Medição de energia elétrica

Um produto elétrico, de acordo com sua finalidade, consome (gera) energia ativa consumida para realizar um trabalho útil. A tensão, corrente e fator de potência constantes, a quantidade de energia consumida (gerada) é determinada pela relação Wp = UItcosφ = Pt

onde P = UIcosφ — potência ativa do produto; t é a duração do trabalho.

A unidade SI de energia é o joule (J). Na prática, uma unidade de medida não sistemática ainda é usada para o watt NS hora (tu NS h). A relação entre essas unidades é a seguinte: 1 Wh = 3,6 kJ ou 1 W s = 1 J.

Nos circuitos de corrente intermitente, a quantidade de energia consumida ou gerada é medida por indução ou eletronicamente por eletrômetros.

Estruturalmente, o contador de indução é um motor microelétrico, cada revolução do rotor corresponde a uma certa quantidade de energia elétrica. A relação entre as leituras do contador e o número de rotações feitas pelo motor é chamada de relação de transmissão e é indicada no painel de instrumentos: 1 kW NS h = N rotações do disco.A relação de transmissão determina a constante do contador C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

No SI, a constante do contador é expressa em joules, pois o número de revoluções é uma quantidade adimensional. Os medidores de energia ativa são produzidos para redes monofásicas e trifásicas de três e quatro fios.

Arroz. 1... Esquema para conectar dispositivos de medição a uma rede monofásica: a — direto, b — uma série de transformadores de medição

Um medidor monofásico (Fig. 1, a) de energia elétrica possui dois enrolamentos: corrente e tensão e pode ser conectado à rede de acordo com esquemas semelhantes aos esquemas de comutação de wattímetros monofásicos. Para eliminar erros ao ligar o medidor e, portanto, erros na medição de energia, é recomendável em todos os casos usar o circuito de comutação do medidor indicado na tampa que cobre suas saídas.

Deve-se notar que quando a direção da corrente em uma das bobinas do medidor muda, o disco começa a girar na outra direção. Portanto, a bobina de corrente do aparelho e a bobina de tensão devem estar ligadas, para que quando o receptor consumir energia, o contador gire no sentido indicado pela seta.

A saída de corrente, denotada pela letra G, está sempre ligada ao lado da alimentação, e a segunda saída do circuito de corrente, denotada pela letra I. Além disso, a saída da bobina de tensão, unipolar com a saída G do bobina de corrente, também está conectado ao lado da fonte de alimentação.

Ao ligar os instrumentos de medição através do transformador de mediçãoTCos transformadores de corrente devem levar em consideração simultaneamente a polaridade dos enrolamentos dos transformadores de corrente e transformadores de tensão (Fig. 1, b).

Os medidores são fabricados para uso com quaisquer transformadores de corrente e transformadores de tensão - universais, em cuja designação de símbolo a letra U é adicionada, e para uso com transformadores cujas taxas de transformação nominais são indicadas em sua placa de identificação.

Exemplo 1. Um medidor universal com parâmetros Up = 100 V e I = 5 A é usado com um transformador de corrente com uma corrente primária de 400 A e uma corrente secundária de 5 A e um transformador de tensão com uma tensão primária de 3000 V e um tensão secundária de 100 V.

Determine a constante do circuito pela qual a leitura do medidor deve ser multiplicada para encontrar a quantidade de energia consumida.

A constante do circuito é encontrada como o produto da taxa de transformação do transformador de corrente pela taxa de transformação do transformador de tensão: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Assim como os wattímetros, os aparelhos de medição podem ser usados ​​com diferentes conversores de medição, mas neste caso é necessário recalcular as leituras.

Exemplo 2. Um dispositivo de medição projetado para uso com um transformador de corrente com uma taxa de transformação kti1 = 400/5 e um transformador de tensão com uma taxa de transformação ktu1 = 6000/100 é usado em um esquema de medição de energia com outros transformadores com tais taxas de transformação: kti2 = 100/5 e ktu2 = 35000/100.Determine a constante do circuito pela qual as leituras do contador devem ser multiplicadas.

Constante do circuito D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35.000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.

Os medidores trifásicos projetados para medir energia em redes de três fios são estruturalmente dois medidores monofásicos combinados (Fig. 2, a, b). Eles têm duas bobinas de corrente e duas bobinas de tensão. Normalmente, esses contadores são chamados de dois elementos.

Tudo o que foi dito acima sobre a necessidade de observar a polaridade dos enrolamentos do dispositivo e dos enrolamentos dos transformadores de medição usados ​​com ele nos circuitos de comutação de medidores monofásicos se aplica inteiramente aos esquemas de comutação, medidores trifásicos.

Para distinguir os elementos uns dos outros em medidores trifásicos, as saídas são adicionalmente designadas com números que indicam simultaneamente a seqüência das fases da rede de alimentação conectada às saídas. Assim, para as conclusões marcadas com os números 1, 2, 3, conecte a fase L1 (A), aos terminais 4, 5 — fase L2 (B) e aos terminais 7, 8, 9 — fase L3 (C).

A definição das leituras dos medidores incluídos nos transformadores é discutida nos Exemplos 1 e 2 e é totalmente aplicável aos medidores trifásicos. Observe que o número 3, que fica no painel do medidor em frente ao coeficiente de transformação como multiplicador, fala apenas da necessidade de usar três transformadores e, portanto, não é levado em consideração na determinação do circuito constante.

Exemplo 3… Determine a constante do circuito para um medidor trifásico universal usado com transformadores de corrente e tensão, 3 NS 800 A / 5 e 3 x 15000 V / 100 (a forma do registro repete exatamente o registro no painel de controle).

Determine a constante do circuito: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Arroz. 2. Esquemas para conectar medidores trifásicos a uma rede de três fios: a-diretamente para medir energia ativa (dispositivo P11) e reativa (dispositivo P12), b - através de transformadores de corrente para medir energia ativa

Sabe-se que ao mudar fator de potência em diferentes correntes I pode-se obter o mesmo valor de UIcos com potência ativaφ, e, portanto, a componente ativa da corrente Ia = Icosφ.

Aumentar o fator de potência resulta em uma redução na corrente I para uma dada potência ativa e, portanto, melhora a utilização de linhas de transmissão e outros equipamentos. Com a diminuição do fator de potência em potência ativa constante, é necessário aumentar a corrente I consumida pelo produto, o que leva ao aumento das perdas na linha de transmissão e demais equipamentos.

Portanto, produtos com baixo fator de potência consomem energia adicional da fonte. ΔWp necessário para cobrir as perdas correspondentes ao aumento do valor da corrente. Essa energia adicional é proporcional à potência reativa do produto e, desde que os valores de corrente, tensão e fator de potência sejam constantes ao longo do tempo, pode ser encontrada pela relação ΔWp = kWq = kUIsinφ, onde Wq = UIsinφ — potência reativa (conceito convencional).

A proporcionalidade entre a energia reativa de um produto elétrico e a energia gerada adicional da estação é mantida mesmo quando a tensão, a corrente e o fator de potência mudam ao longo do tempo. Na prática, a energia reativa é medida por uma unidade fora do sistema (var NS h e seus derivados - kvar NS h, Mvar NS h, etc.) usando contadores especiais que são estruturalmente completamente semelhantes aos medidores de energia ativa e diferem apenas na comutação circuitos dos enrolamentos (ver Fig. 2, a, dispositivo P12).

Todos os cálculos envolvidos na determinação da energia reativa medida pelos medidores são semelhantes aos cálculos acima para medidores de energia ativa.

Deve-se notar que a energia consumida no enrolamento de tensão (ver Fig. 1, 2) não é levada em consideração pelo medidor, e todos os custos são suportados pelo produtor de eletricidade, e a energia consumida pelo circuito atual do dispositivo é tido em conta a partir do contador, ou seja, os custos neste caso são imputados ao consumidor.

Além da energia, algumas outras características de carga podem ser determinadas usando medidores de energia. Por exemplo, de acordo com as leituras dos medidores de energia reativa e ativa, você pode determinar o valor da carga tgφ média ponderada: tgφ = Wq / Wp, Gonde vs — a quantidade de energia considerada pelo medidor de energia ativa para um determinado período de tempo, Wq — o mesmo, mas levado em consideração pelo medidor de energia reativa para o mesmo período de tempo. Conhecendo tgφ, a partir de tabelas trigonométricas, encontre cosφ.

Se ambos os contadores tiverem a mesma relação de transmissão e constante de circuito D, você pode encontrar a carga tgφ para um determinado momento.Para este propósito, para o mesmo intervalo de tempo t = (30 — 60) s, o número de rotações nq do medidor de energia reativa e o número de rotações np do medidor de energia ativa são lidos simultaneamente. Então tgφ = nq / np.

Com uma carga suficientemente constante, é possível determinar sua potência ativa a partir das leituras do medidor de energia ativa.

Exemplo 4… Um medidor de energia ativa com uma relação de transmissão de 1 kW x h = 2500 rpm está incluído no enrolamento secundário do transformador. Os enrolamentos do medidor são conectados através de transformadores de corrente com kti = 100/5 e transformadores de tensão com ktu = 400/100. Em 50 segundos o disco fez 15 revoluções. Determine a potência ativa.

Circuito constante D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Levando em consideração a relação de transmissão, a constante do contador C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Levando em consideração o esquema constante C'= CD = 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s / rev.

Assim, n voltas dos discos correspondem ao consumo de energia Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS com. Portanto, a potência de carga P = Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.