Måling av elektrisk energi

Et elektrisk produkt, i samsvar med formålet, bruker (genererer) aktiv energi som forbrukes for å utføre nyttig arbeid. Ved konstant spenning, strøm og effektfaktor bestemmes mengden energi som forbrukes (generert) av forholdet Wp = UItcosφ = Pt

hvor P = UIcosφ — aktiv effekt av produktet; t er varigheten av jobben.

SI-enheten for energi er joule (J). I praksis brukes fortsatt en ikke-systematisk måleenhet for watt NS time (tu NS h). Forholdet mellom disse enhetene er som følger: 1 Wh = 3,6 kJ eller 1 W s = 1 J.

I intermitterende strømkretser måles mengden energi som forbrukes eller genereres ved induksjon eller elektronisk med elektrometre.

Strukturelt er induksjonstelleren en mikroelektrisk motor, hver omdreining av rotoren tilsvarer en viss mengde elektrisk energi. Forholdet mellom telleravlesningene og antall omdreininger foretas av motoren kalles girforholdet og er angitt på dashbordet: 1 kW NS h = N omdreininger av skiven.Girforholdet bestemmer tellerkonstanten C = 1 / N, kW NS h / omdreininger; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

I SI er tellerkonstanten uttrykt i joule, siden antall omdreininger er en dimensjonsløs størrelse. Aktive energimålere produseres for både enfase- og tre- og firetråds trefasenett.

Ris. 1... Opplegg for tilkobling av måleenheter til et enfaset nettverk: a — direkte, b — en serie måletransformatorer

En enfasemåler (fig. 1, a) elektrisk energi har to viklinger: strøm og spenning og kan kobles til nettverket i henhold til skjemaer som ligner på svitsjskjemaene til enfase wattmålere. For å eliminere feil når du slår på måleren og dermed feil i energimåling, anbefales det i alle tilfeller å bruke bryterkretsen til måleren som er angitt på dekselet som dekker utgangene.

Det skal bemerkes at når retningen til strømmen i en av spolene til måleren endres, begynner disken å rotere i den andre retningen. Derfor må strømspolen til enheten og spenningsspolen slås på, slik at når mottakeren bruker strøm, roterer telleren i retningen som er angitt av pilen.

Strømutgangen, betegnet med bokstaven G, er alltid koblet til forsyningssiden, og den andre utgangen til strømkretsen, betegnet med bokstaven I. I tillegg er utgangen til spenningsspolen, unipolar med utgangen G til strømspole, er også koblet til siden på strømforsyningen.

Når du slår på måleinstrumentene gjennom måletransformatorenTstrømtransformatorer må samtidig ta hensyn til polariteten til viklingene til strømtransformatorene og spenningstransformatorene (fig. 1, b).

Målere er produsert både for bruk med alle strømtransformatorer og spenningstransformatorer - universelle, i symbolbetegnelsen som bokstaven U er lagt til, og for bruk med transformatorer hvis nominelle transformasjonsforhold er angitt på navneskiltet.

Eksempel 1. En universalmåler med parametere Up = 100 V og I = 5 A brukes med en strømtransformator med en primærstrøm på 400 A og en sekundærstrøm på 5 A og en spenningstransformator med en primærspenning på 3000 V og en sekundærspenning på 100 V.

Bestem kretskonstanten som måleravlesningen må multipliseres med for å finne mengden energi som forbrukes.

Kretskonstanten er funnet som produktet av strømtransformatorens transformasjonsforhold ved spenningstransformatorens transformasjonsforhold: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Som wattmålere kan måleenheter brukes med forskjellige måleomformere, men i dette tilfellet er det nødvendig å beregne avlesningene på nytt.

Eksempel 2. En måleenhet designet for bruk med en strømtransformator med et transformasjonsforhold kti1 = 400/5 og en spenningstransformator med et transformasjonsforhold ktu1 = 6000/100 brukes i et energimåleskjema med andre transformatorer med slike transformasjonsforhold: kti2 = 100/ 5 og ktu2 = 35000/100.Bestem kretskonstanten som telleravlesningene må multipliseres med.

Kretskonstant D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35.000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.

Trefasemålere designet for måling av energi i tretrådsnett er strukturelt to kombinerte enfasemålere (fig. 2, a, b). De har to strømspoler og to spenningsspoler. Vanligvis kalles slike tellere to-element.

Alt som er sagt ovenfor om behovet for å observere polariteten til viklingene til enheten og viklingene til måletransformatorene som brukes med den i koblingskretsene til enfasemålere, gjelder utelukkende for svitsjeordninger, trefasemålere.

For å skille elementene fra hverandre i trefasemålere, er utgangene i tillegg utpekt med tall som samtidig indikerer sekvensen av fasene til forsyningsnettverket koblet til utgangene. Til konklusjonene merket med tallene 1, 2, 3, koble fase L1 (A), til terminalene 4, 5 — fase L2 (B) og til terminalene 7, 8, 9 — fase L3 (C).

Definisjonen av måleravlesninger inkludert i transformatorer er diskutert i eksempel 1 og 2 og er fullt anvendelig for trefasemålere. Merk at tallet 3, som står på panelet til måleenheten foran transformasjonskoeffisienten som en multiplikator, bare snakker om behovet for å bruke tre transformatorer og derfor ikke tas i betraktning når konstantkretsen bestemmes.

Eksempel 3... Bestem kretskonstanten for en universell trefasemåler brukt med strøm- og spenningstransformatorer, 3 NS 800 A / 5 og 3 x 15000 V / 100 (formen på posten gjentar nøyaktig posten på kontrollpanelet).

Bestem kretskonstanten: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Ris. 2. Opplegg for tilkobling av trefasemålere til et treledernettverk: a-direkte for måling av aktiv (enhet P11) og reaktiv (enhet P12) energi, b — gjennom strømtransformatorer for måling av aktiv energi

Det er kjent at når man skifter maktfaktor ved forskjellige strømmer kan jeg oppnå samme verdi av UIcos med aktiv effektφ, og derfor er den aktive komponenten av strømmen Ia = Icosφ.

Økning av effektfaktoren gir en reduksjon i strømmen I for en gitt aktiv effekt og forbedrer derfor utnyttelsen av overføringslinjer og annet utstyr. Med en reduksjon i effektfaktoren ved konstant aktiv effekt, er det nødvendig å øke strømmen I som forbrukes av produktet, noe som fører til en økning i tap i overføringslinjen og annet utstyr.

Derfor bruker produkter med lav effektfaktor ekstra energi fra kilden. ΔWp nødvendig for å dekke tap tilsvarende den økte strømverdien. Denne ekstra energien er proporsjonal med den reaktive effekten til produktet, og forutsatt at verdiene for strøm, spenning og effektfaktor er konstante over tid, kan den finnes ved forholdet ΔWp = kWq = kUIsinφ, der Wq = UIsinφ — reaktiv kraft (konvensjonelt konsept).

Proporsjonaliteten mellom den reaktive energien til et elektrisk produkt og den ekstra genererte energien til stasjonen opprettholdes selv når spenningen, strømmen og effektfaktoren endres over tid. I praksis måles reaktiv energi av en enhet utenfor systemet (var NS h og dets derivater — kvar NS h, Mvar NS h, etc.) ved hjelp av spesielle tellere som strukturelt er helt lik aktive energimålere og skiller seg kun på svitsjen kretser av viklingene (se fig. 2, a, enhet P12).

Alle beregninger involvert i å bestemme den reaktive energien målt av målerne ligner på beregningene ovenfor for aktive energimålere.

Det skal bemerkes at energien som forbrukes i spenningsviklingen (se fig. 1, 2) ikke tas i betraktning av måleren, og alle kostnader bæres av strømprodusenten, og energien som forbrukes av enhetens strømkrets er tatt i betraktning fra måleren, det vil si at kostnadene i dette tilfellet henføres til forbrukeren.

I tillegg til energi kan noen andre belastningsegenskaper bestemmes ved hjelp av effektmålere. For eksempel, i henhold til avlesningene fra reaktive og aktive energimålere, kan du bestemme verdien av den vektede gjennomsnittlige tgφ-belastningen: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs - mengden energi tatt i betraktning av den aktive energimåleren for en gitt tidsperiode, Wq — den samme , men tatt i betraktning av den reaktive energimåleren for samme tidsperiode. Å vite tgφ, fra trigonometriske tabeller finn cosφ.

Hvis begge tellerne har samme girforhold og kretskonstant D, kan du finne tgφ belastning for et gitt øyeblikk.For dette formålet, for samme tidsintervall t = (30 — 60) s, avleses antall omdreininger nq for måleren for reaktiv energi og antall omdreininger np for måleren for aktiv energi samtidig. Da er tgφ = nq / np.

Med en tilstrekkelig konstant belastning er det mulig å bestemme dens aktive kraft fra avlesningene til den aktive energimåleren.

Eksempel 4... En aktiv energimåler med girforhold på 1 kW x h = 2500 rpm er inkludert i transformatorens sekundærvikling. Målerviklingene kobles gjennom strømtransformatorer med kti = 100/5 og spenningstransformatorer med ktu = 400/100. På 50 sekunder gjorde platen 15 omdreininger. Bestem den aktive effekten.

Konstant krets D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Tar man hensyn til girforholdet, tellerkonstanten C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Tatt i betraktning konstantskjemaet C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Dermed tilsvarer n omdreininger av skivene strømforbruket Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS med. Derfor er lasteffekten P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.