Meting van elektrische energie

Een elektrisch product verbruikt, in overeenstemming met zijn doel, actieve energie die wordt verbruikt om nuttig werk te verrichten. Bij constante spanning, stroom en vermogensfactor wordt de hoeveelheid verbruikte (opgewekte) energie bepaald door de verhouding Wp = UItcosφ = Pt

waarbij P = UIcosφ — actief vermogen van het product; t is de duur van de baan.

De SI-eenheid van energie is de joule (J). In de praktijk wordt voor het watt NS uur (tu NS h) nog steeds een niet-systematische meeteenheid gebruikt. De relatie tussen deze eenheden is als volgt: 1 Wh = 3,6 kJ of 1 W s = 1 J.

In intermitterende stroomcircuits wordt de hoeveelheid verbruikte of gegenereerde energie gemeten door inductie of elektronisch door elektrometers.

Structureel is de inductieteller een micro-elektrische motor, elke omwenteling van de rotor komt overeen met een bepaalde hoeveelheid elektrische energie. De verhouding tussen de tellerstanden en het aantal omwentelingen van de motor wordt de overbrengingsverhouding genoemd en wordt aangegeven op het dashboard: 1 kW NS h = N omwentelingen van de schijf.De overbrengingsverhouding bepaalt de tellerconstante C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

In SI wordt de tegenconstante uitgedrukt in joules, aangezien het aantal omwentelingen een dimensieloze grootheid is. Actieve energiemeters worden geproduceerd voor zowel enkelfasige als drie- en vierdraads driefasige netwerken.

Rijst. 1... Schema voor het aansluiten van meetapparatuur op een enkelfasig netwerk: a — direct, b — een reeks meettransformatoren

Een enkelfasige meter (Fig. 1, a) elektrische energie heeft twee wikkelingen: stroom en spanning en kan op het netwerk worden aangesloten volgens schema's die vergelijkbaar zijn met de schakelschema's van enkelfasige wattmeters. Om fouten bij het aanzetten van de meter en dus fouten in de energiemeting te voorkomen, wordt in alle gevallen aanbevolen om het schakelcircuit van de meter te gebruiken dat is aangegeven op het deksel dat de uitgangen bedekt.

Opgemerkt moet worden dat wanneer de richting van de stroom in een van de spoelen van de meter verandert, de schijf in de andere richting begint te draaien. Daarom moeten de huidige spoel van het apparaat en de spanningsspoel worden ingeschakeld, zodat wanneer de ontvanger stroom verbruikt, de teller in de richting van de pijl draait.

De stroomuitgang, aangeduid met de letter G, is altijd verbonden met de voedingszijde, en de tweede uitgang van het stroomcircuit, aangeduid met de letter I. Bovendien is de uitgang van de spanningsspoel, unipolair met de uitgang G van de huidige spoel, is ook aangesloten op de kant van de voeding.

Wanneer u de meetinstrumenten inschakelt via de meettransformatorTStroomtransformatoren moeten tegelijkertijd rekening houden met de polariteit van de wikkelingen van de stroomtransformatoren en spanningstransformatoren (Fig. 1, b).

Meters worden vervaardigd voor gebruik met alle stroomtransformatoren en spanningstransformatoren - universeel, in de symboolaanduiding waarvan de letter U is toegevoegd, en voor gebruik met transformatoren waarvan de nominale transformatieverhoudingen op hun typeplaatje worden aangegeven.

Voorbeeld 1. Een universeelmeter met parameters Up = 100 V en I = 5 A wordt gebruikt met een stroomtransformator met een primaire stroom van 400 A en een secundaire stroom van 5 A en een spanningsomvormer met een primaire spanning van 3000 V en een secundaire spanning van 100 V.

Bepaal de circuitconstante waarmee de meterstand moet worden vermenigvuldigd om de hoeveelheid verbruikte energie te vinden.

De circuitconstante wordt gevonden als het product van de transformatieverhouding van de stroomtransformator door de transformatieverhouding van de spanningstransformator: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Net als wattmeters kunnen meettoestellen met verschillende meetomvormers worden gebruikt, maar in dit geval is het noodzakelijk om de meetwaarden opnieuw te berekenen.

Voorbeeld 2. Een meetapparaat ontworpen voor gebruik met een stroomtransformator met een transformatieverhouding kti1 = 400/5 en een spanningstransformator met een transformatieverhouding ktu1 = 6000/100 wordt gebruikt in een energiemeetschema met andere transformatoren met dergelijke transformatieverhoudingen: kti2 = 100/5 en ktu2 = 35000/100.Bepaal de circuitconstante waarmee de tellerstanden vermenigvuldigd moeten worden.

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

Driefasige meters die zijn ontworpen voor het meten van energie in driedraadsnetwerken, zijn structureel twee gecombineerde enkelfasige meters (Fig. 2, a, b). Ze hebben twee stroomspoelen en twee spanningsspoelen. Gewoonlijk worden dergelijke tellers twee-element genoemd.

Alles wat hierboven is gezegd over de noodzaak om de polariteit van de wikkelingen van het apparaat en de wikkelingen van de meettransformatoren die ermee worden gebruikt in de schakelcircuits van enkelfasige meters in acht te nemen, is volledig van toepassing op schakelschema's, driefasige meters.

Om de elementen van elkaar te onderscheiden in draaistroommeters, zijn de uitgangen bovendien aangeduid met nummers die tegelijkertijd de volgorde aangeven van de fasen van het voedingsnetwerk dat op de uitgangen is aangesloten. Dus, tot de conclusies gemarkeerd met nummers 1, 2, 3, sluit fase L1 (A) aan op klemmen 4, 5 - fase L2 (B) en op klemmen 7, 8, 9 - fase L3 (C).

De definitie van meterstanden in transformatoren wordt besproken in voorbeelden 1 en 2 en is volledig van toepassing op driefasige meters. Merk op dat het cijfer 3, dat op het paneel van het meetapparaat voor de transformatiecoëfficiënt als vermenigvuldiger staat, alleen spreekt over de noodzaak om drie transformatoren te gebruiken en daarom niet in aanmerking wordt genomen bij het bepalen van het constante circuit.

Voorbeeld 3… Bepaal de circuitconstante voor een universele draaistroommeter die wordt gebruikt met stroom- en spanningstransformatoren, 3 NS 800 A / 5 en 3 x 15000 V / 100 (de vorm van het record komt exact overeen met het record op het bedieningspaneel).

Bepaal de kringconstante: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Rijst. 2. Schema's voor het aansluiten van driefasige meters op een driedraads netwerk: a-direct voor het meten van actieve (apparaat P11) en reactieve (apparaat P12) energie, b - via stroomtransformatoren voor het meten van actieve energie

Het is bekend dat bij het wisselen krachtfactor bij verschillende stromen kan ik dezelfde waarde van UIcos verkrijgen met actief vermogenφ, en daarom is de actieve component van de stroom Ia = Icosφ.

Het verhogen van de vermogensfactor resulteert in een verlaging van de stroom I voor een gegeven actief vermogen en verbetert daardoor het gebruik van transmissielijnen en andere apparatuur. Met een afname van de vermogensfactor bij een constant actief vermogen, is het noodzakelijk om de stroom I die door het product wordt verbruikt te verhogen, wat leidt tot een toename van verliezen in de transmissielijn en andere apparatuur.

Daarom verbruiken producten met een lage arbeidsfactor extra energie van de bron. ΔWp vereist om verliezen te dekken die overeenkomen met de verhoogde stroomwaarde. Deze extra energie is evenredig met het blindvermogen van het product en, op voorwaarde dat de waarden van stroom, spanning en vermogensfactor constant zijn in de tijd, kan deze worden gevonden door de verhouding ΔWp = kWq = kUIsinφ, waarbij Wq = UIsinφ — reactief vermogen (conventioneel concept).

De evenredigheid tussen de reactieve energie van een elektrisch product en de extra gegenereerde energie van het station blijft behouden, zelfs wanneer de spanning, stroom en arbeidsfactor in de loop van de tijd veranderen. In de praktijk wordt reactieve energie gemeten door een eenheid buiten het systeem (var NS h en zijn afgeleiden - kvar NS h, Mvar NS h, enz.) met behulp van speciale tellers die structureel volledig vergelijkbaar zijn met actieve energiemeters en alleen verschillen op het schakelen circuits van de wikkelingen (zie Fig. 2, a, apparaat P12).

Alle berekeningen die betrokken zijn bij het bepalen van de door de meters gemeten reactieve energie zijn vergelijkbaar met de bovenstaande berekeningen voor actieve energiemeters.

Opgemerkt moet worden dat de meter geen rekening houdt met de energie die wordt verbruikt in de spanningswikkeling (zie Fig. 1, 2), en dat alle kosten worden gedragen door de elektriciteitsproducent, en de energie die wordt verbruikt door het stroomcircuit van het apparaat wordt vanaf de meter verrekend, d.w.z. de kosten worden in dit geval aan de consument toegerekend.

Naast energie kunnen enkele andere belastingskarakteristieken worden bepaald met behulp van vermogensmeters. Op basis van de metingen van reactieve en actieve energiemeters kunt u bijvoorbeeld de waarde van de gewogen gemiddelde tgφ-belasting bepalen: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — de hoeveelheid energie waarmee de actieve energiemeter rekening houdt voor een gegeven tijdsperiode, Wq — hetzelfde, maar in aanmerking genomen door de blindenergiemeter voor dezelfde tijdsperiode. Als u tgφ kent, vindt u uit trigonometrische tabellen cosφ.

Als beide tellers dezelfde overbrengingsverhouding en circuitconstante D hebben, kun je de tgφ-belasting voor een bepaald moment vinden.Hiertoe worden gedurende hetzelfde tijdsinterval t = (30 — 60) s gelijktijdig het aantal omwentelingen nq van de blindenergiemeter en het aantal omwentelingen np van de actieve energiemeter afgelezen. Dan is tgφ = nq / np.

Bij een voldoende constante belasting is het mogelijk om het actieve vermogen te bepalen aan de hand van de meetwaarden van de actieve energiemeter.

Voorbeeld 4… In de secundaire wikkeling van de transformator is een actieve energiemeter met een overbrengingsverhouding van 1 kW x h = 2500 rpm opgenomen. De meterwikkelingen zijn aangesloten via stroomtransformatoren met kti = 100/5 en spanningstransformatoren met ktu = 400/100. In 50 seconden maakte de schijf 15 omwentelingen. Bepaal het actief vermogen.

Constant circuit D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Rekening houdend met de overbrengingsverhouding is de tellerconstante C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Rekening houdend met het constante schema C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Dus komen n omwentelingen van de schijven overeen met het stroomverbruik Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS a. Daarom is het belastingsvermogen P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.