Mätning av elektrisk energi

En elektrisk produkt, i enlighet med sitt syfte, förbrukar (genererar) aktiv energi som förbrukas för att utföra användbart arbete. Vid konstant spänning, ström och effektfaktor bestäms mängden energi som förbrukas (genereras) av förhållandet Wp = UItcosφ = Pt

där P = UIcosφ — produktens aktiva effekt; t är jobbets varaktighet.

SI-enheten för energi är joule (J). I praktiken används fortfarande en icke-systematisk måttenhet för watt NS timme (tu NS h). Förhållandet mellan dessa enheter är som följer: 1 Wh = 3,6 kJ eller 1 W s = 1 J.

I intermittenta strömkretsar mäts mängden energi som förbrukas eller genereras genom induktion eller elektroniskt med elektrometrar.

Strukturellt är induktionsräknaren en mikroelektrisk motor, varje rotorvarv motsvarar en viss mängd elektrisk energi. Förhållandet mellan räknarens avläsningar och antalet varv som motorn gör kallas utväxlingsförhållandet och anges på instrumentbrädan: 1 kW NS h = N varv på skivan.Utväxlingen bestämmer räknarkonstanten C = 1 / N, kW NS h / varv; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

I SI uttrycks räknarkonstanten i joule, eftersom antalet varv är en dimensionslös storhet. Aktiva energimätare produceras för både enfasiga och trefasiga och trefasiga nät.

Ris. 1... Schema för anslutning av mätanordningar till ett enfasnät: a — direkt, b — en serie mättransformatorer

En enfasmätare (Fig. 1, a) elektrisk energi har två lindningar: ström och spänning och kan anslutas till nätverket enligt scheman som liknar omkopplingsscheman för enfas wattmätare. För att eliminera fel vid påslagning av mätaren och därför fel i energimätning, rekommenderas det i alla fall att använda mätarens omkopplingskrets som anges på locket som täcker dess utgångar.

Det bör noteras att när strömriktningen i en av mätarens spolar ändras, börjar skivan att rotera i den andra riktningen. Därför måste enhetens strömspole och spänningsspolen slås på, så att när mottagaren förbrukar ström roterar räknaren i den riktning som pilen indikerar.

Strömutgången, betecknad med bokstaven G, är alltid ansluten till matningssidan, och den andra utgången på strömkretsen, betecknad med bokstaven I. Dessutom är spänningsspolens utgång, unipolär med utgången G från strömspole, är också ansluten till sidan på strömförsörjningen.

När du slår på mätinstrumenten genom mättransformatornTströmtransformatorer måste samtidigt ta hänsyn till polariteten hos lindningarna hos strömtransformatorerna och spänningstransformatorerna (Fig. 1, b).

Mätare tillverkas både för användning med alla strömtransformatorer och spänningstransformatorer - universella, i vars symbolbeteckning U läggs till, och för användning med transformatorer vars nominella transformationsförhållanden anges på deras märkskylt.

Exempel 1. En universalmätare med parametrarna Up = 100 V och I = 5 A används med en strömtransformator med en primärström på 400 A och en sekundärström på 5 A och en spänningstransformator med en primärspänning på 3000 V och en sekundärspänning på 100 V.

Bestäm kretskonstanten med vilken mätarställningen måste multipliceras för att hitta mängden energi som förbrukas.

Kretskonstanten hittas som produkten av strömtransformatorns transformationsförhållande genom spänningstransformatorns transformationsförhållande: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Liksom wattmätare kan mätanordningar användas med olika mätomvandlare, men i det här fallet är det nödvändigt att räkna om avläsningarna.

Exempel 2. En mätanordning utformad för användning med en strömtransformator med ett transformationsförhållande kti1 = 400/5 och en spänningstransformator med ett transformationsförhållande ktu1 = 6000/100 används i ett energimätningsschema med andra transformatorer med sådana transformationsförhållanden: kti2 = 100/ 5 och ktu2 = 35000/100.Bestäm kretskonstanten med vilken räknarens värden måste multipliceras.

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

Trefasmätare konstruerade för att mäta energi i tretrådsnät är strukturellt två kombinerade enfasmätare (fig. 2, a, b). De har två strömspolar och två spänningsspolar. Vanligtvis kallas sådana räknare för tvåelement.

Allt som sägs ovan om behovet av att observera polariteten hos enhetens lindningar och lindningarna hos mättransformatorerna som används med den i omkopplingskretsarna för enfasmätare gäller helt för omkopplingsscheman, trefasmätare.

För att särskilja elementen från varandra i trefasmätare är utgångarna dessutom betecknade med siffror som samtidigt indikerar sekvensen av faserna i försörjningsnätverket som är anslutet till utgångarna. Sålunda, till slutsatserna markerade med nummer 1, 2, 3, anslut fas L1 (A), till plintarna 4, 5 — fas L2 (B) och till plintarna 7, 8, 9 — fas L3 (C).

Definitionen av mätaravläsningar som ingår i transformatorer diskuteras i exempel 1 och 2 och är fullt tillämplig på trefasmätare. Observera att siffran 3, som står på mätanordningens panel framför transformationskoefficienten som en multiplikator, bara talar om behovet av att använda tre transformatorer och därför inte beaktas vid bestämning av konstantkretsen.

Exempel 3... Bestäm kretskonstanten för en universell trefasmätare som används med ström- och spänningstransformatorer, 3 NS 800 A / 5 och 3 x 15000 V / 100 (postens form upprepar exakt posten på kontrollpanelen).

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

Ris. 2. Schema för anslutning av trefasmätare till ett tretrådsnät: a-direkt för mätning av aktiv (enhet P11) och reaktiv (enhet P12) energi, b — genom strömtransformatorer för mätning av aktiv energi

Det är känt att när man byter effektfaktor vid olika strömmar kan jag få samma värde på UIcos med aktiv effektφ, och därför är den aktiva komponenten av strömmen Ia = Icosφ.

En ökning av effektfaktorn resulterar i en minskning av strömmen I för en given aktiv effekt och förbättrar därför utnyttjandet av transmissionsledningar och annan utrustning. Med en minskning av effektfaktorn vid en konstant aktiv effekt är det nödvändigt att öka strömmen I som förbrukas av produkten, vilket leder till en ökning av förlusterna i transmissionsledningen och annan utrustning.

Därför förbrukar produkter med låg effektfaktor ytterligare energi från källan. ΔWp krävs för att täcka förluster motsvarande det ökade strömvärdet. Denna extra energi är proportionell mot produktens reaktiva effekt och, förutsatt att värdena för ström, spänning och effektfaktor är konstanta över tiden, kan den hittas av förhållandet ΔWp = kWq = kUIsinφ, där Wq = UIsinφ — reaktiv effekt (konventionellt koncept).

Proportionaliteten mellan den reaktiva energin hos en elektrisk produkt och den extra genererade energin från stationen bibehålls även när spänningen, strömmen och effektfaktorn ändras över tiden. I praktiken mäts reaktiv energi av en enhet utanför systemet (var NS h och dess derivator — kvar NS h, Mvar NS h, etc.) med hjälp av speciella räknare som är strukturellt helt lika aktiva energimätare och skiljer sig endast på omkopplingen kretsar av lindningarna (se fig. 2, a, anordning P12).

Alla beräkningar som är involverade i att bestämma den reaktiva energin som mäts upp av mätarna liknar ovanstående beräkningar för aktiva energimätare.

Det bör noteras att den energi som förbrukas i spänningslindningen (se fig. 1, 2) inte beaktas av mätaren, och alla kostnader bärs av elproducenten och energin som förbrukas av enhetens strömkrets beaktas från mätaren, det vill säga kostnaderna i detta fall hänförs till konsumenten.

Förutom energi kan vissa andra belastningsegenskaper bestämmas med hjälp av effektmätare. Till exempel, enligt avläsningarna från reaktiva och aktiva energimätare, kan du bestämma värdet på den vägda genomsnittliga tgφ-belastningen: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — mängden energi som tas med i beräkningen av den aktiva energimätaren för en given tidsperiod, Wq — samma , men beaktas av mätaren för reaktiv energi under samma tidsperiod. Att känna till tgφ, från trigonometriska tabeller hitta cosφ.

Om båda räknarna har samma utväxlingsförhållande och kretskonstant D, kan du hitta tgφ belastning för ett givet ögonblick.För detta ändamål, för samma tidsintervall t = (30 — 60) s, läses antalet varv nq för mätaren för reaktiv energi och antalet varv np för den aktiva energimätaren samtidigt. Då tgφ = nq / np.

Med en tillräckligt konstant belastning är det möjligt att bestämma dess aktiva effekt från avläsningarna från den aktiva energimätaren.

Exempel 4... En aktiv energimätare med ett utväxlingsförhållande på 1 kW x h = 2500 rpm ingår i transformatorns sekundärlindning. Mätarlindningarna ansluts genom strömtransformatorer med kti = 100/5 och spänningstransformatorer med ktu = 400/100. På 50 sekunder gjorde skivan 15 varv. Bestäm den aktiva effekten.

Konstant krets D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Med hänsyn till utväxlingsförhållandet, räknarkonstanten C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / varv. Med hänsyn till konstantschemat C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Således motsvarar n varv av skivorna effektförbrukningen Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS med. Därför är belastningseffekten P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.