Измерване на електрическа енергия

Електрически продукт, в съответствие с предназначението си, консумира (генерира) активна енергия, консумирана за извършване на полезна работа. При постоянно напрежение, ток и коефициент на мощност количеството консумирана (генерирана) енергия се определя от съотношението Wp = UItcosφ = Pt

където P = UIcosφ — активна мощност на продукта; t е продължителността на работата.

Единицата за енергия в SI е джаул (J). На практика все още се използва несистемна мерна единица за ват NS час (вт NS з). Връзката между тези единици е следната: 1 Wh = 3,6 kJ или 1 W s = 1 J.

В прекъсващите токови вериги количеството консумирана или генерирана енергия се измерва чрез индукция или електронно eелектромери.

Структурно индукция броячът е микроелектрически двигател, всеки оборот на ротора съответства на определено количество електрическа енергия. Съотношението между показанията на брояча и броя на оборотите, направени от двигателя, се нарича предавателно число и е посочено на таблото: 1 kW NS h = N обороти на диска. Предавателното отношение определя константата на брояча C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

В SI константата на брояча се изразява в джаули, тъй като броят на оборотите е безразмерно количество. Измервателите на активна енергия се произвеждат както за еднофазни, така и за три- и четирипроводни трифазни мрежи.

Ориз. 1… Схема за свързване на измервателни уреди към еднофазна мрежа: a — директна, b — поредица от измервателни трансформатори

Еднофазен измервателен уред (фиг. 1, а) електрическата енергия има две намотки: ток и напрежение и може да бъде свързана към мрежата съгласно схеми, подобни на схемите за превключване на еднофазни ватметри. За да се отстранят грешките при включване на глюкомера и следователно грешките в измерването на енергия, се препоръчва във всички случаи да се използва веригата за превключване на измервателния уред, посочена на капака, обхващаща неговите изходи.

Трябва да се отбележи, че когато посоката на тока в една от намотките на измервателния уред се промени, дискът започва да се върти в другата посока. Следователно, намотката на тока на устройството и намотката на напрежението трябва да бъдат включени, така че когато приемникът консумира енергия, броячът се върти в посоката, посочена със стрелката.

Токовият изход, обозначен с буквата G, винаги е свързан от страната на захранването, а вторият изход на токовата верига, обозначен с буквата I. В допълнение, изходът на намотката на напрежението, еднополюсен с изхода Г на токова намотка, също е свързана от страната на захранването.

Когато включите измервателните уреди през измервателния трансформаторTТоковите трансформатори трябва едновременно да вземат предвид полярността на намотките на токовите трансформатори и трансформаторите на напрежение (фиг. 1, б).

Измервателните уреди се произвеждат както за използване с всякакви токови трансформатори и трансформатори на напрежение — универсални, в символното обозначение на които е добавена буквата U, така и за използване с трансформатори, чиито номинални съотношения на трансформация са посочени на тяхната табелка.

Пример 1. Универсален измервателен уред с параметри Uп = 100 V и I = 5 A се използва с токов трансформатор с първичен ток 400 A и вторичен ток 5 A и трансформатор на напрежение с първично напрежение 3000 V и вторично напрежение от 100 V.

Определете константата на веригата, чрез която показанията на брояча трябва да се умножат, за да се намери количеството консумирана енергия.

Константата на веригата се намира като произведение на коефициента на трансформация на токов трансформатор от коефициента на трансформация на трансформатора на напрежение: D = kti NS кту= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Подобно на ватметрите, измервателните уреди могат да се използват с различни измервателни преобразуватели, но в този случай е необходимо да се преизчислят показанията.

Пример 2. Измервателен уред, предназначен за използване с токов трансформатор с коефициент на трансформация kti1 = 400/5 и трансформатор на напрежение с коефициент на трансформация ktu1 = 6000/100, се използва в схема за измерване на енергия с други трансформатори с такива трансформационни съотношения: kti2 = 100/ 5 и ktu2 = 35000/100. Определете константата на веригата, чрез която показанията на брояча трябва да се умножат.

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

Трифазните измервателни уреди, предназначени за измерване на енергия в трипроводни мрежи, представляват структурно два комбинирани еднофазни измервателни уреди (фиг. 2, а, б). Те имат две токови намотки и две намотки на напрежение. Обикновено такива броячи се наричат ​​двуелементни.

Всичко казано по-горе за необходимостта от спазване на полярността на намотките на устройството и намотките на измервателните трансформатори, използвани с него в комутационните вериги на еднофазни измервателни уреди, се отнася изцяло за комутационни схеми, трифазни измервателни уреди.

За да се разграничат елементите един от друг в трифазни измервателни уреди, изходите се обозначават допълнително с номера, едновременно показващи последователността на фазите на захранващата мрежа, свързани към изходите. По този начин към заключенията, отбелязани с цифри 1, 2,3 свържете фаза L1 (A), към клеми 4, 5 — фаза L2 (B) и към клеми 7, 8, 9 — фаза L3 (C).

Определението на показанията на измервателните уреди, включени в трансформаторите, е обсъдено в примери 1 и 2 и е напълно приложимо за трифазни измервателни уреди. МаркдОбърнете внимание, че числото 3, което стои на панела на измервателното устройство пред коефициента на трансформация като множител, говори само за необходимостта от използване на три трансформатора и следователно не се взема предвид при определяне на постоянната верига.

Пример 3… Определете константата на веригата за универсален трифазен измервателен уредизползва се с трансформатори на ток и напрежение, 3 NS 800 A / 5 и 3 x 15000 V / 100 (формата на записа конкретно повтаря записа на таблото за управление).

Определете константата на веригата: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Ориз. 2. Схеми за свързване на трифазни измервателни уреди към трипроводна мрежа: а-директно за измерване на активно (устройство P11) и реактивни (устройство P12) енергия, b — чрез токови трансформатори за измерване на активна енергия

Известно е, че при смяна фактор на мощността при различни токове I може да се получи една и съща стойност на UIcos с активна мощностφ, и, следователно, активният компонент на тока Ia = Icosφ.

Увеличаването на коефициента на мощност води до намаляване на тока I за дадена активна мощност и следователно подобрява използването на преносни линии и друго оборудване. С намаляване на коефициента на мощност при постоянна активна мощност е необходимо да се увеличи токът I, консумиран от продукта, което води до увеличаване на загубите в преносната линия и друго оборудване.

Следователно продуктите с нисък коефициент на мощност консумират допълнителна енергия от източника. ΔWp, необходим за покриване на загуби, съответстващи на увеличената текуща стойност. Тази допълнителна енергия е пропорционална на реактивната мощност на продукта и при условие, че стойностите на тока, напрежението и коефициента на мощност са постоянни във времето, тя може да се намери по съотношението ΔWp = kWq = kUIsinφ, където Wq = UIsinφ — реактивна енергия (конвенционална концепция).

Пропорционалността между реактивната енергия на електрически продукт и допълнително генерираната енергия на станцията се поддържа дори когато напрежението, токът и факторът на мощност се променят с течение на времето. На практика реактивната енергия се измерва от единица извън системата (вар NS h и производни от него — kvar NS h, Мвар NS h и др.) с помощта на специални броячи, които са структурно напълно сходни с измервателите на активна енергия и се различават само по превключващите вериги на намотките (виж фиг. 2, a, устройство P12).

Всички изчисления, свързани с определянето на реактивната енергия, измерена чрез измервателните уреди, са подобни на горните изчисления за измервателните уреди с активна енергия.

Трябва да се отбележи, че консумираната енергия в намотката на напрежението (виж фиг. 1, 2), не се взема предвид от измервателния уред, а всички разходи се поемат от производителя на електроенергия, а консумираната енергия от токовия кръг на устройството се взема предвид от измервателния уред, т. Е. Разходите в този случай са приписвани на потребителя.

В допълнение към енергията, някои други характеристики на натоварване могат да бъдат определени с помощта на електромери. Например, според показанията на измервателните уреди за реактивна и активна енергия, можете да определите стойността на среднопретеглената tgφ натоварване: tgφ = Wq / Wp, Gде вс — количеството енергия, взето предвид от измервателя на активната енергия за даден период от време, Wq — същото, но взето предвид от измервателя на реактивната енергия за същия период от време. Познавайки tgφ, от тригонометрични таблици намери cosφ.

Ако и двата брояча имат същото предавателно отношение и константа D на веригата, можете да намерите tgφ натоварване за даден момент. За тази цел за същия интервал от време t = (30 — 60) s броят на оборотите nq на измервателя на реактивната енергия и броят на оборотите np на измервателя на активната енергия се отчитат едновременно. След това tgφ = nq / np.

При достатъчно постоянно натоварване е възможно да се определи неговата активна мощност от показанията на измервателя на активната енергия.

Пример 4… Измервател на активна енергия с предавателно отношение 1 kW x h = 2500 об / мин е включен във вторичната намотка на трансформатора. Намотките на измервателния уред са свързани чрез токови трансформатори с kti = 100/5 и трансформатори на напрежение с ktu = 400/100. За 50 секунди дискът направи 15 оборота. Определете активната мощност.

Постоянна верига D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Като се вземе предвид предавателното отношение, константата на брояча C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Като се вземе предвид константната схема C ‘= CD = 1.44 NS 80= 115,2 кВт NS s / rev.

Такаиm начин, n завои дисковете съответстват на консумацията на енергия Wp = C’n = 115,2 [15 = 1728 kW NS с. Следователно мощността на натоварване P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.