Měření elektrické energie

Elektrický výrobek v souladu se svým účelem spotřebovává (vytváří) činnou energii spotřebovanou k výkonu užitečné práce. Při konstantním napětí, proudu a účiníku je množství spotřebované (vygenerované) energie určeno poměrem Wp = UItcosφ = Pt

kde P = UIcosφ – činný výkon produktu; t je doba trvání práce.

Jednotkou energie v SI je joule (J). V praxi se stále používá nesystematická jednotka měření pro watt NS hodinu (tu NS h). Vztah mezi těmito jednotkami je následující: 1 Wh = 3,6 kJ nebo 1 W s = 1 J.

V obvodech s přerušovaným proudem se množství spotřebované nebo generované energie měří indukcí nebo elektronicky pomocí elektroměrů.

Konstrukčně je indukční čítač mikroelektrický motor, každá otáčka rotoru odpovídá určitému množství elektrické energie. Poměr mezi údaji počítadla a počtem otáček provedených motorem se nazývá převodový poměr a je indikován na přístrojové desce: 1 kW NS h = N otáček disku.Převodový poměr určuje konstantu počítadla C = 1 / N, kW NS h / ot; ° С=1000-3600 / N W NS s / ot.

V SI je čítačová konstanta vyjádřena v joulech, protože počet otáček je bezrozměrná veličina. Aktivní elektroměry se vyrábějí jak pro jednofázové, tak pro tří a čtyřvodičové třífázové sítě.

Rýže. 1... Schéma připojení měřicích přístrojů k jednofázové síti: a — přímé, b — řada měřicích transformátorů

Jednofázový elektroměr (obr. 1, a) elektrická energie má dvě vinutí: proud a napětí a může být připojen k síti podle schémat podobných schématům spínání jednofázových wattmetrů. Pro eliminaci chyb při zapnutí elektroměru a tím i chyb v měření energie se doporučuje ve všech případech použít spínací obvod elektroměru uvedený na krytu kryjícím jeho výstupy.

Je třeba poznamenat, že když se změní směr proudu v jedné z cívek měřiče, disk se začne otáčet v druhém směru. Proto musí být proudová cívka zařízení a napěťová cívka zapnuty, takže když přijímač spotřebovává energii, čítač se otáčí ve směru naznačeném šipkou.

Proudový výstup označený písmenem G je vždy připojen na napájecí stranu a druhý výstup proudového obvodu označený písmenem I. Kromě toho je výstup napěťové cívky unipolární s výstupem G el. proudová cívka, je také připojena ke straně na napájecím zdroji.

Při zapnutí měřicích přístrojů přes měřicí transformátor Transformátory proudu musí současně zohledňovat polaritu vinutí transformátorů proudu a transformátorů napětí (obr. 1, b).

Elektroměry se vyrábí jak pro použití s ​​libovolnými transformátory proudu a transformátory napětí — univerzální, v jejichž symbolovém označení je přidáno písmeno U, tak pro použití s ​​transformátory, jejichž jmenovité transformační poměry jsou uvedeny na jejich typovém štítku.

Příklad 1. Univerzální elektroměr s parametry Up = 100 V a I = 5 A je použit s proudovým transformátorem s primárním proudem 400 A a sekundárním proudem 5 A a napěťovým transformátorem s primárním napětím 3000 V a sekundární napětí 100V.

Určete obvodovou konstantu, kterou je třeba vynásobit údaj měřiče, abyste zjistili množství spotřebované energie.

Obvodová konstanta se zjistí jako součin transformačního poměru proudového transformátoru transformačního poměru napěťového transformátoru: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Stejně jako wattmetry lze i měřicí přístroje používat s různými měřicími převodníky, ale v tomto případě je nutné naměřené hodnoty přepočítat.

Příklad 2. Měřicí zařízení navržené pro použití s ​​proudovým transformátorem s transformačním poměrem kti1 = 400/5 a napěťovým transformátorem s transformačním poměrem ktu1 = 6000/100 je použito ve schématu měření energie s jinými transformátory s takovými transformačními poměry: kti2 = 100/5 a ktu2 = 35000/100.Určete obvodovou konstantu, kterou se musí vynásobit hodnoty čítače.

Konstanta obvodu D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35 000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.

Třífázové elektroměry určené pro měření energie v třívodičových sítích jsou konstrukčně dva kombinované jednofázové elektroměry (obr. 2, a, b). Mají dvě proudové cívky a dvě napěťové cívky. Obvykle se takové čítače nazývají dvouprvkové.

Vše výše uvedené o nutnosti dodržet polaritu vinutí přístroje a vinutí s ním použitých měřicích transformátorů ve spínacích obvodech jednofázových elektroměrů platí zcela pro spínací schémata, třífázové elektroměry.

Pro vzájemné odlišení prvků u třífázových elektroměrů jsou výstupy navíc označeny čísly současně udávajícími pořadí fází napájecí sítě připojené k výstupům. K závěrům označeným čísly 1, 2, 3 tedy připojte fázi L1 (A), na svorky 4, 5 — fázi L2 (B) a na svorky 7, 8, 9 — fázi L3 (C).

Definice odečtů měřidel obsažených v transformátorech je diskutována v příkladech 1 a 2 a je plně použitelná pro třífázová měřidla. Všimněte si, že číslo 3, které stojí na panelu měřicího zařízení před transformačním koeficientem jako násobič, hovoří pouze o nutnosti použití tří transformátorů a proto se při určování konstantního obvodu nebere v úvahu.

Příklad 3… Určete obvodovou konstantu pro univerzální třífázový elektroměr používaný s transformátory proudu a napětí, 3 NS 800 A / 5 a 3 x 15000 V / 100 (formát záznamu přesně opakuje záznam na ústředně).

Určete obvodovou konstantu: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Rýže. 2. Schémata pro připojení třífázových elektroměrů do třívodičové sítě: a-přímo pro měření činné (zařízení P11) a jalové (zařízení P12) energie, b — přes proudové transformátory pro měření činné energie

Je znát, že při změně faktor síly při různých proudech mohu získat stejnou hodnotu UIcos s činným výkonemφ, a tedy činnou složku proudu Ia = Icosφ.

Zvýšení účiníku má za následek snížení proudu I pro daný činný výkon, a proto zlepšuje využití přenosových vedení a dalších zařízení. S poklesem účiníku při konstantním činném výkonu je nutné zvýšit proud I spotřebovaný výrobkem, což vede ke zvýšení ztrát v přenosovém vedení a dalších zařízeních.

Výrobky s nízkým účiníkem tedy spotřebovávají další energii ze zdroje. ΔWp potřebné k pokrytí ztrát odpovídajících zvýšené hodnotě proudu. Tato dodatečná energie je úměrná jalovému výkonu výrobku a za předpokladu, že hodnoty proudu, napětí a účiníku jsou v čase konstantní, lze ji zjistit poměrem ΔWp = kWq = kUIsinφ, kde Wq = UIsinφ — jalový výkon (konvenční koncepce).

Proporcionalita mezi jalovou energií elektrického produktu a dodatečnou generovanou energií stanice je zachována i při změně napětí, proudu a účiníku v čase. V praxi je jalová energie měřena jednotkou mimo systém (var NS h a jeho deriváty — kvar NS h, Mvar NS h atd.) pomocí speciálních čítačů, které jsou konstrukčně zcela podobné měřičům činné energie a liší se pouze spínáním obvody vinutí (viz obr. 2, a, zařízení P12).

Všechny výpočty týkající se stanovení jalové energie naměřené měřiči jsou podobné výše uvedeným výpočtům pro měřiče činné energie.

Je třeba poznamenat, že energie spotřebovaná v napěťovém vinutí (viz obr. 1, 2) není elektroměrem zohledněna a veškeré náklady nese výrobce elektřiny a energie spotřebovaná proudovým obvodem zařízení se zohledňuje z měřidla, to znamená, že náklady jsou v tomto případě připsány spotřebiteli.

Kromě energie lze pomocí elektroměrů určit i některé další charakteristiky zátěže. Například podle odečtů jalových a činných elektroměrů můžete určit hodnotu váženého průměrného zatížení tgφ: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — množství energie zohledněné měřičem činné energie pro daný časové období, Wq — stejné, ale zohledněné měřičem jalové energie za stejnou dobu. Když znáte tgφ, z goniometrických tabulek najděte cosφ.

Pokud mají oba čítače stejný převodový poměr a obvodovou konstantu D, můžete zjistit zatížení tgφ pro daný okamžik.Za tímto účelem se za stejný časový interval t = (30 — 60) s současně odečítá počet otáček nq měřiče jalového energie a počet otáček np měřiče činné energie. Potom tgφ = nq / np.

Při dostatečně konstantní zátěži je možné z odečtů měřiče činné energie určit její činný výkon.

Příklad 4… V sekundárním vinutí transformátoru je zařazen měřič činné energie s převodovým poměrem 1 kW x h = 2500 ot./min. Vinutí elektroměru jsou připojena přes proudové transformátory s kti = 100/5 a napěťové transformátory s ktu = 400/100. Za 50 sekund udělal kotouč 15 otáček. Určete činný výkon.

Konstantní obvod D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Při zohlednění převodového poměru je konstanta počítadla C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / ot. Při zohlednění konstantního schématu C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / ot.

Tedy n závitů disků odpovídá spotřebě energie Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS s. Tedy výkon zátěže P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.