Meranie elektrickej energie

Elektrický výrobok v súlade so svojím účelom spotrebováva (vytvára) aktívnu energiu spotrebovanú na výkon užitočnej práce. Pri konštantnom napätí, prúde a účinníku je množstvo spotrebovanej (vytvorenej) energie určené pomerom Wp = UItcosφ = Pt

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

Jednotkou energie SI je joule (J). V praxi sa stále používa nesystematická jednotka merania pre watt NS hodinu (tu NS h). Vzťah medzi týmito jednotkami je nasledovný: 1 Wh = 3,6 kJ alebo 1 W s = 1 J.

V obvodoch s prerušovaným prúdom sa množstvo spotrebovanej alebo generovanej energie meria indukciou alebo elektronicky pomocou elektromerov.

Konštrukčne je indukčné počítadlo mikroelektrický motor, každá otáčka rotora zodpovedá určitému množstvu elektrickej energie. Pomer medzi údajmi počítadla a počtom otáčok vykonaných motorom sa nazýva prevodový pomer a je uvedený na prístrojovej doske: 1 kW NS h = N otáčok disku.Prevodový pomer určuje konštantu počítadla C = 1 / N, kW NS h / ot; ° С=1000-3600 / N W NS s / ot.

V SI je konštanta počítadla vyjadrená v jouloch, pretože počet otáčok je bezrozmerná veličina. Aktívne elektromery sa vyrábajú pre jednofázové aj troj- a štvorvodičové trojfázové siete.

Ryža. 1... Schéma zapojenia meracích prístrojov do jednofázovej siete: a — priame, b — séria meracích transformátorov

Jednofázový merač (obr. 1, a) elektrická energia má dve vinutia: prúd a napätie a môže byť pripojený k sieti podľa schém podobných spínacím schémam jednofázových wattmetrov. Pre elimináciu chýb pri zapínaní elektromera a tým aj chýb pri meraní energie sa vo všetkých prípadoch odporúča použiť spínací obvod elektromera uvedený na kryte prekrývajúcom jeho výstupy.

Treba poznamenať, že keď sa zmení smer prúdu v jednej z cievok merača, disk sa začne otáčať v opačnom smere. Preto musí byť prúdová cievka zariadenia a napäťová cievka zapnutá, takže keď prijímač spotrebuje energiu, počítadlo sa otáča v smere označenom šípkou.

Prúdový výstup označený písmenom G je vždy pripojený na napájaciu stranu a druhý výstup prúdového obvodu označený písmenom I. Okrem toho je výstup napäťovej cievky, unipolárny s výstupom G prúdového obvodu. prúdová cievka, je tiež pripojená na stranu na napájacom zdroji.

Pri zapnutí meracích prístrojov cez merací transformátor Transformátory prúdu musia súčasne brať do úvahy polaritu vinutia prúdových transformátorov a transformátorov napätia (obr. 1, b).

Merače sa vyrábajú na použitie s akýmikoľvek prúdovými transformátormi a napäťovými transformátormi - univerzálnymi, v označení symbolu ktorých je pridané písmeno U, ako aj na použitie s transformátormi, ktorých menovité transformačné pomery sú uvedené na ich typovom štítku.

Príklad 1. Používa sa univerzálny elektromer s parametrami Up = 100 V a I = 5 A s prúdovým transformátorom s primárnym prúdom 400 A a sekundárnym prúdom 5 A a napäťovým transformátorom s primárnym napätím 3000 V a sekundárne napätie 100V.

Určte konštantu obvodu, ktorou je potrebné vynásobiť údaj merača, aby ste zistili množstvo spotrebovanej energie.

Obvodová konštanta sa zistí ako súčin transformačného pomeru prúdového transformátora a transformačného pomeru napäťového transformátora: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Rovnako ako wattmetre, aj meracie prístroje je možné použiť s rôznymi meracími prevodníkmi, ale v tomto prípade je potrebné prepočítať hodnoty.

Príklad 2. Meracie zariadenie určené na použitie s prúdovým transformátorom s transformačným pomerom kti1 = 400/5 a napäťovým transformátorom s transformačným pomerom ktu1 = 6000/100 sa používa v schéme merania energie s inými transformátormi s takýmito transformačnými pomermi: kti2 = 100/5 a ktu2 = 35000/100.Určite obvodovú konštantu, ktorou sa musia vynásobiť hodnoty počítadla.

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

Trojfázové elektromery určené na meranie energie v trojvodičových sieťach sú konštrukčne dva kombinované jednofázové elektromery (obr. 2, a, b). Majú dve prúdové cievky a dve napäťové cievky. Zvyčajne sa takéto počítadlá nazývajú dvojprvkové.

Všetko, čo bolo uvedené vyššie o potrebe dodržať polaritu vinutí zariadenia a vinutia meracích transformátorov používaných s ním v spínacích obvodoch jednofázových elektromerov, platí výlučne pre schémy spínania, trojfázové elektromery.

Na odlíšenie prvkov od seba v trojfázových elektromeroch sú výstupy dodatočne označené číslami súčasne označujúcimi poradie fáz napájacej siete pripojenej k výstupom. K záverom označeným číslami 1, 2, 3 teda pripojte fázu L1 (A), na svorky 4, 5 — fázu L2 (B) a na svorky 7, 8, 9 — fázu L3 (C).

Definícia odpočtov meračov zahrnutých v transformátoroch je diskutovaná v príkladoch 1 a 2 a je plne aplikovateľná na trojfázové elektromery. Všimnite si, že číslo 3, ktoré stojí na paneli meracieho prístroja pred transformačným koeficientom ako násobič, hovorí len o potrebe použitia troch transformátorov a preto sa pri určovaní konštantného obvodu neberie do úvahy.

Príklad 3… Určite obvodovú konštantu pre univerzálny trojfázový merač používaný s prúdovými a napäťovými transformátormi 3 NS 800 A / 5 a 3 x 15000 V / 100 (formát záznamu presne opakuje záznam na ústredni).

Určte obvodovú konštantu: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Ryža. 2. Schémy na pripojenie trojfázových elektromerov do trojvodičovej siete: a-priamo na meranie aktívnej (zariadenie P11) a jalovej (zariadenie P12) energie, b — cez prúdové transformátory na meranie aktívnej energie

Je známe, že pri zmene účinník pri rôznych prúdoch môžem získať rovnakú hodnotu UIcos s aktívnym výkonomφ, a teda aktívnu zložku prúdu Ia = Icosφ.

Zvýšenie účinníka má za následok zníženie prúdu I pre daný činný výkon, a preto zlepšuje využitie prenosových vedení a iných zariadení. S poklesom účinníka pri konštantnom aktívnom výkone je potrebné zvýšiť prúd I spotrebovaný produktom, čo vedie k zvýšeniu strát v prenosovom vedení a iných zariadeniach.

Preto produkty s nízkym účinníkom spotrebúvajú dodatočnú energiu zo zdroja. ΔWp potrebné na pokrytie strát zodpovedajúcich zvýšenej hodnote prúdu. Táto dodatočná energia je úmerná jalovému výkonu produktu a za predpokladu, že hodnoty prúdu, napätia a účinníka sú v čase konštantné, možno ju zistiť pomerom ΔWp = kWq = kUIsinφ, kde Wq = UIsinφ — jalový výkon (konvenčná koncepcia).

Úmernosť medzi reaktívnou energiou elektrického produktu a dodatočnou generovanou energiou stanice je zachovaná aj vtedy, keď sa napätie, prúd a účinník časom menia. V praxi sa jalová energia meria jednotkou mimo systému (var NS h a jeho deriváty — kvar NS h, Mvar NS h atď.) pomocou špeciálnych počítadiel, ktoré sú konštrukčne úplne podobné meračom činnej energie a líšia sa len spínaním. obvody vinutia (pozri obr. 2, a, zariadenie P12).

Všetky výpočty súvisiace s určovaním jalovej energie nameranej elektromermi sú podobné ako vyššie uvedené výpočty pre elektromery aktívnej energie.

Je potrebné poznamenať, že energiu spotrebovanú v napäťovom vinutí (pozri obr. 1, 2) elektromer nezohľadňuje a všetky náklady znáša výrobca elektriny a energia spotrebovaná prúdovým obvodom zariadenia sa zohľadňuje z meradla, t.j. náklady sa v tomto prípade pripisujú spotrebiteľovi.

Okrem energie je možné pomocou meračov výkonu určiť aj niektoré ďalšie charakteristiky zaťaženia. Napríklad podľa údajov meračov jalovej a aktívnej energie môžete určiť hodnotu váženého priemerného zaťaženia tgφ: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — množstvo energie, ktoré počítadlo aktívnej energie berie do úvahy pre daný časové obdobie, Wq — rovnaké, ale zohľadňované meračom jalovej energie za rovnaké časové obdobie. Keď poznáte tgφ, z goniometrických tabuliek nájdite cosφ.

Ak majú oba počítadlá rovnaký prevodový pomer a obvodovú konštantu D, môžete nájsť zaťaženie tgφ pre daný moment.Na tento účel sa v rovnakom časovom intervale t = (30 — 60) s súčasne odčítava počet otáčok nq merača jalového energie a počet otáčok np merača činnej energie. Potom tgφ = nq / np.

Pri dostatočne konštantnom zaťažení je možné určiť jeho činný výkon z údajov merača činnej energie.

Príklad 4… Merač aktívnej energie s prevodovým pomerom 1 kW x h = 2500 ot./min. je súčasťou sekundárneho vinutia transformátora. Vinutia elektromera sú pripojené cez prúdové transformátory s kti = 100/5 a napäťové transformátory s ktu = 400/100. Za 50 sekúnd urobil kotúč 15 otáčok. Určte aktívny výkon.

Konštantný obvod D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Ak vezmeme do úvahy prevodový pomer, konštanta počítadla C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / ot. Pri zohľadnení konštantnej schémy C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / ot.

Teda n závitov kotúčov zodpovedá spotrebe energie Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS s. Preto je výkon záťaže P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.