Măsurarea energiei electrice

Un produs electric, în conformitate cu scopul său, consumă (generează) energie activă consumată pentru a efectua lucrări utile. La tensiune, curent și factor de putere constant, cantitatea de energie consumată (generată) este determinată de raportul Wp = UItcosφ = Pt

unde P = UIcosφ — puterea activă a produsului; t este durata locului de muncă.

Unitatea de energie din SI este joule (J). În practică, o unitate de măsură nesistematică este încă utilizată pentru watt NS oră (tu NS h). Relația dintre aceste unități este următoarea: 1 Wh = 3,6 kJ sau 1 W s = 1 J.

În circuitele de curent intermitent, cantitatea de energie consumată sau generată este măsurată prin inducție sau electronic cu electrometre.

Din punct de vedere structural, contorul de inducție este un motor microelectric, fiecare rotație a rotorului corespunde unei anumite cantități de energie electrică. Raportul dintre citirile contorului și numărul de rotații făcute de motor se numește raport de transmisie și este indicat pe tabloul de bord: 1 kW NS h = N rotații ale discului.Raportul de transmisie determină constanta de contor C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

În SI, constanta contorului este exprimată în jouli, deoarece numărul de rotații este o mărime adimensională. Contoarele de energie activă sunt produse atât pentru rețelele monofazate, cât și pentru rețelele trifazate cu trei și patru fire.

Orez. 1... Schemă de conectare a aparatelor de măsură la o rețea monofazată: a — direct, b — o serie de transformatoare de măsură

Un contor monofazat (Fig. 1, a) de energie electrică are două înfășurări: curent și tensiune și poate fi conectat la rețea după scheme similare cu schemele de comutare ale wattmetrelor monofazate. Pentru a elimina erorile la pornirea contorului și, prin urmare, erorile de măsurare a energiei, se recomandă în toate cazurile utilizarea circuitului de comutare al contorului indicat pe capacul care acoperă ieșirile acestuia.

Trebuie remarcat faptul că atunci când direcția curentului într-una dintre bobinele contorului se schimbă, discul începe să se rotească în cealaltă direcție. Prin urmare, bobina de curent a dispozitivului și bobina de tensiune trebuie pornite, astfel încât atunci când receptorul consumă energie, contorul se rotește în direcția indicată de săgeată.

Ieșirea de curent, notată cu litera G, este întotdeauna conectată la partea de alimentare, iar a doua ieșire a circuitului de curent, notat cu litera I. În plus, ieșirea bobinei de tensiune, unipolară cu ieșirea G a bobina de curent, este, de asemenea, conectată pe partea de pe sursa de alimentare.

Când porniți instrumentele de măsurare prin transformatorul de măsurareTransformatoarele de curent trebuie să țină cont simultan de polaritatea înfășurărilor transformatoarelor de curent și a transformatoarelor de tensiune (Fig. 1, b).

Contoarele sunt fabricate atât pentru utilizarea cu orice transformatoare de curent și transformatoare de tensiune — universale, în simbolul căruia se adaugă litera U, cât și pentru utilizarea cu transformatoare ale căror rapoarte de transformare nominale sunt indicate pe plăcuța de identificare.

Exemplul 1. Un contor universal cu parametrii Up = 100 V și I = 5 A este utilizat cu un transformator de curent cu un curent primar de 400 A și un curent secundar de 5 A și un transformator de tensiune cu o tensiune primară de 3000 V și un tensiune secundară de 100 V.

Determinați constanta circuitului cu care trebuie înmulțită citirea contorului pentru a afla cantitatea de energie consumată.

Constanta circuitului se găsește ca produsul raportului de transformare al transformatorului de curent cu raportul de transformare al transformatorului de tensiune: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

La fel ca wattmetrele, dispozitivele de măsurare pot fi utilizate cu diferite convertoare de măsurare, dar în acest caz este necesară recalcularea citirilor.

Exemplul 2. Un dispozitiv de măsurare conceput pentru a fi utilizat cu un transformator de curent cu un raport de transformare kti1 = 400/5 și un transformator de tensiune cu un raport de transformare ktu1 = 6000/100 este utilizat într-o schemă de măsurare a energiei cu alte transformatoare cu astfel de rapoarte de transformare: kti2 = 100/ 5 și ktu2 = 35000/100.Determinați constanta circuitului cu care trebuie înmulțite citirile contorului.

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

Contoarele trifazate proiectate pentru măsurarea energiei în rețelele cu trei fire sunt structural două contoare monofazate combinate (Fig. 2, a, b). Au două bobine de curent și două bobine de tensiune. De obicei, astfel de contoare sunt numite cu două elemente.

Tot ceea ce s-a spus mai sus despre necesitatea respectării polarității înfășurărilor dispozitivului și a înfășurărilor transformatoarelor de măsurare utilizate cu acesta în circuitele de comutare ale contoarelor monofazate se aplică în întregime schemelor de comutare, contoarelor trifazate.

Pentru a distinge elementele unele de altele în contoarele trifazate, ieșirile sunt desemnate suplimentar cu numere care indică simultan succesiunea fazelor rețelei de alimentare conectate la ieșiri. Astfel, la concluziile marcate cu numerele 1, 2, 3, conectați faza L1 (A), la bornele 4, 5 — faza L2 (B) și la bornele 7, 8, 9 — faza L3 (C).

Definiția citirilor contorului incluse în transformatoare este discutată în exemplele 1 și 2 și este pe deplin aplicabilă contoarelor trifazate. Rețineți că numărul 3, care se află pe panoul dispozitivului de măsurare în fața coeficientului de transformare ca multiplicator, vorbește doar despre necesitatea folosirii a trei transformatoare și, prin urmare, nu este luat în considerare la determinarea circuitului constant.

Exemplul 3... Determinați constanta de circuit pentru un contor universal trifazat utilizat cu transformatoare de curent și tensiune, 3 NS 800 A / 5 și 3 x 15000 V / 100 (forma înregistrării repetă exact înregistrarea de pe panoul de control).

Determinați constanta circuitului: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Orez. 2. Scheme de conectare a contoarelor trifazate la o rețea cu trei fire: a-direct pentru măsurarea energiei active (dispozitiv P11) și reactiv (dispozitiv P12), b — prin transformatoare de curent pentru măsurarea energiei active

Se știe că la schimbare factor de putere la curenți diferiți pot obține aceeași valoare a UIcos cu putere activăφ și, prin urmare, componenta activă a curentului Ia = Icosφ.

Creșterea factorului de putere are ca rezultat o reducere a curentului I pentru o putere activă dată și, prin urmare, îmbunătățește utilizarea liniilor de transmisie și a altor echipamente. Cu o scădere a factorului de putere la o putere activă constantă, este necesară creșterea curentului I consumat de produs, ceea ce duce la o creștere a pierderilor în linia de transmisie și alte echipamente.

Prin urmare, produsele cu un factor de putere scăzut consumă energie suplimentară de la sursă. ΔWp necesar pentru acoperirea pierderilor corespunzătoare valorii crescute a curentului. Această energie suplimentară este proporțională cu puterea reactivă a produsului și, cu condiția ca valorile curentului, tensiunii și factorului de putere să fie constante în timp, se poate găsi prin raportul ΔWp = kWq = kUIsinφ, unde Wq = UIsinφ — putere reactivă (concept convențional).

Proporționalitatea dintre energia reactivă a unui produs electric și energia suplimentară generată de stație se menține chiar și atunci când tensiunea, curentul și factorul de putere se modifică în timp. În practică, energia reactivă este măsurată de o unitate din afara sistemului (var NS h și derivatele sale - kvar NS h, Mvar NS h etc.) folosind contoare speciale care sunt complet similare structural cu contoarele de energie activă și diferă doar la comutare. circuitele înfășurărilor (vezi Fig. 2, a, dispozitivul P12).

Toate calculele implicate în determinarea energiei reactive măsurate de contoare sunt similare cu calculele de mai sus pentru contoarele de energie activă.

Trebuie remarcat faptul că energia consumată în înfășurarea de tensiune (vezi Fig. 1, 2) nu este luată în considerare de contor, iar toate costurile sunt suportate de producătorul de energie electrică, iar energia consumată de circuitul de curent al dispozitivului se ia in calcul de la contor, adica costurile in acest caz sunt atribuite consumatorului.

Pe lângă energie, alte caracteristici de sarcină pot fi determinate folosind contoarele de putere. De exemplu, în funcție de citirile contoarelor de energie reactivă și activă, puteți determina valoarea sarcinii medii ponderate tgφ: tgφ = Wq / Wp, Gunde vs — cantitatea de energie luată în considerare de contorul de energie activă pentru un anumit perioadă de timp, Wq — aceeași, dar luată în considerare de contorul de energie reactivă pentru aceeași perioadă de timp. Cunoscând tgφ, din tabele trigonometrice găsiți cosφ.

Dacă ambele contoare au același raport de transmisie și aceeași constantă de circuit D, puteți găsi sarcina tgφ pentru un moment dat.În acest scop, pentru același interval de timp t = (30 — 60) s, se citesc simultan numărul de rotații nq al contorului de energie reactivă și numărul de rotații np al contorului de energie activă. Atunci tgφ = nq / np.

Cu o sarcină suficient de constantă, este posibilă determinarea puterii sale active din citirile contorului de energie activă.

Exemplul 4... Un contor de energie activă cu un raport de transmisie de 1 kW x h = 2500 rpm este inclus în înfășurarea secundară a transformatorului. Înfășurările contorului sunt conectate prin transformatoare de curent cu kti = 100/5 și transformatoare de tensiune cu ktu = 400/100. În 50 de secunde, discul a făcut 15 rotații. Determinați puterea activă.

Circuit constant D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Luând în considerare raportul de transmisie, constanta de contor C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Ținând cont de schema constantă C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Astfel, n spire ale discurilor corespund consumului de putere Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS cu. Prin urmare, puterea de sarcină P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.