m i e r n i c t w o
elektroniczny licznik
ponadnormatywnej energii biernej
dr inż. Józef Borecki, dr inż. Jerzy Leszczyński  Politechnika Wrocławska
W artykule przedstawiono koncepcjÄ™ 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 wartoÅ›ci zadanego kata Õ . Przedstawiono wyniki badaÅ„ liczni-
0
ka oraz jego istotnych bloków pomiarowych. Rezultaty tych badań wskazały na pełną
przydatność omawianej konstrukcji do zastosowania w energetyce zawodowej.
imo dużej niezawodności i ży- staje się optymalizacja jej zużycia,
Mwotności liczników indukcyj- a tym samym stosowanie monitoringu
nych ich obecność w systemach rozli- obciążenia oraz coraz bardziej złożo-
czeniowych w warunkach wolnego nych taryf rozliczeniowych.
rynku energii elektrycznej będzie ule- Liczniki takie wyposażone są w mo-
gać stopniowemu zmniejszeniu. Prawo duły umożliwiające zdalną transmisję
odbiorców do zmiany dostawcy i wy- danych. Przystosowane do transmisji da-
boru różnych taryf wymaga udoskona- nych muszą, w warunkach wolnego ryn-
lania technik pomiarowych. Zmierzo- ku energii, spełniać wymagania zabez-
ne wartości muszą być przyporządko- pieczające interesy zarówno odbiorcy, jak
wane odpowiednim okresom czaso- i dostawcy energii, między innymi:
wym i natychmiast dostępne dla kon- łatwy dostęp do licznika i do da-
żð
trahentów. Dotyczy to zwłaszcza tzw. nych pomiarowych, w każdej
 wielkich odbiorców i wymaga reje- chwili i z dowolnego miejsca,
strowania profili obciążenia przez licz- ochronę przed przypadkowym lub
żð
niki lub oddzielne urządzenia taryfo- celowym zafałszowaniem danych
we, zachowywania tych profili w pa- pomiarowych, zarówno w czasie ich
mięci i przekazywania danych w celu przechowywania, jak i transmisji,
dokonania rozliczeń. Stąd też zastoso- informacje o danych pomiaro-
żð
wanie najprostszego licznika indukcyj- wych, pozwalajÄ…ce na stwierdze-
nego przestaje być wystarczające. Przy nie ich legalności,
wzrastajÄ…cej cenie energii konieczna informacje o liczniku,
żð
Rys. 1 Schemat blokowy trójfazowego licznika ponadnormatywnej energii biernej
I
Rys. 3 Charakterystyka błędów nieliniowości przekładników prądowych
Rys. 2 Wykres wektorowy ukÅ‚adu przesuwajÄ…cego sygnaÅ‚ napiÄ™ciowy kÄ…t Õ
o
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
60
informacje o parametrach punktu stosowany przetwornik energii jest
żð
´k [%]
pomiarowego, przetwornikiem energii czynnej,
umożliwienie przesyłania danych w układzie przesuwnika fazowego
żð
poprzez różne media [1]. następuje przesunięcie kąta fazo-
wego o wartość Ą/2 oraz o wartość
koncepcja elektronicznego Õ =21,8°, odpowiadajÄ…cÄ… tg Õ =0,4.
o 0
3U2[V2]
Układ ten zawiera jedynie elementy
licznika ponadnormatywnej
rezystancyjne o dużej wartości rezy-
energii biernej
stancji, co sprawia, że pobór mocy
Założenia: z układu pomiarowego można uznać
bezpośredni pomiar wartości po- za nieistotny. Układy wejściowe na-
żð
nadnormatywnej energii biernej pięciowe powodują obniżenie war-
Rys. 4 Charakterystyka błędu nieliniowości układu przetwornika pomiarowego
(np. tg Õ =0,4), toÅ›ci napięć do poziomów wyma-
0
ADE77XX
wykorzystanie zintegrowanego ganych w dalszym etapie przetwa-
żð
przetwornika energii np. z serii: rzania  są to również układy rezy- Na rysunku 2 przedstawiono wy- z przesuwnikiem fazowym, wejścio-
AD77XX, stancyjne. kres wektorowy układu przesuwni- wych układów prądowych oraz prze-
symetria napięć zasilających i od- Układy wejściowe prądowe w prezen- ka fazy. Napięcia U , U , U są przesu- twornika energii. Błąd nieliniowo-
żð A B C
biornik o charakterze indukcyj- towanej konstrukcji zawierają przekład- nięte względem napięć wejściowych ści przetwarzania układów napię-
nym. niki prÄ…dowe, przy czym to rozwiÄ…zanie o wymagany kÄ…t (Ä„/2  Õ ). ciowych zawierajÄ…cych jedynie ele-
0
Schemat układu realizującego nie jest bezwzględnie wymagane. menty rezystancyjne jest praktycz-
pomiar ponadnormatywnej ener- Sygnały uzyskane z układów wej- charakterystyki nie do pominięcia. Na rysunku 3
gii biernej przedstawiono na ry- ściowych podawane są na przetwor- przedstawiono charakterystyki błę-
metrologiczne licznika
sunku 1. Istotnym elementem tego nik energii. Z wyjścia omawianego dów nieliniowości przekładników
układu jest człon przesuwający przetwornika otrzymuje się impulsy Badania kontrolne opracowanego prądowych.
fazÄ™ o zadany kÄ…t Õ , pozwalajÄ…cy o czÄ™stotliwoÅ›ci proporcjonalnej do licznika obejmowaÅ‚y ocenÄ™ trzech Charakterystyka bÅ‚Ä™du nieliniowoÅ›ci
o
na pomiar ponadnormatywnej ener- wartości ponadnormatywnej ener- podstawowych jego bloków: wejścio- przetwarzania przetwornika AD77XX
gii biernej. Ze względu na to, iż za- gii biernej. wych układów napięciowych wraz przedstawiona jest na rysunku 4.
reklama
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
61
m i e r n i c t w o
´k [%]
U, I=const, p=var
Q[var]
Rys. 5 Schemat układu do wyznaczenia charakterystyki przetwarzania licznika po-
nadnormatywnej energii biernej
Rys. 6 Charakterystyka błędu nieliniowości licznika ponadnormatywnej energii
Uzyskanie informacji o warto- jętej koncepcji licznika spełnia sta-
biernej
ściach błędów przetwarzania poszcze- wiane w obowiązującej normie [2]
´k [%]
gólnych bloków ułatwia minimaliza- wymagania.
cję błędu licznika. Zbudowany z wykorzystaniem ukła-
Na rysunku 5 przedstawiono sche- du ADE77XX licznik ponadnormatywnej
mat układu pomiarowego do wyzna- energii biernej charakteryzuje się błędami
czania charakterystyk przetwarzania nieliniowości mieszczącymi się w prze-
licznika. dziale od  2 % do 2,5 % dla CF=f(Q) przy
Zmierzonymi parametrami przy U, I=const, Õ=var, oraz bÅ‚Ä™dami nieli-
wyznaczaniu błędów licznika były: niowości mieszczącymi się w przedzia-
wartość prądu obciążenia i wartość le od  1,4 % do 1 % dla CF=f(Q) przy U,
kÄ…ta przesuniÄ™cia fazowego. Na ry- Õ=const, I=var.
sunku 6 przedstawiono charaktery- Na błąd licznika ma wpływ precy-
stykę błędu nieliniowości w funkcji zja kalibracji układów wejściowych oraz
mocy biernej. kalibracja ukÅ‚adu przesuwajÄ…cego kÄ…t Õ.
Rys. 7 Charakterystyki błędów nieliniowości licznika ponadnormatywnej energii
Na rysunku 7 przedstawiono Przy konieczności utrzymania symetrii
biernej
charakterystyki błędów nielinio- układu każda ingerencja w wartość da-
wości omawianego licznika przy nego parametru jednej z faz ma wpływ wanego w artykule mogłoby w efek-
literatura
Õ=35°, 45° i 60°. Licznik ponadnor- na parametry pozostaÅ‚ych faz. Tak jak cie umożliwić dystrybutorom ener-
matywnej energii biernej został ob- przy pomiarze mocy biernej innymi me- gii elektrycznej uporządkowanie go- 1. Dziennik Urzędowy Miar i Probier-
ciążony mocą o charakterze induk- todami, tak i tu należy przyjąć syme- spodarki energią bierną. Dzięki temu nictwa nr 5/2000, poz. 29, ż4.1.
cyjnym. Badania przeprowadzono trię układu zasilającego. Praktyka po- możliwe byłoby uzyskanie podstawy 2. PN-EN 62053-23:2003 (U) Urzą-
przy znormalizowanych stanach miarowa dla różnych warunków zasi- do wywierania wpływu na odbiorców, dzenia do pomiaru energii elek-
pracy licznika [1]. lania wykazuje z reguły asymetrię nie aby stosowali nadążne kompensatory trycznej (prądu przemiennego).
Z przeprowadzonych badań liczni- większą niż 0,5 %. mocy biernej. Działania te mogą po- Wymagania szczegółowe. Część
ka ponadnormatywnej energii bier- Zastosowanie licznika ponadnor- prawić jakość napięcia w sieci elektro- 23: Liczniki statyczne energii
nej wynika, że układ według przy- matywnej energii biernej propono- energetycznej. (klasy 2 i 3 ).
reklama
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
62