Elektrienergia mõõtmine
Elektritoode tarbib (toodab) vastavalt oma otstarbele kasuliku töö tegemiseks kuluvat aktiivenergiat. Pideva pinge, voolu ja võimsusteguri korral määratakse tarbitud (genereeritud) energia hulk suhtega Wp = UItcosφ = Pt
kus P = UIcosφ — toote aktiivvõimsus; t on töö kestus.
Energia SI ühik on džaul (J). Praktikas kasutatakse vatt-NS-tunni (tu NS h) jaoks endiselt mittesüstemaatilist mõõtühikut. Nende ühikute vaheline seos on järgmine: 1 Wh = 3,6 kJ või 1 W s = 1 J.
Vahelduvvooluahelates mõõdetakse tarbitud või toodetud energia hulka induktsiooniga või elektrooniliselt elektromeetrite abil.
Struktuurselt on induktsioonloendur mikroelektrimootor, rootori iga pööre vastab teatud kogusele elektrienergiale. Loendurinäitude ja mootori tehtud pöörete arvu suhet nimetatakse ülekandearvuks ja see on näidatud armatuurlaual: 1 kW NS h = ketta N pööret.Ülekandearv määrab loenduri konstandi C = 1 / N, kW NS h / pööre; ° С=1000-3600 / N W NS s / pööre.
SI-s väljendatakse loenduri konstanti džaulides, kuna pöörete arv on mõõtmeteta suurus. Aktiivenergia arvestiid toodetakse nii ühefaasiliste kui ka kolme- ja neljajuhtmeliste kolmefaasiliste võrkude jaoks.
Riis. 1... Skeem mõõteseadmete ühendamiseks ühefaasilisse võrku: a — otsene, b — mõõtetrafode seeria
Ühefaasilisel arvestil (joonis 1, a) elektrienergial on kaks mähist: vool ja pinge ning seda saab ühendada võrku vastavalt skeemidele, mis sarnanevad ühefaasiliste vattmeetrite lülitusskeemidega. Arvesti sisselülitamisel tekkivate vigade ja sellest tulenevalt energia mõõtmise vigade kõrvaldamiseks on igal juhul soovitatav kasutada arvesti lülitusahelat, mis on näidatud selle väljundeid katval kaanel.
Tuleb märkida, et kui voolu suund ühes arvesti mähistest muutub, hakkab ketas pöörlema teises suunas. Seetõttu tuleb seadme voolumähis ja pingemähis sisse lülitada, et vastuvõtja voolu tarbimisel pöörleks loendur noolega näidatud suunas.
Vooluväljund, mida tähistatakse tähega G, on alati ühendatud toitepoolega ja vooluahela teine väljund, mida tähistatakse tähega I. Lisaks on pingepooli väljund, unipolaarne, väljundiga G voolu mähis, on ühendatud ka toiteallika küljega.
Kui lülitate mõõteriistad läbi mõõtetrafo, peavad voolutrafod samaaegselt arvestama voolutrafode ja pingetrafode mähiste polaarsusega (joonis 1, b).
Arvestid on toodetud nii kasutamiseks mistahes voolutrafode ja pingetrafodega — universaalsed, mille sümboli tähistusele on lisatud täht U, kui ka kasutamiseks trafodega, mille nimitransformatsioonisuhted on märgitud nende andmesildile.
Näide 1. Universaalset arvestit parameetritega Up = 100 V ja I = 5 A kasutatakse voolutrafoga primaarvooluga 400 A ja sekundaarvooluga 5 A ning pingetrafoga, mille primaarpinge on 3000 V ja a. sekundaarne pinge 100 V.
Määrake vooluahela konstant, millega arvesti näitu tuleb korrutada, et leida tarbitud energia hulk.
Ahelkonstant leitakse voolutrafo teisendussuhte korrutisena pingetrafo teisendussuhtega: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.
Sarnaselt vattmeetritele saab mõõteseadmeid kasutada erinevate mõõtemuunduritega, kuid sel juhul on vaja näidud ümber arvutada.
Näide 2. Mõõteseadet, mis on ette nähtud kasutamiseks voolutrafoga teisendussuhtega kti1 = 400/5 ja pingetrafoga teisendussuhtega ktu1 = 6000/100, kasutatakse energia mõõtmise skeemis koos teiste selliste teisendussuhetega trafodega: kti2 = 100/5 ja ktu2 = 35000/100.Määrake vooluahela konstant, millega loenduri näidud tuleb korrutada.
Ahela konstant D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35 000) / (400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.
Kolmefaasilised arvestid, mis on ette nähtud energia mõõtmiseks kolmejuhtmelistes võrkudes, on struktuurselt kaks kombineeritud ühefaasilist arvestit (joonis 2, a, b). Neil on kaks voolupooli ja kaks pingepooli. Tavaliselt nimetatakse selliseid loendureid kaheelemendiliseks.
Kõik ülaltoodud ühefaasiliste arvestite lülitusahelates seadme mähiste ja sellega koos kasutatavate mõõtetrafode mähiste polaarsuse jälgimise vajaduse kohta kehtib täielikult lülitusskeemide, kolmefaasiliste arvestite kohta.
Elementide üksteisest eristamiseks kolmefaasilistes arvestites on väljundid täiendavalt tähistatud numbritega, mis näitavad samaaegselt väljunditega ühendatud toitevõrgu faaside järjestust. Seega ühendage numbritega 1, 2, 3 tähistatud järeldustele faas L1 (A), klemmidega 4, 5 - faas L2 (B) ja klemmidega 7, 8, 9 - faas L3 (C).
Trafodes sisalduvate arvestite näitude määratlust käsitletakse näidetes 1 ja 2 ning see on täielikult rakendatav kolmefaasiliste arvestite puhul. Pange tähele, et number 3, mis seisab mõõteseadme paneelil teisenduskoefitsiendi ees kordajana, räägib ainult kolme trafo kasutamise vajadusest ja seetõttu ei võeta seda konstantse vooluahela määramisel arvesse.
Näide 3… Määrake voolu- ja pingetrafodega kasutatava universaalse kolmefaasilise arvesti vooluahela konstant, 3 NS 800 A / 5 ja 3 x 15000 V / 100 (kirje vorm kordab täpselt juhtpaneelil olevat kirjet).
Määrake vooluahela konstant: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000
Riis. 2. Skeemid kolmefaasiliste arvestite ühendamiseks kolmejuhtmelise võrguga: a-otse aktiiv- (seade P11) ja reaktiivenergia (seade P12) mõõtmiseks, b — voolutrafode kaudu aktiivenergia mõõtmiseks
On teada, et muutmisel võimsustegur erinevatel vooludel võin saada sama UIcos väärtuse aktiivvõimsusegaφ ja seetõttu voolu aktiivne komponent Ia = Icosφ.
Võimsusteguri suurendamine toob kaasa voolu I vähenemise antud aktiivvõimsuse korral ja seega parandab ülekandeliinide ja muude seadmete kasutamist. Võimsusteguri vähenemisega konstantse aktiivvõimsuse korral on vaja suurendada toote tarbitud voolu I, mis põhjustab ülekandeliini ja muude seadmete kadude suurenemist.
Seetõttu tarbivad madala võimsusteguriga tooted allikast lisaenergiat. ΔWp, mis on vajalik suurenenud vooluväärtusele vastavate kadude katmiseks. See lisaenergia on võrdeline toote reaktiivvõimsusega ja eeldusel, et voolu, pinge ja võimsusteguri väärtused on aja jooksul konstantsed, saab selle leida suhtega ΔWp = kWq = kUIsinφ, kus Wq = UIsinφ — reaktiivvõimsus (tavapärane kontseptsioon).
Elektritoote reaktiivenergia proportsionaalsus jaama täiendavalt genereeritud energiaga säilib ka siis, kui pinge, vool ja võimsustegur ajas muutuvad. Praktikas mõõdetakse reaktiivenergiat süsteemivälise ühikuga (var NS h ja selle tuletised — kvar NS h, Mvar NS h jne) spetsiaalsete loendurite abil, mis on struktuurilt täiesti sarnased aktiivenergia arvestitega ja erinevad ainult lülituse poolest. mähiste ahelad (vt joonis 2, a, seade P12).
Kõik arvestitega mõõdetud reaktiivenergia määramisega seotud arvutused on sarnased ülaltoodud aktiivenergiaarvestite arvutustele.
Tuleb märkida, et pingemähises tarbitud energiat (vt. joon. 1, 2) arvesti ei arvesta ning kõik kulud kannab elektritootja ning seadme vooluahela tarbitud energia. arvestatakse arvestist, st kulud on antud juhul tarbija kanda.
Lisaks energiale saab võimsusmõõturite abil määrata ka mõningaid muid koormusomadusi. Näiteks saab reaktiiv- ja aktiivenergia arvestite näitude järgi määrata kaalutud keskmise tgφ koormuse väärtuse: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — aktiivenergia arvesti poolt antud energiahulk. ajavahemik, Wq — sama , kuid reaktiivenergia arvesti poolt sama aja jooksul arvesse võetud. Teades tgφ, leidke trigonomeetrilistest tabelitest cosφ.
Kui mõlemal loenduril on sama ülekandearv ja vooluahela konstant D, saate leida tgφ koormuse antud hetkel.Selleks loetakse sama ajavahemiku t = (30 — 60) s puhul samaaegselt reaktiivenergia arvesti pöörete arv nq ja aktiivenergia arvesti pöörete arv np. Siis tgφ = nq / np.
Piisavalt püsiva koormuse korral on võimalik määrata selle aktiivvõimsust aktiivenergia arvesti näitude järgi.
Näide 4… Trafo sekundaarmähises on aktiivenergia arvesti ülekandearvuga 1 kW x h = 2500 p/min. Arvesti mähised ühendatakse läbi voolutrafode, mille kti = 100/5 ja pingetrafode, mille ktu = 400/100. 50 sekundiga tegi ketas 15 pööret. Määrake aktiivvõimsus.
Konstantne vooluring D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Võttes arvesse ülekandearvu, on loenduri konstant C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / pööre. Võttes arvesse konstantskeemi C '= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / pööre.
Seega vastab ketaste n pööret energiatarbimisele Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS koos Seega koormusvõimsus P = Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.