Medição da Energia Ativa e Não-Ativa de Deslocamento

Transcrição

1 Medição da Energia Ativa e Não-Ativa de Deslocamento

2 Registrador de Ponteiros Registrador Ciclométrico

3 Bobinas de Potencial MUITAS ESPIRAS DE FIO FINO Bobinas de Corrente POUCAS ESPIRAS DE FIO GROSSO

4 1 - INTRODUÇÃO A medição da energia elétrica possibilita ao fornecedor o faturamento adequado da quantidade de energia elétrica consumida por cada usuário; Emprego do medidor do tipo indução: simplicidade, robustez, exatidão e vida útil (15 anos); Devido ao medidor ficar na casa do consumidor, vários cuidados foram tomados por parte da concessionária, principalmente para se evitar fraudes na medida; As entidades governamentais, por sua vez, editam normas e especificações regulamentando as condições que deve satisfazer os medidores para poderem ser comercializados.

5 O Medidor Monofásico de Indução Mesmo princípio do wattímetro de indução; Única diferença Eixo do disco não existe o torque antagônico; O disco gira dentro do entreferro de um imã permanente que exerce o papel de freio; No eixo do disco vai acoplado um dispositivo mecânico para contagem do número de rotações realizado (totalizador, registrador). Bp=bobina de tensão (potencial), muitas espiras de fio fino; Bc = bobina de corrente, poucas espiras de fio grosso.

6 O Medidor Monofásico de Indução Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Considerando fp=1, i p estará atrasada quase que 90º de i c ; i p cria um fluxo Ψ p na bobina de tensão. i c cria Ψ c na bobina de corrente; Estes atravessam o disco de alumínio e criam correntes induzidas nele; No espaço, o fluxo Ψ c é sempre normal à direção de i p e o fluxo Ψ p normal à I c. Assim, as forças originadas estão postas no plano do disco e sempre dirigidas no mesmo sentido; Estas forças, estando a uma certa distância do eixo de rotação, criarão em relação a ele um conjugado motor fazendo o disco girar.

7 C C C m Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI O Medidor Monofásico de Indução 1 2 C m - conjugado motor; C 1 - conjugado devido a interação de Ψ c e I p ; C 2 - conjugado devido a interação de Ψ p e I c. C K. V. I. sen( ) m Se a bobina de tensão for puramente indutiva implicaria que Δ seria 90º, com isso terse-ia: C K. V. I.cos m C m seria proporcional à potência ativa da carga. Como B p não é uma bobina ideal, há na prática vários artifícios empregados para se fazer com que o fluxo útil Ψ p, que atravessa o disco, seja defasado de exatamente 90º atrasado com relação a V. Essa operação é chamada de ajuste da carga indutiva.

8 Compensação do atrito: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI O atrito nos pontos de apoio do eixo de suspensão do disco e no sistema mecânico de engrenagens impede o disco de partir ou de dar o número exato de rotações para cargas pequenas, ou seja, correntes reduzidas; A compensação é feita na prática, por meio de artifícios, que consistem em colocar um dispositivo apropriado que faça introduzir um pequeno conjugado suplementar sobre o disco, apressando ou retardando o seu movimente, conforme se deseje. O Medidor Monofásico de Indução

9 Aferição do medidor Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Aferição é a determinação dos erros do medidor pela sua comparação com um padrão. Subsídios para ensaios são encontrados no método brasileiro da ABNT; A tensão usada na aferição ou no ajuste dos medidores para ensaios de aceitação é denominada tensão de ajuste, onde o medidor irá operar efetivamente. A tensão de ajuste não é necessariamente igual à tensão nominal (ou de placa); Há dois métodos para aferição de medidores: a) Método do Wattímetro; b) Método do Padrão Rotativo.

10 Aferição do medidor a) Método do Wattímetro: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Consiste em fazer passar pelo medidor uma energia durante um tempo suficientemente grande, com potência constante, medida pelo wattímetro, de modo a se obter um determinado número de rotações do disco do medidor. Sendo: W - potência indicada pelo wattímetro em Watts com precisão de ±0,2%; N - número inteiro de rotações do disco do medidor; t - tempo decorrido em segundos; k d - constante do disco em Wh/rotação. O erro relativo do medidor será: kd. N W. t %.100 W. t

11 Aferição do medidor a) Método do wattímetro: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI kd. N W. t %.100 W. t Os valores de tensão e corrente deverão ficar dentro de ±2% dos valores nominais; O valor de potência deve ser lido com precisão dentro de ±0,2%; O cronômetro deverá ter resolução de, no mínimo, 1/10 de segundo.

12 Aferição do medidor a) Método do wattímetro: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI kd. N W. t %.100 W. t Um medidor monofásico traz na sua placa de identificação as informações: f=60hz, In=5A, Vn=120V, kd=0,25wh/rot. No ensaio à plena carga, sob 120V, 60Hz e cosψ=1, mediu-se 58,4 seg para o disco dar 40 rotações. Calcular o erro relativo do instrumento. MEDIDO e % , , ,7% ,4 IDEAL IDEAL Registra mais

13 Aferição do medidor b) Método do Padrão Rotativo: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Este método consiste em passar, simultaneamente, pelo medidor e pelo padrão rotativo, uma dada energia com potência constante, de modo a se obter um número inteiro de rotações do disco do medidor. Sendo: N m = número inteiro de rotações do disco do medidor; k d = constante do disco do medidor em watt.horas por rotação; N p = número de rotações do disco do padrão rotativo (inclusive frações de rotação); k p = constante do padrão rotativo em watt.horas por rotação. O erro relativo do medidor será: e % N. k N. k m d p p N p. k p.100 PADRÃO

14 Aferição do medidor b) Método do Padrão Rotativo: Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Deve-se escolher N m (número inteiro de rotações do disco) suficientemente grande de modo a ter uma leitura no padrão com erro desprezível.

15 Calibração do medidor Uma vez aferido o medidor e constatado que ele está com erros intoleráveis pelas normas vigentes, deve-se calibrá-lo ou ajustá-lo; Calibração: manejo dos dispositivos de ajuste do medidor, de modo a fazê-lo registrar a energia medida dentro das tolerâncias especificadas; As normas da ABNT referem-se aos medidores monofásicos de indução e estabelecem que estes devem ter os seguintes dispositivos de ajuste: a) Plena carga ou carga nominal; b) Pequena carga ou carga leve (10% da nominal); c) Carga indutiva.

16 Calibração do medidor a) Plena carga ou carga nominal: Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual à corrente nominal, com tensão e frequência nominais e com fator de potência igual a 1. Para calibrar o medidor na carga nominal, maneja-se o ímã permanente fazendo modificar o conjugado frenador ou de amortecimento C am produzido pelo mesmo sobre o disco.

17 Calibração do medidor b) Pequena carga ou carga leve (10% da nominal): Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual a 10% da corrente nominal, com tensão e frequência nominais e com fator de potência igual a 1. Devido ao fato do fluxo da bobina de corrente não ser exatamente proporcional à corrente, acontece que o disco passa a girar mais lentamente do que deveria. Além disso, o atrito nos mancais e no dispositivo de totalização tendem a atrasar o contador. Para compensar essas tendências, o medidor deve contar com um conjugado motor dependendo não da carga, mas da tensão do circuito. Utilizando uma pequena chapa de material magnético montada junto bobina de tensão, de modo a aumentar o fluxo, consegue-se assim, ajustes de até 20% com 5% da carga nominal. c) Carga indutiva: Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual a corrente nominal, com tensão e frequência nominais e com fator de potência igual a 0,5 indutiva.

18 Constantes do medidor a) Kr - constante do registrador - É o número pelo qual se deveria multiplicar a leitura do mostrador para se obter, na respectiva unidade, a quantidade total de energia que passa pelo medidor. Ex.: 2; 3; 5; etc b) Kd - constante do disco - É o número de watt.horas correspondente a uma rotação do elemento móvel. Ex.: 0,3Wh/rot; 2,4Wh/rot; etc. c) Rr - relação do registrador - É o número de rotações da roda que engrena com o parafuso sem fim do eixo do elemento móvel correspondente a 1 rotação do primeiro ponteiro ou tambor ciclométrico. Ex.: 83 1/3; 13 8/9 d) Rg - relação total das engrenagens - É o número de rotações que o disco dá para realizar uma rotação do primeiro ponteiro ou tambor ciclométrico.

19 Registrador de Ponteiros Registrador Ciclométrico

20 Dados Típicos de um Medidor Monofásico SCHLUMBERGER

21 Curvas Características do Medidor

22 3. MEDIÇÃO DA ENERGIA NÃO-ATIVA DE DESLOCAMENTO 2 processos para a medição da potência reativa dos circuitos trifásicos: a) Emprego de medidores trifásicos de indução para energia ativa, mas ligados através de dispositivos que defasam a tensão em 90º, aproveitando-se da relação trigonométrica: V. I. sen( ) V. I.cos( 90) b) Emprego de medidores trifásicos de indução especialmente ligados internamente para registrar a energia reativa.

23 4. EXEMPLOS 1) Determinar o consumo de energia elétrica solicitada por uma residência, durante o mês de setembro de 2012, sabendo que as leituras feitas no medidor foram as seguintes: Leitura em : 5268 kwh Leitura em : 5632 kwh. 2) Determinar o consumo de energia elétrica solicitada por uma residência, durante o mês de setembro de 2012, sabendo que o medidor tem constante própria de multiplicação igual a 3 e as leituras feitas no medidor foram as seguintes: Leitura em : 8493 kwh Leitura em : 8622 kwh.

24 4. EXEMPLOS 3) Um medidor de energia elétrica, 1Φ, 2 fios, V nominal =240V, I nominal =15A, 60Hz, é submetido às condições de "carga nominal" (sendo 220V a tensão de aferição e calibração), observando-se que registra 1,67kWh em meia hora. Verificar se o medidor está registrando corretamente. 4) Um medidor de energia elétrica, monofásico, 2 fios, tensão nominal 240V, 15A, 60Hz é utilizado para medir a energia elétrica solicitada por uma carga 1Φ, resistiva, alimentada por 220V e percorrida por 4A. Em 5hs o disco do medidor faz rotações. PEDE-SE: a) Determinar a "constante do disco" em rotações/kwh. b) Determinar o número de rotações que daria o disco do medidor em 4hs se o fator de potência da carga fosse 0,8 indutivo, com os mesmos valores de tensão e de corrente.

25 Obrigado pela atenção!! FIM