Måling af elektrisk energi

Et elektrisk produkt, i overensstemmelse med dets formål, forbruger (genererer) aktiv energi, der forbruges til at udføre nyttigt arbejde. Ved konstant spænding, strøm og effektfaktor bestemmes mængden af ​​forbrugt (genereret) energi af forholdet Wp = UItcosφ = Pt

hvor P = UIcosφ — produktets aktive effekt; t er varigheden af ​​jobbet.

SI-enheden for energi er joule (J). I praksis bruges stadig en ikke-systematisk måleenhed for watt NS time (tu NS h). Forholdet mellem disse enheder er som følger: 1 Wh = 3,6 kJ eller 1 W s = 1 J.

I intermitterende strømkredsløb måles mængden af ​​forbrugt eller genereret energi ved induktion eller elektronisk ved hjælp af elektrometre.

Strukturelt er induktionstælleren en mikroelektrisk motor, hver omdrejning af rotoren svarer til en vis mængde elektrisk energi. Forholdet mellem tælleraflæsningerne og antallet af omdrejninger lavet af motoren kaldes gearforholdet og er angivet på instrumentbrættet: 1 kW NS h = N omdrejninger af skiven.Gearforholdet bestemmer tællerkonstanten C = 1 / N, kW NS h / omdrejninger; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

I SI er tællerkonstanten udtrykt i joule, da antallet af omdrejninger er en dimensionsløs størrelse. Aktive energimålere produceres til både enfaset og tre- og fireleder trefaset netværk.

Ris. 1... Skema til tilslutning af måleapparater til et enfaset netværk: a — direkte, b — en række måletransformatorer

En enkeltfasemåler (fig. 1, a) elektrisk energi har to viklinger: strøm og spænding og kan forbindes til netværket i henhold til skemaer, der ligner koblingsskemaerne for enkeltfasede wattmetre. For at eliminere fejl ved tænding af måleren og derfor fejl i energimåling, anbefales det i alle tilfælde at bruge koblingskredsløbet for måleren, der er angivet på dækslet, der dækker dens udgange.

Det skal bemærkes, at når strømmens retning i en af ​​målerens spoler ændres, begynder disken at rotere i den anden retning. Derfor skal enhedens strømspole og spændingsspolen tændes, så når modtageren forbruger strøm, roterer tælleren i pilens retning.

Strømudgangen, betegnet med bogstavet G, er altid forbundet til forsyningssiden, og den anden udgang af strømkredsløbet, betegnet med bogstavet I. Derudover er udgangen af ​​spændingsspolen, unipolær med udgangen G af strømspole, er også tilsluttet siden på strømforsyningen.

Når du tænder for måleinstrumenterne gennem måletransformatoren, skal strømtransformere samtidig tage hensyn til polariteten af ​​viklingerne på strømtransformatorerne og spændingstransformatorerne (fig. 1, b).

Målere fremstilles både til brug med enhver strømtransformator og spændingstransformator - universel, i symbolbetegnelsen, hvor bogstavet U er tilføjet, og til brug med transformere, hvis nominelle transformationsforhold er angivet på deres typeskilt.

Eksempel 1. En universalmåler med parametrene Up = 100 V og I = 5 A anvendes med en strømtransformator med en primærstrøm på 400 A og en sekundærstrøm på 5 A og en spændingstransformer med en primærspænding på 3000 V og en sekundær spænding på 100 V.

Bestem kredsløbskonstanten, som måleraflæsningen skal ganges med for at finde mængden af ​​forbrugt energi.

Kredsløbskonstanten findes som produktet af strømtransformatorens transformationsforhold ved spændingstransformatorens transformationsforhold: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Ligesom wattmålere kan måleapparater bruges med forskellige måleomformere, men i dette tilfælde er det nødvendigt at genberegne aflæsningerne.

Eksempel 2. Et måleapparat designet til brug med en strømtransformator med et transformationsforhold kti1 = 400/5 og en spændingstransformer med et transformationsforhold ktu1 = 6000/100 bruges i et energimåleskema med andre transformere med sådanne transformationsforhold: kti2 = 100/ 5 og ktu2 = 35000/100.Bestem kredsløbskonstanten, som tælleraflæsningerne skal ganges med.

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

Trefasemålere designet til måling af energi i tretrådsnetværk er strukturelt to kombinerede enfasemålere (fig. 2, a, b). De har to strømspoler og to spændingsspoler. Normalt kaldes sådanne tællere to-element.

Alt, der er sagt ovenfor om behovet for at observere polariteten af ​​enhedens viklinger og viklingerne af de måletransformatorer, der bruges sammen med den i omskiftningskredsløbene til enfasede målere, gælder udelukkende omkoblingsskemaer, trefasemålere.

For at skelne elementerne fra hinanden i trefasemålere er udgangene desuden udpeget med tal, der samtidigt angiver rækkefølgen af ​​faserne i forsyningsnetværket, der er forbundet med udgangene. Til konklusionerne markeret med numrene 1, 2, 3, tilslut fase L1 (A), til terminalerne 4, 5 — fase L2 (B) og til terminalerne 7, 8, 9 — fase L3 (C).

Definitionen af ​​måleraflæsninger inkluderet i transformere er diskuteret i eksempel 1 og 2 og er fuldt anvendelig for trefasemålere. Bemærk, at tallet 3, som står på måleapparatets panel foran transformationskoefficienten som en multiplikator, kun taler om behovet for at bruge tre transformere og derfor ikke tages i betragtning ved bestemmelse af konstantkredsløbet.

Eksempel 3... Bestem kredsløbskonstanten for en universel trefasemåler, der bruges med strøm- og spændingstransformatorer, 3 NS 800 A / 5 og 3 x 15000 V / 100 (recordens form gentager nøjagtigt registreringen på kontrolpanelet).

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

Ris. 2. Skemaer til tilslutning af trefasemålere til et treledernetværk: a-direkte til måling af aktiv (enhed P11) og reaktiv (enhed P12) energi, b — gennem strømtransformatorer til måling af aktiv energi

Det er kendt, at når man skifter magtfaktor ved forskellige strømme kan jeg opnå den samme værdi af UIcos med aktiv effektφ, og derfor er den aktive komponent af strømmen Ia = Icosφ.

Forøgelse af effektfaktoren resulterer i en reduktion af strømmen I for en given aktiv effekt og forbedrer derfor udnyttelsen af ​​transmissionsledninger og andet udstyr. Med et fald i effektfaktoren ved en konstant aktiv effekt er det nødvendigt at øge strømmen I, der forbruges af produktet, hvilket fører til en stigning i tab i transmissionslinjen og andet udstyr.

Derfor bruger produkter med en lav effektfaktor yderligere energi fra kilden. ΔWp påkrævet for at dække tab svarende til den øgede aktuelle værdi. Denne ekstra energi er proportional med produktets reaktive effekt, og forudsat at værdierne af strøm, spænding og effektfaktor er konstante over tid, kan den findes ved forholdet ΔWp = kWq = kUIsinφ, hvor Wq = UIsinφ — reaktiv effekt (konventionelt koncept).

Proportionaliteten mellem den reaktive energi af et elektrisk produkt og den yderligere genererede energi af stationen opretholdes, selv når spændingen, strømmen og effektfaktoren ændrer sig over tid. I praksis måles reaktiv energi af en enhed uden for systemet (var NS h og dets derivater — kvar NS h, Mvar NS h, osv.) ved hjælp af specielle tællere, der strukturelt ligner aktive energimålere og kun adskiller sig ved koblingen kredsløb af viklingerne (se fig. 2, a, enhed P12).

Alle beregninger involveret i at bestemme den reaktive energi målt af målerne svarer til ovenstående beregninger for aktive energimålere.

Det skal bemærkes, at den energi, der forbruges i spændingsviklingen (se fig. 1, 2) ikke tages i betragtning af måleren, og alle omkostninger bæres af elproducenten, og energien, der forbruges af enhedens nuværende kredsløb tages i betragtning fra måleren, det vil sige, at omkostningerne i dette tilfælde henføres til forbrugeren.

Ud over energi kan nogle andre belastningskarakteristika bestemmes ved hjælp af effektmålere. For eksempel kan du ifølge aflæsningerne af reaktive og aktive energimålere bestemme værdien af ​​den vægtede gennemsnitlige tgφ-belastning: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — mængden af ​​energi, der tages i betragtning af den aktive energimåler for en given tidsperiode, Wq — den samme , men taget i betragtning af den reaktive energimåler i samme tidsrum. Ved at kende tgφ, find cosφ fra trigonometriske tabeller.

Hvis begge tællere har samme udvekslingsforhold og kredsløbskonstant D, kan du finde tgφ belastning for et givet øjeblik.Til dette formål, i samme tidsinterval t = (30 — 60) s, aflæses antallet af omdrejninger nq af måleren for reaktiv energi og antallet af omdrejninger np for den aktive energimåler samtidigt. Så er tgφ = nq / np.

Med en tilstrækkelig konstant belastning er det muligt at bestemme dens aktive effekt ud fra aflæsningerne af den aktive energimåler.

Eksempel 4... En aktiv energimåler med et udvekslingsforhold på 1 kW x h = 2500 rpm er inkluderet i transformerens sekundære vikling. Målerviklingerne forbindes gennem strømtransformatorer med kti = 100/5 og spændingstransformatorer med ktu = 400/100. På 50 sekunder lavede skiven 15 omdrejninger. Bestem den aktive effekt.

Konstant kredsløb D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Under hensyntagen til gearforholdet er tællerkonstanten C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / omdr. Under hensyntagen til konstantskemaet C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Således svarer n omdrejninger af skiverne til effektforbruget Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS med. Derfor er belastningseffekten P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.