11.4. Вимірювання реактивної потужності трифазного змінного струму

Для вимірювання реактивної потужності трифазного змінного струму застосовують однофазні ватметри активної потужності, вми­каючи їх за спеціальними схемами, або ж трифазні вимірювачі реак­тивної потужності.

При повній симетрії для вимірювання реактивної потуж­ності в трипровідній або чотирипровідній трифазній мережі можна застосувати один ватметр, струмове коло якого вмикається послідовно в одну з трьох ліній, а коло напруги під'еднується до двох інших («чужих»). Генераторний кінець треба приєднувати до лінії, наступної по порядку чергування фаз (відносно «своєї» лінії, в якій знаходиться обмотка струму ватметра). Три можливі варіанти такого вмикання подані на рис, 126, а. Враховуючи векторну діаграму (рис. 126, б) для ватметра, ввімкненого в першу лінію, дістанемо

Для того щоб дістати значення реактивної потужності трифазного змінного струму, показ ватметра треба помно­жити на √3

Аналогічні результати можна дістати при вмиканні ватметра в другу або третю лінію. При простій асиметрії, тобто коли ліній­ні напруги симетричні, а струми в фазах різні, реактивну потужність

я к в трипровідному, так і в чотирипровідному трифазному колі можна виміряти з допомогою трьох ват­метрів активної потужності, ввімкнених за схемою, наведе­ною на рис. 126, а. Значення реактивної потужності дорівнює середньому арифметичному з показів трьох ватметрів, помноженому на √3, тобто, позначивши покази ватметрів через P1 , Р₂, Р₃, маємо

Рис. 126. Схема вимірювання реактивної потужності.

Рис. 127. Схема вимірювання реактивної потужності з допомогою-двох ватметрів з штучним нулем.

Для вимірювання реактивної потужності в трипровідних трифазних колах при повній симетрії і простій асимет­рії можна також застосовувати два ватметри, увімкнені за схемою з штучним нулем, яка зображена на рис. 127,а. Для утворення нульової точки треба виконати умову

де ruwi і R_UW2 — значення опорів кіл напруги ватметрів;

R — опір допоміжного резистора.

Як видно із схеми і векторної діаграми (рис. 127, б), потужності за показами ватметрів дорівнюють

де U03, U10—фазні напруги. Ψ1, Ψ₂ — кути зсуву фаз між струмами і напругами.

Замінивши проекції векторів лінійних струмів I1 і I₂ (на вектори фазних напруг U₀₃ і U10) проекціями векторів фазних струмів I₁₂, I13, I32 дістанемо¹

¹ Розглядається з'єднання навантаження трикутником; у випадку з'єднання зіркою аналогічні результати дістанемо, замінивши її екві­валентним трикутником.

звідки, враховуючи, що фазні напруги, створені за рахунок штучної нульової точки, є менші в 1/3 раз від фазних напруг навантаження,

з'єднаного трикутником, і рівні між собою (систему напруг ми прий­няли симетричною), для суми показів ватметрів після тригонометрич­них перетворень дістанемо

Щоб знайти реактивну потужність трифазного змінного струму суму показів ватметрів треба помножити на √З

При повній симетрії, коли лінійні струми відстають від фазних, на 30°, і

а

д істанемо

Звідси видно, що покази ватметрів залежно від кута φ можуть мати різні (при φ= +30°-:- +90°) або однакові знаки (при φ = 0-- ±30°), тому для одержання результату вимірювань треба брати алгебраїчну суму показів.

Рис. 128. Схема з штучним нулем для вимірювання реактивної потужності при високій напрузі.

Рис. 129. Схема вимірювання реактивної потужності в високовольтній системі при наявності струмів витоку.

При повній асиметрії струмів і напруг реактивну потужність можна виміряти лише з допомогою спеціальних варметрів, вмикаючи їх на фазні струми і напруги за схемою, поданою на рис. 121.

Якщо вимірюваний струм перевищує номінальне значення струму ватметрів, то їх обмотки струму вмикають через вимірювальні транс­форматори струму, а коли напруга перевищує 600 В, застосовують вимірювальні трансформатори струму і напруги (рис. 128, 129). Схему на рис. 129 можна застосовувати і при наявності струмів витоку через ізоляцію.

Похибки вимірювання реактивної потужності трифазного змінного струму мають ті самі складові, що й при вимірюванні активної потужності, і для їх оцінки можна засто­совувати аналогічну методику. Проте тут є й деякі особливості. Так наприклад, при застосуванні схем правильного вимірювання напруги· (рис. 126, 127) споживання потужності приладами практично не впли­ває на результат (похибка методу дорівнює нулю), тому що обмотки напруги ватметрів і вольтметрів споживають лише активну потуж­ність, яка не входить в покази ватметрів.