9.5. Вимірювання реактивної потужності. Варметри

При індуктивному навантажені (двигуни, трансформатори) через мережу змінного струму передається енергія, яка необхідна для здійснення роботи або нагрівання, крім того, через мережу відбувається безперервний обмін енергією між генератором і магнітними полями в двигунах і трансформаторах. Цей обмін енергетично збільшує струм і втрати енергії в провідниках.

Енергія, що поступає від генератора до споживача і використо­вується ним, називається активною енергією. Кількість активної енергії, що споживається в 1 сек., називається активною потуж­ністю і знаходиться за формулою

Р = І·U·Соsφ. (9.40)

Вираз Q = І U · Sin φ умовно називається реактивною потуж­ністю і характеризує кількість енергії, яка циркулює між генера­тором і струмоспоживачами і не використовується споживачами.

Із збільшенням індуктивності навантаження збільшується кут зсуву фаз; із збільшенням кута зсуву фаз φ зменшується Cos φ, а Sin φ зростає. Тому при збільшенні зсуву фаз зменшується активна енергія, що передається даним струмом, і зростає спожи­вання реактивної енергії, яка створює тільки зайві втрати в мережі.

Ця обставина зумовила необхідність вимірювати не тільки активну, але також і реактивну потужність, оскільки співвідно­шення між цими двома величинами характеризує правильність вибору і експлуатації обладнання. Реактивну потужність можна виміряти, як і активну, за допомогою трьох приладів: амперметра, вольтметра і фазометра {Q = І ·U · Sin φ). Таким же чином можна поступити і при трифазному струмі, активна потужність якого

Для трифазного струму вказаний спосіб визначення реактив­ної потужності придатний тільки для рівномірного навантаження. У випадку нерівномірного навантаження потрібно визначати активну і реактивну потужність окремо для кожної фази.

При безпосередньому вимірюванні реактивної потужності застосовують також електродинамічні прилади — варметри (на рис. 9.13 зображено вимірювання ватметром).

При симетричному навантаженні покази приладу:

де Q — реактивна потужність трифазного симетричного кола; α — кут зсуву фаз між лінійною напругою U_BC і лінійним струмом І_A, φ — кут зсуву фаз між фазними напругою і струмом, звідси витікає, що

Q = √3·Q₁ (4.42)

При трифазному струмі, крім непрямого способу (метод вимірювання амперметром, вольтметром, фазометром), реактивну потужність можна виміряти безпосередньо звичайними ватмет­рами (рис. 9.13, а), включаючи їх за особливими схемами.

Технічно можливо побудувати "синусний" ватметр — варметр — показуючий прилад з механізмом звичайного ватметра, але з такою вимірювальною схемою, що покази його будуть відповідати реактивній потужності. При вимірюванні реактивної потужності ватметром (рис. 9.13, а) послідовна обмотка ватметра включається в один (будь-який) з трьох проводів трифазної мережі, а до паралельної обмотки подається напруга від двох інших "чужих" фаз. При рівномірному (симетричному) наванта­женні значення реактивної потужності в три провідній системі можна визначати одночасно з вимірюванням активної потужності по схемам двох ватметрів (рис. 9.10).

Реактивна потужність при цьому визначається:

де Р_a, Р_c - покази двох ватметрів. Активна потужність при цьому

P = P_c + P_a

Ця формула (9.43) справедлива тільки при рівномірному навантаженні.

Для вимірювання реактивної потужності в три провідній системі при нерівномірному навантаженні використовують схему двох ватметрів з штучною нульовою точкою (рис. 9.14).

Ватметри, що застосовуються в схемі (рис. 9.14) повинні мати одинакові опори паралельних гілок, і, крім того потрібно викори­стовувати додатковий опір R_Д для утворення штучної нульової точки. Опір R_Д повинен дорівнювати опору паралельного кола ватметра.

Алгебраїчна сума показів ватметрів, що включені за схемою (рис. 9.14), помножена на √3 дорівнює загальній реактивній потужності в трипровідній трифазній мережі без нульового проводу (буде використана формула).

Для вимірювання реактивної потужності в чотири провідній трифазній системі, як і в три провідній мережі при рівномірному і нерівномірному навантаженні фаз придатна для вимірювань така принципова схема (рис. 9.15).

За цією схемою паралельні гілки ватметрів включаються так, як на схемі (рис. 9.13, а) для одного ватметра, на "чужі" фази. Сума показів включених таким способом ватметрів, поділена на √з, дорівнює реактивній потужності.

Трифазні ватметри за своєю конструкцією нічим не відрізняються від трифазних ватметрів для активної потужності, тільки паралельні гілки ватметрів включені за схемою двох ватметрів з штучною нульовою точкою (рис. 9.14).

Для обліку витрати реактивної енергії можна використо­вувати звичайні однофазні лічильники, які включають за принциповими схемами, за якими включаються ватметри для вимірювання реактивної потужності. Обрахунки витрат реактивної енергії, виконуються за такими ж формулами, що і обрахунки реактивної потужності. Для обліку реактивної енергії виготовляються також спеціальні трифазні лічильники реактивної енергії.