Меню

Измерение электроэнергии электрического тока

Измерение электрической энергии

Измерение электрической энергии Для измерения электрической энергии применяются счетчики электроэнергии. Из различных систем счетчиков наибольшее распространение получили электродинамические счетчики для цепей постоянного тока и индукционные счетчики для цепей переменного и трехфазного тока.

Электрические счетчики представляют собой суммирующие приборы. Основное отличие их от показывающих приборов заключается в том, что угол поворота их подвижной части не ограничивается пружиной. С течением времени угол поворота нарастает, показание счетчика суммируется, причем каждому обороту подвижной части его соответствует определенное значение измеряемой величины.

Однофазный индукционный счетчик (рис 7-24) состоит из алюминиевого диска, укрепленного на оси, и двух электромагнитов; последовательного А и параллельного Б.

Ток потребителя I, проходя по обмотке электромагнита А, возбуждает магнитный поток ФI, пропорциональный току I. Ток в обмотке параллельного электромагнита воз буждает магнитный поток ФU, пропорциональный напряжению сети U.

Рис. 7-24. Схема устройства и включения индукционного счетчика

Эти магнитные потоки, пронизывая диск, наводят в нем вихревые токи IА и Iб Ток IА ≡ ФII, а ток Iб ФU U. От взаимодействия тока IА с магнитным потоком ФU и тока Iб с потоком ФI создается вращающий момент, пропорциональный мощности потребителя:

М = Ʀ1 UI cos φ = Ʀ1Р

Этот момент вызывает вращение диска счетчика. При вращении диска в поле постоянного тормозного магнита М в диске индуктируются вихревые токи (рис. 3-20), взаимодействие которых с полем того же магнита М создает тормозной момент, пропорциональный скорости вращения диска счетчика n, т. е.

Схема счетного механизма

Постоянной нагрузке соответствует и постоянная скорость вращения счетчика, так как при этом имеет место равенство вращающего и тормозного моментов

Ʀ 1Р = Ʀ 2n

откуда следует, что

P = ((Ʀ 2n)/ Ʀ 1) n = Ʀ n

т.е. скорость вращения счетчика пропорциональна мощности потребителя.

Рис 7-25. Схема счетного механизма.

При мощности потребителя Р в течение времени , израсходованная им энергия

W = P t = Ʀ n t = ƦN

Таким образом израсходованная энергия пропорциональна числу оборотов диска счетчика N.

Ʀ = W/N

называемый постоянной счетчика, численно равен количеству энергии, израсходованной в сети за время одного оборота диска счетчика.

Израсходованная энергия регистрируется счетным механизмом (рис, 7-25), приводимым в движение от червячной передачи (или шестеренки) В, укрепленной на оси счетчика. Движение диска передается пяти роликам, на боковых поверхностях которых нанесены цифры от О до 9. Ролики свободно надеты на ось Л. Первый (на рис 7-25 — правый) скреплен с шестеренкой и при движении диска счетчика беспрерывно вращается. Один оборот первого ролика вызывает поворот второго ролика на 1 /10 часть оборота. Один оборот второго — вызывает поворот третьего ролика также на 1 /10 часть оборота и т. д. Ролики прикрыты алюминиевым щитком, через отверстия в котором видно только по одной цифре каждого ролика. Прочитанное через отверстия в щитке числовое значение дает величину энергии, учтенную счетчиком за весь период его работы с того момента, когда показания его соответствовали нулевому значению.

Схема устройства и включения двухэлементного однодискового счетчика

Рис 7-26. Схема устройства и включения двухэлементного однодискового счетчика.

Для определения энергии израсходованной за какой-то промежуток времени, нужно из показания счетчика в конце измерения вычесть показание, снятое в начале.

Согласно ГОСТ 6570-60 счетчики активной энергии делятся на классы точности 1, 2 и 2,5, а счетчики реактивной энергии — на классы 2 и 3.

Для измерения электрической энергии в трехфазных четырехпроводных цепях применяется трехэлементный счетчик. Он имеет три электромагнитные системы такие же, как и у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси. Счетчик имеет один счетный механизм. Схема включения счетчика принципиально та же, что и трехэлементного ваттметра (рис. 7-20).

Для измерения энергии в трехфазных трех проводных цепях применяются двухэлемент ные двухдисковые или одноднсковые счетчики (рис 7-26).

Схема соединения счетчика реактивной энергии типа ИР

Двухэлементный счетчик можно заменить двумя однофазными счетчиками (парные счетчики). Схема включения

Рис 7-27. Схема соединения счетчика реактивной энергии типа ИР.

двухэлементного и парных счетчиков принципиально та же, что и двухэлементного ваттметра (рис. 7-23, б).

Измерение реактивной энергии трехфазного тока производится реактивными счетчиками, например типа ИР, схема которого дана на рис. 7-27.

Этот счетчик — индукционный двухэлементный имеющий по две обмотки на каждом из последовательных электромагнитов. Эти обмотки создают в сердечниках такие по величине и фазе магнитные потоки, которые совместно с потоками параллельных электромагнитов обеспечивают получение вращающего момента, пропорционального реактивной мощности. Счетный механизм непосредственно учитывает реактивную энергию.

Расширение пределов измерения тока и напряжения ваттметров и счетчиков производится при помощи измерительных трансформаторов.

Статья на тему Измерение электрической энергии

Источник

Методы измерения мощности в электрических цепях

Очень часто при проектировании электрических схем радиолюбители сталкиваются с проблемой измерения мощности, которую потребляют радиокомпоненты. Специалисты в метрологической сфере рекомендуют два метода, позволяющих вычислить и грамотно рассчитать ее значение. В этом случае нужно разобрать подробнее физический смысл величины, а также ее составляющих, от которых она зависит.

Измерение мощности

Общие сведения

При проектировании устройств нужно уметь правильно рассчитывать мощность электроэнергии электрооборудованием. Это необходимо, прежде всего, для долговечной работы устройства. Если изделие работает на износ, то оно способно выйти из строя сразу или в течение некоторого времени.

Такой вариант считается недопустимым, поскольку существуют виды техники, которые должны работать без отказов (аппарат искусственного дыхания, контроль уровня метана в шахте и так далее), так как от этого зависит человеческая жизнь. К основным характеристикам электрической энергии относятся следующие: мощность, сила тока, напряжение (разность потенциалов) и электропроводимость (сопротивление) материалов.

Мощность потребителя

 измерение мощности в цепях переменного тока

Мощность не следует путать с электрической энергией. Единицей измерения первой является ватт (Вт), название которой произошло от фамилии известного физика Джеймса Уатта. Физическим смыслом 1 Вт является расход электрической энергии за единицу времени, равной 1 секунде (1 Вт = расход 1 джоуля за 1 секунду). Существуют производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000000 Вт) и так далее. Для измерения электрической энергии применяются специальные счетчики, а ее единицей измерения является Вт*ч.

Ватт можно связать с некоторыми физическими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr (c)) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее числовое значение называется электрической лошадиной силой. Ваттметр — измеритель электрической мощности. Однако ее величину можно определить и другим способом. Для этого следует разобрать физические величины, от которых она зависит.

Сила тока

Измерение электрической энергии

Количество электрического заряда, который проходит через токопроводящий материал за единицу времени, называется силой электрического тока. Сокращенно величину называют силой тока или током. Она обозначается литерами «I» или «i» и имеет направление (векторная величина). Измеряется ток в амперах (А). Существуют также производные единицы, образованные при помощи приставок: 1 мА = 0,001 А, 1 кА = 1000 А и так далее. Измерить его значение можно амперметром. Для этого его нужно подключать последовательно в электрическую цепь.

Физическим смыслом тока в 1 А является прохождение электрического заряда в 1 Кл (кулон) за 1 секунду через площадь поперечного сечения S. В 1 кулоне содержится примерно 6,241*10^(18) электронов.

Ток в научной интерпретации классифицируется на постоянный и переменный. Первый вид не изменяет своего направления за единицу времени, но его амплитудные значения могут изменяться. Направление и амплитуда переменного тока изменяется по определенному закону (синусоидальный и несинусоидальный). Основным параметром считается его частота. Определяется тип переменного тока с помощью осциллографа.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Из курса физики известно, что каждое вещество состоит из атомов, которые обладают нейтральным зарядом. Они состоят из субатомных частиц. К ним относятся следующие: протоны, электроны и нейтроны. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, а третьи — не заряжены вообще.

Читайте также:  Мощность в цепях постоянного тока единицы измерения

Суммарный заряд протонов компенсирует заряд всех электронов. Однако под действием внешних сил это равенство нарушается, и электрон «вырывается» из атома, который уже обладает положительным зарядом. Он притягивает электрон с соседнего атома, и процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет минимальной (меньше энергии «вырывания» электрона).

При межатомном взаимодействии образуется электромагнитное поле с отрицательной или положительной составляющими. Разность между двумя точками противоположных по знаку составляющих называется электрическим напряжением. Работа электромагнитного поля по перемещению точечного электрического заряда из точки А в точку В называется разностью потенциалов. Физический смысл напряжения (U): разность потенциалов в 1 В между двумя точечными зарядами в 1 Кл, на перемещение которых тратится энергия электромагнитного поля, равная 1 Дж.

Единицей измерения является вольт (В). Определить значение разности потенциалов можно с помощью вольтметра, который подключается параллельно. Производными единицами измерения считаются следующие: 1 мВ = 0,001 В, 1 кВ = 1000 В, 1 МВ = 1000 кВ = 1000000 В и так далее.

Сопротивление электрической цепи

Электропроводимость материала зависит от нескольких факторов: электронной конфигурации, типа вещества, геометрических параметров и температуры. Сведения об электронной конфигурации вещества можно получить из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Согласно этой информации вещества бывают:

  1. Проводниками.
  2. Полупроводниками.
  3. Диэлектриками.

К первой группе следует отнести все металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) и ионизированные газы. Носителями электрического заряда в металлах являются электроны. В растворах их роль выполняют ионы, которые бывают положительными (анионы) и отрицательными (катионы). Свободными носителями заряженных частиц в газах считаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.

Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях. Например, при воздействии на него внешних сил. Под их действием кулоновские связи электрона с ядром уменьшаются. При этом отрицательно заряженная частица «вырывается». На ее месте образуется «дырка», обладающая положительным зарядом. Она притягивает соседний электрон, вырывая его с атома. В результате этого осуществляется движение электронов и дырок. Изоляторы или диэлектрики вообще не проводят электричество. К ним относятся материалы без свободных носителей заряда, а также инертные газы.

Сопротивление электрической цепи

В проводниках при повышении температурных показателей происходит рост величины сопротивления. При этом происходит разрушение и искажение кристаллической решетки. Заряженные частицы сталкиваются (взаимодействуют) с атомами и другими частицами материала. В результате их движение замедляется, но потом снова возобновляется под действием электромагнитного поля. Процесс этого «взаимодействия» называется электрической проводимостью вещества. Однако в полупроводниках при повышении температуры эта величина уменьшается. К геометрии материалов следует отнести следующие: длину и площадь поперечного сечения.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом) при помощи омметра, который подсоединяется параллельно к участку цепи или радиодетали. Существуют производные единицы измерения: 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

Методы измерения

Методы измерения тока

Мощность можно определить двумя способами: косвенным и прямым. В первом случае это делается при помощи амперметра и вольтметра, а также осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по формулам вычисляется мощность. Этот способ имеет один недостаток: величина мощности получается с некоторой погрешностью.

При использовании прямого метода используется специальный прибор-измеритель. Он называется ваттметром и показывает мгновенное значение мощности. У каждого из способов есть свои достоинства и недостатки. Какой из методов наиболее оптимален, определяет сам радиолюбитель. Если проектируется какое-либо изделие, которое отличается надежностью, то следует применять прямой метод. В других случаях рекомендуется воспользоваться косвенным методом.

Косвенный способ

Мощность в цепях постоянного и переменного токов определяется различными способами. Для каждого случая существуют свои законы и формулы. Однако мощность можно не рассчитывать, поскольку она указана на электрооборудовании. Расчет применяется только при проектировании устройств.

Для цепей постоянного тока нужно воспользоваться формулой: P = U * I. Ее можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. Если рассматривается полная цепь, то формула принимает другой вид с учетом ЭДС (е): P = e * I. Основные соотношения для расчета:

  1. Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
  2. Для полной цепи, в которой подключен электродвигатель или выполняется зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
  3. В цепи присутствует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).

Эти соотношения невозможно применять для цепей переменного тока, поскольку он подчиняется другим физическим законам. При измерении мощности в цепях переменного тока следует учитывать ее составляющие (активная, реактивная и полная). Если в цепи присутствует только резистор, то мощность считается активной. При наличии емкости или индуктивности — реактивной. Полная — сумма активной и реактивной составляющих.

Для вычисления первого типа физической величины применяется формула такого вида: Ра = I * U * cos (a). Значения тока и напряжения являются среднеквадратичными, а cos (a) — косинус угла между ними. Для определения реактивной мощности нужно воспользоваться следующей формулой: Qр = I * U * sin (a). Если нагрузка в цепи является индуктивной, то значение будет больше 0. В противном случае — меньше 0. Полная мощность Р определяется по следующему соотношению: P = Pa + Qp.

Прямое определение величины

Для определения значения мощности в цепях переменного и постоянного тока применяются ваттметры. В них используются электродинамические или ферроидальные механизмы. Приборы с электродинамическим механизмом выпускаются в виде переносных приборов. Они обладают высоким классом точности. Измерители мощности рекомендуется применять при выполнении точных расчетов для цепей постоянного и переменного тока с частотой до 5 кГц.

Измерительные приборы

Ферродинамические приборы изготавливаются в виде электронных узлов, которые вставляются в измерительные стенды или щитовые. Основное их назначение — контроль приблизительных параметров потребления мощности электрооборудованием. Они обладают низким классом точности и применяются для измерения значений мощности переменного тока. При постоянном токе погрешность увеличивается, поскольку это обусловлено искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.

По диапазону частот приборы можно разделить на две группы: низкочастотные и радиочастотные. Ваттметры низких частот применяются в сетях промышленного питания переменного тока. Радиочастотный тип рекомендуется применять для точных измерений при проектировании различной техники. Они делятся на две категории по мощности:

  1. Проходящие.
  2. Поглощающие.

Первый вид подключается в разрыв линии, а второй — в ее конец в качестве нагрузки согласования. Кроме того, приборы для измерения мощности бывают аналоговыми и цифровыми.

Ваттметр прибор

При измерении мощности на высоких частотах применяются электронные и термоэлектронные ваттметры. Главным узлом считается микроконтроллер и преобразователь активной мощности. Последний преобразовывает переменный ток в постоянный. После этого происходит перемножение в микроконтроллере силы тока и напряжения. Результатом является сигнал на выходе, который зависит от I и U.

Ваттметр состоит из двух катушек. Первая из них подключается последовательно в цепь нагрузки, а другая (подвижная с резистором) — параллельно. В цифровых моделях роль катушек выполняют датчики тока и напряжения. Прибор имеет две пары зажимов. Одна пара применяется для последовательной цепи, а другая — для параллельной. Для правильного включения ваттметра выполняется обозначение * одной из двух пар зажимов.

Таким образом, для измерения мощности электрического тока применяются два метода. Первый из них является косвенным, а второй — прямым. Последний рекомендуется применять при проектировании сложной техники.

Источник

Как измерить силу электрического тока в цепи?

В процессе эксплуатации различного оборудования возникает необходимость проверки основных электрических параметров его работы. Это нужно как для проверки определенных характеристик, так и для ремонтных работ. Одним из наиболее сложных и опасных измерений является определение величины токовой нагрузки. Поэтому для всех начинающих электриков будет актуально узнать, как измерить силу электрического тока в цепи правильно и безопасно.

Используемые приборы

Измерить силу тока можно различными способами, однако далеко не все из них применимы в повседневной жизни. К примеру, различные измерительные трансформаторы, подключаемые в цепь, крайне неудобно переносить по дому и даже хранить на полке в гараже. Поэтому актуальными средствами измерительной техники являются амперметры, мультиметры и клещи. Далее рассмотрим детально особенности работы и применения каждого из них.

Читайте также:  Схема пропуска обратного тягового тока по рельсовым цепям

Амперметр

Это один из наиболее простых измерительных приборов, который реагирует на изменение токовой нагрузки. С электротехнической точки зрения амперметр представляет собой нулевой или бесконечно малое сопротивление. Поэтому в случае приложения напряжения только к прибору, в нем возникнет ток короткого замыкания, из-за чего амперметр включается в цепь последовательно замеряемой нагрузке. Для наглядности стоит пояснить, что измерить силу тока в розетке нельзя, так как без нагрузки (в случае разомкнутой цепи) ток в ней не протекает, на контактах розетки присутствует только напряжение, поэтому подключение амперметра напрямую приведет к замыканию.

Под электрическим током подразумевается направленное движение заряженных частиц, которое проходит через поперечное сечение проводника за определенную единицу времени. Поэтому запомните, что токовая нагрузка возникает лишь от включения бытового электроприбора к источнику питания. Включение амперметра отдельно к точке электроснабжения или отдельно к рабочему двухполюснику никоим образом не даст информации о силе тока. Если рассмотреть пример на схеме, то чтобы замерить амперы вы должны включить прибор в линию последовательно к объекту измерения:

Пример подключения амперметра

Рис. 1. Пример подключения амперметра

Как видите, основная сложность заключается в том, что процесс измерения происходит непосредственно в момент протекания электрической энергии, соответственно, велика вероятность поражения электрическим током в случае нарушения технологии.

Чтобы избежать плачевных последствий, необходимо соблюдать такие правила:

  • Подключение производится только при отсутствии напряжения;
  • Измерительные провода должны быть заизолированы, а места подключения удалены от человека, при необходимости исключена возможность прикосновения к ним;
  • Выведение амперметра из цепи измерения тока также выполняется при снятом напряжении.

Так как амперметр является узконаправленным прибором для измерения силы тока, его редко кто хранит у себя дома. Поэтому если вы хотите приобрести приспособление, куда выгоднее обзавестись мультиметром, который обладает значительно более широким функционалом.

Мультиметр

Этот прибор также называют тестером, Ц-эшкой, поэтому в обиходе можно встретить разные поколения мультиметра. Принцип использования мультиметра в качестве средства для измерения тока в цепи полностью аналогично амперметру, как по схеме включения, так и по предъявляемым мерам предосторожности. Однако следует отметить, что мультиметр мультиметру рознь, поэтому перед включением тестера обязательно посмотрите, подходит ли он, чтобы измерить ток в вашем случае.

Из конструктивных особенностей сразу отметим:

  • Диапазон измерения – выставляется переключателем на определенную величину силы тока. Выбирается таким, чтобы предполагаемая нагрузка его не превышала, но была соизмеримой.
  • Род тока – переменный или постоянный, заметьте, что некоторые модели мультиметров предоставляют возможность измерить только один вариант.
  • Разделение на слаботочные и силовые измерения – такие приборы имеют отдельную шкалу на мА, мкА и отдельную для А. Также в них могут располагаться отдельные разъемы, чтобы подключить щупы.
  • Наличие защиты от перегрузки при подключении измерительных устройств, обозначается отметкой unfused. Которая свидетельствует о наличии предохранителя, способного предотвратить выход со строя мультиметра от протекания чрезмерной силы тока.

По способу отображения информации все мультиметры подразделяются на циферблатные и дисплейные. Первые из них – довольно устаревшая модель, ориентироваться по ним смогут только искушенные электрики, знакомые с основами метрологии. Новичок же может запутаться в показаниях на шкале, цене деления или какими единицами измеряется нагрузка. Поэтому применение цифрового прибора куда проще и удобнее, на дисплее отображается конкретное число.

Токоизмерительные клещи

Это наиболее удобный прибор, так как чтобы измерить силу тока токоизмерительными клещами, нет нужды разрывать цепь. Конструктивно клещи представляют собой разъемный магнитопровод, в который и помещается проводник, на котором вы хотите померить силу тока. Токоизмерительные клещи имеют схожесть с тем же мультиметром, а в более продвинутых моделях вы встретите такой же переключатель с функцией определения мощности, напряжения, сопротивления, силы тока и разъемы для подключения щупов.

Как измерить силу тока в цепи

Для измерения электрического тока в цепи куда удобнее использовать современные устройства – мультиметры или клещи, особенно для одноразовых операций. А вот стационарный амперметр подойдет для тех ситуаций, когда вы планируете постоянно контролировать силу тока, к примеру, для контроля заряда батарейки или аккумулятора в автомобиле.

Постоянного тока

Разрыв электрической цепи организовывается до начала измерений при отключенном напряжении. Даже в низковольтных цепях вы можете вызвать замыкание батарейки, которое моментально приведет к потере электрического заряда. Далее рассмотрим пример измерения в цепи постоянного тока с помощью мультиметра, для этого:

Использование мультиметра для измерения постоянного тока

Рис. 2. Использование мультиметра для измерения постоянного тока

  • подключите щупы к соответствующим вводам в тестер – черный в COM, красный в разъем с пометкой mA, A или 10A, в зависимости от устройства;
  • при помощи «крокодилов» соедините щупы тестера с цепью измерения последовательно;
  • установите переключателем нужный род тока и предел измерений;
  • можете подключить нагрузку и произвести измерения, на дисплее мультиметра отобразится искомое значение.

Но заметьте, подключать мультиметр следует на короткий промежуток времени, так как он может перегреться и выйти со строя.

Переменного тока

Цепь переменного напряжения может измеряться как мультиметром, так и токоизмерительными клещами. Но, в связи с опасностью переменного бытового напряжения для жизни человека, эту процедуру целесообразнее выполнять клещами без измерительных щупов и без разрыва цепи.

Использование клещей для измерения переменного тока

Рис. 3. Использование клещей для измерения переменного тока

Для этого вам нужно:

  • переключить ручку в положение переменных токов на нужную позицию нагрузки, если она изначально неизвестна, то сразу выбирают максимальный диапазон;
  • нажать боковую скобу, которая разомкнет клещи;
  • поместить внутрь клещей токоведущую жилу и отпустить кнопку.
  • данные измерений отобразятся на дисплее, при необходимости их можно зафиксировать соответствующей кнопкой.

Производить измерения можно как на изолированных, так и на оголенных жилах. Но заметьте, в область обхвата должен попадать только один проводник, сразу в двух измерить не получится.

Реальные примеры измерения тока

Далее рассмотрим несколько вариантов того, как подключить измерительный прибор в бытовых нуждах. При замерах батареек вам необходимо один щуп приложить к контакту батарейки, а второй к контакту нагрузки, второй контакт нагрузки подключается к свободной клемме батарейки.

Измерение силы тока в цепи батарейки

Рис. 4. Измерение силы тока в цепи батарейки

Если вы хотите проверить токовую нагрузку в обмотках трехфазного электродвигателя, измерительный прибор подключается поочередно в каждую фазу или если у вас есть три амперметра, можете использовать их одновременно. Для этого щупы подключаются одним концом к выводам обмоток в борно, а вторым, к питающему проводу соответствующей фазы.

Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Рис. 5. Измерение силы тока в цепи электродвигателя

Способы на видео


Источник



Измерение электрической энергии

Измерение электрической энергииЭлектротехническое изделие в соответствии со своим назначением потребляет (вырабатывает) активную энергию, расходуемую на совершение полезной работы. При постоянстве напряжения, тока и коэффициента мощности количество потребленной (выработанной) энергии определяется соотношением Wp = UItcos φ = Pt

где P=UIcos φ — активная мощность изделия; t — продолжительность работы.

Единицей энергии в СИ служит джоуль (Дж). В практике еще находит применение внесистемная единица измерения Ватт х час (Вт х ч). Соотношение между этими единицами следующее: 1 Вт-ч=3,6 кДж или 1 Вт-с=1 Дж.

В цепях периодического тока количество израсходованной или выработанной энергии измеряют индукционными или электронными э лектрическими счетчиками.

Конструктивно индукционный счетчик представляет собой микроэлектродвигатель, каждому обороту ротора которого соответствует определенное количество электрической энергии. Соотношение между показаниями счетчика и числом оборотов, совершенных двигателем, называют передаточным числом и указывают на щитке: 1 кВт х ч = N оборотов диска. По передаточному числу определяют постоянную счетчика C=1/N, кВт х ч/об; C = 1000 — 3600/N Вт х с/об.

Читайте также:  Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока коэффициент схемы

Индукционный счетчик

В СИ постоянная счетчика выражается в джоулях, так как число оборотов — безразмерная величина. Счетчики активной энергии выпускают как для однофазных, так и для трех- и четырехпроводных трехфазных сетей.

Схема включения счетчиков в однофазную сеть

Рис. 1 . Схема включения счетчиков в однофазную сеть: а — непосредственное, б — черед измерительные трансформаторы

Однофазный счетчик (рис. 1 , а) электрической энергии имеет две обмотки: токовую и напряжения и может быть включен в сеть по схемам, подобным схемам включения однофазных ваттметров. Для исключения ошибок при включении счетчика, а следовательно, и ошибок учета энергии рекомендуется во всех случаях использовать схему включения счетчика, указанную на крышке, закрывающей его выводы.

Необходимо отметить, что при изменении направления тока в одной из обмоток счетчика диск начинает вращаться в другую сторону. Поэтому токовую обмотку прибора и обмотку напряжения следует включать так, чтобы при потреблении энергии приемником диск счетчика вращался в направлении, указанном стрелкой.

Токовый вывод, обозначенный буквой Г, подключают всегда со стороны питания, а к нагрузке подключают второй вывод токовой цепи, обозначенный буквой И. Кроме того, вывод обмотки напряжения, однополярный с выводом Г токовой обмотки, подключают также со стороны питания.

При включении счетчиков через измерительные трансформа т оры тока необходимо одновременно учитывать полярность обмоток трансформаторов тока и трансформаторов напряжения (рис. 1, б) .

Счетчики выпускают как для применения с любыми трансформаторами тока и трансформаторами напряжения — универсальные, в условное обозначение которых добавлена буква У, так и для применения с трансформаторами, номинальные коэффициенты трансформации которых указаны на их щитке.

измерение электроэнергии

Пример 1 . Универсальный счетчик, имеющий параметры Uп=100 В и I = 5 А, используют с трансформатором тока, имеющим первичный ток 400 А и вторичный 5 А, и трансформатором напряжения с первичным напряжением 3000 В и вторичным 100 В.

Определить постоянную схемы, на которую надо умножить показания счетчика для нахождения количества израсходованной энергии.

Постоянную схемы находят как произведение коэффициента трансформации трансформатора тока на коэффициент трансформации трансформатора напряжения: D = kti х ktu = ( 400 х 3000 ) / ( 5 х 100 ) = 2400.

Подобно ваттметрам счетчики можно использовать с разными измерительными преобразователями, но в этом случае необходимо сделать перерасчет показаний.

Пример 2 . Счетчик, предназначенный для использования с трансформатором тока имеющим коэффициент трансформации kti1 = 400/5, и трансформатором напряжения с коэффициентом трансформации ktu1 = 6000/100, используется в схеме измерения энергии с другими трансформаторами, имеющими такие коэффициенты трансформации: kti2 = 100/5 и ktu2 =35000/100. Определить постоянную схемы, на которую надо умножить показания счетчика.

Постоянная схемы D = (kti2 х ktu2) / (kti1 х ktu1) = ( 100 х 35 000 ) / (400 х 6000) = 35/24 = 1 , 4583.

Трехфазные счетчики, предназначенные для измерения энергии в трехпроводных сетях, конструктивно представляют собой два объединенных однофазных счетчика (рис 2 , а, б). Они имеют две токовые обмотки и две обмотки напряжения. Обычно такие счетчики называют двухэлементными.

Все сказанное выше о необходимости соблюдения полярности обмоток прибора и обмоток, используемых вместе с ним измерительных трансформаторов в схемах включения однофазных счетчиков, в полной мере относится и к схемам включения, трехфазных счетчиков.

Для отличия элементов друг от друга в трехфазных счетчиках выводы дополнительно обозначены цифрами, одновременно указывающими и порядок следования фаз питающей сети, подключаемых к выводам. Таким образом, к выводам, отмеченным цифрами 1 , 2 , 3 подключают фазу L1 (А), к выводам 4, 5 — фазу L2 (В) и к выводам 7, 8, 9 — фазу L3 (С).

Определение показаний счетчика, включаемого с трансформаторами, рассмотрено в примерах 1 и 2 и полностью применимо к трехфазным счетчикам. Отм е тим, что цифра 3, стоящая на щитке счетчика перед коэффициентом трансформации как множитель, говорит только о необходимости применения трех трансформаторов и поэтому при определении постоянной схемы не учитывается.

Пример 3 . Определить постоянную схемы для универсального трехфазного счетчика , используемого с трансформаторами тока и напряжения, 3 х 800 А/5 и 3 х 15000 В / 100 (форма записи специально повторяет запись на щитке).

Определяем постоянную схемы: D = kti х ktu = ( 80 0 х 1500 ) /(5-100) =24000

Схемы включения трехфазных счетчиков в трехпроводную сеть

Рис. 2. Схемы включения трехфазных счетчиков в трехпроводную сеть: а — непосредственное для измерения активной (прибор Р 11 ) и реактивной (прибор P 1 2) энергии, б — через трансформаторы тока для измерения активной энергии

Известно, что при изменении коэффициента мощности при разных токах I может быть получено одно и то же значение активной мощности UIcos φ , а следовательно, и активной составляющей тока Ia = Icos φ .

Увеличение коэффициента мощности приводит к уменьшению тока I при заданной активной мощности и поэтому улучшает использование линий передач и другого оборудования. С уменьшением коэффициента мощности при постоянной активной мощности требуется увеличить ток I, потребляемый изделием, что приводит к возрастанию потерь в линии передач и другом оборудовании.

Поэтому изделия с низким коэффициентом мощности потребляют от источника дополнительную энергию Δ Wp, необходимую для покрытия потерь, соответствующих возросшему значению тока. Эта дополнительная энергия пропорциональна реактивной мощности изделия и при условии постоянства во времени значений тока, напряжения и коэффициента мощности может быть найдена по соотношению Δ Wp = kWq = kUIsin φ , где Wq = UIsin φ — реактивная энергия (условное понятие).

Пропорциональность между реактивной энергией электротехнического изделия и энергией, вырабатываемой дополнительно на станции, сохраняется и при изменении напряжения, тока и коэффициента мощности во времени. На практике реактивную энергию измеряют внесистемной единицей (вар х ч и производными от нее — квар х ч, Мвар х ч и др.) с помощью специальных счетчиков, которые конструктивно полностью подобны счетчикам активной энергии и отличаются только схемами включения обмоток (см. рис. 2 , а, прибор P 12 ).

учет электроэнергии на промышленном предприятии

Все расчеты, связанные с определением измеренной счетчиками реактивной энергии, аналогичны рассмотренным выше расчетам для счетчиков активной энергии.

Следует обратить внимание на то, что энергия, расходуемая в обмотке напряжения (см. рис. 1 , 2), счетчиком не учитывается, и все затраты несет производитель электроэнергии, а энергия, потребляемая токовой цепью прибора, учитывается счетчиком т. е. затраты в этом случае относят на счет потребителя.

Помимо энергии с помощью счетчиков электрической энергии можно определить и некоторые другие характеристики нагрузки. Например, по показаниям счетчиков реактивной и активной энергии можно определить значение средневзвешенного tg φ нагрузки: tg φ = Wq/Wp , г д е W з — количество энергии, учтенное счетчиком активной энергии, за данный промежуток времени , Wq — то же, но учтенное счетчиком реактивной энергии за тот же период времени. Зная tg φ , по тригонометрическим таблицам находят cos φ .

Если оба счетчика имеют одинаковые передаточное число и постоянную схемы D, можно найти tg φ нагрузки для данного момента. Для этого за один и тот же промежуток времени t= (30 — 60) с одновременно отсчитывают число оборотов nq счетчика реактивной энергии и число оборотов np счетчика активной энергии. Тогда tg φ = nq/np.

При достаточно постоянной нагрузке можно по показаниям счетчика активной энергии определить ее активную мощность.

счетчики учета активной и реактивной электроэнергии

Пример 4 . Во вторичной обмотке трансформатора включен счетчик активной, энергии с передаточным числом 1 кВт х ч = 2500 об. Обмотки счетчика включены через трансформаторы тока с kti = 100/5 и напряжения с ktu = 400/100. За 50 с диск сделал 15 оборотов. Определить активную мощность.

Постоянная схема D = ( 400 х 100 ) /(5 х 100 ) = 80. Учитывая передаточное число, постоянная счетчика С = 3600/N = 3600/2500= 1,44 кВт х с/об. С учетом постоянной схемы C’ = CD= 1,44 х 80= 1 1 5,2 кВт х с/об.

Так и м образом, n оборотов д иска соответствуют расходу энергии Wp = С’n= 115,2 [ 15= 1728 кВт х с. Следовательно, мощность нагрузки Р = Wp/t = 17,28/50 = 34,56 кВт.

Источник