CC BY
30
УДК 621.331.3
Д. О. БОСИЙ, О. М. СИНЬОГГНА (ДНУЗТ)
Кафедра Електропостачання залiзниць, Днiпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi акад. В. Лазаряна, вул. Лазаряна 2, Днтропетровськ, Укра'на, 49010, тел.: (056) 793-19-11, ел. пошта: dake@ii.ua
ОБЛ1К ЕЛЕКТРОЕНЕРГИ СУЧАСНИМИ ЕЛЕКТРОННИМИ Л1ЧИЛЬНИКАМИ В УМОВАХ ГАРМОН1ЙНИХ СПОТВОРЕНЬ
Вступ
Взаeмовiдносини мiж продавцем i покупцем будуються в першу чергу на кшьюснш, якiснiй та вартюнш оцiнцi товару. Електрична енерпя, що постачаеться енергопостачальними оргаш-защями, виступае як товар, що характеризуемся збiгом у часi процешв виробництва, транс-портування i споживання. Разом з тим до електроенерги, як до товару будь-якого виду, засто-совуються категори «кшьюсть» i «яюсть». Таким чином, зростаючi вимоги до точностi облiку кшькосп електрично! енерги при необ-хщнш якостi базуються на економiчнiй основа
У реальних умовах виробництва, перетво-рення, розподiлу i споживання електроенерги виникають спотворення форми синусо!дного струму i напруги. Цi спотворення виникають при генераци електроенерги, И передачi мережею i, головним чином, при споживанш, пов'язаному з випрямленням чи iнвертуванням.
Основними джерелами спотворення струмiв i напруг у системi тягового електропостачання електрифiкованих залiзниць е перетворювальш агрегати тягових пiдстанцiй постшного струму та перетворювальнi пристро! електровозiв однофазного змiнного струму [1]. При цьому, л> ни зовшшнього електропостачання, елементи тягово! мережi, розподiльчi лши поздовжнього електропостачання i автоблокування, володiю-чи певними частотними характеристиками вно-сять сво! корективи у гармоншний склад напруг та струшв.
Все це негативно впливае на роботу прила-дiв облiку електрично! енерги та пiднiмае проблему електромагштно! сумiсностi засобiв об-лiку з факторами, що впливають на точшсть облiку.
В даний час зi змiною виробничо-економiчноl ситуаци в кра!ш, змiною структури ринку електрично! енерги загострюються про-блеми облшу електрично! енергi!, зростають вимоги до систем електропостачання.
Широко застосовуваш нинi лiчильники електрично! енерги розроблюються i проходять повiрку виходячи з припущення, що напруга в
мережi е синусо!дною, i вмют вищих гармонiк в струмi навантаження не перевищуе 10 %. На цьому грунтуються застосовуванi в лiчильниках матерiали та алгоритми облiку електроенерги.
Однак, бшьшють споживачiв е нелшшними, i при включеннi таких електроприймачiв в мережу в споживаному струмi i функцi! живлячо! напруги з'являються значний вмют вищих гар-мошк. I очевидно, що цей факт буде впливати на похибку приладу, призначеного для роботи в колах з практично синусо!дальними сигналами.
Метою дано! роботи е виявлення похибки вимiрювання потужносп в колi з нелiнiйним навантаженням електронними приладами обл> ку електрично! енергi! та визначення критичного значення спотворення синусо!дносп, при якому прилад облшу буде працювати поза межами встановленого класу точность
Iсторiя розвитку лiчильникiв електроенерги
Першою областю масового застосування електрики стало освгглення. Коли цей новий продукт - електроенерпю - почали продавати, виникла необхiднiсть визначити цiну. Однак було неясно, у яких одиницях слiд вести облiк i яю принципи вимiру були б найбшьш зручни-ми.
Першим електролiчильником став лiчильник годин роботи лампи Самюеля Гардинера, запа-тентований у 1872 рощ. Вш вимiрював час, за який електроенерпя подавалася в точку навантаження, при цьому вш лампи, шдключеш до цього лiчильника, контролювалися одним ви-микачем. З появою електрично! лампи Едюона почали практикувати розгалуженi кола осв№ лення i такий лiчильник вийшов iз вжитку.
За ним слiдував винахiд електрол^ичного лiчильника Томаса Едiсона у 1881 р., який ба-зувався на електрохiмiчному ефектi електрич-ного струму. Вш мав електролiтичну комiрку, в яку, на початку розрахункового перюду, вм> щувалась точно зважена пластина мщ. Струм, що проходив через електролiт, викликав оса-дження мщ. У кiнцi розрахункового перiоду,
©Босйй^пГО.7Сйньог1наО7м.,2014
мщну пластинку зважували знову, i рiзниця у вазi вiдображала кiлькiсть електрики, яка пройшла крiзь не!. Цей лiчильник був вiдкалiб-рований таким чином, що рахунки можна було виставляти в кубiчних футах газу.
Ще одним з можливих принцитв конструк-ци лiчильникiв було створення деякого руху -коливання або обертання - пропорцiйного ене-рги, яка, в свою чергу, могла б запустити лiчи-льний мехашзм для вiдображення показiв л> чильника.
Принцип роботи маятникового лiчильника був описаний Вшьямом Едвардом Ейртоном i Джоном Перрi в 1881 рощ. У 1884 рощ, не знаючи про !х винаходi, Германн Арон сконст-руював маятниковий лiчильник.
У бшьш удосконалено! моделi цього лiчиль-ника було два маятники з котушками на кожному, пiдключеними до джерела напруги. Пiд маятниками розмiщались двi струмовi котушки з протилежним намотуванням. Завдяки взаемо-ди котушок один з маятниюв рухався повшь-нiше, а шший швидше, нiж без електричного навантаження. Ця рiзниця ходу передавалася лiчильному механiзму лiчильника. Маятники змшювалася ролями кожну хвилину, щоб ком-пенсувати рiзницю у вихiднiй частой коливань. У цей же момент заводився годинниковий ме-ханiзм.
1ншою альтернативою для створення елект-ролiчильника було використання двигуна. У таких лiчильниках обертальний момент двигуна пропорцiйний навантаженню i врiвноважу-еться протидiючим моментом таким чином, що частота обертання ротора пропорцшна навантаженню, тодi як моменти перебувають у рiв-новазi. У 1889 роцi Елiху Томсон розробив свiй «самописний ватметр». Це був двигун з якорем без металевого осердя, який запускався вщ електрично! напруги, що проходить через котушку i резистор за допомогою колектора. Статор приводився в рух струмом, i тому обертальний момент був пропорцшний добутку напруги i сили струму. Гальмiвний момент забез-печувався постiйним електромагштом, який впливав на алюмiнiевий диск, прикршлений до якоря. Такий лiчильник використовувався пе-реважно для постшного струму.
У 1884 роцi Люсьен Голар i Джон Дiксон Пббс винайшли «вторинний генератор», попе-редник сучасного трансформатора. Завдяки цьому з'явилась можливють застосування елек-тричних систем змiнного струму. Починаючи з 20-го столтя, вони поступово змшили системи постiйного струму.
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
Для облiку електроенергп знадобилось ви-рiшити нове завдання - вимiрювання електрое-нерги змшного струму. У 1885 роцi Галшео Феррарiс зробив важливе вiдкриття, що два поля змшного струму, яю не збтаються по фазi можуть змусити обертатися суцiльний ротор, такий як диск або цилiндр.
У 1888 рощ незалежно вщ нього Нiкола Тесла теж виявив обертове електричне поле. Шелленбергер також, випадково, вщкрив ефект обертових полiв в 1888 роцi i розробив лiчиль-ник кiлькостi електрики для змшного струму. Протиддачий момент створювався гвинтовим механiзмом. У такому лiчильнику вiдсутнiй елемент напруги, щоб врахувати коефщент потужностi, тому вш не пiдходив для роботи з електродвигунами. Ц вiдкриття послужили основою для створення iндукцiйних двигушв i вiдкрили шлях iндукцiйним лiчильниками [2].
До чергового сторiччя, були розроблеш трифазнi iндукцiйнi лiчильники, як використо-вують двi або три системи вимiру, встановленi на одному, двох або трьох дисках. У мiру по-ширення електрики, швидко з' явилася концеп-щя багатотарифного електролiчильника з лока-льним або дистанцшним управлiнням, лiчиль-ника максимального навантаження, лiчильника попередньо оплачено! електроенергil.
Електронш технологil не знаходили застосування в облшу електроенергil до тих тр, поки в 1970-х роках не з'явились першi аналоговi i цифровi iнтегральнi мiкросхеми. Нова техноло-гiя дала новий поштовх до розвитку електрич-них лiчильникiв. Спочатку були розроблеш то-чнi стащонарш лiчильники, якi головним чином використовують принцип часо-iмпульсного множення.
1дея зчитування показань лiчильникiв на вi-дстанi з'явилася в 1960-х роках. Спочатку ви-користовувалась дистанцiйна iмпульсна передача, але поступово замють не! стали викорис-товувати рiзнi протоколи i засоби передачi да-них. В даний час лiчильники з розвиненими функщональними можливостями грунтуються на новiтнiх електронних технологiях, iз засто-суванням цифрово! обробки сигналiв, причому бiльшiсть функцш передбаченi вбудованим програмним забезпеченням.
Аналiз типiв лiчильникiв
Всi лiчильники електрично! енергi! [3] можна класифшувати за типом шдключення, вимi-рюваними величинами та конструкщею (рис.1).
В iндукцiйних лiчильниках магнiтне поле нерухомих струмопровiдних котушок впливае
на рухомий елемент з провiдного матерiалу. Рухомий елемент являе собою диск, по якому пропкають струми, iндукованi магнiтним по-
лем котушок. Кшьюсть спожито! електроенер-гi!, в цьому випадку, прямо пропорцшна числу оберпв диска.
Рис. 1. Класифжацш л1чильнишв електрично!' енергп
Електронний лiчильник представляе собою перетворювач аналогового сигналу в частоту проходження iмпульсiв, пiдрахунок яких дае кiлькiсть споживано! енергп, при чому вщпадае необхiднiсть застосування обертових елемен-тiв. Електроннi лiчильники забезпечують бшьш широкий iнтервал вхвдних напруг, дозволяють легко органiзувати багатотарифнi системи об-лiку, мають режим ретроспективи чим дозволяють визначити кшьюсть спожито! енергп за будь-який перюд; вимiрюють споживану поту-жнiсть, вписуються в конфшуращю систем ав-томатизованого комерцшного облiку електрично! енергп (АСКОЕ) та володiють додатковими сервюними функцiями [4].
У цифрових системах облшу досяжний практично будь-який клас точносп, при виборi вщповщно! елементно! бази й алгоритмiв обро-бки iнформацi!. Вiдсутнiсть механiчних частин значно тдвищуе надiйнiсть. Обробка шформа-цД! в цифровому виглядi дозволяе одночасно шдраховувати як активну, так i реактивну скла-довi потужносп, це е важливим, наприклад, при облшу енергп в трифазних мережах [5].
Пбридш лiчильники електроенерги - про-мiжний варiант з цифровим штерфейсом, вим> рювальною частиною iндукцiйного або елект-ронного типу та мехашчним обчислювальним пристроем.
У господарствi електрифшованих залiзниць Укра!ни на приеднаннях комерцшного облшу застосовуються лише сучаснi електронш лiчи-льники з класом точносп 0,5. Для стороннiх та
побутових споживачiв невелико! потужностi, як правило, використовуються пбридш лiчильни-ки з електронною вимiрювальною частиною та подальшим механiчним обчисленням з класом точносп до 1,0. У випадку наявносн потужних нетягових споживачiв для облшу електроенерги застосовуються електроннi лiчильники з класом точносп 0,5 та тдключенням до системи АСКОЕ. В якосп техшчного облiку у мережах власних потреб можуть використовуватись i застарш iндукцiйнi лiчильники з класом точносп до 2,0.
О^м основно! мети застосування облiку електроенерги, отриману достовiрну шформа-цiю про кшьюсть вироблено! електроенерги та потужностi, !! передачу, розподiл та споживан-ня на оптовому i роздрiбному ринку споживан-ня можна використати i для вирiшення наступ-них технiко-економiчних завдань на всiх рiвнях управлшня в енергетицi [6], тобто для:
• фшансових розрахунках за електроенер-гiю i потужнiсть мiж суб'ектами оптового i ро-здрiбного ринку споживання;
• управлшня режимами електроспоживан-
ня;
• визначення та прогнозування складових балансу електроенерги;
• визначення вартостi i собiвартостi вироб-ництва, передач^ розподiлу електроенерги та потужносп;
• контролю технiчного стану та вщповщ-ностi вимогам нормативно-техшчних докумен-
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
пв систем облiку електроенергi! в електроуста-новках.
Типовий електронний лiчильник мае будову, блок-схема яко! приведена на рис.2. Вхщш сиг-нали подаються через вщповщш трансформа-торнi датчики на входи мшросхеми-перетворювача. З !! виходу знiмаеться частот-ний сигнал, що надходить на вхщ мшроконтро-лера. Мiкроконтролер складае кшьюсть iмпуль-сiв, перетворюючи сигнал для одержання кшь-костi енергi! у Вт-год. По мiрi накопичення ко-жно! одиницi, значення накопичено! енергп виводиться на iндикатор i записуеться до РЬЛ8И-пам' ятi.
Серцем електронного лiчильника е мшроко-нтролер, на який покладено виконання практично всiх функцiй. В основному використову-еться в якостi аналогово-цифрового перетво-рювача вхiдного сигналу з трансформатора струму, виконуе його математичну обробку i виводить результат на дисплей. Мшроконтро-лер також приймае команди вщ органiв управ-лшня i здiйснюе управлiння iнтерфейсними ви-ходами. Можливостi, якими володiе мшроконт-ролер, залежать вiд його програмного забезпе-чення, а рiзноманiтнiсть сервюних функцiй i виконуваних завдань залежить вiд того, яке те-хшчне завдання було поставлено перед розроб-кою програмного забезпечення.
Рис. 2. Блок-схема будови електронного л1чильника електроенергп
Електроннi лiчильники тсля випуску про-ходять заводську параметризащю, де встанов-люються стандартнi варiанти тарифiкацi!. Перед установкою на конкретний об'ект, вони проходять в обов'язковому порядку параметризащю в лаборатори АСКОЕ Енергозбуту, де в електролiчильник встановлюються параметри
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
вiдповiдно до проектно! документацп i вноситься пароль захисту вщ несанкцiонованого доступу.
Експериментальнi вимнрювання похибок електронних лiчильникiв
Згiдно з [7] повiрцi пiдлягають засоби вим> рювально! технiки, що перебувають в експлуа-тацi!, випускаються з сершного виробництва, ремонту та у продаж, на яю поширюеться дер-жавний метролопчний нагляд. Повiрку засобiв вимiрювально! технiки пiд час експлуатацi! та випуску з виробництва проводять метролопчш центри та територiальнi органи, в яких збериа-ються вiдповiднi еталони. Засоби вимiрюваль-но! технiки визначають придатними до застосу-вання, якщо результати повiрки пiдтверджують !х вщповщшсть метрологiчним i технiчним ви-могам до цих засобiв вимiрювально! техшки, встановленим у нормативних чи експлуатацш-них документах.
При проведеннi повiрки лiчильникiв вико-нують наступнi операцi! перевiрки:
- зовшшнього огляду;
- електрично! мщносп iзоляцi!;
- роботи лiчильного мехашзму;
- порогу чутливостi;
- вщсутносп самоходу;
- метрологiчних характеристик в режимi несиметричного навантаження.
При виконаннi повiрки клас точносп вста-новлюеться при дотримаш наступних нормаль-них умов роботи лiчильника, а саме:
1) температура навколишнього середовища 20±2°С;
2) вщносна вологiсть повiтря 30^80 %;
3) атмосферний тиск 630.. .795 мм. рт. ст.;
4) вщсутшсть зовнiшнiх магштних полiв (не бiльше 0.5 мТл);
5) номшальна частота 50 ± 0,5 (60 ± 0,6) Гц;
6) пряме чергування фаз;
7) рiвномiрнiсть i симетричнiсть наванта-ження;
8) синусо!дшсть криво! струму та напруги з коефщентом несинусо!дностi не бшьше 5%;
9) вiдхилення значення фазно! або лiнiйно! напруги вщ номiнального значення ± 1%;
10) вщхилення значення сили струму в ко-жнiй фазi вiд середнього значення ± 1%;
11) вщхилення вiд вертикального розташу-вання лiчильника по вертикалi не бiльше 1 %.
Кшьюсне значення основно! вщносно! по-хибки лiчильника 5С, % розраховують для кожного з режимiв перевiрки за наступною формулою
= гс • Су • ^ 100,
с Су • N
(1)
де Сс - постшна лiчильника, що пiдлягае повiрцi, виражаеться у ват-годинах на iмпульс;
Су - коефiцiент перетворення еталонних
засобiв вимiрювання повiрочно! установки;
Мс, Ме - число iмпульсiв, що надходять з
вихiдного пристрою до лiчильника, що повiря-еться та еталонного лiчильника вiдповiдно.
Результати повiрки можна вважати прийня-тними, якщо отриманi значення основно! вщно-сно! похибки при всiх точках навантаження не перевищують значення меж допустимо! основно! вщносно! похибки. Наприклад, для лiчиль-ника з класом точност 1,0 (для активно! енер-ги) значення меж допустимо! основно! вщнос-но! похибки, вiдповiдно до [8], складае 5с = ±1,5 %, а для класу точност 2,0 (реактивно! енерги) 5с = ±2,5 %.
З метою перевiрки облшу електрично! енерги у несинусо!дному режимi в учбовiй лабора-торп навмисно створеш умови, яю в1др1зняють-
ся вiд вимог стандарту стосовно допустимих значень синусо!дностi напруги та струму.
Схема для вимiрювання лiчильниками спо-жито! електроенерги приведена на рис.3, яка складаеться з 2 частин:
1) перша частина призначена для живлення обмоток напруги лiчильникiв з використанням ЛАТРу, до вторинно! обмотки якого шдключа-ються вщповщш обмотки кожного лiчильника;
2) друга частина являе собою фiзичний макет компенсаци реактивно! потужностi з плавним тиристорним регулюванням i складаеться з:
- батаре! конденсаторiв увiмкнених посл> довно з реактором, утворюючи ¿С-фшьтр на-лаштований на 3 гармошку (компенсуючий контур);
- послщовно з'еднаних реактора та зустрь чно-паралельно з'еднаних тиристорiв (деком-пенсуючий контур);
- тдключеного iндуктивного навантаження, у якост якого використовуеться двигун увiмкнений через шдвищуючий трансформатор.
Рис. 3. Схема пвдключення прилад1в облшу та навантаження
Лiчильники у першiй частиш схеми було обрано одного класу точност (1,0) рiзних ти-шв, якi для уникнення можливих претензш свi-домо не вказуються.
Для досягнення поставлено! задачi у якостi еталонного приладу застосовано аналiзатор
якостi електрично! енергп ББЬ-175 8ЛТБС з класом точностi 0,2. Прилад 8ЛТБС мае 2 ре-жими вимiрювання реактивно! потужностi:
1) за миттевими значеннями струму та на-пруги розраховуеться активна та повна потуж-
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
носи, а реактивна потужнiсть е !х функцiею,
Я = / (£, Р);
2) за ддачими значеннями струму та напруги, а також за кутом мiж ними розраховуються активна та реактивна потужносп, а повна по-тужшсть е !х функцiею, S = /(Я, Р).
Вимiрювання проводились одночасно i л> чильником, i еталонним приладом, з налашту-ваннями спочатку на один, а поим на iнший другий режим вимiрювання потужностi.
Знiмання показiв приладiв вiдбувалось з ко-жною змшою характеру навантаження. Реест-рувались таю показники: активна та реактивна потужносп, струм навантаження, коефщент спотворення форми струму, фшсувались осци-лограми струму i напруги.
Режими змiни навантаження, використаш у даному експериментi можна умовно подшити на три частини:
1) режим, при якому вщсутня реактивна по-тужшсть основно! гармонiки, ф^ = 0 ;
2) режим недокомпенсаци реактивно! потужносп при недорегулюваннi компенсацi! реактивно! потужносп за допомогою тиристорiв;
3) режим перекомпенсацi!, за якого вщсутне регулювання тиристорним декомпенсатором.
Результати експериментальних вимiрювань похибок лiчильника зведенi до табл. 1.
Таблиця 1
Результати вим1рювань похибок л1чильника
Дослщний Еталонний
P, Вт Q, вар ithd, % I, А P, Вт Q, вар
1 2
184 -382 2,2 4,35 181 -393 -390
178 -351 5,2 4,06 179 -361 -371
172 -316 10,6 3,7 174 -320 -336
170 -283 14,8 3,47 168 -290 -288
170 -236 20,6 3,09 169 -243 -251
174 -171 31,1 2,68 172 -176 -185
180 -123 37,5 2,47 178 -126 -160
225 -10 53,1 2,591 224 -13 -113
233 9 52,3 2,7 230 8 -106
305 148 40,5 3,72 304 146 216
395 262 30,2 5,07 393 268 297
никiв електрично! eHepri! MTS 320 виробництва Zera в умовах сертифковано! лаборатори. u(t), В i(t), А
200 т
-100 - j -150 --200 -Рис. 4. Осцилограми напруги i струму в режим1 пе-рекомпенсаци реактивно! потужностi при вщсутнос-Ti регулювання (I = 4,35 A, ф!= - 64,2°, /THD = 2,2 %)
u(t).
150 -г
i(t), А
-150 -1-Рис. 5
. Осцилограми напруги i струму при початку регулювання струму декомпенсаци (I = 5,07 A, ф = - 34,3°, ITHD = 30,2 %)
u(t), В
150 т
100 -
Прим1тка: 1 - Я = №,Р); 2 - £ = Я.Р,Я).
На рис. 4 - 6 представлеш характерш осцилограми струмiв i напруги в окремих режимах навантаження.
Отримаш значення сили струму, коефщента спотворення форми криво! струму та кути зсуву фаз тд час проведення експерименту в лабора-торних умовах дають можливiсть вщтворити форми кривих струму за допомогою програм-ного забезпечення WinSЛM (рис. 7) ушверса-льно! системи для повiрки трифазних лiчиль-© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
-100 -
-150 -L -L -6
Рис. 6. Осцилограми напруги та струму у режим^ при якому ввдсутня реактивна потужнiсть основно! гармошки (I = 2,591 A, ф! = 0°, ITHD = 53,1 %)
П1д час повторення експерименту в умовах сертифшовано! лаборатори були використаш н ж сам! типи електронних л!чильниюв.
Аналiз отриманих результа^в
При обробц1 результат1в, отриманих тд час виконання експериментальних дослав, отри-мано залежн1сть похибки електронного л1чиль-ника в1д коеф1ц1ента спотворення струму (рис. 8), яка вщображае, що при значеннях ITHD бшьше 25 %, досл1дний л1чильник виходить за клас точност1.
МР и Определение ' А..'"V §ч ■ Управление Форма Телеграмма Дополнительное Дополнительные Пуск Неди1аЬ>г источником кривой напряжение цепи енг-Режима В; да £ 9 Измерение Дозировка Измерение АМ\ погрешности гтДе у Статус Приемник Выбор данных
Функции
[Копироваг
и И Л.2 1ЛЗ И1 И2 ИЗ Аих1 Аих2
ИИИИПОИП
твтитпов
Ъ форму кривой
<р1 ОЛ <р2 0,1
[71 Полуволна 1 (*) |_С1 Ц] Полуволна 2 © И-
3
20,11
5,22
I I Активировать Задатчш
111.1 и 12 111.3 И1 11.2 ИЗ Аик1 Аих2
Рабочий режим однократно
Режим переключения
Канал: ИЗ (А) - Предварительный просмотр
Рис. 7. Скршшот програми "ш8АМ при уведенш параметр1в для отримання криво! форми струму з нульовим кутом зсуву фаз за основною гармошкою
ДО.%
100 -Г 90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0 -1-=
0 10 20 30 40 50 60 Рис. 8. Похибка електронного л1чильника в залеж-носп в1д коефщента спотворення струму
Зiставляючи результати вимiрювань реактивно! потужностi для двох приладiв та двох ре-жимiв роботи еталонного приладу, отримана залежшсть (рис. 9), з яко! видно, що для малих значень коефщента спотворення струму реак-тивш потужностi для двох методiв розрахунку практично не вiдрiзняються. При збшьшенш спотворень струму збiльшуеться рiзниця мiж цими величинами. Особливим е те, що за наяв-ностi спотворень реактивна потужшсть за кон-цепщею Фризе змiнюе знак при змш характеру навантаження, при цьому не дорiвнюючи нулю.
Отриманi результати свщчать про те, що при вимiрюваннi активно! потужностi (за умов, що не вщповщають повiрочним аспектам - нель нiйне навантаження, пiдвищений рiвень неси-нусо!дностi напруги) основна вщносна похибка вiдповiдае допустимим класу точност значен-ням, а при вимiрюваннi реактивно! потужностi (за тих самих умов) основна вщносна похибка
вщповщае допустимим класу точностi значен-ням лише для реактивно! потужностi першо! гармонiки та при коефiцiентi спотворення форми струму не бшьше шж 25%, а для шших значень - не вщповщае.
<3. вар
Рис. 9. Реактивш потужносп в залежносл вщ коефь щента спотворення струму: 1 - основно! гармошки за л1чильником; 2 - основно! гармошки за еталон-ним приладом; 3 - потужшсть Фр1зе за еталонним приладом
При проведенш дослiду в умовах сертифшо-вано! лаборатори за допомогою системи для повiрки лiчильникiв були отриманi чисельш результати, якi приведенi в табл. 2.
Як видно з табл. 2, лiчильники 1 та 3 не ви-ходять за меж сво!х класiв точностi за умов, що не вщповщають повiрочним аспектам, а л> чильник типу 2 - виходить. Також, аналiзуючи покази дослщних та зразкового лiчильникiв, можна стверджувати, що розрахунок реактивно! потужност ведеться за основною гармошкою 50 Гц, а можливi потоки потужностей ш-ших гармошк не враховуються.
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
Таблиця 2
Значения похибок, отриманих з модуля вим1рю-вання похибок л1чильник1в
Цифровi системи облiку можна побудувати для будь-якого класу точност при вщповщно-му виборi елементно! бази та алгоршмв обро-бки шформаци.
Електроннi прилади облiку електрично! ене-pri! можуть мати декiлька алгоршмв визна-чення реактивно! потужностi, яю базуються на
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Siczenko W. G. Badanie licznikow roznych typow pod niezrownowazonym obci^zeniu / W. G. Siczenko, O. P. Koszmak // Infrastruktura transportu. - 2013. - № 1. - P. 46-48.
2. Джиезо Кмети История электросчетчика // Электронный журнал энергосервисной компании Экологические системы [URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2007 2/art146.htm]. - № 2. - 2007.
3. ГОСТ 30207-94 Статистические счетчики Ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 1 и 2). - М.: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологи и сертификации, 1996. - 54 с.
4. Гуртовцев, А. Электронные счетчики. Доверять или проверять? / А. Гуртовцев, В. Бордаев, В. Чижонок // Электронный журнал «Новости Электротехники». - 2005. - № 1(31), 2(32).
5. Тонкаль, В. Е. Баланс энергий в электрических цепях / В. Е. Тонкаль, В. А. Новосельцев, С. П. Денисюк. - К.: Наук. Думка, 1992. - 312 с.
6. Тубинис, В. В. Европа принимает общие технические требования к приборам учета топливных энергетических ресурсов / В. В. Тубинис, О. В. Балашов // Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. - 2005. - № 1. - С. 47-51.
7. ДСТУ 2708:2006. Повipка засобiв вимipюва-льно! техшки. Оргашзащя та порядок проведення.
8. ГОСТ 8.401-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования. - Взамен ГОСТ 13600-68; Введ. 01.07.81.
9. Босий Д. О. Особливосп роботи електронних лiчильникiв у несинусо!дних режимах тягових пвдс-танцш електричного транспорту / Д. О. Босий // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. -2013. - №9 (115). - С.29-37.
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
вщомих теоретичних шдходах до визначення неактивних складових повно! потужноста
Приведет результата дослщжень показу-ють, що при вибор1 типу комерцшних прилад1в облшу для нелшшних навантажень, зокрема для тягових шдстанцш постшного та змшного струму, необидно звертати увагу на результати випробувань при заниженш якост електрично! енергп.
За результатами вим1рювань встановлено, що при вим1рюванш активно! потужносп основна вщносна похибка вщповщае допустимим за класом точност значенням, а при вим1рюванш реактивно! потужност основна вщносна похибка вщповщае допустимим за класом точност значенням лише для реактивно! потужносп першо! гармошки та при коефщент спотво-рення форми струму не бшьше за 25%
REFERENCES
1. Siczenko W. G. Badanie licznikow roznych typow pod niezrownowazonym obci^zeniu / W. G. Siczenko, O. P. Koszmak // Infrastruktura transportu. - 2013. - № 1. - P. 46-48.
2. Dzhiezo Kmeti Istoriya elektroschetchika [History of the meter] // Electronic Journal of the energy service company Environmental Systems [URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2007 2/art146.htm]. - № 2. - 2007.
3. GOST 30207-94 Statistical watt-hour meters for active energy alternating current, Moscow, Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification, 1996, 54 p.
4. Gurtovtsev A., Borodaev V., Chizhonok V El-ektronnie schetchiki. Doveryat' ili proveryat' [Electronic meters. Trust or check?] // Electronic journal "News of Electrical Engineering", 2005, № 1(31), № 2(32).
5. Tonkal' V. E., Novoseltsev V. A., Denisyuk S. P. Balans energiy v elektricheskih tsepyah [The energy balance in electrical circuits], Kiev, Scientific Thought Publ., 1992, 312 p.
6. Tubinis V. V., Bapashov O. V. Evropa prinimaet obshschie tehnicheskie trebovaniya k priboram ucheta toplivnikh energeticheskih resursov [Europe takes the general technical requirements for metering devices of fuel and energy resources] // Electro. Electrical Engineering. Electric power industry. Electrical industry, 2005, №1, pp. 47-51.
7. DSTU 2708:2006. Povirka zasobiv vymiru-val 'noyi tehniky. Organizatsiya ta porydok provedennya [Verification of measuring instruments. Organization and procedures].
8. GOST 8.401-80. Gosudarstvennaya sistema obespecheniya edinstva izmereniy. Klassi tochnosti [State system for ensuring the uniformity of measurements. Accuracy classes of measuring instruments], Moscow, Stand. Publ., 1981.
9. Bosiy D. O. Osoblyvosti roboty elektronnykh li-chil'nykiv u nesinusoidnykh rezhimakh tyagovykh pid-
Прилад Похибка 5c , % за умов
Ф1 = 0 Ф> 0 Ф< 0
Л!ЧИЛЬНИК 1 ю -0,171 0,26
Л!ЧИЛЬНИК 2 100 -5,151 3,883
Л!ЧИЛЬНИК 3 0 -0,098 -0,123
Висновки
Надiйшла до друку 12.05.2014.
stantsiy elektrichnogo transportu [Features of electronic meters in nonsinusoidal modes of traction substations of electric transport] // Energy saving. Energetics. Energy audit, 2013, № 9(115), pp. 29-37.
Внутршнш рецензент Сиченко В. Г.
Зовшшнш рецензент Денисюк С. П.
В статт розглядаеться питання виникнення похибок електронних лiчильникiв унаслщок спотворення синусо'дносп напруги i струму на тягових пщстаншях електриф^ованих залiзниць. Проаналiзовано область застосування, необхiднiсть створення та основы етапи розвитку лiчильникiв електроенергп. Запро-поновано експериментальним шляхом визначити похибку електронного лiчильника при невщповщност однiеí з нормальних умов роботи, а саме наявшсть гармоншних спотворень у кривих струму та напруги. Виконаш експериментальнi дослiдження в умовах учбово' та сертифiкованоí лаборатори, якi показали збЬ жнi результати для широкого дiапазону змiни коеф^ента спотворення синусоíдностi струму. Встановлено, що дослiднi типи лiчильникiв у сво'й роботи налаштованi на класичне уявлення визначення реактивно' по-тужностi. Практичну цiннiсть складае отримане в результат дослiджень критичне значення коефiцiента спотворення, при якому лiчильник виходить за меж^ регламентованi класом точностi. Ключовi слова: тягова пiдстанцiя, гармонiйнi спотворення, лiчильник, електроенергiя, похибка.
Кафедра Электроснабжение железных дорог, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени акад. В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел.: (056) 793-19-11, эл. почта: dake@ii.ua
УЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СОВРЕМЕННЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ СЧЕТЧИКАМИ В УСЛОВИЯХ ГАРМОНИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ
В статье рассматривается вопрос возникновения погрешностей электронных счетчиков вследствие искажения синусоидальности напряжений и токов на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог. Проанализирована область применения, необходимость создания и основные этапы развития счетчиков электроэнергии. Предложено экспериментальным путем определить погрешность электронного счетчика при несоответствии одного из нормальных условий работы, а именно наличие гармонических искажений в кривых напряжений и токов. Выполнены экспериментальные исследования в условиях учебной и сертифицированной лаборатории, которые показали согласующиеся результаты для широкого диапазона изменения коэффициента искажения синусоидальности тока. Установлено, что исследуемые типы счетчиков в своей работе настроены на классическое представление определения реактивной мощности. Практическую ценность составляет полученное в результате исследований критическое значение коэффициента искажения, при котором счетчик выходит за пределы, регламентированные классом точности.
Ключевые слова: тяговая подстанция, гармонические искажения, счетчик, электроэнергия, погрешность.
Внутренний рецензент Сыченко В. Г. Внешний рецензент Денисюк С. П.
Department of Power supply of Railways, Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan, 2 Lazaryan Street, Dnepropetrovsk, Ukraine, 49010, tel.: (056) 793-19-11, e-mail: dake@i.ua
THE ENERGY METERING OF THE MODERN ELECTRONIC METERS IN A HARMONIC DISTORTION CONDITION
The article discusses the occurrence of errors due to electronic meters harmonic distortion of voltages and currents in the traction substations of the electrified railways. The field of application, the need to create and the main stages of electric power meters development is analyzed. The accuracy of the electronic meter for non-compliance of one of the normal operating conditions, namely the presence of harmonic distortion in the voltage and current curves, invited to determine experimentally. Experimental researches in terms of educational and certified laboratory performed for a wide range of variation of total harmonic distortion of the current. Researches have shown consistent results. It has been established that the investigated types of meters in their work set to the classical concept of the definition of reactive power. Practical value is obtained as a result of research in critical distortion factor value at which the meter is outside the range which regulated by the class accuracy.
Keywords: traction substation, harmonic distortion, meter, electric energy, error, accuracy class.
УДК 621.331.3
Д. А. БОСЫЙ, О. Н. СИНЕГИНА (ДНУЖТ)
UDC 621.331.3
D. O. BOSIY, O. M. SINYOGINA (DNURT)
Internal reviewer Sichenko V. G.
External reviewer Denisyuk S. P.
© Босий Д. О., Синьогша О. М., 2014
