מדידת אנרגיה חשמלית

מוצר חשמלי, בהתאם לייעודו, צורך (מייצר) אנרגיה פעילה הנצרכת לביצוע עבודה מועילה. במתח קבוע, זרם ומקדם הספק, כמות האנרגיה הנצרכת (נוצרת) נקבעת על ידי היחס Wp = UItcosφ = Pt

כאשר P = UIcosφ - כוח פעיל של המוצר; t הוא משך העבודה.

יחידת האנרגיה SI היא הג'אול (J). בפועל, עדיין משתמשים ביחידת מדידה לא שיטתית עבור שעת הוואט NS (tu NS h). הקשר בין יחידות אלה הוא כדלקמן: 1 Wh = 3.6 קילו-ג'יי או 1 W s = 1 J.

במעגלי זרם לסירוגין, כמות האנרגיה הנצרכת או שנוצרת נמדדת באמצעות אינדוקציה או אלקטרונית על ידי אלקטרומטרים.

מבחינה מבנית, מונה האינדוקציה הוא מנוע מיקרו-חשמלי, כל סיבוב של הרוטור מתאים לכמות מסוימת של אנרגיה חשמלית. היחס בין קריאות המונה למספר הסיבובים שמבצע המנוע נקרא יחס העברה ומצוין בלוח המחוונים: 1 קילוואט NS h = N סיבובים של הדיסק.יחס ההילוכים קובע את קבוע המונה C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

ב-SI, קבוע המונה מתבטא בג'אול, שכן מספר הסיבובים הוא כמות חסרת מימד. מדי אנרגיה אקטיביים מיוצרים הן עבור רשתות תלת פאזיות חד פאזיות והן עבור רשתות תלת וארבעה חוטיות.

אורז. 1... תכנית לחיבור מכשירי מדידה לרשת חד פאזית: a - ישירה, ב - סדרה של שנאי מדידה

מד חד-פאזי (איור 1, א) לאנרגיה חשמלית יש שתי פיתולים: זרם ומתח וניתן לחבר אותו לרשת על פי סכמות הדומות לסכימות המיתוג של מדי וואטים חד-פאזיים. כדי למנוע שגיאות בעת הפעלת המונה ולכן שגיאות במדידת האנרגיה, מומלץ בכל המקרים להשתמש במעגל המיתוג של המונה המצוין על הכיסוי המכסה את יציאותיו.

יש לציין שכאשר כיוון הזרם באחד מסלילי המונה משתנה, הדיסק מתחיל להסתובב לכיוון השני. לכן, יש להפעיל את סליל הזרם של המכשיר וסליל המתח, כך שכאשר המקלט צורך חשמל, המונה מסתובב בכיוון המצוין על ידי החץ.

פלט הזרם, המסומן באות G, מחובר תמיד לצד האספקה, והמוצא השני של מעגל הזרם, מסומן באות I. בנוסף, הפלט של סליל המתח, חד-קוטבי עם הפלט G של ה- סליל הנוכחי, מחובר גם לצד בספק הכוח.

כאשר אתה מפעיל את מכשירי המדידה דרך שנאי המדידה שנאי זרם חייבים לקחת בחשבון בו זמנית את הקוטביות של פיתולי השנאים הנוכחיים ושנאי מתח (איור 1, ב).

מונים מיוצרים הן לשימוש עם כל שנאי זרם ושנאי מתח - אוניברסלי, בסימן הסמל שלו מתווספת האות U, והן לשימוש עם שנאים שיחסי הטרנספורמציה המדורגים שלהם מצוינים על לוחית השם שלהם.

דוגמה 1. מד אוניברסלי עם פרמטרים Up = 100 V ו-I = 5 A משמש עם שנאי זרם עם זרם ראשוני של 400 A וזרם משני של 5 A ושנאי מתח עם מתח ראשוני של 3000 V ו- מתח משני של 100 וולט.

קבע את קבוע המעגל שבו יש להכפיל את קריאת המונה כדי למצוא את כמות האנרגיה הנצרכת.

קבוע המעגל נמצא כמכפלה של יחס טרנספורמציה של שנאי זרם על ידי יחס טרנספורמציה של שנאי מתח: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

כמו מדי וואט, ניתן להשתמש במכשירי מדידה עם ממירי מדידה שונים, אך במקרה זה יש צורך לחשב מחדש את הקריאות.

דוגמה 2. מכשיר מדידה המיועד לשימוש עם שנאי זרם עם יחס טרנספורמציה kti1 = 400/5 ושנאי מתח עם יחס טרנספורמציה ktu1 = 6000/100 משמש בסכמת מדידת אנרגיה עם שנאים אחרים עם יחסי טרנספורמציה כאלה: kti2 = 100/5 ו-ktu2 = 35000/100.קבע את קבוע המעגל שבו יש להכפיל את קריאות המונה.

קבוע מעגל D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35,000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583.

מטרים תלת פאזיים המיועדים למדידת אנרגיה ברשתות תלת-חוטיות הם מבחינה מבנית שני מטרים חד פאזיים משולבים (איור 2, א, ב). יש להם שני סלילי זרם ושני סלילי מתח. בדרך כלל, מונים כאלה נקראים שני אלמנטים.

כל מה שנאמר לעיל לגבי הצורך לבחון את הקוטביות של פיתולי המכשיר ואת הפיתולים של שנאי המדידה המשמשים איתו במעגלי המיתוג של מטרים חד פאזיים חל לחלוטין על תוכניות מיתוג, מטרים תלת פאזיים.

כדי להבחין בין האלמנטים זה לזה במטרים תלת פאזיים, היציאות מסומנות בנוסף עם מספרים המציינים בו זמנית את רצף השלבים של רשת האספקה ​​המחוברת ליציאות. לפיכך, למסקנות המסומנות במספרים 1, 2, 3, חבר את שלב L1 (A), לטרמינלים 4, 5 - שלב L2 (B) ולטרמינלים 7, 8, 9 - שלב L3 (C).

ההגדרה של קריאות מונים הכלולות בשנאים נדונה בדוגמאות 1 ו-2 והיא חלה במלואה על מונים תלת פאזיים. שימו לב שהמספר 3, שניצב על לוח מכשיר המדידה מול מקדם הטרנספורמציה כמכפיל, מדבר רק על הצורך בשימוש בשלושה שנאים ולכן אינו נלקח בחשבון בקביעת המעגל הקבוע.

דוגמה 3... קבע את קבוע המעגל עבור מד תלת פאזי אוניברסלי המשמש עם שנאי זרם ומתח, 3 NS 800 A / 5 ו-3 x 15000 V / 100 (צורת הרשומה חוזרת בדיוק על הרשומה בלוח הבקרה).

קבע את קבוע המעגל: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

אורז. 2. תוכניות לחיבור מונים תלת פאזיים לרשת תלת חוטית: a-ישירות למדידת אנרגיה פעילה (התקן P11) ותגובתית (התקן P12), ב - באמצעות שנאי זרם למדידת אנרגיה פעילה.

ידוע שכאשר משנים גורם כוח בזרמים שונים אני יכול לקבל את אותו ערך של UIcos עם הספק פעילφ, ולכן, הרכיב הפעיל של הזרם Ia = Icosφ.

הגדלת מקדם ההספק מביאה להפחתה בזרם I עבור הספק פעיל נתון ולכן משפרת את ניצול קווי ההולכה וציוד אחר. עם ירידה בגורם ההספק בהספק פעיל קבוע, יש צורך להגדיל את הזרם I הנצרך על ידי המוצר, מה שמוביל לעלייה בהפסדים בקו ההולכה ובציוד אחר.

לכן, מוצרים עם מקדם הספק נמוך צורכים אנרגיה נוספת מהמקור. ΔWp נדרש לכיסוי הפסדים המקבילים לערך הנוכחי המוגדל. אנרגיה נוספת זו היא פרופורציונלית להספק התגובתי של המוצר, ובתנאי שערכי הזרם, המתח ומקדם ההספק קבועים לאורך זמן, ניתן למצוא אותה על ידי היחס ΔWp = kWq = kUIsinφ, כאשר Wq = UIsinφ - כוח תגובתי (מושג קונבנציונלי).

המידתיות בין האנרגיה התגובתית של מוצר חשמלי לאנרגיה הנוצרת הנוספת של התחנה נשמרת גם כאשר המתח, הזרם ומקדם ההספק משתנים עם הזמן. בפועל, אנרגיה תגובתית נמדדת על ידי יחידה מחוץ למערכת (var NS h ונגזרותיה - kvar NS h, Mvar NS h וכו') באמצעות מונים מיוחדים הדומים לחלוטין מבחינה מבנית למדדי אנרגיה פעילים ונבדלים רק במיתוג מעגלים של הפיתולים (ראה איור 2, א, התקן P12).

כל החישובים הכרוכים בקביעת האנרגיה התגובתית הנמדדת על ידי המונים דומים לחישובים לעיל עבור מדי אנרגיה פעילים.

יש לציין כי האנרגיה הנצרכת בפיתול המתח (ראה איור 1, 2) אינה נלקחת בחשבון על ידי המונה, וכל העלויות מוטלות על ידי יצרן החשמל, והאנרגיה הנצרכת על ידי המעגל הנוכחי של המכשיר נלקח בחשבון מהמונה, כלומר העלויות במקרה זה מיוחסות לצרכן.

בנוסף לאנרגיה, ניתן לקבוע כמה מאפייני עומס אחרים באמצעות מדי כוח. לדוגמה, על פי הקריאות של מדי אנרגיה תגובתיים ופעילים, אתה יכול לקבוע את הערך של עומס tgφ הממוצע המשוקלל: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs - כמות האנרגיה שנלקחת בחשבון על ידי מד האנרגיה הפעילה עבור נתון נתון פרק זמן, Wq - זהה, אבל נלקח בחשבון על ידי מד האנרגיה התגובתית לאותו פרק זמן. לדעת tgφ, מטבלאות טריגונומטריות מצא cosφ.

אם לשני המונים יש אותו יחס העברה וקבוע מעגל D, אתה יכול למצוא עומס tgφ לרגע נתון.לשם כך, עבור אותו מרווח זמן t = (30 - 60) s, מספר הסיבובים nq של מד האנרגיה התגובתית ומספר הסיבובים np של מד האנרגיה הפעילה נקראים בו-זמנית. אז tgφ = nq / np.

עם עומס קבוע מספיק, ניתן לקבוע את ההספק הפעיל שלו מהקריאות של מד האנרגיה הפעילה.

דוגמה 4... מד אנרגיה פעיל עם יחס העברה של 1 קילוואט x h = 2500 סל"ד כלול בפיתול המשני של השנאי. פיתולי המונה מחוברים באמצעות שנאי זרם עם kti = 100/5 ושנאי מתח עם ktu = 400/100. תוך 50 שניות הדיסק עשה 15 סיבובים. קבע את ההספק הפעיל.

מעגל קבוע D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. בהתחשב ביחס ההילוכים, קבוע המונה C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 קילוואט NS s / סיבוב. בהתחשב בתכנית הקבועה C '= CD = 1.44 NS 80= 115.2 קילוואט NS s / rev.

לפיכך, n סיבובים של הדיסקים תואמים לצריכת החשמל Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 קילוואט NS עם. לכן, הספק העומס P= Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 קילוואט.