WTŻ III Warszawa, 04.04.2008

Sprawozdanie

Temat: Gospodarka energią elektryczną.

Prowadzący: Wykonawcy:

dr inż. Dariusz Piotrowski Kawa Piotr gr.6

Klocek Kamil gr.5

Markiewicz Ewelina gr.7

Ślęzak Magdalena gr.10

Uchański Piotr gr.10

Wiska Jolanta gr.4

NGUYEN THI THU HA

Tomasz Gocalski

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiarów mocy czynnej, biernej oraz pozornej i metodami wyznaczenia współczynnika mocy cos fi w obwodzie jedno i trójfazowym oraz rozważenie wprowadzenia sposobów poprawy wartości cos fi w warunkach przemysłowych.

2. Wstęp literaturowy:

Pobór energii elektrycznej.

Energia prądu elektrycznego

Energia elektryczna prądu elektrycznego to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę lub zmieniającemu ją na inną formę energii. Energię elektryczną przepływającą lub pobieraną przez urządzenie określa iloczyn natężenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia na odbiorniku i czasu przepływu prądu przez odbiornik.

Zużycie energii elektrycznej w technice mierzone jest w kilowatogodzinach (kWh). Urządzeniem do pomiaru zużycia energii elektrycznej jest licznik energii elektrycznej.

W obwodach prądu przemiennego wyróżnia się moc a co za tym i idzie energię czynną, bierną i pozorną.

Energię zużytą przez urządzenie oblicza się mnożąc jego moc przez czas jego pracy. Moc jest wyrażana w kilowatach (kW) lub w watach (W), a 1 kW = 1000 W. Przykładowo, jeśli czajnik zasilany napięciem 230 woltów, pobiera prąd o natężeniu 10 amperów, to jego moc wynosi 2300 W. Im większa jest moc urządzenia, tym więcej zużywa energii elektrycznej w jednostce czasu. Moc, jaką urządzenie pobiera podczas swojej pracy, jest podawana przez producenta w instrukcji obsługi (dane techniczne), na tabliczce znamionowej lub etykiecie energetycznej urządzeń (moc znamionowa).

Energia elektryczna jako towar na rynku

Energia elektryczna jest przedmiotem obrotu na rynku. Nazwa popularna energii elektrycznej to prąd. Elementem składowym ceny rynkowej energii elektrycznej, z uwagi na duży problem jej przechowywania, jest cena usługi jej przesyłu. Ta właściwość energii elektrycznej decyduje o tym, że zapotrzebowanie na prąd wynika z jego bieżącego korzystania. Tym samym koszty zmienne produkcji energii elektrycznej są ściśle uzależnione od zapotrzebowania na energię elektryczną.

Właściwości energii elektrycznej

Najważniejsze własności energii elektrycznej:

• łatwość:

• transportu,

• rozdziału,

• regulacji- przekształcania do parametrów niezbędnych do wykorzystania;

• nie zanieczyszczanie środowiska,

• wysoka sprawność przetwarzania w formy energii użytecznej.

Wady energii elektrycznej

Właściwością energii elektrycznej jest też trudność jej przechowywania. Musi być ona wytwarzana w momencie zapotrzebowania na nią. Stosowane akumulatory są mało pojemne, mało wydajne oraz ciężkie, co wyklucza je jako środek do magazynowania i transportowania większych ilości energii (do gromadzenia energii wykorzystuje się np. elektrownie szczytowo-pompowe).

Niemożność magazynowania większej ilości energii elektrycznej w małej masie i objętości akumulatora jest główną przyczyną, dla której nie jest możliwe skonstruowanie taniego w eksploatacji auta napędzanego elektrycznością - koszt eksploatacji zamknąłby się wtedy w cenie około 2-5zł/100km.

Nielegalny pobór energii elektrycznej

- pobieranie energii bez zawarcia umowy z przedsiębiorstwem lub niezgodnie z umową.

- odpowiedzialność karna za kradzież energii elektrycznej została przewidziana w art. 278 §1 i 3 w związku z §5 ustawy Kodeksu karnego.

- kradzież energii elektrycznej jest przestępstwem bez względu na wartość skradzionej energii.

3. Schematy stanowisk pomiarowych.

Układ do zadania 1

Układ do zadania 2

Układ do zadania 3.

Zadanie 1.
Pomiar współczynnika mocy cos(fi) dla odbiornika jednofazowego

Nazwa	Zakres	Zakres	Max	Wskazanie	Zmierzona
przyrządu	napięciowy	prądowy	liczba	[liczba	wartość
	[V]	[A]	działek	działek]
Bieg jałowy
Watomierz	200	1	100	39	78	W
Woltomierz	300	n/a	75	57	228	V
Amperomierz 1	n/a	1,2	100	95	1,14	A
Fazomierz cos(fi)	200	1	n/a	0,23	0,23
				S=	260,26	VA
				cos(fi)obl=	0,28

Obliczenia (metody obliczeń i wzory podane są w zadaniu 2) :

Φ=76°

I_CZ=0,2 A

I_B=1.10 A

S=260,26 VA

P=78 W

Q=248 var

Oporność czynna:

Oporność bierna:

Oporność pojemnościowa:

Oporność indukcyjna: X_L = X + X_C = 1950+362 = 2312Ω

Zawada:

Do zadania dołączono wykres wektorowy napięcia i natężenia prądu oraz sporządzono trójkąt mocy.

Trójkąt mocy:

Wykres wektorowy prądów i napięcia:

Nazwa	Zakres	Zakres	Max	Wskazanie	Zmierzona
przyrządu	napięciowy	prądowy	liczba	[liczba	wartość
	[V]	[A]	działek	działek]
PRACA
Watomierz	200	10	100	29	580	W
Woltomierz	300	n/a	75	57	228	V
Amperomierz 1	n/a	10	100	33	3,33	A
Fazomierz cos(fi)	200	6	n/a	0,49	0,72
				S=	761	VA
				cos(fiobl)=	0,76

Obliczenia:

Φ=43°

Q=492 Var

S=761 VA

I_CZ=2,3 A

I_B= 2,27

P=580 W

Oporność czynna:

Oporność bierna:

Oporność pojemnościowa:

Oporność indukcyjna: X_L = X + X_C = 102+182,9 = 284,9Ω

Zawada:

Do zadania dołączono wykres wektorowy napięcia i natężenia prądu oraz

Trójkąt mocy:

Wykres wektorowy prądów i napięcia:

Zadanie 2.	Pomiar współczynnika mocy cos(fi) dla odbiornika trójfazowego
PRZYRZĄD	ZAKRES	ZAKRES	MAKSYMALNA	WSKAZANIE	ZMIERZONA
POMIAROWY	NAPIĘCIOWY	PRĄDOWY	L.DZIAŁEK		WARTOŚĆ
	[V]	[A]	PRZYRZĄDU	[l.działek]
AMPEROMIERZ	-----	3	60	30	1,5
WATOMIERZ 1	400	2,5	100	18	180
WATOMIERZ 2	400	2,5	100	33	330
WOLTOMIERZ	400	-----	400	400	400
FAZOMIERZ COS.	380	5	100	19	0,19
FAZOMIERZΦ	380	5	90	79	69
OBROTOMIERZ	-----	-----	15x100	15x100	1500
Moc czynna P:	150	W
Moc bierna Q:	1028,3	Var
Moc pozorna S:	1039,2	VA
cos(φ):	0,14
Hz:	50

Obliczenia:

Stała watomierza I = [( zakres prądowy przyrządu)*(zakres napięciowy przyrządu)]/ (maksymalna liczba działek) = (400*2,5)/100 = 10

Stała watomierza II = [( zakres prądowy przyrządu)*(zakres napięciowy przyrządu)]/ (maksymalna liczba działek) = (400*2,5)/100 = 10

Stała amperomierza = (zakres prądowy)/(max liczba działek) = 3/60 = 0,05

Skuteczna wartość natężenia prądu I=(liczba działek)*(stała amperomierza)=30*0,05=1,5A

Stała voltomierza = (zakres napięciowy)/(max liczba działek)= 400/400= 1

Moc czynna: P₁ = (liczba działek)* stała watomierza = −18*10 = −180 W

P₂ = - (liczba działek)* stała watomierza = 33*10 = 330 W

P= P₁+P₂= −180 + 330= 150 W

Moc pozorna: S = (3)^0,5*U * I = (3)^0,5 *400V * 1,5 A = 1039,2 VA

Moc bierna: Q = (S² - P²)^0,5 =(1039,2² - 150²)^0,5 = 1028,3 Var

Współczynnik mocy cos φ= P/S = 150 /1039,2= 0,144

Prąd czynny: I_CZ = I * cos φ = 1,5A * 0,144 = 0,216A

Prąd bierny: I_B = I * sin φ = 1,5A * 0,989 = 1,484A

Dla porównania wyniki pomiarów miernikiem cęgowym:

U=229,6 V

I=1,312 A

P=254 W

S=322 VA

Q= 231 var

cos ϕ= 0,76

f = 49 Hz

Oporność czynna:

Oporność bierna:

Oporność pojemnościowa:

Oporność indukcyjna: X_L = X + X_C = 22087 + 155,6 = 22242,6

Zawada:

Do zadania dołączono wykres wektorowy napięcia i natężenia prądu oraz sporządzono trójkąt mocy.

Trójkąt mocy :

Wykres wektorowy prądu i napięcia :

Zadanie 3.	Pomiar współczynnika mocy cos(fi) dla odbiornika trójfazowego
	przy dołączonej baterii kondensatorów statycznych

Dane pierwotne wprowadzane przez zespół
I [liczba działek]		P1 [liczba działek]		P2 [liczba działek]
10		9		1
13		16		7
14		18		10
17		24		17
21		30		23
25		37		32
31		44		43

I [A]	P1 [W]	P2 [W]	P=Ppobr.[W]	cos (fi)	cos (fi) obl	FI
0,5	90	10	100	0,50	0,29	60
0,65	160	70	230	0,75	0,51	41
0,7	180	100	280	0,84	0,58	32
0,85	240	170	410	0,89	0,70	26
1,05	300	230	530	0,92	0,73	22
1,25	370	320	690	0,95	0,80	18
1,55	440	430	870	0,97	0,81	13
n	F1	F2	Mh	Mh	Poddan.	Sprawność
[1000*obr./min.]	[kG]	[kG]	[kG*m]	[N*m]	[W]	[l.bezwym.]
1,47	0,0	0,0	0	0,00	0,0	0,00
1,46	1,0	0,3	0,07	0,69	104,9	0,46
1,45	2,0	0,4	0,16	1,57	238,2	0,85
1,44	3,0	0,7	0,23	2,26	340,1	0,83
1,43	4,0	0,9	0,31	3,04	455,2	0,86
1,42	5,0	1,2	0,38	3,73	554,1	0,80
1,40	7,0	1,5	0,55	5,40	790,6	0,91

Zestawienie danych do wykresu charakterystyk silnika

Mh [N*m]	I [A]	cos (fi)	cos (fi) obl	n [1000*obr./min.]	'Spraw.[l.b.]
0	0,5	0,50	0,29	1,47	0,00
0,69	0,65	0,75	0,51	1,46	0,46
1,57	0,7	0,84	0,58	1,45	0,85
2,26	0,85	0,89	0,70	1,44	0,83
3,04	1,05	0,92	0,73	1,43	0,86
3,73	1,25	0,95	0,80	1,42	0,80
5,4	1,55	0,97	0,81	1,40	0,91

7. Wnioski

- błąd pomiarowy spowodowany nieprecyzyjnymi odczytami z przyrządów pomiarowych oraz niedostatecznej dokładności tych przyrządów

W zdaniu 1 :

- współczynnik fi pogorszył się podczas pracy maszyny, moc pozorna wzrosła i moc czynna, która wykonuje pracę użyteczną zmalała, na tej podstawie wnioskujemy że należy dążyć do jak najmniejszego spadku mocy czynnej.

- zad 3. ( z dołączoną baterią kondensatorów statycznych ) w porównaniu z zad 2. wzrosła wartość cos Ø, korzystne jest więc stosowanie baterii kondensatorów statycznych jako biernego sposobu poprawiania wartości współczynnika mocy cos Ø.

- zaobserwowaliśmy znaczną rozbieżność miedzy obliczonymi i odczytanymi wartościami ( na różnych aparatach pomiarowych).

- współpraca technologa z elektrykami powinna opierać się na odpowiednim doborze maszyn i ich zakres pracy dostosowanych do procesu technologicznych,

- współpraca zaowocuje korzystna gospodarką elektryczna w zakładzie, przez co zmniejszą się koszty produkcji przy wyższej wydajności procesu technologicznego.

Jak widać, kompensacja pojemnościowa znacznie zwiększyła współczynnik mocy. Zwiększyło go też dodanie obciążenia na osi silnika. W dzisiejszych czasach takie baterie kondensatorów stosuje się tylko w bardzo dużych zakładach pracy, elektrowniach najczęściej, „trafostacjach” i działają one automatycznie, same ustalają wartość podłączanych kondensatorów.

Widać też, że sprawność silnika zależy od wielu, wielu różnych czynników. Między innymi od obciążenia, klasy silnika, nawet temperatury zewnętrznej.

Pewna sprawa, która wynikła na podstawie tego ćwiczenia to fakt, iż elektrownia „nie lubi” odbiorników indukcyjnych w szczególności tych pozostawionych bez obciążenia.. My płacimy za to, co nam pokaże watomierz, a elektrownia spala tyle węgla, ile wyliczymy z iloczynu amperomierza i woltomierza. Jak widać nie ma porównania.

Najlepszym odbiornikiem dla elektrowni są obciążenia rezystancyjne (tj. żarówki zwykłe, grzejniki, kuchnie elektryczne, czajniki itp.). Jedyna strata mocy, która występuje w takim układzie, to strata ciepła. Niestety odkłada się ona w naszych domach i musimy za nią zapłacić.

Alternatywą dla zwykłych żarówek, stały się świetlówki kompaktowe, których sprawność jest o wiele lepsza ze względu na między innymi większą powierzchnię świecenia. Mówimy tu o klasie energetycznej. Najlepiej kupować produkty z najwyższą klasą energetyczna, czyli klasy A. Na pewno każdy się zastanawia… dlaczego? Używając odbiorników klasy A i B zapewnimy sobie mniejsze rachunki za prąd, zmniejszymy zużycie węgla, czym przyczynimy się do ochrony i tak już zdegradowanego środowiska.

---