Medida de energía eléctrica

Un producto eléctrico, de acuerdo con su finalidad, consume (genera) energía activa consumida para realizar un trabajo útil. A voltaje, corriente y factor de potencia constantes, la cantidad de energía consumida (generada) está determinada por la relación Wp = UItcosφ = Pt

donde P = UIcosφ — potencia activa del producto; t es la duración del trabajo.

La unidad SI de energía es el joule (J). En la práctica, todavía se utiliza una unidad de medida no sistemática para el vatio NS hora (tu NS h). La relación entre estas unidades es la siguiente: 1 Wh = 3,6 kJ o 1 W s = 1 J.

En los circuitos de corriente intermitente, la cantidad de energía consumida o generada se mide por inducción o electrónicamente mediante electrómetros.

Estructuralmente, el contador de inducción es un motor microeléctrico, cada revolución del rotor corresponde a una cierta cantidad de energía eléctrica. La relación entre las lecturas del contador y el número de revoluciones que realiza el motor se denomina relación de transmisión y se indica en el tablero: 1 kW NS h = N revoluciones del disco.La relación de transmisión determina la constante del contador C = 1 / N, kW NS h / rev; ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

En SI, la constante del contador se expresa en julios, ya que el número de revoluciones es una cantidad adimensional. Los contadores de energía activa se fabrican tanto para redes monofásicas como trifásicas de tres y cuatro hilos.

Arroz. 1... Esquema para conectar dispositivos de medición a una red monofásica: a - directo, b - una serie de transformadores de medición

Un medidor monofásico (Fig. 1, a) de energía eléctrica tiene dos devanados: corriente y voltaje y se puede conectar a la red de acuerdo con esquemas similares a los esquemas de conmutación de vatímetros monofásicos. Para eliminar errores en el encendido del contador y por tanto errores en la medida de la energía, se recomienda en todos los casos utilizar el circuito de conmutación del contador indicado en la tapa que cubre sus salidas.

Cabe señalar que cuando cambia la dirección de la corriente en una de las bobinas del medidor, el disco comienza a girar en la otra dirección. Por lo tanto, la bobina de corriente del dispositivo y la bobina de voltaje deben estar encendidas, para que cuando el receptor consuma energía, el contador gire en la dirección que indica la flecha.

La salida de corriente, denotada por la letra G, siempre está conectada al lado de la fuente, y la segunda salida del circuito de corriente, denotada por la letra I. Además, la salida de la bobina de voltaje, unipolar con la salida G de la bobina de corriente, también está conectado al lado de la fuente de alimentación.

Cuando enciende los instrumentos de medición a través del transformador de medición. Los transformadores de corriente deben tener en cuenta simultáneamente la polaridad de los devanados de los transformadores de corriente y los transformadores de tensión (Fig. 1, b).

Los medidores se fabrican tanto para uso con transformadores de corriente y transformadores de voltaje, universales, en cuya designación de símbolo se agrega la letra U, como para uso con transformadores cuyas relaciones de transformación nominales se indican en su placa de identificación.

Ejemplo 1. Se utiliza un medidor universal con parámetros Up = 100 V e I = 5 A con un transformador de corriente con una corriente primaria de 400 A y una corriente secundaria de 5 A y un transformador de tensión con una tensión primaria de 3000 V y una tensión secundaria de 100 V.

Determine la constante del circuito por la cual se debe multiplicar la lectura del medidor para encontrar la cantidad de energía consumida.

La constante del circuito se encuentra como el producto de la relación de transformación del transformador de corriente por la relación de transformación del transformador de tensión: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Al igual que los vatímetros, los dispositivos de medición se pueden usar con diferentes convertidores de medición, pero en este caso es necesario volver a calcular las lecturas.

Ejemplo 2. Un dispositivo de medición diseñado para usarse con un transformador de corriente con una relación de transformación kti1 = 400/5 y un transformador de tensión con una relación de transformación ktu1 = 6000/100 se usa en un esquema de medición de energía con otros transformadores con tales relaciones de transformación: kti2 = 100/ 5 y ktu2 = 35000/100.Determine la constante del circuito por la que se deben multiplicar las lecturas del contador.

Constante del circuito D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35 000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1,4583.

Los medidores trifásicos diseñados para medir energía en redes de tres hilos son estructuralmente dos medidores monofásicos combinados (Fig. 2, a, b). Tienen dos bobinas de corriente y dos bobinas de voltaje. Por lo general, estos contadores se denominan de dos elementos.

Todo lo dicho anteriormente sobre la necesidad de observar la polaridad de los devanados del dispositivo y los devanados de los transformadores de medición utilizados con él en los circuitos de conmutación de los medidores monofásicos se aplica por completo a los esquemas de conmutación, medidores trifásicos.

Para distinguir los elementos entre sí en los contadores trifásicos, las salidas se designan adicionalmente con números que indican simultáneamente la secuencia de las fases de la red de suministro conectada a las salidas. Así, a las conexiones marcadas con los números 1, 2, 3, conecte la fase L1 (A), a los terminales 4, 5 — fase L2 (B) ya los terminales 7, 8, 9 — fase L3 (C).

La definición de las lecturas de los medidores incluidas en los transformadores se analiza en los Ejemplos 1 y 2 y es completamente aplicable a los medidores trifásicos. Tenga en cuenta que el número 3, que se encuentra en el panel del dispositivo de medición frente al coeficiente de transformación como multiplicador, habla solo de la necesidad de usar tres transformadores y, por lo tanto, no se tiene en cuenta al determinar el circuito constante.

Ejemplo 3… Determinar la constante de circuito para un medidor trifásico universal utilizado con transformadores de corriente y tensión, 3 NS 800 A / 5 y 3 x 15000 V / 100 (la forma del registro repite exactamente el registro en el panel de control).

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

Arroz. 2. Esquemas para conectar medidores trifásicos a una red de tres hilos: a-directamente para medir energía activa (dispositivo P11) y reactiva (dispositivo P12), b — a través de transformadores de corriente para medir energía activa

Se sabe que al cambiar Factor de potencia a diferentes corrientes puedo obtener el mismo valor de UIcos con potencia activaφ, y, por tanto, la componente activa de la corriente Ia = Icosφ.

El aumento del factor de potencia da como resultado una reducción de la corriente I para una potencia activa determinada y, por lo tanto, mejora la utilización de las líneas de transmisión y otros equipos. Con una disminución en el factor de potencia a una potencia activa constante, es necesario aumentar la corriente I consumida por el producto, lo que conduce a un aumento de las pérdidas en la línea de transmisión y otros equipos.

Por lo tanto, los productos con un factor de potencia bajo consumen energía adicional de la fuente. ΔWp necesario para cubrir las pérdidas correspondientes al valor de corriente incrementado. Esta energía adicional es proporcional a la potencia reactiva del producto y, siempre que los valores de corriente, tensión y factor de potencia sean constantes en el tiempo, se puede encontrar mediante la relación ΔWp = kWq = kUIsinφ, donde Wq = UIsinφ — potencia reactiva (concepto convencional).

La proporcionalidad entre la energía reactiva de un producto eléctrico y la energía adicional generada de la estación se mantiene incluso cuando la tensión, la corriente y el factor de potencia cambian con el tiempo. En la práctica, la energía reactiva se mide por una unidad fuera del sistema (var NS h y sus derivados — kvar NS h, Mvar NS h, etc.) usando contadores especiales que son estructuralmente completamente similares a los medidores de energía activa y difieren solo en la conmutación circuitos de los devanados (ver Fig. 2, a, dispositivo P12).

Todos los cálculos necesarios para determinar la energía reactiva medida por los contadores son similares a los cálculos anteriores para los contadores de energía activa.

Cabe señalar que el medidor no tiene en cuenta la energía consumida en el devanado de voltaje (ver Fig. 1, 2), y todos los costos corren a cargo del productor de electricidad, y la energía consumida por el circuito actual del dispositivo se tiene en cuenta desde el medidor, es decir, los costos en este caso se atribuyen al consumidor.

Además de la energía, se pueden determinar algunas otras características de la carga utilizando medidores de potencia. Por ejemplo, de acuerdo con las lecturas de los medidores de energía reactiva y activa, puede determinar el valor de la carga promedio ponderada tgφ: tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — la cantidad de energía tomada en cuenta por el medidor de energía activa para un determinado período de tiempo, Wq — lo mismo , pero tomado en cuenta por el medidor de energía reactiva durante el mismo período de tiempo. Conociendo tgφ, a partir de tablas trigonométricas hallar cosφ.

Si ambos contadores tienen la misma relación de transmisión y constante de circuito D, puede encontrar la carga tgφ para un momento dado.Para ello, para el mismo intervalo de tiempo t = (30 - 60) s, se leen simultáneamente el número de revoluciones nq del contador de energía reactiva y el número de revoluciones np del contador de energía activa. Entonces tgφ = nq / np.

Con una carga suficientemente constante, es posible determinar su potencia activa a partir de las lecturas del medidor de energía activa.

Ejemplo 4… En el devanado secundario del transformador se incluye un medidor de energía activa con una relación de transmisión de 1 kW x h = 2500 rpm. Los devanados del medidor se conectan a través de transformadores de corriente con kti = 100/5 y transformadores de tensión con ktu = 400/100. En 50 segundos el disco dio 15 revoluciones. Determinar la potencia activa.

Circuito constante D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Teniendo en cuenta la relación de transmisión, la constante del contador C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / rev. Teniendo en cuenta el esquema constante C'= CD= 1,44 NS 80= 115,2 kW NS s/rev.

Así, n vueltas de los discos corresponden al consumo de potencia Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS con. Por lo tanto, la potencia de carga P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.