Определение электрических нагрузок потребителя

12.3. Основные теоретические положения

Для измерения и учета активной энергии в цепях переменного тока применяются специальные интегрирующие приборы - однофазные и трехфазные электрические счетчики, построенные на базе индукционного измерительного механизма.

Принцип действия механизма однофазного счетчика основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированных этими потоками в подвижном алюминиевом диске. Возникающий в механизме вращающий момент определяется зависимостью

, (12.1)

где k - постоянный коэффициент;

Ф₁ и Ф₂ - магнитные потоки, пересекающие алюминиевый диск;

f - частота изменения магнитных потоков;

sinY - угол сдвига между потоками.

Учитывая, что один из потоков создается токовой катушкой, а второй - катушкой напряжения, и при условии, что sinY = cosj, можно записать

(12.2)

Следовательно, на диск счетчика воздействует вращающий момент, пропорциональный активной мощности Р. В зависимости от значения вращающего момента диск счетчика будет вращаться с определенной скоростью.

За определенный интервал времени диск сделает N оборотов, и тогда можно считать, что активная энергия W, учтенная счетчиком, выразится зависимостью

, (12.3)

где с - постоянная счетчика.

Для учета активной энергии в трехфазных цепях служат двухдисковые или трехдисковые счетчики.

Электрической нагрузкой называют мощность, потребляемую электроустановкой в установленный момент времени. Понятие нагрузки распространяется также на электрический ток (токовая нагрузка) и на электрическое сопротивление (активная, индуктивная и др. нагрузки). Электрические нагрузки в системах электроснабжения во времени обычно переменные. В то же время в них можно проследить определенную периодичность. Изменения нагрузки во время такого перехода изображаются при помощи графиков нагрузки, которые могут составляться на технологический цикл, смену, сутки, год и т.д.

Пропускную способность элементов системы электроснабжения и номинальную мощность источников электроэнергии выбирают по максимальному или среднему за определенный промежуток времени значению нагрузки, которое называют расчетной нагрузкой.

Режим работы электроприемников может быть длительным, кратковременным или повторно-кратковременным. Все эти режимы чаще всего нерегулярны и характеризуются некоторыми средними показателями за период времени, охватывающий достаточно большое число циклов изменения нагрузки. К таким показателям относятся:

- коэффициент включения , (12.4)

где t_В - время включения нагрузки (без пауз);

t_Ц - время цикла;

- коэффициенты использования:

- по току ; (12.5)

- по мощности , (12.6)

где I_ср и Р_ср - средние значения тока и мощности за цикл;

I_H и Р_H - номинальные значения тока и мощности;

- коэффициенты формы графика нагрузки:

- по току ; (12.7)

- по мощности , (12.8)

где I_Э и Р_Э - эффективные (среднеквадратические) значения тока и мощности;

- коэффициенты загрузки:

по току ; (12.9)

по мощности . (12.10)

12.4. Порядок выполнения работы и обработки

результатов измерений

1. Для проведения испытаний соберите электрическую схему (рис.12.1) и по табл.12.1 получите у преподавателя задание по варианту графика нагрузок.

2. В соответствии с заданием подключите нагрузки (ламповый реостат), выполнив необходимые измерения на каждой ступени графика нагрузок. Результаты занесите в табл.12.2.

Мощность ступени нагрузки Р_К можно определить, используя зависимость

, (12.11)

где С = 1 кВт*ч/Гц - постоянная счетчика.

Рис.12.1. Схема для определения электрических

нагрузок потребителя

Таблица 12.1

Варианты графика нагрузок

3. Определение показателей графика нагрузки выполните по (12.4) - (12.10). При этом средние и эффективные значения можно определить:

- для тока ; (12.12)

; (12.13)

- для мощности ; (12.14)

, (12.15)

а за номинальные значения тока I_Н и мощности Р_Н принять значения при всех включенных лампах. Результаты расчетов занести в табл.12.3.

Таблица 12.2

Экспериментальные показатели нагрузок

Таблица 12.3

Расчетные показатели нагрузок

4. Постройте графики нагрузки Р(t) и I(t) в соответствии с рис.12.2.

а) б)

Рис.12.2. Графики электрической нагрузки:

а) активной мощности; б) тока

Контрольные вопросы

1. Какие приборы применяются для измерения электрической энергии?

2. Как устроены счетчики для измерения активной электроэнергии?

3. Что показывают графики нагрузки? Их назначение.

4. Что характеризуют средняя и эффективная нагрузки?

5. Что характеризует коэффициент включения?

6. Что определяют коэффициенты использования и загрузки?

7. В чем заключается смысл коэффициента формы графика нагрузки?

Литература [2, c.356-366]