УЭ 6.3-4 ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Реактивная мощность приводит к дополнительным потерям в линиях электропередачи и увеличению стоимости вырабатываемой электроэнергии и стоимости эксплуатации энергетических систем. Поэтому измерение реактивной мощности наряду с измерением активной мощности в цепях переменного тока имеет большое народнохозяйственное значение.
Реактивная мощность Q, измеряемая в вольт-амперах реактивных (вар), может быть определена как в однофазных цепях, так и в трехфазных трехпроводных и че-тырехпроводных цепях переменного тока. Реактивная мощность в однофазной цепи определяется выражением
Q = U I sinφ
Для трехфазной цепи реактивная мощность определяется суммой реактивных мощностей отдельных фаз:
В случае полной симметрии трехфазной трех- или четырехпроводной цепи имеем:
Q = 
Uл Iл sinφ
Измерение реактивной мощности в однофазной цепи может быть осуществлено электродинамическим или ферродинамический прибором, у которого вращающий момент пропорционален не косинусу угла между векторами тока и напряжения, а синусу этого угла.
Измерение реактивной мощности в трехфазной пени может быть осуществлено с помощью обычных однофазных ваттметров, т. е. приборов, предназначенных для измерения активной мощности и включаемых в трехфазную цепь по специальным схемам. Здесь, так же как и при измерении активной мощности трехфазной цепи, может быть использован метод одного, двух и трех приборов.
Кроме того, реактивная мощность в трехфазных цепях измеряется с помощью двух- или трехэлементных электродинамических или ферродинамических ваттметров, элементы которых, практически ничем не отличающиеся от элементов обычных ваттметров, включаются в трехфазную цепь также по специальным схемам.
Можно сформулировать следующие правила включения однофазных ваттметров и элементов варметров в трехфазные цепи по схемам с замененными напряжениями:
| 1) | токовые обмотки необходимо включать в трехфазную цепь точно так же, как это осуществлялось при измерении активной мощности |
| 2) | обмотки напряжения необходимо включать на такие напряжения трехфазной цепи (линейные или фазные), которые отставали бы на 90° от напряжений, подаваемых на эти обмотки при измерении активной мощности. |
Сформулированные правила пригодны для включения однофазных ваттметров и элементов варметров как по методу одного, так и по методу двух и трех приборов.
Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных схем, следует отметить, что расширение диапазонов измерения приборов при измерении реактивной мощности осуществляется так же, как и при измерении активной мощности, т. е. с помощью измерительных трансформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения. Поэтому в этом параграфе схемы с использованием измерительных трансформаторов не рассматриваются.
Измерение реактивной мощности методом одного прибора. Метод одного прибора используется при включении обычного однофазного электродинамического или ферродинамического ваттметра, предназначенного для измерения активной мощности, в трехфазную трех- или четырехпроводную цепь. Очевидно, что в этом случае трехфазная цепь должна быть симметричной.
На рисунке 6.22, а приведена схема включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь. Штриховой линией показано включение обмотки напряжения ваттметра при измерении активной мощности нагрузки, имеющей доступную нулевую точку. Включение обмотки напряжения ваттметра при измерении реактивной мощности на замененное напряжение показано сплошными линиями.
Нетрудно видеть, что в рассматриваемом случае замененным напряжением по отношению к фазному напряжению Uабудет линейное напряжение UВС. Действительно, из векторной диаграммы, изображенной на рисунке 6.22,б, видно, что вектор линейного напряженияUВСотстает иа 90° от вектора фазного напряжения Ua, подключаемого к обмотке напряжения ваттметра при из-мерении активной мощности.
Рисунок 6.22. Использование ваттметра для измерения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи при полной симметрии (а – схема включения, б – векторная диграмма)
Показание ваттметра в рассматриваемом случае равно:
Для получения реактивной мощности всей цепи необходимо умножить показание ваттметра на
Q = Pw = Uл Iл sin φ.
Следует отметить, что незначительная асимметрия токов в трехфазной цепи приводит при применении метода одного прибора к большим погрешностям, поэтому метод одного прибора для измерения реактивной мощности в трехфазной цепи применим только в лабораторной практике.
Измерение реактивной мощности методом двух приборов.Это измерение применяется в трехфазной трехпроводной цепи как при симметрии, так и при асимметрии токов.
Рассмотрим схему включения двух однофазных ваттметров PW1и PW2в трехфазную трехпроводную цепь, показанную на рисунке 6.23, а предполагая для упрощения, что токи симметричны. Для удобства рассмотрения штриховой линией показано включение обмоток напряжения ваттметров PW1и PW2в случае применения их для измерения активной мощности.
При измерении активной мощности на обмотку напряжения ваттметра PW1подавалось линейное напряжение Uав.
Рисунок 6.23. Использование двух ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи (а — схема включения, б – векторная диаграмма)
В соответствии со сформулированными выше правилами теперь на обмотку напряжения ваттметра PW1необходимо подать напряжение, отстающее от напряжения Uав на 90°. Нетрудно видеть, что таким напряжением будет фазное напряжение — Uс, как показано на рисунке 6.23,б
Проведя аналогичные рассуждения, нетрудно показать, что на обмотку напряжения ваттметра PW2 необходимо подать вместо линейного напряжения Uсв фазное напряжение UA.Следовательно, при включении однофазных ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи необходимо иметь фазные напряжения UAи Uc. Для получения этих напряжений создается схема с искусственной нулевой точкой.
Обычно для создания схемы с искусственной нулевой точкой используются сопротивления цепей напряжения применяемых однотипных ваттметров и резистор R,как показано на рисунке 6.23,а сопротивление которого должно быть равно сопротивлению цепи напряжения ваттметра
Нетрудно видеть, что теперь на обмотки напряжения ваттметров PW2и PW1 соответственно поданы фазные напряжения Uaи Uc, причем на обмотку напряжения ваттметра PW2подано напряжение UAсо знаком плюс (зажим обмотки напряжения, обозначенный звездочкой, включен на фазу А), а на обмотку напряжения ваттметра PW1— напряжение Ucсо знаком минус (зажим обмотки напряжения, обозначенный звездочкой, подключен к искусственной нулевой точке 0).
Определим показания ваттметров:
Из векторной диаграммы рисунка6.23,6 следует:
В результате получаем:
РW2 = UAIC cos( 120° —φ)= Uф Iф cos (120° — φ)
Найдем алгебраическую сумму показаний ваттметров:
PW1 +РW2 = Uф Iф
После несложных преобразований получим:
P∑= PW1 +РW2= Uф Iфsin
Анализируя полученые выражение , видим, что для получения реактивной мощности всей цепи необходимо сумму показаний ваттметров умножить на 
:
Q = P∑ =(Uф Iфsin) = 3Uф Iфsin,
т. е. реактивная мощность всей цепи равна сумме реактивных мощностей всех трех фаз.
Необходимо отметить, что в рассматриваемом случае при угле φ =30° (cos φ=0,86) показание ваттметра PW2в соответствии с (12.18) равно нулю:
РW2 = Uф Iфcos
= Uф Iфcos90 o =0
При угле 
o (cos φ ^ IA)= UлIл
= UлIлsinφ ;
PW2 = UCAIB cos (UCA, ^ IB)= UлIл= UлIлsinφ ;
PW3 = UABIC cos (UAB, ^ IC)= UлIл= UлIлsinφ .
Следовательно, алгебраическая сумма показаний ваттметров
P∑= PW1 +РW2+PW3=3 UлIлsin
Разделив на , получим реактивную мощность трехфазной цепи:
Q = 
=
= Uл Iлsin=3Uф Iфsin.
Конструкция трехэлементных варметров соответствует конструкции трехэлементных ваттметров, а необходимая математическая операция, связанная с делением на , учтена при градуировке варметров.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Измерение реактивной мощности
Реактивная мощность приводит к дополнительным потерям в линиях электропередачи электроэнергии и увеличению стоимости эксплуатации электрических систем. Поэтому измерение реактивной мощности имеет большее значение.
Реактивная мощность Q, измеряемая в вольт-амперах реактивных (вар), может быть определена как в однофазных, так и четырехфазных цепях переменного тока. Реактивная мощность в однофазной цепи определяется:
Измерение реактивной мощности в однофазной цепи может быть осуществлено электродинамическим или ферродинамическим прибором, у которого вращающий момент пропорционален синусу угла между векторами тока и напряжения.
Измерение реактивной мощности имеет практическое значение лишь у крупных потребителей электроэнергии, когда всегда питаются трехфазным переменным напряжением.
Измерение реактивной мощности в трехфазной цепи может быть осуществлено с помощью обычных однофазных ваттметров, т.е. приборов, предназначенных для измерения активной мощности и включаемых в трехфазную цепь по специальным схемам.
Правила включения однофазных ваттметров и элементов варметров в трехфазные цепи:
1. Токовые обмотки необходимо включать в трехфазную цепь точно так же, как это осуществлялось при измерении активной мощности.
2. Обмотки напряжения необходимо включать на такие напряжения трехфазной цепи (линейные или фазные), которые отставали бы на 90 0 от напряжений, подаваемых на эти обмотки при измерении активной мощности.
Расширение диапазона измерений приборов осуществляется с помощью измерительных трансформаторов (рис. 7).
Рис7.Схемы включения ваттметров с измерительными трансформаторами: а) схема с использованием измерительного трансформатора тока и напряжения; б) схема с использованием измерительного трансформатора тока
а) Измерение реактивной мощности методом одного прибора(рис. 8).
Рис. 8. Схема включения ваттметра для определения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи при полной симметрии
Включение обмотки напряжения ваттметра при измерении реактивной мощности на замененное напряжение показано сплошными линиями (замененным напряжением по отношению UA будет линейное напряжение UBC).
б) Измерение реактивной мощности методом двух приборов.Применяется при симметрии и при асимметрии токов (рис. 9).
Рис. 9. Схема включения двух ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи
Для включения однофазных ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной цепи необходимо иметь фазные напряжения UA и UС. Для получения этих напряжений создается схема с искусственной нулевой точкой. Для этого используется резистор, сопротивление которого должно быть равно сопротивлению цепи напряжения ваттметров.
г) Измерение реактивной мощности методом трех приборов(рис. 10).
Рис. 10. Схема включения трех ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи
Метод используется в четырехпроводных цепях при симметрии и асимметрии токов.
1.Описать способы измерения мощности в цепях постоянного тока;
2.Измерение активной мощности в цепях переменного тока методами одного, двух и трех приборов;
3.Измерение реактивной мощности в цепях переменного тока методами одного, двух и трех приборов
Источник
