Mesura de l'energia elèctrica

Un producte elèctric, d'acord amb la seva finalitat, consumeix (genera) energia activa consumida per realitzar un treball útil. A tensió, corrent i factor de potència constants, la quantitat d'energia consumida (generada) ve determinada per la relació Wp = UItcosφ = Pt

on P = UIcosφ — potència activa del producte; t és la durada del treball.

La unitat d'energia del SI és el joule (J). A la pràctica, encara s'utilitza una unitat de mesura no sistemàtica per al watt NS hora (tu NS h). La relació entre aquestes unitats és la següent: 1 Wh = 3,6 kJ o 1 W s = 1 J.

En els circuits de corrent intermitent, la quantitat d'energia consumida o generada es mesura per inducció o electrònicament per electròmetres.

Estructuralment, el comptador d'inducció és un motor microelèctric, cada revolució del rotor correspon a una certa quantitat d'energia elèctrica. La relació entre les lectures del comptador i el nombre de revolucions que fa el motor s'anomena relació de transmissió i s'indica al quadre de comandament: 1 kW NS h = N revolucions del disc.La relació de transmissió determina la constant del comptador C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

En SI, la constant del comptador s'expressa en joules, ja que el nombre de revolucions és una quantitat adimensional. Els comptadors d'energia activa es produeixen tant per a xarxes monofàsiques com per a xarxes trifàsiques de tres i quatre fils.

Arròs. 1... Esquema per connectar aparells de mesura a una xarxa monofàsica: a — directe, b — una sèrie de transformadors de mesura

Un comptador monofàsic (Fig. 1, a) d'energia elèctrica té dos bobinatges: corrent i tensió i es pot connectar a la xarxa segons esquemes similars als esquemes de commutació dels vatímetres monofàsics. Per eliminar errors a l'encesa del comptador i, per tant, errors en la mesura de l'energia, es recomana en tots els casos utilitzar el circuit de commutació del comptador indicat a la coberta que cobreix les seves sortides.

Cal tenir en compte que quan canvia la direcció del corrent en una de les bobines del comptador, el disc comença a girar en l'altra direcció. Per tant, la bobina actual del dispositiu i la bobina de tensió s'han d'encendre, de manera que quan el receptor consumeix energia, el comptador gira en la direcció indicada per la fletxa.

La sortida de corrent, indicada per la lletra G, sempre està connectada al costat de l'alimentació, i la segona sortida del circuit de corrent, denotada per la lletra I. A més, la sortida de la bobina de tensió, unipolar amb la sortida G de la bobina de corrent, també està connectada al costat de la font d'alimentació.

Quan engegueu els instruments de mesura mitjançant el transformador de mesura, els transformadors de corrent han de tenir en compte simultàniament la polaritat dels bobinatges dels transformadors de corrent i dels transformadors de tensió (Fig. 1, b).

Els comptadors es fabriquen tant per utilitzar-los amb transformadors de corrent i transformadors de tensió, universals, en la designació del símbol del qual s'afegeix la lletra U, com per utilitzar-los amb transformadors les relacions de transformació nominals dels quals s'indiquen a la placa d'identificació.

Exemple 1. S'utilitza un mesurador universal amb els paràmetres Up = 100 V i I = 5 A amb un transformador de corrent amb un corrent primari de 400 A i un corrent secundari de 5 A i un transformador de tensió amb una tensió primària de 3000 V i un tensió secundària de 100 V.

Determineu la constant del circuit per la qual s'ha de multiplicar la lectura del comptador per trobar la quantitat d'energia consumida.

La constant del circuit es troba com el producte de la relació de transformació del transformador de corrent per la relació de transformació del transformador de tensió: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Igual que els vatímetres, els aparells de mesura es poden utilitzar amb diferents convertidors de mesura, però en aquest cas cal tornar a calcular les lectures.

Exemple 2. Un dispositiu de mesura dissenyat per utilitzar-se amb un transformador de corrent amb una relació de transformació kti1 = 400/5 i un transformador de tensió amb una relació de transformació ktu1 = 6000/100 s'utilitza en un esquema de mesura d'energia amb altres transformadors amb aquestes relacions de transformació: kti2 = 100/ 5 i ktu2 = 35000/100.Determineu la constant del circuit per la qual s'han de multiplicar les lectures del comptador.

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

Els comptadors trifàsics dissenyats per mesurar l'energia en xarxes de tres fils són estructuralment dos comptadors monofàsics combinats (Fig. 2, a, b). Tenen dues bobines de corrent i dues bobines de tensió. Normalment, aquests comptadors s'anomenen de dos elements.

Tot el que s'ha dit anteriorment sobre la necessitat d'observar la polaritat dels bobinats del dispositiu i els bobinats dels transformadors de mesura utilitzats amb ell en els circuits de commutació dels comptadors monofàsics s'aplica completament als esquemes de commutació, comptadors trifàsics.

Per distingir els elements entre si en comptadors trifàsics, les sortides es designen addicionalment amb números que indiquen simultàniament la seqüència de les fases de la xarxa de subministrament connectada a les sortides. Així, a les conclusions marcades amb els números 1, 2, 3, connecteu la fase L1 (A), als terminals 4, 5 — fase L2 (B) i als terminals 7, 8, 9 — fase L3 (C).

La definició de les lectures del comptador incloses als transformadors es discuteix als exemples 1 i 2 i és totalment aplicable als comptadors trifàsics. Tingueu en compte que el número 3, que es troba al panell de l'aparell de mesura davant del coeficient de transformació com a multiplicador, parla només de la necessitat d'utilitzar tres transformadors i, per tant, no es té en compte a l'hora de determinar el circuit constant.

Exemple 3... Determineu la constant del circuit d'un comptador trifàsic universal utilitzat amb transformadors de corrent i tensió, 3 NS 800 A / 5 i 3 x 15000 V / 100 (la forma del registre repeteix exactament el registre al panell de control).

Determineu la constant del circuit: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Arròs. 2. Esquemes per connectar comptadors trifàsics a una xarxa de tres fils: a-directament per mesurar l'energia activa (dispositiu P11) i reactiva (dispositiu P12), b — mitjançant transformadors de corrent per mesurar l'energia activa

Se sap que quan es canvia factor de potència a diferents corrents puc obtenir el mateix valor de UIcos amb potència activaφ, i, per tant, la component activa del corrent Ia = Icosφ.

L'augment del factor de potència comporta una reducció del corrent I per a una potència activa determinada i, per tant, millora la utilització de les línies de transmissió i altres equips. Amb una disminució del factor de potència a una potència activa constant, cal augmentar el corrent I consumit pel producte, la qual cosa comporta un augment de les pèrdues a la línia de transmissió i altres equips.

Per tant, els productes amb un factor de potència baix consumeixen energia addicional de la font. ΔWp necessari per cobrir les pèrdues corresponents al valor de corrent augmentat. Aquesta energia addicional és proporcional a la potència reactiva del producte i, sempre que els valors de corrent, voltatge i factor de potència siguin constants en el temps, es pot trobar per la relació ΔWp = kWq = kUIsinφ, on Wq = UIsinφ — potència reactiva (concepte convencional).

La proporcionalitat entre l'energia reactiva d'un producte elèctric i l'energia addicional generada per l'estació es manté fins i tot quan la tensió, el corrent i el factor de potència canvien amb el temps. A la pràctica, l'energia reactiva es mesura per una unitat fora del sistema (var NS h i els seus derivats — kvar NS h, Mvar NS h, etc.) utilitzant comptadors especials que són estructuralment completament similars als comptadors d'energia activa i només difereixen en la commutació. circuits dels bobinatges (vegeu Fig. 2, a, dispositiu P12).

Tots els càlculs implicats per determinar l'energia reactiva mesurada pels comptadors són similars als càlculs anteriors per als comptadors d'energia activa.

Cal tenir en compte que l'energia consumida al bobinatge de tensió (vegeu la figura 1, 2) no es té en compte pel comptador, i tots els costos són a càrrec del productor d'electricitat i l'energia consumida pel circuit actual del dispositiu. es té en compte des del comptador, és a dir, els costos en aquest cas s'atribueixen al consumidor.

A més de l'energia, es poden determinar algunes altres característiques de càrrega mitjançant comptadors de potència. Per exemple, segons les lectures dels comptadors d'energia reactiva i activa, podeu determinar el valor de la càrrega tgφ mitjana ponderada: tgφ = Wq / Wp, Gon vs — la quantitat d'energia que té en compte el comptador d'energia activa per a un determinat període de temps, Wq — el mateix, però tingut en compte pel mesurador d'energia reactiva durant el mateix període de temps. Coneixent tgφ, a partir de taules trigonomètriques trobar cosφ.

Si els dos comptadors tenen la mateixa relació d'engranatges i la mateixa constant del circuit D, podeu trobar la càrrega tgφ per a un moment determinat.Amb aquesta finalitat, per al mateix interval de temps t = (30 — 60) s, es llegeixen simultàniament el nombre de revolucions nq del comptador d'energia reactiva i el nombre de revolucions np del comptador d'energia activa. Aleshores tgφ = nq / np.

Amb una càrrega prou constant, és possible determinar la seva potència activa a partir de les lectures del comptador d'energia activa.

Exemple 4... Un comptador d'energia activa amb una relació d'engranatges d'1 kW x h = 2500 rpm s'inclou al bobinatge secundari del transformador. Els bobinatges del comptador es connecten mitjançant transformadors de corrent amb kti = 100/5 i transformadors de tensió amb ktu = 400/100. En 50 segons el disc va fer 15 revolucions. Determineu la potència activa.

Circuit constant D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Tenint en compte la relació de transmissió, la constant del comptador C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Tenint en compte l'esquema constant C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Així, n espires dels discos corresponen al consum d'energia Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS amb. Per tant, la potència de càrrega P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.