قياس الطاقة الكهربائية

يستهلك المنتج الكهربائي (يولد) ، وفقًا للغرض منه ، طاقة نشطة مستهلكة لأداء عمل مفيد. في الجهد الثابت والتيار وعامل القدرة ، يتم تحديد مقدار الطاقة المستهلكة (المتولدة) من خلال النسبة Wp = UItcosφ = Pt

حيث P = UIcosφ - القوة النشطة للمنتج ؛ t هي مدة الوظيفة.

وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الجول (J). في الممارسة العملية ، لا يزال يتم استخدام وحدة قياس غير منهجية للواط ساعة NS (tu NS h). العلاقة بين هذه الوحدات هي كما يلي: 1 Wh = 3.6 kJ أو 1 W s = 1 J.

في دارات التيار المتقطع ، يتم قياس كمية الطاقة المستهلكة أو المولدة عن طريق الحث أو إلكترونيًا بواسطة أجهزة قياس كهربائية.

من الناحية الهيكلية ، يعد عداد الحث محركًا كهربيًا دقيقًا ، حيث تتوافق كل ثورة في الجزء المتحرك مع كمية معينة من الطاقة الكهربائية. النسبة بين قراءات العداد وعدد الثورات التي يقوم بها المحرك تسمى نسبة التروس ويشار إليها على لوحة القيادة: 1 kW NS h = N عدد دورات القرص.تحدد نسبة التروس ثابت العداد C = 1 / N ، kW NS h / rev ؛ ° С = 1000-3600 / شمال غرب NS ثانية / دورة.

في النظام الدولي للوحدات ، يُعبر عن ثابت العداد بالجول ، لأن عدد الدورات هو كمية بلا أبعاد. يتم إنتاج عدادات الطاقة النشطة لشبكات أحادية الطور وثلاثية وأربعة أسلاك ثلاثية الطور.

أرز. 1 ... مخطط توصيل أجهزة القياس بشبكة أحادية الطور: أ - مباشر ، ب - سلسلة من محولات القياس

يحتوي عداد أحادي الطور (الشكل 1 ، أ) على ملفين: التيار والجهد ويمكن توصيله بالشبكة وفقًا لمخططات مشابهة لمخططات التحويل لمقاييس الواط أحادية الطور. لإزالة الأخطاء عند تشغيل العداد وبالتالي الأخطاء في قياس الطاقة ، يوصى في جميع الحالات باستخدام دائرة تبديل العداد المشار إليها على الغطاء الذي يغطي مخرجاته.

وتجدر الإشارة إلى أنه عندما يتغير اتجاه التيار في أحد ملفات جهاز القياس ، يبدأ القرص بالدوران في الاتجاه الآخر. لذلك ، يجب تشغيل الملف الحالي للجهاز وملف الجهد ، بحيث عندما يستهلك جهاز الاستقبال الطاقة ، يدور العداد في الاتجاه الذي يشير إليه السهم.

الناتج الحالي ، الذي يُشار إليه بالحرف G ، متصل دائمًا بجانب العرض ، والإخراج الثاني للدائرة الحالية ، يُشار إليه بالحرف الأول. بالإضافة إلى ذلك ، خرج ملف الجهد ، أحادي القطب مع خرج G من الملف الحالي متصل أيضًا بالجانب الموجود على مصدر الطاقة.

عند تشغيل أدوات القياس من خلال محول القياس ، يجب أن تأخذ محولات التيار في الاعتبار قطبية لفات المحولات الحالية ومحولات الجهد (الشكل 1 ، ب).

يتم تصنيع العدادات للاستخدام مع أي محولات تيار ومحولات جهد - عالمية ، في رمز الرمز الذي تمت إضافة الحرف U إليه ، وللاستخدام مع المحولات التي يشار إلى نسب التحويل المقننة الخاصة بها على لوحة الاسم الخاصة بها.

مثال 1. مقياس عالمي مع المعلمات Up = 100 V و I = 5 A يُستخدم مع محول تيار بتيار أولي 400 A وتيار ثانوي 5 A ومحول جهد بجهد ابتدائي 3000 V و a الجهد الثانوي 100 فولت.

حدد ثابت الدائرة الذي يجب أن تُضرب به قراءة العداد لإيجاد كمية الطاقة المستهلكة.

تم العثور على ثابت الدائرة كمنتج لنسبة تحويل المحول الحالي بواسطة نسبة تحويل محول الجهد: D = kti NS ktu = (400 NS 3000) / (5 NS 100) = 2400.

مثل أجهزة قياس الواط ، يمكن استخدام أجهزة القياس مع محولات قياس مختلفة ، ولكن في هذه الحالة من الضروري إعادة حساب القراءات.

مثال 2. جهاز قياس مصمم للاستخدام مع محول تيار بنسبة تحويل kti1 = 400/5 ومحول جهد بنسبة تحويل ktu1 = 6000/100 مستخدم في مخطط قياس الطاقة مع محولات أخرى بنسب التحويل هذه: kti2 = 100/5 و ktu2 = 35000/100.حدد ثابت الدائرة الذي يجب أن تضرب به قراءات العداد.

ثابت الدائرة D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35،000) / (400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583.

عدادات ثلاثية الطور مصممة لقياس الطاقة في شبكات ثلاثية الأسلاك عبارة عن عدادات أحادية الطور مجمعة من الناحية الهيكلية (الشكل 2 ، أ ، ب). لديهم ملفان للتيار وملفان للجهد. عادة ، تسمى هذه العدادات ثنائية العنصر.

كل ما قيل أعلاه حول الحاجة إلى مراقبة قطبية لفات الجهاز ولفات محولات القياس المستخدمة معه في دوائر التبديل للعدادات أحادية الطور ينطبق بالكامل على مخططات التبديل ، عدادات ثلاثية الطور.

لتمييز العناصر عن بعضها البعض في عدادات ثلاثية الطور ، يتم تحديد النواتج بشكل إضافي بأرقام تشير في وقت واحد إلى تسلسل مراحل شبكة الإمداد المتصلة بالمخرجات. وهكذا ، إلى الاستنتاجات المميزة بالأرقام 1 ، 2 ، 3 ، قم بتوصيل المرحلة L1 (A) ، بالمطاريف 4 ، 5 - المرحلة L2 (B) والمحطات 7 ، 8 ، 9 - المرحلة L3 (C).

تمت مناقشة تعريف قراءات العدادات المتضمنة في المحولات في المثالين 1 و 2 وهو قابل للتطبيق بالكامل على العدادات ثلاثية الطور. لاحظ أن الرقم 3 ، الذي يقف على لوحة جهاز القياس أمام معامل التحويل كمضاعف ، يتحدث فقط عن الحاجة إلى استخدام ثلاثة محولات ، وبالتالي لا يؤخذ في الاعتبار عند تحديد الدائرة الثابتة.

مثال 3 ... تحديد ثابت الدائرة لمقياس عالمي ثلاثي الأطوار يستخدم مع محولات التيار والجهد ، 3 NS 800 A / 5 و 3 x 15000 V / 100 (شكل السجل يكرر بالضبط السجل الموجود على لوحة التحكم).

حدد ثابت الدائرة الكهربائية: D = kti NS ktu = (800 × 1500) / (5-100) = 24000

أرز. 2. مخططات لتوصيل عدادات ثلاثية الطور بشبكة من ثلاثة أسلاك: أ- مباشرة لقياس الطاقة النشطة (الجهاز P11) والطاقة التفاعلية (الجهاز P12) ، ب - من خلال محولات التيار لقياس الطاقة النشطة

من المعروف أنه عند التغيير عامل القوى في تيارات مختلفة يمكنني الحصول على نفس قيمة UIcos مع القوة النشطة ، وبالتالي ، المكون النشط لـ Ia = Icosφ الحالي.

تؤدي زيادة عامل القدرة إلى تقليل التيار I لقوة نشطة معينة ، وبالتالي يحسن استخدام خطوط النقل والمعدات الأخرى. مع انخفاض عامل القدرة بقوة نشطة ثابتة ، من الضروري زيادة التيار الذي يستهلكه المنتج ، مما يؤدي إلى زيادة الخسائر في خط النقل والمعدات الأخرى.

لذلك ، فإن المنتجات ذات معامل القدرة المنخفض تستهلك طاقة إضافية من المصدر. ΔWp مطلوب لتغطية الخسائر المقابلة للقيمة الحالية المتزايدة. تتناسب هذه الطاقة الإضافية مع القدرة التفاعلية للمنتج ، وبشرط أن تكون قيم التيار والجهد وعامل القدرة ثابتة بمرور الوقت ، يمكن العثور عليها من خلال النسبة ΔWp = kWq = kUIsinφ ، حيث Wq = UIsinφ - القوة التفاعلية (المفهوم التقليدي).

يتم الحفاظ على التناسب بين الطاقة التفاعلية لمنتج كهربائي والطاقة الإضافية المولدة للمحطة حتى عندما يتغير الجهد والتيار وعامل الطاقة بمرور الوقت. في الممارسة العملية ، يتم قياس الطاقة التفاعلية بواسطة وحدة خارج النظام (var NS h ومشتقاتها - kvar NS h ، Mvar NS h ، إلخ) باستخدام عدادات خاصة تشبه هيكليًا تمامًا عدادات الطاقة النشطة وتختلف فقط في التبديل دوائر اللفات (انظر الشكل 2 ، أ ، جهاز P12).

تتشابه جميع الحسابات المتضمنة في تحديد الطاقة التفاعلية التي تم قياسها بواسطة العدادات مع الحسابات المذكورة أعلاه لعدادات الطاقة النشطة.

وتجدر الإشارة إلى أن الطاقة المستهلكة في لف الجهد (انظر الشكل 1 ، 2) لا يؤخذ في الاعتبار بواسطة العداد ، ويتحمل منتج الكهرباء جميع التكاليف ، والطاقة المستهلكة بواسطة الدائرة الحالية للجهاز يؤخذ في الاعتبار من العداد ، أي أن التكاليف في هذه الحالة تنسب إلى المستهلك.

بالإضافة إلى الطاقة ، يمكن تحديد بعض خصائص الحمل الأخرى باستخدام عدادات الطاقة. على سبيل المثال ، وفقًا لقراءات عدادات الطاقة التفاعلية والفعالة ، يمكنك تحديد قيمة المتوسط ​​المرجح للحمل tgφ: tgφ = Wq / Wp ، Gwhere vs - كمية الطاقة التي يتم أخذها في الاعتبار بواسطة مقياس الطاقة النشط لمقياس معين الفترة الزمنية ، Wq - هي نفسها ، ولكن تؤخذ في الاعتبار بواسطة مقياس الطاقة التفاعلية لنفس الفترة الزمنية. بمعرفة tgφ ، من الجداول المثلثية ، ابحث عن cosφ.

إذا كان لكلا العددين نفس نسبة التروس وثابت الدائرة D ، فيمكنك إيجاد حمل tgφ للحظة معينة.لهذا الغرض ، في نفس الفاصل الزمني t = (30-60) s ، تتم قراءة عدد الدورات nq لمقياس الطاقة التفاعلية وعدد الدورات np لمقياس الطاقة النشطة في وقت واحد. ثم tgφ = nq / np.

مع وجود حمل ثابت بدرجة كافية ، من الممكن تحديد قوتها النشطة من قراءات عداد الطاقة النشط.

مثال 4 ... يتم تضمين عداد الطاقة النشط بنسبة تروس 1 كيلو واط × ح = 2500 دورة في الدقيقة في الملف الثانوي للمحول. يتم توصيل لفات العدادات من خلال محولات التيار بـ kti = 100/5 ومحولات الجهد بـ ktu = 400/100. في 50 ثانية ، قام القرص بعمل 15 دورة. حدد القوة النشطة.

الدائرة الثابتة D = (400 NS 100) / (5 x 100) = 80. مع الأخذ في الاعتبار نسبة التروس ، ثابت العداد C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 كيلوواط NS s / rev. مع الأخذ في الاعتبار المخطط الثابت C '= CD = 1.44 NS 80 = 115.2 kW NS s / rev.

وبالتالي ، فإن عدد مرات دوران الأقراص يتوافق مع استهلاك الطاقة Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 kW NS مع. لذلك ، فإن قوة التحميل P = Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 kW.