ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И УЧЁТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ,

(для студентов ЭКФ и ФЗР)

Составил: доцент Богданович П.Ф.

Рассмотрено и утверждено на

заседании кафедры М и ЭЖ

« 1 » марта 2007 г.

Протокол № 4

ГРОДНО 2007 г.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с особенностями построения приборов для контроля

и расхода энергоресурсов, тепловой и электрической энергии.

2. ПРИБОРЫ УЧЁТА РАСХОДА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ

Расходом вещества называется масса или объём вещества, проходящего через сечение канала за определённый промежуток времени. Приборы, измеряющие расход вещества называются расходомерами.

Расходомер, снабжённый суммирующим (интегрирующим) устройством, обеспечивающим суммирование показаний за какой-то промежуток времени, называют счётчиком.

Счётчики, измеряющие расход или потребление воды называют водомерами .

В водомерах в качестве датчиков - расходомеров используются: крыльчатые, турбинные, ультразвуковые, электромагнитные и др. датчики, преобразующие скорость прохождения потока воды через определённое сечение в какую-либо другую физическую величину, удобную для регистрации. В качестве интегрирующих устройств используются механические или электронные счётчики.

Принцип работы электромагнитного счётчика основан на законе Фарадея об электромагнитной индукции. Жидкость, проходящая через счётчик, является проводником движущимся в магнитном поле, создаваемом в трубе первичного преобразователя двумя электромагнитами. При движении жидкости на электродах наводится э.д.с., пропорциональная средней скорости потока жидкости V, расстоянию между электродами d и электромагнитной индукции В. Величина э.д.с.

Е = В × d × V

Наведенная на электродах э.д.с. не зависит от температуры, вязкости и проводимости жидкости, при условии, что проводимость жидкости имеет значение больше, чем 5 × 10^-4 см/м. Значение Е поступает в микропроцессорный преобразователь. Электромагнитные счётчики удобны для применения в теплосчётчиках. Примером такого счётчика является «Струмень-400», изготавливаемый НПП « Гран-система-С», г. Минск.

Примером ультразвукового расходомера (водомера) является ULTRAGLOW11, выпускаемый фирмой «KAMSTRUP A/S» (Дания) и предназначенный для использования в системах теплоснабжения в качестве первичного датчика-преобразователя расхода теплоносителя.

Примером счётчика-расходомера воды с датчиком крыльчатого типа являются счётчики типа КЭСВ-15 отечественного производства (ГП завод «Электроника», г. Минск). Они имеют модификации: КЭСВ-15Х; КЭСВ-15Х-Д; КЭСВ-15Г; КЭСВ-15Г-Д. Буквы в обозначениях Х,Г и Д обозначают, соответственно, для холодной, горячей воды и дистанционное дублирование показаний индикатора.

Основные технические данные счётчика КЭСВ-15

1. Ёмкость счётного механизма, м³.........................................99999,9999

2. Наименьшая цена деления механизма м³,...........................0,0001

3. Значение номинального расхода воды................................1,5 м³/ч

4. Порог чувствительности, м³/ч.............................................не более 0,012

5. Значение относительной погрешности измерений, % (не более)

- в диап. от Q_min = 0,03 м³/ч до Q = 0,12 м³ч... + 5%

- в диап. от Q = 0,12 м³/ч до Q_max = 3 м³ч

для КЭСВ-15Х (КЭСВ-15Х-Д)... ± 2%

для КЭСВ-15Г (ГЭСВ-15Г-Д)... ± 3%

6. Автономность работы от одного элемента питания............³ 5 лет

7. Допустимый диапазон измен. напряжения питания, В.......2,7-3,3

8. Средняя наработка на отказ, ч.............................................не менее 100000

3. ПРИБОРЫ УЧЁТА РАСХОДА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ГАЗА

В промышленности и в быту получили распространение турбинные и ротационные счётчики газа. Принцип действия турбинного счётчика основан на использовании энергии потока газа для вращения чувствительного элемента - турбинки. Турбинка вращается со скоростью, пропорциональной скорости (объёмному расходу) измеряемого газа. Далее, число оборотов турбинки с помощью механического редуктора и магнитной муфты подсчитывается на интегрирующем устройстве (счётной головке), где отображается объём газа, прошедший через счётчик за время измерения. Примером таких устройств являются счётчики газа СГ16-100...1600 и СГ75-200...1600, выпускаемые ЗАО «Газэлектроника», г. Арзамас. Технические данные счётчиков приведены в табл. 1. Цифры 16 и 75 в обозначении означают рабочее давление измеряемого газа до 1,6 МПа (до 16 кг с/см²) и до 7,5 МПа (до 75 кг с/см²) соответственно. Цифры 100, 160, 200 и т.д. до 1600 - максимальный измеряемый расход газа, м³.

Таблица 1

Технические данные счётчиков газа СГ

Вид параметра

Значение параметра

Измеряемый расход при давл. 0,0005 МПа Q_max , м³/ч Q_min, м³/ч Наибольшие расходы, м³/ч при Р = 0,4 МПа при Р = 10,6 МПа при Р = 1,2 МПа Температура измеряемого газа Цена деления младшего разряда, м³ Относительная погрешность в диапазоне: 5...10% Q_max 10...20% Q_max 20...100 % Q_max Полный срок службы

В зависимости от группы исполнения: 100,160,200...1600 10,8,10...80 5 Q_max 7 Q_max 13 Q_max -20...+50⁰ С 1 м³ (8-разр. головка) ± 4% ± 2% ± 1% 12 лет

Ротационные счётчики работают по принципу вытеснения строго определённого объёма газа вращающимися роторами. В корпусе находятся два вращающиеся в противоположных направлениях ротора, соединённые друг с другом посредством колёс синхронизатора.

При прохождении газа роторы вращаются без металлического соприкосновения друг с другом и доставляют определённое количество газа в выходной канал при помощи объёмной измерительной камеры, образованной роторами и корпусом. Вращение роторов через редуктор и магнитную муфту передаётся на счётную головку. Примером таких устройств являются счётчики газа RVG( типоразмеры G16 - G250). Для них значение Q_max =25...400 м³/час и относительная погрешность измерения расхода газа + 1...+2%.

3. ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И УЧЁТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

В качестве основного коммерческого прибора учёта тепловой энергии, т.е. прибора учёта, на основании показаний которого определяется расход тепловой энергии абонентами, подлежащий оплате является теплосчётчик (ТС).

Процесс измерения сводится к комплексному измерению давлений, перепадов давлений (расходов) и температур с последующими расчётными операциями. Тепловая мощность потока определяется, как

q = M× h,

где M - массовый расход теплоносителя; h -удельное теплосодержание (энтальпия) теплоносителя. Количество тепла Q находят интегрированием q по времени. При этом в соответствии с видом теплоносителя величина h зависит от температуры и давления.

ТС «Струмень ТС-05», производимый НПП «Гран-система-С» г. Минск, предназанчен для измерения потребляемой или отпущенной тепловой энергии в закрытых и открытых водяных системах централизованного теплоснабжения или горячего водоснабжения. Данный ТС может работать с крыльчатыми, турбинными, ультразвуковыми и электромагнитными счётчиками воды (расходомерами). Для измерения температуры ТС комплектуется термопреобразователями сопротивления типа Рt 500с.

Основу ТС «Струмень ТС-05» составляет цифровой тепловычислитель, использующий данные:

- объём теплоносителя, пропорциональный количеству импульсов, полученных от первичного преобразователя (датчика) расходомера;

- температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, измеренная термопреобразователями сопротивления.

Тепловая энергия рассчитывается по формуле:

Q = 0,001 × W₁ S (P₁ × (h_1к - h_2к)), ГДж,

к=1

где: W₁ - вес одного импульса от датчика расхода, м³;

h₁ - средняя энтальпия воды в подающем трубопроводе между (i -1)-м и i -м импульсами;

h₂ - средняя энтальпия воды в обратном трубопроводе, измеренная на интервале времени между (i-1)-м и i-м импульсами;

r - плотность воды в подающем трубопроводе.

ТС обеспечивает ведение следующих типов архивов:

- часовой среднечасовых параметров, глубина архива 31 сутки;

- суточный по накоплению коммерческих параметров, глубина 31 сутки;

- месячный по накоплению коммерческих параметров, глубина 12 месяцев;

- годовой по накоплению коммерческих параметров, глубина архива 16 лет.

Технические характеристики ТС «Струмень ТС-05»

1. Количество измерительных контуров ТС........................2

2. Метрологический класс каждого измерительного

контура по МИ 2164-91...................................................4

3. Пределы допускаемой относительной погрешности

канала ТС (%) в диапазоне расхода теплоносителя

от Q_t до Q_max при разности температур Dt:

3⁰С £ Dt < 10⁰ С......................................................± 6

10⁰С £ Dt < 20⁰ С......................................................± 5

Dt ³ 20⁰ С................................................... ...± 4

4. Пределы допускаемой относительной погрешности

тепловычислителя в (%) при разности температур Dt :

3⁰С £ Dt < 10⁰ С.....................................................± 2,5

10⁰С £ Dt < 20⁰ С.....................................................± 2,0

Dt ³ 20⁰ С.................................................. ...± 1,0

5. Диапазон измерения температур теплоносителя, ⁰С.......5...150

6. Диапазон измерения разности температур

теплоносителя, ⁰С............................................................3...145

7. Абсолютная погрешность измерения температуры t

теплоносителя, ⁰С............................................................±(0,6 + 0,004 t)

8. Погрешность измерения текущего времени, %...............£ 0,02

9. Источник питания тепловычислителя.............................Литиевая батарея

3,6В ± 10% 2,1 А × ч

Тсл. ³4 лет

10. Диапазон расхода теплоносителя, м³/ч...........................0,0015...150

11. Срок службы ТС.............................................................не менее 12 лет

Два из восьми варианта подключения ТС приведены на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1 Закрытая система теплоснабжения (расходомер на обратном трубопроводе).

Рис. 2. Открытая система теплоснабжения (t₃- измерение температуры холодной воды)

В ряде европейских стран получили широкое распространение индивидуальные тепломеры, позволяющие оценивать расход теплоты индивидуальными потребителями, например - радиаторами центрального отопления. Основу их устройства составляет стеклянная трубочка, заполненная тетралином, закреплённая на проградуированной шкале. Индивидуальный тепломер прикрепляется непосредственно к поверхности радиатора. Систематический нагрев прибора приводит к испарению жидкости, по уровню которой судят о расходе теплоты за отопительный сезон.

4. ПРИБОРЫ УЧЁТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Существуют два вида учёта электроэнергии - расчётный (коммерческий) и технический (контрольный).

Расчётный (коммерческий) учёт электроэнергии, это учёт выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчёта за неё.

Технический (контрольный) учёт, это учёт электроэнергии для контроля расхода электроэнергии на электростанциях, подстанциях, предприятиях и в помещениях различного назначения.

Учитывается как активная электроэнергия, так и в некоторых случаях - реактивная (в основном для контроля за работой компенсирующих устройств).

Приборы для учёта электроэнергии - электрические счётчики. Они бывают трёхфазными и однофазными. В настоящее время внедряются многотарифные электросчетчики, позволяющие раздельно учитывать потребление электрической энергии в разные периоды суток. Например – в ночное и в дневное время. При разных тарифах оплаты за электроэнергию многотарифная система выгодна потребителям электроэнергии и позволяет выровнять график потребления этого энергоносителя, что способствует также стабилизации работы ТЭЦ и в целом обеспечивает большую эффективность использования топлива на электростанциях.

Счётчик электрической энергии СА4У - И672М

Это трёхфазный индукционный счётчик, предназначенный для учёта электрической энергии в 3-х фазной четырёхпроводной сети переменного тока частотой 50 Гц.

Основные технические данные счётчика СА4У- И672М

1. Класс точности.......................................................... ......2,0

2. Номинальный ток, А.................................................. .....5,0

3. Номинальное линейное напряжение, В...........................380

4. Максимальный ток (в % от номинального)................ ....125

5. Подключение............................................................... ...прямое или через

трансформатор тока

Примеры подключения счётчика СА4У-И672М приведены на рис. 3. и рис. 4.

Рис. 3. Схема прямого подключения 3-х фазного счётчика.

Рис. 4 Схема подключения 3-хфазного счётчика через трансформатор тока

Электросчётчики СО-1 ЭЭ608.2, СО-2 ЭЭ608.4

Электронные счётчики СО-1 ЭЭ608.2, СО-2 ЭЭ608.4 предназначен для учёта потребляемой электрической энергии в однофазных цепях по одно- и многоставочному тарифам с суточным циклом тарификации.

Основные технические характеристики

СО-1 ЭЭ608.2 СО-2 ЭЭ608.4

1. Число тарифов 1 2

2. Класс точности 2,0 2,0

3. Фазное напряжение, В 220 220

4. Номинальный ток, А 10 10

5. Частота сети, Гц 50 50

6. Включение прямое прямое

7. Передаточное число, имп/кВт×ч 64 64

8. Поры чувствительности, Вт 11 11

9. Дискретность управления тарифами -- 1 мин.

Схема подключения однофазного счётчика приведена на рис.5.

Рис. 5. Схема подключения однофазного счётчика.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

В процессе занятия необходимо:

1. Ознакомиться с описанием измерительных приборов и устройств, приведенных в данном методическом пособии.

2. Ознакомиться с приборами, предложенными руководителем занятия, обратив внимание при этом на внешний вид, индикацию измеряемой величины и особенностями их подключения.

3. Изучить схемы подключения теплосчётчика в сеть (рис. 1 и 2), электросчётчиков (рис. 3,4 и 5) и зарисовать схемы - рис. 2, рис.3 и рис. 5.

4. Самостоятельно проанализировать изученный материал, обратив внимание на :

- точность измерения;

- факторы, влияющие на точность измерения;

- диапазон измеряемой величины (предел измерения).

5. Сделать выводы по изученным приборам.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт должен содержать:

1.Наименование и цель работы.

2. Краткие сведения по всем изученным приборам.

3. Схемы подключения теплосчётчика (рис.2) и электрического счётчика (рис. 3, рис.5).

4. Анализ изученного материала (согл. п. 5.4).

5. Выводы по работе.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем расходомер отличается от счётчика?

2. Какое явление используется в электромагнитных счётчиках воды?

3. В каких единицах измеряется расход воды, газа, тепла?

4. Что влияет на точность газового счётчика?

5. Для чего в расходомерах используются магнитные муфты?

6. Какие параметры учитываются в тепловом счётчике?

7. Какие бывают интегрирующие устройства?

8. Что измеряет счётчик электроэнергии и в каких единицах?

9. Для чего используется трансформатор тока (напряжения) при подключении трёхфазных счётчиков?

10. Что означает понятие «двухставочный тариф» на электроэнергию и где он может быть реализован?

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы энергосбережения (курс лекций) - Мн.: «Тэхналогiя», 1999, с. 68-72.

2. Богданович П.Ф., Григорьев Д.А. Основы энергосбережения. Курс лекций. Гродно, 2004.