Sähköenergian mittaus

Sähkötuote kuluttaa (tuottaa) käyttötarkoituksensa mukaisesti hyödyllisen työn suorittamiseen kulutettua aktiivista energiaa. Vakiojännitteellä, virralla ja tehokertoimella kulutetun (tuotetun) energian määrä määritetään suhteella Wp = UItcosφ = Pt

jossa P = UIcosφ — tuotteen pätöteho; t on työn kesto.

Energian SI-yksikkö on joule (J). Käytännössä watti-NS-tunnille (tu NS h) käytetään edelleen ei-systeemistä mittayksikköä. Näiden yksiköiden välinen suhde on seuraava: 1 Wh = 3,6 kJ tai 1 W s = 1 J.

Katkovirtapiireissä kulutetun tai tuotetun energian määrä mitataan induktiolla tai elektronisesti elektrometreillä.

Rakenteellisesti induktiolaskuri on mikrosähkömoottori, joka roottorin kierros vastaa tiettyä määrää sähköenergiaa. Laskurilukemien ja moottorin tekemien kierrosten välistä suhdetta kutsutaan välityssuhteeksi ja se näkyy kojelaudassa: 1 kW NS h = levyn N kierrosta.Välityssuhde määrittää laskurivakion C = 1 / N, kW NS h / kierros; °С=1000-3600 / N W NS s / kierros.

SI:ssä laskurivakio ilmaistaan ​​jouleina, koska kierrosten lukumäärä on dimensioton suure. Aktiivienergiamittareita valmistetaan sekä yksivaiheisiin että kolmi- ja nelijohtimiin kolmivaiheverkkoihin.

Riisi. 1... Kaavio mittauslaitteiden liittämiseksi yksivaiheiseen verkkoon: a — suora, b — sarja mittausmuuntajia

Yksivaiheisessa mittarissa (kuva 1, a) sähköenergiassa on kaksi käämiä: virta ja jännite, ja se voidaan kytkeä verkkoon samanlaisten kaavioiden mukaisesti kuin yksivaiheisten wattimittareiden kytkentäkaaviot. Virheiden poistamiseksi mittarin käynnistyksessä ja siten myös energianmittauksessa on suositeltavaa käyttää kaikissa tapauksissa mittarin kytkentäpiiriä, joka on ilmoitettu sen lähdöt peittävässä kannessa.

On huomattava, että kun virran suunta yhdessä mittarin käämistä muuttuu, levy alkaa pyöriä toiseen suuntaan. Siksi laitteen virtakäämi ja jännitekäämi on kytkettävä päälle, jotta vastaanottimen kuluttaessa virtaa laskuri pyörii nuolen osoittamaan suuntaan.

Virtalähtö, jota merkitään kirjaimella G, on aina kytketty syöttöpuolelle ja virtapiirin toinen lähtö, joka on merkitty kirjaimella I. Lisäksi jännitekäämin lähtö, yksinapainen virran G lähdön kanssa. virtakäämi, on myös kytketty virtalähteen puolelle.

Kun kytket mittauslaitteet päälle mittausmuuntajan kauttaTvirtamuuntajien on samanaikaisesti otettava huomioon virtamuuntajien ja jännitemuuntajien käämien napaisuus (kuva 1, b).

Mittareita valmistetaan sekä käytettäväksi kaikkien virtamuuntajien ja jännitemuuntajien kanssa - yleiskäyttöiset, joiden symbolimerkintään on lisätty kirjain U, että käytettäväksi muuntajiin, joiden nimellismuunnossuhteet on ilmoitettu niiden tyyppikilvessä.

Esimerkki 1. Yleismittaria, jonka parametrit ovat Up = 100 V ja I = 5 A, käytetään virtamuuntajan kanssa, jonka ensiövirta on 400 A ja toisiovirta 5 A sekä jännitemuuntajan, jonka ensiöjännite on 3000 V ja a toisiojännite 100 V.

Määritä piirivakio, jolla mittarin lukema on kerrottava kulutetun energian määrän selvittämiseksi.

Piirivakio löydetään virtamuuntajan muunnossuhteen tulona jännitemuuntajan muunnossuhteella: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Kuten wattimittareita, myös mittalaitteita voidaan käyttää eri mittausmuuntimien kanssa, mutta tässä tapauksessa lukemat on laskettava uudelleen.

Esimerkki 2. Mittauslaitetta, joka on suunniteltu käytettäväksi virtamuuntajan kanssa, jonka muunnossuhde on kti1 = 400/5 ja jännitemuuntajaa, jonka muunnossuhde on ktu1 = 6000/100, käytetään energianmittauskaaviossa muiden muuntajien kanssa, joilla on seuraavat muunnossuhteet: kti2 = 100/5 ja ktu2 = 35000/100.Määritä piirivakio, jolla laskurin lukemat on kerrottava.

Piirivakio D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35 000) / (400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.

Kolmivaiheiset mittarit, jotka on suunniteltu energian mittaamiseen kolmijohtimisverkoissa, ovat rakenteellisesti kahta yhdistettyä yksivaihemittaria (kuva 2, a, b). Niissä on kaksi virtakäämiä ja kaksi jännitekäämiä. Yleensä tällaisia ​​laskureita kutsutaan kaksielementeiksi.

Kaikki edellä sanottu tarpeesta tarkkailla laitteen käämien napaisuutta ja sen kanssa käytettävien mittamuuntajien käämityksiä yksivaiheisten mittarien kytkentäpiireissä koskee täysin kytkentäjärjestelmiä, kolmivaihemittareita.

Kolmivaihemittareiden elementtien erottamiseksi toisistaan ​​lähdöt on lisäksi merkitty numeroilla, jotka osoittavat samanaikaisesti lähtöihin kytketyn syöttöverkon vaiheiden järjestyksen. Liitä siis numeroilla 1, 2, 3 merkittyihin johtopäätöksiin vaihe L1 (A), liittimiin 4, 5 - vaihe L2 (B) ja liittimiin 7, 8, 9 - vaihe L3 (C).

Muuntajien sisältämien mittarilukemien määritelmää käsitellään esimerkeissä 1 ja 2, ja se soveltuu täysin kolmivaiheisiin mittareihin. Huomaa, että luku 3, joka seisoo mittalaitteen paneelissa muunnoskertoimen edessä kertoimena, puhuu vain kolmen muuntajan käytön tarpeesta, eikä sitä siksi oteta huomioon vakiopiiriä määritettäessä.

Esimerkki 3… Määritä virta- ja jännitemuuntajien kanssa käytettävän kolmivaiheisen yleismittarin piirivakio, 3 NS 800 A / 5 ja 3 x 15000 V / 100 (tietueen muoto toistaa tarkalleen ohjauspaneelin tietueen).

Määritä piirivakio: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Riisi. 2. Kaaviot kolmivaiheisten mittareiden liittämiseksi kolmijohtimisverkkoon: a-suoraan pätöenergian (laite P11) ja loisenergian (laite P12) mittaamiseen, b — virtamuuntajien kautta aktiivienergian mittaamiseen

Se tiedetään vaihtaessaan tehokerroin eri virroilla voin saada saman UIcos-arvon aktiivisella tehollaφ, ja siksi virran aktiivinen komponentti Ia = Icosφ.

Tehokertoimen lisääminen johtaa virran I pienenemiseen tietyllä pätöteholla ja siten parantaa siirtolinjojen ja muiden laitteiden käyttöä. Kun tehokerroin pienenee vakioteholla, on tarpeen lisätä tuotteen kuluttamaa virtaa I, mikä johtaa siirtojohdon ja muiden laitteiden häviöiden lisääntymiseen.

Siksi tuotteet, joilla on pieni tehokerroin, kuluttavat lisäenergiaa lähteestä. ΔWp tarvitaan kattamaan lisättyä virta-arvoa vastaavat häviöt. Tämä lisäenergia on verrannollinen tuotteen loistehoon ja edellyttäen, että virran, jännitteen ja tehokertoimen arvot pysyvät vakioina ajan myötä, se voidaan löytää suhteesta ΔWp = kWq = kUIsinφ, jossa Wq = UIsinφ — loisteho (perinteinen käsite).

Sähkötuotteen loisenergian ja aseman lisätuoteenergian välinen suhteellisuus säilyy, vaikka jännite, virta ja tehokerroin muuttuvat ajan myötä. Käytännössä loisenergiaa mitataan järjestelmän ulkopuolisella yksiköllä (var NS h ja sen johdannaiset — kvar NS h, Mvar NS h jne.) erityisillä laskureilla, jotka ovat rakenteeltaan täysin samanlaisia ​​kuin aktiivienergiamittareita ja eroavat toisistaan ​​vain kytkennässä. käämien piirit (katso kuva 2, a, laite P12).

Kaikki mittareilla mitatun loisenergian määrittämiseen liittyvät laskelmat ovat samanlaisia ​​kuin yllä olevat aktiivienergiamittareiden laskelmat.

On huomioitava, että mittarissa ei huomioida jännitekäämissä (ks. kuva 1, 2) kulutettua energiaa, vaan kaikki kustannukset ovat sähkön tuottajan ja laitteen virtapiirin kuluttaman energian. otetaan huomioon mittarista, eli kustannukset kohdistuvat tässä tapauksessa kuluttajalle.

Tehomittareiden avulla voidaan määrittää energian lisäksi joitain muita kuormitusominaisuuksia. Esimerkiksi lois- ja pätöenergiamittareiden lukemien perusteella voit määrittää painotetun keskimääräisen tgφ-kuorman arvon: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — pätöenergiamittarin huomioiman energian määrä tietyllä aika, Wq — sama , mutta loisenergiamittari ottaa huomioon saman ajanjakson. Kun tiedät tgφ, etsi trigonometrisista taulukoista cosφ.

Jos molemmilla laskureilla on sama välityssuhde ja piirivakio D, voit löytää tgφ-kuorman tietylle hetkelle.Tätä tarkoitusta varten samalla aikavälillä t = (30 — 60) s luetaan samanaikaisesti loisenergiamittarin kierrosluku nq ja pätöenergiamittarin kierrosluku np. Sitten tgφ = nq / np.

Riittävän tasaisella kuormituksella on mahdollista määrittää sen pätöteho pätöenergiamittarin lukemista.

Esimerkki 4… Aktiivienergiamittari, jonka välityssuhde on 1 kW x h = 2500 rpm, sisältyy muuntajan toisiokäämiin. Mittarin käämit on kytketty virtamuuntajilla, joiden kti = 100/5 ja jännitemuuntajilla, joiden ktu = 400/100. 50 sekunnissa levy teki 15 kierrosta. Määritä aktiivinen teho.

Vakiopiiri D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Ottaen huomioon välityssuhteen, laskurivakio C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / kierros. Vakiokaavio huomioon ottaen C '= CD = 1,44 NS 80 = 115,2 kW NS s / kierros.

Näin ollen n kiekkojen kierrosta vastaa tehonkulutusta Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS kanssa. Kuormateho P = Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.