Информация о электросчётчиках - Основные внешние факторы, влияющие на погрешность измерений электросчетчика

• уровень напряжения сети
• частота питающего напряжения
• температура окружающего воздуха
• самонагрев
• угол наклона (для индукционных счетчиков)
• несинусоидальность питающего напряжения
• неустановившиеся режимы
• порядок чередования фаз (для трехфазных счетчиков)
• неравномерность нагрузки фаз (для трехфазных счетчиков)
• несимметричность напряжения (для трехфазных счетчиков)
• отсутствие “нуля” (для трехэлементных трехфазных счетчиков)

Так как при неизменном токе нагрузки ее мощность пропорциональна приложенному напряжению, то скорость вращения подвижной части счетчика (последовательная и параллельная обмотки со своими магнитопроводами, не путать с диском индукционного счетчика) должна меняться пропорционально напряжению на параллельной обмотке. В действительности строгая пропорциональность между напряжением, приложенным к параллельной обмотке счетчика, и скоростью вращения его подвижной части обычно не соблюдается. На это есть несколько причин:

1) наличие момента собственного торможения рабочим магнитным потоком параллельной обмотки. Этот момент меняется пропорционально третьей степени напряжения. Основной же вращающий момент при неизменном токе нагрузки меняется приблизительно пропорционально напряжению. Поэтому, при увеличении напряжения момент самоторможения увеличивается быстрее, чем вращающий и появляется положительная погрешность. И наоборот, при уменьшении напряжения момент самоторможения уменьшается быстрее, чем основной вращающий момент, появляется отрицательная погрешность. При изменении напряжения на 10% от номинала, погрешность составляет 0.5-1.5%.

2) при изменении напряжения возникает погрешность от нелинейности. Эта погрешность возникает в результате изменения соотношения между магнитными проводимости рабочего и нерабочего участков параллельной цепи. Поскольку нерабочиц магнитный поток параллельной обмотки обычно в несколько раз больше рабочего, то нерабочие участки магнитной цепи, имеющие приблизительно такое же сечение, что и рабочие участки, находятся в более насыщенном состоянии. Поэтому погрешность от нелинейности при увеличении напряжения положительна, так как магнитное сопротивление нерабочих участков с повышением напряжения растет и следовательно нерабочий магнитный поток относительно уменьшается, а рабочий увеличивается.

3) наличие компенсационного момента. Так как значение компенсационного момента пропорционально квадрату напряжения приложенного к параллельной обмотке, то при увеличении напряжения этот момент увеличивается быстрее, чем основной вращающий момент. Данная погрешность зависит также от тока нагрузки - чем больше ток, тем меньше влияние.

Изменение частоты питающего напряжения оказывает влияние не только на соотношение между вращающим и тормозными моментами, но и на фазы магнитных потоков образующих магнитный поток. На это есть несколько причин:

1) изменение рабочего магнитного потока последовательной обмотки связано с тем, что при изменнеии частоты приблизительно ей изменяется угол потерь. В результате этого изменяется составляющая тока нагрузки идущая на создание рабочего магнитного потока токовой обмотки. Чем больше частота, тем больше угол потерь и тем меньше рабочий магнитный поток токовой обмотки.

2) изменение рабочего магнитного потока параллельной обмотки связано с тем, что при изменении частоты изменяются активные потери на пути рабочего и нерабочего магнитных потоков. Потери на пути рабочего потока являются значительными, на пути нерабочего потока незначительны. Соотношение между потоками меняется, что и вызывает дополнительную погрешность.

3) изменение самоторможения параллельной цепи связано с приблизительно обратно пропорциональной зависимостью рабочего магнитного потока от частоты. Момент торможения пропорционален квадрату рабочего потока, то при увеличении частоты этот момент уменьшается, появляется дополнительная отрицательная погрешность.

4) изменение компенсационного момента связано с прямой зависимостью этого момента от частоты. Следовательно, при увеличении частоты, появляется дополнительный компенсационный момент, положительная погрешность.

При изменении температкуры окружающего воздуха меняется электрическое сопротивление диска счетсика, короткозамкнутых витков на пути магнитных потоков и параллельной обмотки. Также изменяется магнитный поток постоянного магнита создающего тормозной момент. В результате возникают дополнительная амплитудная и фазовая темпереатурные погрешности. Основные причины:

1) изменение магнитного потока тормозного магнита. При увеличении температуры поток постоянного магнита уменьшается, следовательно возникает положительная погрешность

2) изменение рабочего магнитного потока последовательной обмотки. В зависимости от изменения температуры, меняется сопротивление диска счетчика и зменяются активные потери на пути данного потока

3) изменение рабочего магнитного потока параллельной обмотки. Изменения аналогичны п.2

Погрешность от самонагрева появляется при длительной работе счетчика при большой нагрузке и вызывается теплом выделяемым в последовательной цепи, влияние ее аналогично влиянию от температуры окружающего воздуха.

При эксплуатации счетчика его положение может отличаться от строго вертикального, это приводит к дополнительной погрешности у индукционных счетчиков. Связано это с тем, что крепление подвижной части в опорах, особенно в нижней опоре, на является абсолютно жестким и наклон приводит к перемещению подвижной части на опоре. Врезультате изменяется относительное расположение диска, вращающего элемента и постоянного магнита, что приводит к изменению вращающего и тормозного моментов, следовательно и скорости вращения диска. При углах 2-5 град. и при нагрузках выше 50 % от номинальных, погрешность ничтожно мала. В случае малых нагрузок эта погрешность очень заметна.

Наличие нелинейной нагрузки, например выпрямительных устройств, сварочных аппаратов, приводит к искажению кривой тока нагрузки, т.е. к отклонению этой кривой от синусоиды. В свою очередь несинусоидальный ток, протекая по электрической цепи, вызывает несинусоидальное падение напяржения на сопротивлениях ее элементов. Поэтому даже при синусоидальной кривой напряжнеия генераторов, форма кривой напряжения потребителей будет несинусоидальной. Таким образом ток в последовательной катушке и напряжение в параллельной будут иметь искаженную форму кривых, это приводит к дополнительной погрешности. Однако, в отношении влияния формы кривой на показания счетчика общие выводы сделать трудно, анализ возникающих погрешностей в каждом случае проще сделать экспериментально.

В некоторых случаях счетчики работают в таком режиме, когда ток нагрузки претерпевает резкие и частые колебания. Такие колебания могут иметь место при электрической сварке, при частых пусках и остановках двигателей и т.п. Если считать, что при включении нагрузки ток устанавливается мгеновенно, то установившееся значение скорости вращения подвижной части счетчика достигается с некоторым запазданием. Зависимость скорости вращения подвижной части счетчика от времени выражается экспонентой, постоянная времени которой определяется параметрами счетчика, и в частности моментом инерции его подвижной части. Аналогичные процессы происходят и при отключении нагрузки. Скорость вращения подвижной части также снижается по экспоненте. Очевидно, что погрешность тем меньше. чем меньше момент инерции нго подвижной части, номинальная скорость вращения и момент собственного торможения магнитным потоком токовой обмотки и чем больше вращающий момент. Погрешность возрастает с уменьшением нагрузки и уменьшением длительности цикла изменения нагрузки.

Показания трехфазного счетчика не должны зависеть от чередования фаз, однако в определенной степени это не так. Это объясняется наличием в счетчике вредных дополнительных моментов, направление которых при изменении чередования фаз меняется на противоположное. На это есть причины:

1) вихревые токи в диске создаваемые рабочим магнитным потоком параллельной обмотки каждого элемента счетчика распространяясь по диску попадают в область рабочего магнитного потока параллельной обмотки другого элемента и взаимодействуют с ним. В результате этих взаимодействий возникает дополнительный вращающий момент, направление которого зависит о чередования фаз.

2) по такой же схеме взаимодействуют вихревые токи последовательных обмоток.

3) аналогично взаимодействуют вихревые токи магнитных потоков последовательных и параллельных обмоток.

На практике, при “неправильном” чередовании фаз, трехфазный индукционный счетчик “самоходит”.

При неравномерной нагрузке фаз правильность изменений показаний счетчика теоретически должна сохраняться. Однако на практике наблюдается другая картина. Причин несколько:

1) неравенство вращающих моментов создаваемых отдельными вращающими элементами. Для уменьшения этой составляющей лабораторным способом добиваются равенства моментов каждого элемента.

2) наличие компенсационного момента. обмотка напряжения того элемента в котором отключена последовательная обмотка (нет нагрузки), остается включенной. Следовательно, компенсационный момент этой цепи продолжает действовать на подвижную часть счетчика. Чем меньше нагрузка, тем выше компенсационный момент. Положительная погрешность.

3) наличие моментов собственного торможения рабочим потоком последовательной цепи. При равномерной нагрузке на подвижную часть действуют моменты собственного торможения рабочими потоками последовательных обмоток элементов. При отключении одной из фаз один из этих моментов становится равным нулю, а остальные уменьшаются пропорционально снижению скорости вращения подвижной части. В результате появляется положительная погрешность счетчика, численно равная отношению момента самоторможения последовательной цепи одного элемента к его рабочему вращающему моменту. Данная погрешность увеличивается с ростом нагрузки. Эта погрешность является основной составляющей погрешности счетчика от неравномерной нагрузки фаз. Может достигать 1-1.5 %.

Трехфазную систему напряжений можно считать симметричной, если напряжения фаз отличаются друг от друга не более чем на 5 %. При такой несимметрии напряжений правильность показаний счетчика не должна нарушаться, если выполена точная балансировка его вращающих элементов. Если несимметри напряжений будет превышать указанные пределы, то появляется дополнительная погрешность измерений даже при точной балансировке элементов счетчика. Это связано с тем, что рабочий магнитный поток параллельной обмотки нелинейно зависит от приложенного к ней напряжения. Поэтому абсолютная величина изменений вращающих моментов будет неодинаковой для элемента, который находится под повышенным напряжением и для элемента который находится под пониженным напряжением. Второй причичной появления погрешности от несимметрии напряжений является квадратичная зависимость компенсационных моментов и моментов самоторможения рабочим магнитным потоком параллельной обмотки от напряжения.

У трехфазных трехэлементных счетчиков активной энергии при несимметрии напряжений, вызванной неравномерностью нагрузки по фазам, может возникать дополнительная погрешность в учете, если будет отсутствовать связь общей точки обмоток напряжения (нулевой контакт) с нулевым проводником сети. В этом случае из-за различия потенциалов нулевого проводника и указанной общей точки между последними возникает напряжение. Поэтому напряжения, прикладываемые к обмоткам счетчика, будут отличаться от соответствующих фазных напряжений сети как по величине, так и по фазе. В целом суммарное значение получаемой погрешности зависит как от распределения нагрузки по фазам, так и от ее характера.