Đo năng lượng điện

Một sản phẩm điện, phù hợp với mục đích của nó, tiêu thụ (tạo ra) năng lượng hoạt động tiêu thụ để thực hiện công việc hữu ích. Ở điện áp, dòng điện và hệ số công suất không đổi, lượng năng lượng tiêu thụ (sinh ra) được xác định theo tỷ số Wp = UItcosφ = Pt

trong đó P = UIcosφ — công suất hoạt động của sản phẩm; t là khoảng thời gian thực hiện công việc.

Đơn vị năng lượng SI là joule (J). Trong thực tế, một đơn vị đo lường không có hệ thống vẫn được sử dụng cho watt NS giờ (tu NS h). Mối quan hệ giữa các đơn vị này như sau: 1 Wh = 3,6 kJ hoặc 1 W s = 1 J.

Trong các mạch điện không liên tục, lượng năng lượng tiêu thụ hoặc tạo ra được đo bằng cảm ứng hoặc điện tử bằng điện kế.

Về mặt cấu trúc, bộ đếm cảm ứng là một động cơ vi điện, mỗi vòng quay của rôto tương ứng với một lượng năng lượng điện nhất định. Tỷ lệ giữa số đọc của bộ đếm và số vòng quay do động cơ thực hiện được gọi là tỷ số truyền và được biểu thị trên bảng điều khiển: 1 kW NS h = N vòng quay của đĩa.Tỷ số truyền xác định hằng số bộ đếm C = 1 / N, kW NS h / vòng quay; ° С=1000-3600 / N W NS s / vòng quay.

Trong SI, hằng số bộ đếm được biểu thị bằng joules, vì số vòng quay là một đại lượng không thứ nguyên. Máy đo năng lượng hoạt động được sản xuất cho cả mạng ba pha một pha và ba và bốn dây.

Cơm. 1... Sơ đồ kết nối các thiết bị đo lường với mạng một pha: a — trực tiếp, b — một loạt máy biến áp đo lường

Công tơ điện một pha (Hình 1, a) có hai cuộn dây: dòng điện và điện áp và có thể được kết nối với mạng theo sơ đồ tương tự như sơ đồ chuyển mạch của công tơ mét một pha. Để loại bỏ các lỗi khi bật đồng hồ và do đó, các lỗi trong phép đo năng lượng, trong mọi trường hợp, nên sử dụng mạch chuyển mạch của đồng hồ được chỉ định trên nắp bao phủ các đầu ra của nó.

Cần lưu ý rằng khi hướng của dòng điện trong một trong các cuộn dây của đồng hồ thay đổi, đĩa bắt đầu quay theo hướng khác. Do đó, cuộn dây hiện tại của thiết bị và cuộn dây điện áp phải được bật, để khi bộ thu tiêu thụ điện năng, bộ đếm sẽ quay theo hướng được chỉ định bởi mũi tên.

Đầu ra hiện tại, được ký hiệu là chữ G, luôn được kết nối với nguồn cung cấp và đầu ra thứ hai của mạch hiện tại, được ký hiệu là chữ I. Ngoài ra, đầu ra của cuộn dây điện áp, đơn cực với đầu ra G của cuộn dây hiện tại, cũng được kết nối với phía trên nguồn điện.

Khi bật các dụng cụ đo thông qua máy biến áp đoTMáy biến dòng phải đồng thời tính đến cực tính của cuộn dây của máy biến dòng và máy biến điện áp (Hình 1, b).

Công tơ được sản xuất để sử dụng với bất kỳ máy biến dòng điện và máy biến điện áp nào - phổ thông, trong ký hiệu ký hiệu có thêm chữ U và để sử dụng với các máy biến áp có tỷ số biến đổi định mức được ghi trên bảng tên của chúng.

Ví dụ 1. Một công tơ vạn năng có thông số Up = 100 V và I = 5 A được dùng với một biến dòng điện có dòng điện sơ cấp là 400 A và dòng điện thứ cấp là 5 A và một biến điện áp có điện áp sơ cấp là 3000 V và điện áp thứ cấp 100 V.

Xác định hằng số mạch theo đó số đọc của đồng hồ phải được nhân lên để tìm lượng năng lượng tiêu thụ.

Hằng số mạch được tính là tích của tỷ số biến đổi biến dòng với tỷ số biến đổi biến áp: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Giống như wattmeter, thiết bị đo có thể được sử dụng với các bộ chuyển đổi đo lường khác nhau, nhưng trong trường hợp này, cần phải tính toán lại số đọc.

Ví dụ 2. Thiết bị đo được thiết kế để sử dụng với máy biến dòng có tỷ số biến đổi kti1 = 400/5 và máy biến điện áp có tỷ số biến đổi ktu1 = 6000/100 được sử dụng trong sơ đồ đo năng lượng với các máy biến áp khác có tỷ số biến đổi như vậy: kti2 = 100/5 và ktu2 = 35000/100.Xác định hằng số mạch theo đó số đọc bộ đếm phải được nhân lên.

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

Công tơ ba pha được thiết kế để đo năng lượng trong mạng ba dây có cấu trúc là hai công tơ một pha kết hợp (Hình 2, a, b). Chúng có hai cuộn dây hiện tại và hai cuộn dây điện áp. Thông thường, các bộ đếm như vậy được gọi là hai phần tử.

Tất cả những gì đã nói ở trên về sự cần thiết phải quan sát cực tính của cuộn dây của thiết bị và cuộn dây của máy biến áp đo lường được sử dụng cùng với nó trong mạch chuyển mạch của công tơ một pha hoàn toàn áp dụng cho sơ đồ chuyển mạch, công tơ ba pha.

Để phân biệt các phần tử với nhau trong đồng hồ ba pha, các đầu ra được chỉ định bổ sung bằng các số đồng thời biểu thị trình tự các pha của mạng cung cấp được kết nối với các đầu ra. Do đó, đối với các kết luận được đánh dấu bằng số 1, 2, 3, hãy kết nối pha L1 (A), với các đầu 4, 5 — pha L2 (B) và với các đầu 7, 8, 9 — pha L3 (C).

Định nghĩa về chỉ số công tơ có trong máy biến áp được thảo luận trong Ví dụ 1 và 2 và hoàn toàn có thể áp dụng cho công tơ ba pha. Lưu ý rằng số 3, đứng trên bảng điều khiển của thiết bị đo trước hệ số biến đổi dưới dạng hệ số nhân, chỉ nói lên nhu cầu sử dụng ba máy biến áp và do đó không được tính đến khi xác định mạch không đổi.

Ví dụ 3… Xác định hằng số mạch điện cho công tơ 3 pha vạn năng dùng với biến dòng điện và biến điện áp 3 NS 800 A/5 và 3 x 15000 V/100 (hình thức ghi giống hệt ghi trên bảng điều khiển).

Xác định hằng số mạch: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Cơm. 2. Sơ đồ kết nối công tơ ba pha với mạng ba dây: a-trực tiếp để đo năng lượng hoạt động (thiết bị P11) và phản kháng (thiết bị P12), b — thông qua máy biến dòng để đo năng lượng hoạt động

Được biết, khi thay đổi hệ số công suất ở các dòng điện khác nhau, tôi có thể thu được cùng một giá trị UIcos với công suất hoạt độngφ, và do đó, thành phần hoạt động của dòng điện Ia = Icosφ.

Việc tăng hệ số công suất dẫn đến giảm dòng điện I đối với công suất tác dụng nhất định và do đó cải thiện việc sử dụng đường dây truyền tải và các thiết bị khác. Với việc giảm hệ số công suất ở công suất hoạt động không đổi, cần phải tăng dòng điện I mà sản phẩm tiêu thụ, dẫn đến tăng tổn thất trên đường truyền và các thiết bị khác.

Do đó, các sản phẩm có hệ số công suất thấp sẽ tiêu thụ thêm năng lượng từ nguồn. ΔWp cần thiết để trang trải tổn thất tương ứng với giá trị hiện tại tăng lên. Năng lượng bổ sung này tỷ lệ thuận với công suất phản kháng của sản phẩm và với điều kiện là các giá trị của dòng điện, điện áp và hệ số công suất không đổi theo thời gian, nó có thể được tìm thấy theo tỷ lệ ΔWp = kWq = kUIsinφ, trong đó Wq = UIsinφ — công suất phản kháng (khái niệm thông thường).

Tỷ lệ giữa năng lượng phản ứng của một sản phẩm điện và năng lượng được tạo thêm của trạm được duy trì ngay cả khi điện áp, dòng điện và hệ số công suất thay đổi theo thời gian. Trong thực tế, năng lượng phản ứng được đo bằng một đơn vị bên ngoài hệ thống (var NS h và các dẫn xuất của nó - kvar NS h, Mvar NS h, v.v.) bằng cách sử dụng các bộ đếm đặc biệt có cấu trúc hoàn toàn giống với đồng hồ đo năng lượng hoạt động và chỉ khác nhau ở cách chuyển mạch mạch của cuộn dây (xem Hình 2, a, thiết bị P12).

Tất cả các tính toán liên quan đến việc xác định năng lượng phản ứng được đo bằng công tơ tương tự như các tính toán ở trên cho công tơ năng lượng hoạt động.

Cần lưu ý rằng năng lượng tiêu thụ trong cuộn dây điện áp (xem Hình 1, 2) không được đồng hồ tính đến và mọi chi phí đều do nhà sản xuất điện chịu và năng lượng tiêu thụ bởi mạch hiện tại của thiết bị được tính từ đồng hồ đo, tức là chi phí trong trường hợp này được quy cho người tiêu dùng.

Ngoài năng lượng, một số đặc tính tải khác có thể được xác định bằng đồng hồ đo công suất. Ví dụ: theo số đọc của đồng hồ đo năng lượng phản ứng và hoạt động, bạn có thể xác định giá trị của tải tgφ trung bình có trọng số: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — lượng năng lượng được đồng hồ đo năng lượng hoạt động tính đến trong một khoảng thời gian nhất định khoảng thời gian, Wq — giống nhau, nhưng được tính đến bởi máy đo năng lượng phản kháng trong cùng khoảng thời gian. Biết tgφ, từ bảng lượng giác tìm cosφ.

Nếu cả hai bộ đếm có cùng tỷ số truyền và hằng số mạch D, bạn có thể tìm thấy tải tgφ trong một thời điểm nhất định.Với mục đích này, trong cùng khoảng thời gian t = (30 — 60) s, số vòng quay nq của đồng hồ đo năng lượng phản kháng và số vòng quay np của đồng hồ đo năng lượng tác dụng được đọc đồng thời. Khi đó tgφ = nq/np.

Với tải đủ ổn định, có thể xác định công suất hoạt động của nó từ số đọc của đồng hồ đo năng lượng hoạt động.

Ví dụ 4… Một đồng hồ đo công suất tác dụng có tỷ số truyền 1 kW x h = 2500 vòng/phút được mắc trong cuộn thứ cấp của máy biến áp. Các cuộn dây của công tơ được nối qua biến dòng có kti = 100/5 và biến điện áp có ktu = 400/100. Trong 50s đĩa quay được 15 vòng. Xác định công suất tác dụng.

Mạch không đổi D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Có tính đến tỷ số truyền, hằng số bộ đếm C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / vòng quay. Có tính đến sơ đồ không đổi C ' = CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / vòng quay.

Như vậy n vòng quay của đĩa tương ứng với công suất tiêu thụ Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS với Do đó công suất tải P= Wp/t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.