การวัดพลังงานไฟฟ้า

ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าตามวัตถุประสงค์นั้นใช้ (สร้าง) พลังงานที่ใช้งานเพื่อทำงานที่เป็นประโยชน์ ที่แรงดันคงที่ กระแส และตัวประกอบกำลัง ปริมาณพลังงานที่ใช้ (สร้างขึ้น) จะถูกกำหนดโดยอัตราส่วน Wp = UItcosφ = Pt

โดยที่ P = UIcosφ — พลังที่ใช้งานของผลิตภัณฑ์; t คือระยะเวลาของงาน

หน่วย SI ของพลังงานคือจูล (J) ในทางปฏิบัติยังคงใช้หน่วยการวัดที่ไม่เป็นระบบสำหรับวัตต์ NS ชั่วโมง (tu NS h) ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยเหล่านี้มีดังนี้ 1 Wh = 3.6 kJ หรือ 1 W s = 1 J

ในวงจรกระแสไม่ต่อเนื่อง ปริมาณพลังงานที่ใช้หรือสร้างขึ้นจะวัดโดยการเหนี่ยวนำหรือทางอิเล็กทรอนิกส์โดยอิเล็กโตรมิเตอร์

โครงสร้างตัวนับการเหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก การหมุนของโรเตอร์แต่ละครั้งจะสอดคล้องกับพลังงานไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง อัตราส่วนระหว่างการอ่านตัวนับและจำนวนรอบของเครื่องยนต์เรียกว่าอัตราทดเกียร์และระบุไว้บนแดชบอร์ด: 1 kW NS h = N รอบการหมุนของดิสก์อัตราทดเกียร์กำหนดค่าคงที่ของตัวนับ C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1,000-3600 / NW NS s / รอบ

ใน SI ค่าคงที่ของตัวนับจะแสดงเป็นจูล เนื่องจากจำนวนรอบเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ เครื่องวัดพลังงานแบบแอคทีฟผลิตขึ้นสำหรับเครือข่ายสามเฟสทั้งแบบเฟสเดียวและแบบสามสายและสี่สาย

ข้าว. 1... โครงการเชื่อมต่ออุปกรณ์วัดเข้ากับเครือข่ายเฟสเดียว: a — โดยตรง, b — ชุดของหม้อแปลงวัด

เครื่องวัดเฟสเดียว (รูปที่ 1, a) พลังงานไฟฟ้ามีสองขดลวด: กระแสและแรงดันและสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายได้ตามแบบแผนคล้ายกับแผนการสลับของวัตต์มิเตอร์แบบเฟสเดียว เพื่อขจัดข้อผิดพลาดเมื่อเปิดมิเตอร์และทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดพลังงาน ขอแนะนำให้ใช้วงจรสวิตชิ่งของมิเตอร์ที่ระบุบนฝาครอบซึ่งปิดเอาต์พุตในทุกกรณี

ควรสังเกตว่าเมื่อทิศทางของกระแสในหนึ่งในขดลวดของมิเตอร์เปลี่ยนไป ดิสก์จะเริ่มหมุนไปในทิศทางอื่น ดังนั้นต้องเปิดคอยล์ปัจจุบันของอุปกรณ์และคอยล์แรงดัน เพื่อที่ว่าเมื่อเครื่องรับใช้พลังงาน ตัวนับจะหมุนตามทิศทางที่ลูกศรระบุ

เอาต์พุตปัจจุบันซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร G เชื่อมต่อกับด้านจ่ายเสมอและเอาต์พุตที่สองของวงจรปัจจุบันซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร I นอกจากนี้เอาต์พุตของขดลวดแรงดันไฟฟ้า unipolar พร้อมเอาต์พุต G ของ ขดลวดปัจจุบันยังเชื่อมต่อกับด้านข้างของแหล่งจ่ายไฟ

เมื่อคุณเปิดเครื่องมือวัดผ่านหม้อแปลงวัดTหม้อแปลงกระแสจะต้องคำนึงถึงขั้วของขดลวดของหม้อแปลงกระแสและหม้อแปลงแรงดันพร้อมกัน (รูปที่ 1, ข)

มิเตอร์ถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้กับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าและหม้อแปลงแรงดันใดๆ ก็ตาม เป็นแบบสากลในการกำหนดสัญลักษณ์ที่เพิ่มตัวอักษร U และสำหรับใช้กับหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการแปลงพิกัดระบุไว้บนแผ่นป้าย

ตัวอย่างที่ 1 เครื่องวัดสากลที่มีพารามิเตอร์ Up = 100 V และ I = 5 A ใช้กับหม้อแปลงกระแสที่มีกระแสหลัก 400 A และกระแสทุติยภูมิ 5 A และหม้อแปลงแรงดันที่มีแรงดันปฐมภูมิ 3000 V และ a แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ 100 V.

กำหนดค่าคงที่ของวงจรที่ต้องคูณการอ่านมิเตอร์เพื่อหาปริมาณพลังงานที่ใช้

พบค่าคงที่ของวงจรเป็นผลคูณของอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าโดยอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400

เช่นเดียวกับวัตต์มิเตอร์ อุปกรณ์การวัดสามารถใช้กับตัวแปลงการวัดต่างๆ ได้ แต่ในกรณีนี้ จำเป็นต้องคำนวณค่าที่อ่านได้ใหม่

ตัวอย่างที่ 2 อุปกรณ์การวัดที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีอัตราส่วนการแปลง kti1 = 400/5 และหม้อแปลงแรงดันที่มีอัตราส่วนการแปลง ktu1 = 6000/100 จะใช้ในโครงการการวัดพลังงานกับหม้อแปลงอื่นที่มีอัตราส่วนการแปลงดังกล่าว : kti2 = 100/ 5 และ ktu2 = 35,000/100กำหนดค่าคงที่ของวงจรที่ต้องคูณค่าที่อ่านได้

ค่าคงที่ของวงจร D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35,000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583

เครื่องวัดสามเฟสที่ออกแบบมาสำหรับการวัดพลังงานในเครือข่ายสามสายนั้นเป็นเครื่องวัดเฟสเดียวแบบรวมสองตัวที่มีโครงสร้าง (รูปที่ 2, a, b) พวกเขามีขดลวดกระแสสองอันและขดลวดแรงดันสองอัน โดยปกติแล้วตัวนับดังกล่าวเรียกว่าสององค์ประกอบ

ทุกสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้นเกี่ยวกับความจำเป็นในการสังเกตขั้วของขดลวดของอุปกรณ์และขดลวดของหม้อแปลงวัดที่ใช้กับมันในวงจรสวิตชิ่งของมิเตอร์เฟสเดียวใช้กับวงจรสวิตชิ่ง, มิเตอร์สามเฟส

เพื่อแยกแยะองค์ประกอบต่างๆ ออกจากกันในเครื่องวัดสามเฟส เอาต์พุตจะถูกกำหนดเพิ่มเติมด้วยตัวเลขพร้อมๆ กันซึ่งระบุลำดับของเฟสของเครือข่ายอุปทานที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุต ดังนั้น เพื่อให้ได้ข้อสรุปที่มีหมายเลข 1, 2, 3 ให้ต่อเฟส L1 (A) เข้ากับขั้วต่อ 4, 5 — เฟส L2 (B) และต่อกับขั้วต่อ 7, 8, 9 — เฟส L3 (C)

คำจำกัดความของการอ่านค่ามิเตอร์ที่รวมอยู่ในหม้อแปลงจะกล่าวถึงในตัวอย่างที่ 1 และ 2 และใช้ได้กับมิเตอร์สามเฟสอย่างสมบูรณ์ โปรดทราบว่าหมายเลข 3 ซึ่งอยู่บนแผงของอุปกรณ์วัดหน้าค่าสัมประสิทธิ์การแปลงเป็นตัวคูณ พูดถึงความจำเป็นในการใช้หม้อแปลงสามตัวเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่นำมาพิจารณาเมื่อกำหนดวงจรค่าคงที่

ตัวอย่างที่ 3… กำหนดค่าคงที่ของวงจรสำหรับมิเตอร์สามเฟสอเนกประสงค์ที่ใช้กับหม้อแปลงกระแสและแรงดัน 3 NS 800 A / 5 และ 3 x 15000 V / 100 (รูปแบบของเรกคอร์ดจะทำซ้ำทุกประการบนแผงควบคุม)

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

ข้าว. 2. แบบแผนสำหรับการเชื่อมต่อมิเตอร์สามเฟสกับเครือข่ายสามสาย: a- โดยตรงสำหรับการวัดพลังงานที่ใช้งาน (อุปกรณ์ P11) และพลังงานปฏิกิริยา (อุปกรณ์ P12), b - ผ่านหม้อแปลงกระแสเพื่อวัดพลังงานที่ใช้งาน

เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง ตัวประกอบกำลัง ที่กระแสต่างๆ ฉันสามารถรับค่า UIcos เดียวกันได้ด้วยพลังงานที่ใช้งานφ ดังนั้น ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของ Ia ปัจจุบัน = Icosφ

การเพิ่มตัวประกอบกำลังส่งผลให้กระแส I ลดลงสำหรับกำลังที่ใช้งานที่กำหนด ดังนั้นจึงช่วยปรับปรุงการใช้สายส่งและอุปกรณ์อื่นๆ ด้วยการลดลงของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่กำลังใช้งานคงที่จำเป็นต้องเพิ่มกระแสที่ฉันใช้โดยผลิตภัณฑ์ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นในสายส่งและอุปกรณ์อื่น ๆ

ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำจึงใช้พลังงานเพิ่มเติมจากแหล่งที่มา ΔWp จำเป็นเพื่อให้ครอบคลุมการสูญเสียที่สอดคล้องกับมูลค่าปัจจุบันที่เพิ่มขึ้น พลังงานเพิ่มเติมนี้เป็นสัดส่วนกับพลังงานปฏิกิริยาของผลิตภัณฑ์ และหากค่าของกระแส แรงดัน และตัวประกอบกำลังคงที่ตลอดเวลา สามารถพบได้โดยอัตราส่วน ΔWp = kWq = kUIsinφ โดยที่ Wq = UIsinφ — พลังงานปฏิกิริยา (แนวคิดทั่วไป)

สัดส่วนระหว่างพลังงานรีแอกทีฟของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและพลังงานที่สร้างขึ้นเพิ่มเติมของสถานีจะคงไว้แม้ในขณะที่แรงดัน กระแส และตัวประกอบกำลังเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในทางปฏิบัติ พลังงานปฏิกิริยาถูกวัดโดยหน่วยที่อยู่นอกระบบ (var NS h และอนุพันธ์ของมัน — kvar NS h, Mvar NS h เป็นต้น) โดยใช้ตัวนับพิเศษที่มีโครงสร้างคล้ายกับมาตรวัดพลังงานที่ใช้งานอยู่อย่างสมบูรณ์ และต่างกันที่สวิตชิ่งเท่านั้น วงจรของขดลวด (ดูรูปที่ 2, a, อุปกรณ์ P12)

การคำนวณทั้งหมดที่เกี่ยวข้องในการกำหนดพลังงานปฏิกิริยาที่วัดโดยมาตรวัดจะคล้ายกับการคำนวณข้างต้นสำหรับมาตรวัดพลังงานกัมมันตภาพรังสี

ควรสังเกตว่ามิเตอร์ไม่ได้คำนึงถึงพลังงานที่ใช้ในขดลวดแรงดันไฟฟ้า (ดูรูปที่ 1, 2) และผู้ผลิตไฟฟ้าเป็นผู้รับผิดชอบค่าใช้จ่ายทั้งหมดและพลังงานที่ใช้โดยวงจรปัจจุบันของอุปกรณ์ นำมาพิจารณาจากมิเตอร์เช่น ค่าใช้จ่ายในกรณีนี้มาจากผู้บริโภค

นอกจากพลังงานแล้ว ยังสามารถกำหนดลักษณะโหลดอื่นๆ ได้โดยใช้มิเตอร์วัดกำลัง ตัวอย่างเช่น จากการอ่านมาตรวัดพลังงานปฏิกิริยาและพลังงานที่ใช้งาน คุณสามารถกำหนดค่าของโหลดtgφเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักได้: tgφ = Wq / Wp, Gโดยเทียบกับ — ปริมาณพลังงานที่เครื่องวัดพลังงานที่ใช้งานสำหรับค่าที่กำหนด ช่วงเวลา, Wq — เหมือนกัน แต่นำมาพิจารณาโดยเครื่องวัดพลังงานปฏิกิริยาในช่วงเวลาเดียวกัน รู้ tgφ จากตารางตรีโกณมิติหา cosφ

หากตัวนับทั้งสองมีอัตราทดเกียร์และค่าคงที่วงจร D เท่ากัน คุณจะหาโหลด tgφ ในช่วงเวลาที่กำหนดได้เพื่อจุดประสงค์นี้ ในช่วงเวลาเดียวกัน t = (30 — 60) s จำนวนรอบ nq ของมาตรวัดพลังงานปฏิกิริยาและจำนวนรอบ np ของมาตรวัดพลังงานที่ใช้งานจะอ่านพร้อมกัน จากนั้น tgφ = nq / np

ด้วยโหลดคงที่เพียงพอ จึงสามารถกำหนดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้จากการอ่านมาตรวัดพลังงานที่ใช้งาน

ตัวอย่างที่ 4… มาตรวัดพลังงานที่มีอัตราทดเกียร์ 1 กิโลวัตต์ x สูง = 2,500 รอบต่อนาทีรวมอยู่ในขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง ขดลวดมิเตอร์เชื่อมต่อผ่านหม้อแปลงกระแสที่มี kti = 100/5 และหม้อแปลงแรงดันที่มี ktu = 400/100 ใน 50 วินาที แผ่นดิสก์หมุนได้ 15 รอบ กำหนดพลังงานที่ใช้งานอยู่

วงจรคงที่ D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80 โดยคำนึงถึงอัตราทดเกียร์ ค่าคงที่ของตัวนับ C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 kW NS s / rev. โดยคำนึงถึงรูปแบบคงที่ C '= CD = 1.44 NS 80= 115.2 kW NS s / rev.

ดังนั้น n รอบของดิสก์จึงสอดคล้องกับการใช้พลังงาน Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 kW NS ด้วย ดังนั้นกำลังโหลด P= Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 kW