Mjerenje električne energije

Električni proizvod, sukladno svojoj namjeni, troši (stvara) djelatnu energiju utrošenu za obavljanje korisnog rada. Pri konstantnom naponu, struji i faktoru snage, količina potrošene (generirane) energije određena je omjerom Wp = UItcosφ = Pt

gdje je P = UIcosφ — aktivna snaga proizvoda; t je trajanje posla.

SI jedinica za energiju je džul (J). U praksi se još uvijek koristi nesustavna mjerna jedinica za watt NS sat (tu NS h). Odnos između ovih jedinica je sljedeći: 1 Wh = 3,6 kJ ili 1 W s = 1 J.

U strujnim krugovima s prekidima, količina potrošene ili proizvedene energije mjeri se indukcijom ili elektronički pomoću elektrometara.

Strukturno, indukcijski brojač je mikroelektrični motor, svaki okret rotora odgovara određenoj količini električne energije. Omjer između očitanja brojača i broja okretaja motora naziva se prijenosni omjer i prikazan je na kontrolnoj ploči: 1 kW NS h = N okretaja diska.Prijenosni omjer određuje konstantu brojača C = 1 / N, kW NS h / okretaj; ° S=1000-3600 / N W NS s / okr.

U SI se konstanta brojača izražava u džulima, budući da je broj okretaja bezdimenzijska veličina. Mjerači aktivne energije proizvode se za jednofazne i trožilne i četverožilne trofazne mreže.

Riža. 1... Shema za spajanje mjernih uređaja na jednofaznu mrežu: a — izravno, b — niz mjernih transformatora

Jednofazni mjerač (slika 1, a) električne energije ima dva namota: strujni i naponski i može se spojiti na mrežu prema shemama sličnim sklopnim shemama jednofaznih vatmetara. Kako bi se uklonile pogreške prilikom uključivanja brojila, a time i pogreške u mjerenju energije, preporuča se u svim slučajevima koristiti sklopni krug brojila naznačen na poklopcu koji pokriva njegove izlaze.

Treba napomenuti da kada se promijeni smjer struje u jednom od svitaka mjerača, disk se počinje okretati u drugom smjeru. Dakle, strujni svitak uređaja i naponski svitak moraju biti uključeni, tako da kada prijemnik troši struju, brojač se okreće u smjeru koji pokazuje strelica.

Strujni izlaz, označen slovom G, uvijek je spojen na dovodnu stranu, a drugi izlaz strujnog kruga, označen slovom I. Osim toga, izlaz naponske zavojnice, unipolaran s izlazom G iz strujni svitak, također je spojen sa strane na napajanje.

Kada uključite mjerne instrumente kroz mjerni transformatorTstrujni transformatori moraju istodobno uzeti u obzir polaritet namota strujnih transformatora i naponskih transformatora (slika 1, b).

Mjerači se proizvode kako za uporabu s bilo kojim strujnim transformatorima i naponskim transformatorima - univerzalnim, u čiju je oznaku simbola dodano slovo U, tako i za uporabu s transformatorima čiji su nazivni omjeri transformacije navedeni na njihovoj natpisnoj pločici.

Primjer 1. Univerzalno brojilo s parametrima Up = 100 V i I = 5 A koristi se sa strujnim transformatorom primarne struje 400 A i sekundarne struje 5 A i naponskim transformatorom primarnog napona 3000 V i sekundarni napon od 100 V.

Odredite konstantu strujnog kruga kojom se mora pomnožiti očitanje mjerača da bi se dobila količina potrošene energije.

Konstanta kruga nalazi se kao umnožak omjera transformacije strujnog transformatora s omjerom transformacije naponskog transformatora: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Kao i vatmetri, mjerni uređaji mogu se koristiti s različitim mjernim pretvaračima, ali u tom slučaju potrebno je ponovno izračunati očitanja.

Primjer 2. Mjerni uređaj namijenjen za uporabu sa strujnim transformatorom s omjerom transformacije kti1 = 400/5 i naponskim transformatorom s omjerom transformacije ktu1 = 6000/100 koristi se u shemi mjerenja energije s drugim transformatorima s takvim omjerima transformacije: kti2 = 100/ 5 i ktu2 = 35000/100.Odredite konstantu kruga kojom se moraju pomnožiti očitanja brojača.

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

Trofazna brojila dizajnirana za mjerenje energije u trožilnim mrežama strukturno su dva kombinirana jednofazna brojila (slika 2, a, b). Imaju dvije strujne i dvije naponske zavojnice. Obično se takvi brojači nazivaju dvoelementnim.

Sve što je gore rečeno o potrebi promatranja polariteta namota uređaja i namota mjernih transformatora koji se koriste s njim u sklopnim krugovima jednofaznih brojila u potpunosti se odnosi na sklopne sheme, trofazna brojila.

Kako bi se elementi međusobno razlikovali u trofaznim brojilima, izlazi su dodatno označeni brojevima koji istovremeno označavaju redoslijed faza opskrbne mreže spojene na izlaze. Dakle, na zaključke označene brojevima 1, 2, 3 spojite fazu L1 (A), na stezaljke 4, 5 — fazu L2 (B) i na stezaljke 7, 8, 9 — fazu L3 (C).

Definicija očitanja brojila uključenih u transformatore raspravlja se u primjerima 1 i 2 iu potpunosti je primjenjiva na trofazna brojila. Napominjemo da broj 3, koji stoji na ploči mjernog uređaja ispred koeficijenta transformacije kao množitelj, govori samo o potrebi korištenja tri transformatora i stoga se ne uzima u obzir pri određivanju konstantnog strujnog kruga.

Primjer 3… Odredite konstantu strujnog kruga za univerzalno trofazno brojilo koje se koristi sa strujnim i naponskim transformatorima, 3 NS 800 A / 5 i 3 x 15000 V / 100 (oblik zapisa točno ponavlja zapis na upravljačkoj ploči).

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

Riža. 2. Sheme za spajanje trofaznih brojila na trožilnu mrežu: a-izravno za mjerenje aktivne (uređaj P11) i jalove (uređaj P12) energije, b — preko strujnih transformatora za mjerenje aktivne energije

Poznato je da prilikom mijenjanja faktor snage pri različitim strujama mogu dobiti istu vrijednost UIcos s djelatnom snagomφ, i, prema tome, aktivnu komponentu struje Ia = Icosφ.

Povećanje faktora snage rezultira smanjenjem struje I za danu djelatnu snagu i stoga poboljšava iskorištenje dalekovoda i druge opreme. Sa smanjenjem faktora snage pri konstantnoj aktivnoj snazi, potrebno je povećati struju I koju troši proizvod, što dovodi do povećanja gubitaka u dalekovodu i drugoj opremi.

Stoga proizvodi s niskim faktorom snage troše dodatnu energiju iz izvora. ΔWp potreban za pokrivanje gubitaka koji odgovaraju povećanoj vrijednosti struje. Ova dodatna energija proporcionalna je reaktivnoj snazi ​​proizvoda i, pod uvjetom da su vrijednosti struje, napona i faktora snage konstantne tijekom vremena, može se pronaći omjerom ΔWp = kWq = kUIsinφ, gdje je Wq = UIsinφ — reaktivna snaga (konvencionalni koncept).

Proporcionalnost između jalove energije električnog proizvoda i dodatno generirane energije stanice održava se čak i kada se napon, struja i faktor snage mijenjaju tijekom vremena. U praksi se jalova energija mjeri jedinicom izvan sustava (var NS h i njezine izvedenice — kvar NS h, Mvar NS h, itd.) pomoću posebnih brojača koji su strukturno potpuno slični brojilima djelatne energije, a razlikuju se samo po sklopnosti. krugovi namota (vidi sl. 2, a, uređaj P12).

Svi proračuni uključeni u određivanje jalove energije izmjerene brojilima slični su gornjim proračunima za brojila djelatne energije.

Treba napomenuti da se energija potrošena u naponskom namotu (vidi sl. 1, 2) ne uzima u obzir mjeračem, a sve troškove snosi proizvođač električne energije, a energija potrošena strujnim krugom uređaja uzima se u obzir iz mjerača, tj. Troškovi se u ovom slučaju pripisuju potrošaču.

Osim energetskih, pomoću mjerača snage mogu se odrediti i neke druge karakteristike opterećenja. Na primjer, prema očitanjima mjerača jalove i aktivne energije, možete odrediti vrijednost ponderiranog prosječnog opterećenja tgφ: tgφ = Wq / Wp, Ggdje vs — količina energije koju brojilo aktivne energije uzima u obzir za određeno vremensko razdoblje, Wq — isto, ali uzeto u obzir mjeračem jalove energije za isto vremensko razdoblje. Poznavajući tgφ, iz trigonometrijskih tablica pronađite cosφ.

Ako oba brojača imaju isti prijenosni omjer i konstantu D kruga, možete pronaći tgφ opterećenje za dati trenutak.U tu svrhu za isti vremenski interval t = (30 — 60) s istovremeno se očitava broj okretaja nq brojila jalove energije i broj okretaja np brojila djelatne energije. Tada je tgφ = nq / np.

Uz dovoljno konstantno opterećenje, moguće je odrediti njegovu djelatnu snagu iz očitanja brojila djelatne energije.

Primjer 4… Mjerilo djelatne energije s prijenosnim omjerom 1 kW x h = 2500 o/min uključeno je u sekundarni namot transformatora. Namoti brojila spajaju se preko strujnih transformatora kti = 100/5 i naponskih transformatora ktu = 400/100. U 50 sekundi disk je napravio 15 okretaja. Odredite djelatnu snagu.

Konstantni krug D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Uzimajući u obzir prijenosni omjer, konstanta brojača C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / okr. Uzimajući u obzir konstantnu shemu C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / okr.

Dakle, n zavoja diskova odgovara potrošnji snage Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS s. Dakle, snaga opterećenja P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.