Elektrik enerjisi ölçümü

Bir elektrikli ürün, amacına uygun olarak, faydalı iş yapmak için tüketilen aktif enerjiyi tüketir (üretir). Sabit voltaj, akım ve güç faktöründe, tüketilen (üretilen) enerji miktarı Wp = UItcosφ = Pt oranıyla belirlenir.

burada P = UIcosφ — ürünün aktif gücü; t işin süresidir.

SI enerji birimi joule'dür (J). Uygulamada, hala watt NS saat (tu NS h) için sistematik olmayan bir ölçü birimi kullanılmaktadır. Bu birimler arasındaki ilişki şu şekildedir: 1 Wh = 3,6 kJ veya 1 Ws = 1 J.

Aralıklı akım devrelerinde, tüketilen veya üretilen enerji miktarı endüksiyonla veya elektronik olarak elektrometrelerle ölçülür.

Yapısal olarak, endüksiyon sayacı bir mikroelektrik motordur, rotorun her dönüşü belirli bir miktarda elektrik enerjisine karşılık gelir. Sayaç okumaları ile motor tarafından yapılan devir sayısı arasındaki orana dişli oranı denir ve gösterge panelinde gösterilir: 1 kW NS h = diskin N devri.Dişli oranı sayaç sabitini belirler C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

SI'da, devir sayısı boyutsuz bir nicelik olduğu için sayaç sabiti joule cinsinden ifade edilir. Aktif enerji sayaçları hem tek fazlı hem de üç ve dört telli üç fazlı şebekeler için üretilir.

Pirinç. 1... Ölçüm cihazlarını tek fazlı bir ağa bağlama şeması: a — doğrudan, b — bir dizi ölçüm transformatörü

Tek fazlı bir sayaç (Şekil 1, a) elektrik enerjisinin iki sargısı vardır: akım ve gerilim ve tek fazlı wattmetrelerin anahtarlama şemalarına benzer şemalara göre ağa bağlanabilir. Sayacın çalıştırılması sırasındaki hataları ve dolayısıyla enerji ölçümündeki hataları ortadan kaldırmak için, her durumda, çıkışlarını kapsayan kapakta belirtilen sayacın anahtarlama devresinin kullanılması önerilir.

Sayacın bobinlerinden birindeki akımın yönü değiştiğinde diskin diğer yönde dönmeye başladığına dikkat edilmelidir. Bu nedenle, alıcı güç tükettiğinde sayacın okla gösterilen yönde dönmesi için cihazın akım bobini ve voltaj bobini açılmalıdır.

G harfi ile gösterilen akım çıkışı her zaman besleme tarafına bağlanır ve akım devresinin ikinci çıkışı I harfi ile gösterilir. Ayrıca voltaj bobininin çıkışı, G çıkışı ile tek kutupludur. akım bobini, güç kaynağının yan tarafına da bağlanır.

Ölçüm cihazlarını ölçüm trafosu aracılığıyla açtığınızdaAkım trafoları, akım trafolarının ve gerilim trafolarının sargılarının polaritesini aynı anda hesaba katmalıdır (Şekil 1, b).

Sayaçlar, hem herhangi bir akım trafosu ve gerilim trafosu ile kullanım için üretilir - evrensel, U harfinin eklendiği sembol tanımında ve anma dönüştürme oranları isim levhasında belirtilen trafolarla kullanım için.

Örnek 1. Parametreleri Up = 100 V ve I = 5 A olan bir üniversal sayaç, primer akımı 400 A ve sekonder akımı 5 A olan bir akım trafosu ve primer gerilimi 3000 V ve a olan bir gerilim trafosu ile birlikte kullanılır. 100 V'luk ikincil voltaj.

Tüketilen enerji miktarını bulmak için sayaç okumasının çarpılması gereken devre sabitini belirleyin.

Devre sabiti, akım trafosu dönüştürme oranının gerilim trafosu dönüştürme oranı ile çarpımı olarak bulunur: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Wattmetreler gibi, ölçüm cihazları da farklı ölçüm dönüştürücülerle kullanılabilir, ancak bu durumda okumaların yeniden hesaplanması gerekir.

Örnek 2. Dönüşüm oranı kti1 = 400/5 olan bir akım trafosu ve ktu1 = 6000/100 dönüşüm oranı olan bir gerilim trafosu ile kullanılmak üzere tasarlanmış bir ölçüm cihazı, bu dönüşüm oranlarına sahip diğer transformatörlerle bir enerji ölçüm şemasında kullanılıyor : kti2 = 100/5 ve ktu2 = 35000/100.Sayaç okumalarının çarpılması gereken devre sabitini belirleyin.

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

Üç telli şebekelerde enerjiyi ölçmek için tasarlanmış üç fazlı sayaçlar, yapısal olarak iki birleştirilmiş tek fazlı sayaçlardır (Şekil 2, a, b). İki akım bobini ve iki voltaj bobini vardır. Genellikle, bu tür sayaçlara iki elemanlı denir.

Tek fazlı sayaçların anahtarlama devrelerinde, cihazın sargılarının polaritesini ve bununla birlikte kullanılan ölçüm transformatörlerinin sargılarını gözlemleme ihtiyacı hakkında yukarıda söylenen her şey, tamamen üç fazlı sayaçların anahtarlama şemaları için geçerlidir.

Üç fazlı sayaçlarda elemanları birbirinden ayırmak için, çıkışlar ayrıca çıkışlara bağlı besleme şebekesinin fazlarının sırasını gösteren numaralarla belirtilir. Böylece, 1, 2, 3 ile işaretlenmiş sonuçlara, L1 (A) fazını terminal 4, 5 - L2 (B) terminallerine ve 7, 8, 9 - L3 (C) terminallerine bağlayın.

Transformatörlerde yer alan sayaç okumalarının tanımı Örnek 1 ve 2'de ele alınmıştır ve tamamen üç fazlı sayaçlara uygulanabilir. Ölçüm cihazının panelinde çarpan olarak dönüşüm katsayısının önünde duran 3 rakamının yalnızca üç transformatör kullanma ihtiyacından bahsettiğini ve bu nedenle sabit devreyi belirlerken dikkate alınmadığını unutmayın.

Örnek 3… Akım ve gerilim trafoları, 3 NS 800 A / 5 ve 3 x 15000 V / 100 ile kullanılan üniversal üç fazlı bir sayaç için devre sabitini belirleyin (kayıt şekli kontrol panelindeki kaydı aynen tekrarlar).

Devre sabitini belirleyin: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Pirinç. 2. Üç fazlı sayaçları üç telli bir ağa bağlama şemaları: a-doğrudan aktif (cihaz P11) ve reaktif (cihaz P12) enerjiyi ölçmek için, b — aktif enerjiyi ölçmek için akım trafoları aracılığıyla

Bilindiği gibi değiştirirken güç faktörü farklı akımlarda aktif güçφ ile aynı UIcos değerini elde edebilirim ve dolayısıyla akımın aktif bileşeni Ia = Icosφ.

Güç faktörünün arttırılması, belirli bir aktif güç için I akımının azalmasına neden olur ve bu nedenle iletim hatlarının ve diğer ekipmanların kullanımını iyileştirir. Sabit bir aktif güçte güç faktörünün azalmasıyla, ürün tarafından tüketilen akımı artırmak gerekir, bu da iletim hattında ve diğer ekipmanlarda kayıpların artmasına neden olur.

Bu nedenle düşük güç faktörüne sahip ürünler kaynaktan ek enerji tüketir. Artan akım değerine karşılık gelen kayıpları karşılamak için ΔWp gereklidir. Bu ek enerji, ürünün reaktif gücü ile orantılıdır ve akım, gerilim ve güç faktörü değerlerinin zaman içinde sabit kalması şartıyla ΔWp = kWq = kUIsinφ, burada Wq = UIsinφ — oranı ile bulunabilir. reaktif güç (geleneksel kavram).

Bir elektrik ürününün reaktif enerjisi ile istasyonun ürettiği ek enerji arasındaki orantı, voltaj, akım ve güç faktörü zamanla değişse bile korunur. Pratikte reaktif enerji, yapısal olarak aktif enerji sayaçlarına tamamen benzeyen ve yalnızca anahtarlamada farklılık gösteren özel sayaçlar kullanılarak sistem dışındaki bir birim (var NS h ve türevleri — kvar NS h, Mvar NS h, vb.) tarafından ölçülür. sargıların devreleri (bkz. Şekil 2, a, cihaz P12).

Sayaçlar tarafından ölçülen reaktif enerjinin belirlenmesinde yer alan tüm hesaplamalar, aktif enerji sayaçları için yukarıdaki hesaplamalara benzer.

Gerilim sargısında (bkz. Şekil 1, 2) tüketilen enerjinin sayaç tarafından dikkate alınmadığı ve tüm maliyetlerin elektrik üreticisi tarafından karşılandığı ve cihazın akım devresi tarafından tüketilen enerjinin tüketildiği unutulmamalıdır. sayaçtan dikkate alınır, yani bu durumda maliyetler tüketiciye aittir.

Enerjiye ek olarak, güç sayaçları kullanılarak diğer bazı yük özellikleri belirlenebilir. Örneğin, reaktif ve aktif enerji sayaçlarının okumalarına göre, ağırlıklı ortalama tgφ yükünün değerini belirleyebilirsiniz: tgφ = Wq / Wp, Gnerede vs — belirli bir süre için aktif enerji ölçer tarafından dikkate alınan enerji miktarı süre, Wq — aynı , ancak reaktif enerji ölçer tarafından aynı süre için dikkate alınır. tgφ'yi trigonometrik tablolardan bilerek cosφ'yi bulun.

Her iki sayaç da aynı dişli oranına ve devre sabiti D'ye sahipse, belirli bir an için tgφ yükünü bulabilirsiniz.Bunun için aynı zaman aralığı t = (30 — 60) s için reaktif enerji sayacının devir sayısı nq ile aktif enerji sayacının devir sayısı np eş zamanlı olarak okunur. O zaman tgφ = nq / np.

Yeterince sabit bir yükle, aktif gücünü aktif enerji sayacının okumalarından belirlemek mümkündür.

Örnek 4… Transformatörün sekonder sargısında dişli oranı 1 kW x h = 2500 rpm olan bir aktif enerji ölçer yer almaktadır. Sayaç sargıları, kti = 100/5 olan akım trafoları ve ktu = 400/100 olan gerilim trafoları ile bağlanır. 50 saniyede disk 15 devir yaptı. Aktif gücü belirleyin.

Sabit devre D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Dişli oranı dikkate alındığında sayaç sabiti C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Sabit şema dikkate alındığında C '= CD = 1.44 NS 80= 115.2 kW NS s / rev.

Böylece disklerin n dönüşü Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS ile güç tüketimine karşılık gelir. Dolayısıyla yük gücü P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW olur.