w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

W artykule przedstawiono koncepcję elektronicznego licznika ponadnormatywnej ener-

gii biernej. Licznik ten wyposażony jest w rezystancyjny napięciowy przesuwnik fazowy,

który pozwala na uzyskanie kąta przesunięcia fazowego odpowiadającego pomiarowi

energii biernej ponad wartości zadanego kata

ϕ

0

. Przedstawiono wyniki badań liczni-

ka oraz jego istotnych bloków pomiarowych. Rezultaty tych badań wskazały na pełną

przydatność omawianej konstrukcji do zastosowania w energetyce zawodowej.

M

imo dużej niezawodności i ży-
wotności liczników indukcyj-

nych ich obecność w systemach rozli-
czeniowych w warunkach wolnego
rynku energii elektrycznej będzie ule-
gać stopniowemu zmniejszeniu. Prawo
odbiorców do zmiany dostawcy i wy-
boru różnych taryf wymaga udoskona-
lania technik pomiarowych. Zmierzo-
ne wartości muszą być przyporządko-
wane odpowiednim okresom czaso-
wym i natychmiast dostępne dla kon-
trahentów. Dotyczy to zwłaszcza tzw.
„wielkich odbiorców” i wymaga reje-
strowania profili obciążenia przez licz-
niki lub oddzielne urządzenia taryfo-
we, zachowywania tych profili w pa-
mięci i przekazywania danych w celu
dokonania rozliczeń. Stąd też zastoso-
wanie najprostszego licznika indukcyj-
nego przestaje być wystarczające. Przy
wzrastającej cenie energii konieczna

staje się optymalizacja jej zużycia,
a tym samym stosowanie monitoringu
obciążenia oraz coraz bardziej złożo-
nych taryf rozliczeniowych.

Liczniki takie wyposażone są w mo-

duły umożliwiające zdalną transmisję
danych. Przystosowane do transmisji da-
nych muszą, w warunkach wolnego ryn-
ku energii, spełniać wymagania zabez-
pieczające interesy zarówno odbiorcy, jak
i dostawcy energii, między innymi:



łatwy dostęp do licznika i do da-

nych pomiarowych, w każdej
chwili i z dowolnego miejsca,



ochronę przed przypadkowym lub

celowym zafałszowaniem danych
pomiarowych, zarówno w czasie ich
przechowywania, jak i transmisji,



informacje o danych pomiaro-

wych, pozwalające na stwierdze-
nie ich legalności,



informacje o liczniku,

m i e r n i c t w o

60

elektroniczny licznik

ponadnormatywnej energii biernej

dr inż. Józef Borecki, dr inż. Jerzy Leszczyński – Politechnika Wrocławska

Rys. 1 Schemat blokowy trójfazowego licznika ponadnormatywnej energii biernej

Rys. 2 Wykres wektorowy układu przesuwającego sygnał napięciowy kąt

ϕ

o

Rys. 3 Charakterystyka błędów nieliniowości przekładników prądowych

I

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5



informacje o parametrach punktu

pomiarowego,



umożliwienie przesyłania danych

poprzez różne media [1].

koncepcja elektronicznego

licznika ponadnormatywnej

energii biernej

Założenia:



bezpośredni pomiar wartości po-

nadnormatywnej energii biernej
(np. tg ϕ

0

=0,4),



wykorzystanie zintegrowanego

przetwornika energii np. z serii:
AD77XX,



symetria napięć zasilających i od-

biornik o charakterze indukcyj-
nym.
Schemat układu realizującego

pomiar ponadnormatywnej ener-
gii biernej przedstawiono na

ry-

sunku 1. Istotnym elementem tego
układu jest człon przesuwający
fazę o zadany kąt ϕ

o

, pozwalający

na pomiar ponadnormatywnej ener-
gii biernej. Ze względu na to, iż za-

stosowany przetwornik energii jest
przetwornikiem energii czynnej,
w układzie przesuwnika fazowego
następuje przesunięcie kąta fazo-
wego o wartość π/2 oraz o wartość
ϕ

o

=21,8°, odpowiadającą tg ϕ

0

=0,4.

Układ ten zawiera jedynie elementy
rezystancyjne o dużej wartości rezy-
stancji, co sprawia, że pobór mocy
z układu pomiarowego można uznać
za nieistotny. Układy wejściowe na-
pięciowe powodują obniżenie war-
tości napięć do poziomów wyma-
ganych w dalszym etapie przetwa-
rzania – są to również układy rezy-
stancyjne.

Układy wejściowe prądowe w prezen-

towanej konstrukcji zawierają przekład-
niki prądowe, przy czym to rozwiązanie
nie jest bezwzględnie wymagane.

Sygnały uzyskane z układów wej-

ściowych podawane są na przetwor-
nik energii. Z wyjścia omawianego
przetwornika otrzymuje się impulsy
o częstotliwości proporcjonalnej do
wartości ponadnormatywnej ener-
gii biernej.

Na

rysunku 2 przedstawiono wy-

kres wektorowy układu przesuwni-
ka fazy. Napięcia U

A

, U

B

, U

C

są przesu-

nięte względem napięć wejściowych
o wymagany kąt (π/2 – ϕ

0

).

charakterystyki

metrologiczne licznika

Badania kontrolne opracowanego

licznika obejmowały ocenę trzech
podstawowych jego bloków: wejścio-
wych układów napięciowych wraz

z przesuwnikiem fazowym, wejścio-
wych układów prądowych oraz prze-
twornika energii. Błąd nieliniowo-
ści przetwarzania układów napię-
ciowych zawierających jedynie ele-
menty rezystancyjne jest praktycz-
nie do pominięcia. Na

rysunku 3

przedstawiono charakterystyki błę-
dów nieliniowości przekładników
prądowych.

Charakterystyka błędu nieliniowości

przetwarzania przetwornika AD77XX
przedstawiona jest na

rysunku 4.

61

reklama

Rys. 4 Charakterystyka błędu nieliniowości układu przetwornika pomiarowego

ADE77XX

δ

k [%]

3U

2

[V

2

]

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

m i e r n i c t w o

Uzyskanie informacji o warto-

ściach błędów przetwarzania poszcze-
gólnych bloków ułatwia minimaliza-
cję błędu licznika.

Na

rysunku 5 przedstawiono sche-

mat układu pomiarowego do wyzna-
czania charakterystyk przetwarzania
licznika.

Zmierzonymi parametrami przy

wyznaczaniu błędów licznika były:
wartość prądu obciążenia i wartość
kąta przesunięcia fazowego. Na

ry-

sunku 6 przedstawiono charaktery-
stykę błędu nieliniowości w funkcji
mocy biernej.

Na

rysunku 7 przedstawiono

charakterystyki błędów nielinio-
wości omawianego licznika przy
ϕ=35°, 45° i 60°. Licznik ponadnor-
matywnej energii biernej został ob-
ciążony mocą o charakterze induk-
cyjnym. Badania przeprowadzono
przy znormalizowanych stanach
pracy licznika [1].

Z przeprowadzonych badań liczni-

ka ponadnormatywnej energii bier-
nej wynika, że układ według przy-

jętej koncepcji licznika spełnia sta-
wiane w obowiązującej normie [2]
wymagania.

Zbudowany z wykorzystaniem ukła-

du ADE77XX licznik ponadnormatywnej
energii biernej charakteryzuje się błędami
nieliniowości mieszczącymi się w prze-
dziale od –2 % do 2,5 % dla CF=f(Q) przy
U, I=const, ϕ=var, oraz błędami nieli-
niowości mieszczącymi się w przedzia-
le od –1,4 % do 1 % dla CF=f(Q) przy U,
ϕ=const, I=var.

Na błąd licznika ma wpływ precy-

zja kalibracji układów wejściowych oraz
kalibracja układu przesuwającego kąt ϕ.
Przy konieczności utrzymania symetrii
układu każda ingerencja w wartość da-
nego parametru jednej z faz ma wpływ
na parametry pozostałych faz. Tak jak
przy pomiarze mocy biernej innymi me-
todami, tak i tu należy przyjąć syme-
trię układu zasilającego. Praktyka po-
miarowa dla różnych warunków zasi-
lania wykazuje z reguły asymetrię nie
większą niż 0,5 %.

Zastosowanie licznika ponadnor-

matywnej energii biernej propono-

62

literatura

1. Dziennik Urzędowy Miar i Probier-

nictwa nr 5 / 2000, poz. 29, §4.1.

2. PN-EN 62053-23:2003 (U) Urzą-

dzenia do pomiaru energii elek-
trycznej (prądu przemiennego).
Wymagania szczegółowe. Część
23: Liczniki statyczne energii
(klasy 2 i 3 ).

reklama

wanego w artykule mogłoby w efek-
cie umożliwić dystrybutorom ener-
gii elektrycznej uporządkowanie go-
spodarki energią bierną. Dzięki temu
możliwe byłoby uzyskanie podstawy
do wywierania wpływu na odbiorców,
aby stosowali nadążne kompensatory
mocy biernej. Działania te mogą po-
prawić jakość napięcia w sieci elektro-
energetycznej.

Rys. 6 Charakterystyka błędu nieliniowości licznika ponadnormatywnej energii

biernej

Q[var]

U, I=const, p=var

δ

k [%]

Rys. 5 Schemat układu do wyznaczenia charakterystyki przetwarzania licznika po-

nadnormatywnej energii biernej

Rys. 7 Charakterystyki błędów nieliniowości licznika ponadnormatywnej energii

biernej

δ

k [%]