZAREA PRACTICA A TRUSEI DE MĂSURA TRIFAZATA

Pasii realizarii practice a trusei de masura

Alegerea componentelor conform datelor de proiectare: UL1L2 = 400 V, curentul nominal In = 40 A.

Stabilirea numarului de bucati si achizitionarea componentelor si a accesoriilor

Stabilirea modului de asezare al apartelor, desene realizate in Visio 2013 cu planurile de taiere pentru fixarea aparatelor

Printarea desenului cu traseele de decupaj, realizat in Visio 2013, si lipirea acestuia pe capacul cutiei/ trusei

Realizarea decupajelor pentru amplasarea aparatelor

Montarea mecanica a aparatelor

Realizarea legaturilor intre aparate cu cabluri de diferite sectiuni si culori tinand cont de succesiunea fazelor si a curentilor ce trec prin ele.

Vederi ale trusei de masura cu amplasarea componentelor

După achiziționarea tururor elementelor componente, înainte de realizarea fizică a trusei, pentru a stabili modul de așezare al aparatelor, s-au proiectat în Visio 2010, desenele tehnice cu poziționarea aparatelor si desenul cu planurile de taiere pentru fixarea aparatelor. Asfel pornind de la proiectarea vederii frontale a cutiei, ilustrată in Fig. 3.1, s-au determinat dimensiunile decupajelor necesare amplasării componentelor. Acestea sunt prezentate cu ajutorul Fig. 3.2. Figurile 3.4 și 3.5 conțin vederile transversale, iar in Fig. 3.6 se poate observa vederea din dreapta cu poziționarea mufei de alimentare a analizorului de rețea SCHRACK.

Fig. 3.1 Vedere frontală cu aparate de măsură

Fig. 3.2. Vedere transversală in planul AA’

Fig. 3.3. Vedere transversală in planul BB

Fig. 3.4. Vedere laterală din dreapta

După ce cutia a fost decupată, conform dimensiunilor, utilizănd lista de accesorii prezentată în Tabelul 3.2, s-a trecut la asamblarea componentelor.

În imaginile de mai jos se poate vizualiza amplasarea finală a componentelor trusei de măsura proiectate.

Fig. 3.5. amplasarea finală a componentelor trusei de măsura proiectate

Fig. 3.6 Imagine exterioara si interioara a trusei

Fig. 3.7 Imagine exterioara a trusei

Aparatele din componeța instalației de măsură

Pentru realizarea trusei trifazate de măsură, s-a urmărit schema electrică prezentată în capitolul anterior. Elementele componente s-au ales pornind de la datele de proiectare: tensiunea de linie nominala UL1L2 = 400 V, curentul nominal In = 40 A.

Pentru dispunerea elementelor componente ale trusei trifazate de măsurare, s-a ales o cutie metalică din tablă de oțel având dimensiunile lxLxA=400x300x155. Principalele aparate din componeța instalației de măsură proiectate provin de la SCHRACK. Lista acestor componente, specificațiile tehnice, precum si prețul de achiziție,

Tabel 3.1. Accesorii

Capitolul 4. Testarea trusei de masura pe sarcini nesimetrice

Circuitele electrice de curent alternativ funcționează în mod normal, în cazul utilizărilor curente ale energiei electrice, în regim sinusoidal. Cu toate acestea, circuitele electrice se pot găsi și în regimuri în care tensiunile și curenții sunt funcții periodice nesinusoidale de timp.

Un astfel de regim se numește regim nesinusoidal sau regim deformant. În rețelele de de joasă tensiune se dorește ca mărimile ce acționează să fie sinusoidale, dar din diverse cauze variația lor în timp se abate mai mult sau mai puțin de la forma sinusoidală. Regimul sinusoidal poate fi considerat ca un caz particular (caz ideal) de funcționare.

Cauzele care produc regim deformant sunt abaterea de la forma sinusoidală a tensiunilor electromotoare ale surselor din circuit și prezența elementelor neliniare de circuit. Efectele regimului deformant sunt în general dăunatoare (nedorite).

Între acestea, amintim: a) apariția de erori suplimentare la aparatele de măsura b) reducerea randamentului mașinilor electrice precum și a factorului de putere c) producerea de supratensiuni datorate rezonanței circuitelor la armonici superioare, ce pot duce la străpungerea izolației conductoarelor d) creșterea pierderilor de energie în liniile de transport e) perturbarea sistemelor de telecomunicații [8].

În esență poate fi vorba de o problemă de programare aparuta la modelarea trusei in Matlab – Simulink sau de o situație care poate interveni în practică, aceea în care mărimile ce intervin în circuit sunt periodice nesinusoidale (regim deformant). Acest regim este studiat/ tratat in lucrarea de față, considerând un model simplificat (circuit trifazat – redresor trifazat necomandat in punte cu sarcina rezistiv-inductiva

Calculul regimurilor circuitelor trifazate local dezechilibrate

Într-un circuit trifazat dezechilibrat, un sistem simetric de curenți produce un sistem nesimetric de căderi de tensiune. Ca urmare sistemele trifazate simetrice de diferite succesiuni, respectiv componentele simetrice care le corespund, nu sunt independente.

Relațiile între componentele simetrice sunt mult mai complicate decât în cazul elementelor echilibrate.

Regimurile nesimetrice ale circuitelor trifazate cu câteva elemente dezechilibrate se calculează, deobicei, echilibrând întâi circuitul. În acest scop, folosind teorema compensației, elementele care produc dezechilibrul se înlocuiesc prin surse de tensiuni corespunzătoare căderilor de tensiune date de elementele introduse sau suprimate pentru a echilibra circuitul.

Tensiunile acestor surse apar ca necunoscute auxiliare, ale căror valori se determină astfel încât să fie satisfăcute ecuațiile de funcționare scrise separat, atât pentru partea de circuit echilibrat, cât și pentru partea de circuit dezechilibrat.

Calculul regimurilor de avarie nesimetrice ale unor rețele trifazate echilibrate

În rețelele trifazate echilibrate pot apare regimuri de avarie nesimetrice de felul: scurtcircuit între o fază și pământ (nul), între două faze, cu sau fără punere la pământ, întreruperea unei faze sau a două faze (a unui conductor de linie sau a două conductoare de linie). Calculul acestor regimuri de funcționare nesimetrice prezintă importanță deosebită pentru dimensionarea protecției rețelelor electrice trifazate.

Nesimetria corespunzătoare defectelor (avariilor) enumerate mai sus este echivalentă cu prezența unor receptoare dipolare dezechilibrate simple.

Regimul periodic nesinusoidal și caracterizarea sa

Cauzele regimului nesinusoidal

În capitolele precedente s-au studiat regimurile de funcționare ale circuitelor de curent alternativ formate din elemente liniare cu parametri concentrați (R, L, C), sub acțiunea unor tensiuni electromotoare sinusoidale. Însă în practică tensiunile electromotoare și curenții au o variație în timp care se abate mai mult sau mai puțin de la forma sinusoidală. Regimul nesinusoidal se datorește atât generatoarelor – care nu asigură o variație în timp sinusoidală a fluxului magnetic prin bobinele indusului, respectiv a tensiunii electromotoare induse – cât și receptoarelor deformante. Acestea din urmă se pot clasifica în două categorii:

– prima categorie cuprinde elementele neliniare de circuit (bobinele cu miez de fier, redresoarele, liniile cu descărcări prin efect corona ș.a.), care chiar dacă sunt alimentate cu mărimi sinusoidale determină mărimi asociate nesinusoidale,

– a doua categorie cuprinde elementele liniare reactive – bobine și condensatoare liniare – care nu deformează curenții sinusoidali, însă în regim nesinusoidal produc căderi de tensiune de altă formă decât cea a curenților periodici nesinusoidali.

Există mai multe metode de studiu al regimului nesinusoidal al circuitelor electrice liniare. Dintre acestea cea mai des utilizată este metoda bazată pe descompunerea spectrală – în serii Fourier trigonometrice – a curenților și tensiunilor circuitului.

Bibliografie

[1].A. K. Sawhney, “Electrical and Electronic Measurements and Instrumentation”, Dhanpat Rai & Sons Educational and Technical Publishers, Nai Sarak, 1985.

[2]. A. S. Morris, R. Langri, “Measurements and Instrumentation. Theory and application”, Elsevier Inc, 2012.

[3]. S. tumanski, “Principles of Electrical Measurement”, Taylor & Francis Group, 2006.