Merjenje električne energije

Električni izdelek v skladu s svojim namenom porablja (proizvaja) aktivno energijo, ki se porabi za opravljanje koristnega dela. Pri konstantni napetosti, toku in faktorju moči je količina porabljene (generirane) energije določena z razmerjem Wp = UItcosφ = Pt

kjer je P = UIcosφ — aktivna moč izdelka; t je trajanje dela.

Enota SI za energijo je joule (J). V praksi se še vedno uporablja nesistematična merska enota za vatno uro NS (tu NS h). Razmerje med tema enotama je naslednje: 1 Wh = 3,6 kJ ali 1 W s = 1 J.

V tokokrogih s prekinitvami se količina porabljene ali proizvedene energije meri z indukcijo ali elektronsko z elektrometri.

Strukturno je indukcijski števec mikroelektrični motor, vsak obrat rotorja ustreza določeni količini električne energije. Razmerje med odčitki števca in številom vrtljajev, ki jih opravi motor, se imenuje prestavno razmerje in je prikazano na armaturni plošči: 1 kW NS h = N vrtljajev diska.Prestavno razmerje določa konstanto števca C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

V SI je konstanta števca izražena v joulih, saj je število vrtljajev brezrazsežna količina. Števci aktivne energije se proizvajajo tako za enofazna kot tri- in štirižilna trifazna omrežja.

riž. 1 ... Shema za priključitev merilnih naprav na enofazno omrežje: a - neposredno, b - serija merilnih transformatorjev

Enofazni števec (slika 1, a) električne energije ima dve navitji: tok in napetost in se lahko priključi na omrežje po shemah, podobnih preklopnim shemam enofaznih vatmetrov. Za odpravo napak pri vklopu števca in s tem napak pri merjenju energije je v vseh primerih priporočljivo uporabiti stikalno vezje števca, ki je navedeno na pokrovu, ki pokriva njegove izhode.

Upoštevati je treba, da ko se smer toka v eni od tuljav števca spremeni, se disk začne vrteti v drugo smer. Zato morata biti tokovna tuljava naprave in napetostna tuljava vklopljeni, tako da se, ko sprejemnik porabi energijo, števec vrti v smeri, ki jo označuje puščica.

Tokovni izhod, označen s črko G, je vedno priključen na napajalno stran, drugi izhod tokovnega vezja, označen s črko I. Poleg tega je izhod napetostne tuljave, unipolaren z izhodom G iz tokovna tuljava, je prav tako priključena na strani napajalnika.

Pri vklopu merilnih instrumentov prek merilnega transformatorja Tokovni transformatorji morajo hkrati upoštevati polarnost navitij tokovnih transformatorjev in napetostnih transformatorjev (slika 1, b).

Merilniki so izdelani tako za uporabo s katerim koli tokovnim transformatorjem in napetostnim transformatorjem - univerzalnim, v oznaki simbola, ki je dodana črka U, in za uporabo s transformatorji, katerih nazivna transformacijska razmerja so navedena na njihovi ploščici.

Primer 1. Univerzalni števec s parametri Up = 100 V in I = 5 A se uporablja s tokovnim transformatorjem s primarnim tokom 400 A in sekundarnim tokom 5 A ter napetostnim transformatorjem s primarno napetostjo 3000 V in a sekundarna napetost 100 V.

Določite konstanto vezja, s katero je treba pomnožiti odčitek števca, da bi našli količino porabljene energije.

Konstanto vezja najdemo kot zmnožek razmerja transformacije tokovnega transformatorja z razmerjem transformacije napetostnega transformatorja: D = kti NS ktu = (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Tako kot vatmetre lahko tudi merilne naprave uporabljamo z različnimi merilnimi pretvorniki, vendar je v tem primeru potrebno odčitke preračunati.

Primer 2. Merilna naprava, zasnovana za uporabo s tokovnim transformatorjem s transformacijskim razmerjem kti1 = 400/5 in napetostnim transformatorjem s transformacijskim razmerjem ktu1 = 6000/100, se uporablja v shemi merjenja energije z drugimi transformatorji s takimi transformacijskimi razmerji: kti2 = 100/5 in ktu2 = 35000/100.Določite konstanto vezja, s katero je treba pomnožiti odčitke števca.

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

Trifazni števci, namenjeni za merjenje energije v trižilnih omrežjih, so strukturno dva kombinirana enofazna števca (slika 2, a, b). Imajo dve tokovni tuljavi in ​​dve napetostni tuljavi. Običajno se takšni števci imenujejo dvoelementni.

Vse zgoraj povedano o potrebi po upoštevanju polarnosti navitij naprave in navitij merilnih transformatorjev, ki se uporabljajo z njo v stikalnih tokokrogih enofaznih števcev, v celoti velja za preklopne sheme, trifazne števce.

Za razlikovanje elementov med seboj v trifaznih števcih so izhodi dodatno označeni s številkami, ki hkrati označujejo zaporedje faz napajalnega omrežja, priključenega na izhode. Tako na zaključke, označene s številkami 1, 2, 3, priključite fazo L1 (A), na sponke 4, 5 - fazo L2 (B) in na sponke 7, 8, 9 - fazo L3 (C).

Opredelitev odčitkov števcev, vključenih v transformatorje, je obravnavana v primerih 1 in 2 in se v celoti uporablja za trifazne števce. Upoštevajte, da številka 3, ki stoji na plošči merilne naprave pred koeficientom transformacije kot množitelj, govori le o potrebi po uporabi treh transformatorjev in se zato ne upošteva pri določanju konstantnega vezja.

Primer 3… Določite konstanto vezja za univerzalni trifazni števec, ki se uporablja s tokovnimi in napetostnimi transformatorji, 3 NS 800 A / 5 in 3 x 15000 V / 100 (oblika zapisa natančno ponavlja zapis na centrali).

Določite konstanto vezja: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

riž. 2. Sheme za priključitev trifaznih števcev na trižično omrežje: a-neposredno za merjenje aktivne (naprava P11) in jalove (naprava P12) energije, b - preko tokovnih transformatorjev za merjenje aktivne energije

Znano je, da pri menjavi faktor moči pri različnih tokovih lahko dobim enako vrednost UIcos z delovno močjo φ in zato aktivno komponento toka Ia = Icosφ.

Povečanje faktorja moči povzroči zmanjšanje toka I za dano delovno moč in s tem izboljša izkoriščenost daljnovodov in druge opreme. Z zmanjšanjem faktorja moči pri konstantni aktivni moči je potrebno povečati tok I, ki ga porabi izdelek, kar vodi do povečanja izgub v daljnovodu in drugi opremi.

Zato izdelki z nizkim faktorjem moči porabijo dodatno energijo iz vira. ΔWp, potreben za kritje izgub, ki ustrezajo povečani vrednosti toka. Ta dodatna energija je sorazmerna z reaktivno močjo izdelka in pod pogojem, da so vrednosti toka, napetosti in faktorja moči konstantne skozi čas, jo je mogoče najti z razmerjem ΔWp = kWq = kUIsinφ, kjer je Wq = UIsinφ — reaktivna moč (konvencionalni koncept).

Sorazmernost med jalovo energijo električnega izdelka in dodatno proizvedeno energijo postaje se ohrani tudi, ko se napetost, tok in faktor moči spreminjajo skozi čas. V praksi jalovo energijo meri enota izven sistema (var NS h in njeni derivati ​​— kvar NS h, Mvar NS h itd.) s posebnimi števci, ki so strukturno povsem podobni števcem delovne energije in se razlikujejo le po preklopu. vezja navitij (glej sliko 2, a, naprava P12).

Vsi izračuni pri določanju jalove energije, izmerjene s števci, so podobni zgornjim izračunom za števce delovne energije.

Upoštevati je treba, da se energija, porabljena v napetostnem navitju (glej sliko 1, 2), ne upošteva pri števcu, vse stroške pa nosi proizvajalec električne energije, energija, ki jo porabi tokovni tokokrog naprave se upošteva iz števca, kar pomeni, da se stroški v tem primeru pripišejo potrošniku.

Poleg energijskih je mogoče z merilniki moči določiti še nekatere druge karakteristike obremenitve. Na primer, glede na odčitke števcev reaktivne in aktivne energije lahko določite vrednost ponderirane povprečne obremenitve tgφ: tgφ = Wq / Wp, Gkjer vs - količina energije, ki jo upošteva števec aktivne energije za dano časovno obdobje, Wq — enako , vendar upoštevano s števcem jalove energije za isto časovno obdobje. Ob poznavanju tgφ iz trigonometričnih tabel poiščite cosφ.

Če imata oba števca enako prestavno razmerje in konstanto vezja D, lahko najdete obremenitev tgφ za dani trenutek.V ta namen se za isti časovni interval t = (30 — 60) s sočasno odčitava število vrtljajev števca jalove energije nq in število vrtljajev števca delovne energije np. Potem je tgφ = nq / np.

Pri dovolj konstantni obremenitvi je mogoče iz odčitkov števca delovne energije določiti njegovo delovno moč.

Primer 4… Merilnik delovne energije s prestavnim razmerjem 1 kW x h = 2500 vrt/min je vključen v sekundarno navitje transformatorja. Navitja števca so povezana preko tokovnih transformatorjev s kti = 100/5 in napetostnih transformatorjev s ktu = 400/100. V 50 sekundah je disk naredil 15 obratov. Določite delovno moč.

Konstantno vezje D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Ob upoštevanju prestavnega razmerja je konstanta števca C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / vrt. Ob upoštevanju konstantne sheme C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Tako n obratov diskov ustreza porabi energije Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS s. Zato je moč obremenitve P = Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.