В чем измеряется энергия в электротехнике

В чем измеряется энергия в электротехнике

В электрической цепи можно выделить два участка: внутренний — в источнике тока и внешний — тот, на котором включены разные приборы — потребители энергии. На внутреннем участке электрической цепи происходит преобразование неэлектрической энергии (например, механической) в энергию электрического поля. А на внешнем участке цепи энергия электрического поля за счет работы электрического тока превращается в другие виды энергии. Например, в электродвигателях энергия электрического поля превращается в механическую; в электрической лампе — во внутреннюю и энергию излучения; в электрическом утюге — во внутреннюю, причем эта энергия путем теплообмена отдается окружающим телам; при электролизе и при зарядке аккумулятора — в энергию химических реакций. Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или, что одно и то же, сколько было получено и израсходовано электрической энергии. Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения: U=A/q .
Следовательно, работа электрического тока равна:
A =qU.
Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания. Подставив в формулу для вычисления работы q = It, получим
Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи. Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж).
1 джоуль = 1 вольт·1 ампер·1 секунда, или 1Дж=1В·1А·1с .
Для учета совершенной электрическим током работы, а следовательно, для учета израсходованной (преобразованной) электрической энергии созданы специальные приборы-счетчики электрической энергии. Устанавливают такие счётчики и в квартирах. Из курса физики VII класса вы знаете, что мощность равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р. Следовательно, мощность равна: P=A/t .
Пользуясь этой формулой, найдем мощность электрического тока. Так как работа тока определяется формулой А = I·U·t , то мощность электрического тока равна: P=IU .
За единицу мощности ватт (Вт) принята мощность тока силой 1 А на участке с напряжением 1 В . Следовательно, 1Вт = 1А·1В . Ватт сравнительно небольшая мощность, на практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт, 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 1000000 Вт. Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов. Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. В таблице приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.

Мощность различных электрических устройств	кВт
Лампа карманного фонаря	0,001
Холодильник домашний	0,110-0,16
Лампы осветительные (бытовые)	0,015-0,2
Электрический утюг	0,3 — 1
Стиральная машина	0,35-0,6
Электрическая плитка	0,6; 0,8; 1; 1,25
Электропылесос	до 0,6
Лампы в звездах башен Кремля	5
Двигатель электровоза ВЛ10	650
Электровоз ВЛ10	5200
Электродвигатель прокатного стана	6000-9000
Гидрогенератор Братской ГЭС	250 000
Турбогенератор	50 000 — 1 200 000

В паспортах приемников тока — лампах, плитках, электродвигателях — обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой A=Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу в джоулях:
1 Вт = 1 Дж/с, откуда 1 Дж = 1 Вт·с.
Однако эту единицу работы неудобно использовать в практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах — в течение нескольких часов, в электропоездах — по несколько часов и даже суток, а расчет израсходованной энергии по электросчетчику производится чаще всего за месяц. Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки времени в секунды, что усложняет расчеты.
Поэтому в практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч), киловатт-час (кВт·ч).
1 Вт·1ч = 3600 Дж;
1 гВт·1ч =360000 Дж;
1 кВт·1ч =3600000 Дж.

№28 Энергия и мощность в цепи синусоидального тока.

Пусть на некотором участке цепи, напряжение на зажимах которого равно u, током i за время dt переносится электрический заряд dq = idt. Затрачиваемая источником энергия равна при этом dw = udq = uidt, а развиваемая мощность p = dw/dt = ui. Эта величина называется мгновенной мощностью и определяет скорость и направление движения энергии на рассматриваемом участке. Если энергия поступает в цепь и накапливается в ней, функция w(t) возрастает, и мгновенная мощность положительна как производная возрастающей функции. Напряжение u и ток i в эти моменты времени имеют одинаковые знаки. Процесс накопления энергии в цепи наблюдается, например, при заряде конденсатора. В те моменты времени, когда u и i имеют разные знаки, мгновенная мощность отрицательна, функция w(t), определяющая энергию, поступающую в цепь, убывает, так как только убывающая функция имеет отрицательную производную. Убыль энергии в электрической цепи означает возврат ее источнику. Такая ситуация возникает при разряде конденсатора.

Энергия, поступающая в цепь, может не возвращаться к источнику, а необратимо преобразовываться в тепло или механическую работу. Количество этой энергии определяется законом Джоуля–Ленца и за время, равное периоду синусоидального тока, равно:

Эта величина, отнесенная ко времени Т, определяет среднее значение мгновенной мощности за период и называется активной мощностью:

Физически активная мощность представляет собой энергию, выделяющуюся в виде тепла или механической работы в единицу времени.

Пусть ток и напряжение на входе произвольного пассивного двухполюсника описываются выражениями:

Подставляя их в формулу ранее и интегрируя, получаем:

Используя соотношения между сторонами в треугольниках напряжений и токов, сопротивлений и проводимостей, можно написать цепочку формул для вычисления активной мощности:

Рассмотрим теперь энергетические процессы, происходящие в отдельно взятых элементах.

В активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе (φ = 0); в любой момент времени их знаки одинаковы, мгновенная мощность положительна, т.е. в него постоянно поступает энергия электрического тока, преобразуясь в тепловую или механическую. Активная мощность равна:

В реактивных элементах угол сдвига фаз по величине равен 90°. В индуктивности, при отстающем токе, он положителен, в емкости, при опережающем токе, – отрицателен. Подставляя φ = +- 90° в выражение напряжения на входе цепи, получим u = Um sin (ωt+-90°) = +-Um cos(ωt). При таком напряжении мгновенная мощность колеблется с двойной частотой, изменяясь по синусоидальному закону:

т.е. дважды за полпериода меняет знак. Подстановка этого выражения приводит к результату: P = 0. Равенство нулю активной мощности означает, что в реактивных элементах не происходит необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепловую и механическую.

Можно показать, что в индуктивности в течение первой четверти периода, при возрастании тока от нуля до Im, в магнитном поле индуктивности накапливается энергия WM=(LI2m)/2. В течение следующей четверти периода, когда ток уменьшается до нуля, эта энергия из магнитного поля возвращается во внешнюю цепь.

В емкости – аналогично: в течение одной четверти периода, когда напряжение на обкладках конденсатора возрастает от нуля до Um, конденсатор заряжается, в его электрическом поле накапливается энергия: Wэ=(СU2m)/2. В следующую четверть периода конденсатор разряжается, его напряжение уменьшается до нуля, и накопленная в электрическом поле энергия возвращается в цепь. Энергию, которой электрическое поле конденсатора и магнитное поле катушки обмениваются с цепью, будем называть энергией обмена.

Для энергии магнитного поля WM и электрического поля WЭ можно записать следующие формулы:

Величины QL=I2XL и QC=I2XC имеющие размерность мощности, называются соответственно реактивной мощностью индуктивности и реактивной мощностью емкости. К работе, совершаемой переменным током, они отношения не имеют, а являются величинами, пропорциональными энергии магнитного и электрического полей: QL=ωWM, QC=ωWЭ.

В цепи, содержащей одновременно и индуктивность и емкость, колебания энергии происходят таким образом, что в те моменты времени, когда магнитное поле индуктивности накапливает энергию, электрическое поле емкости энергию отдает, и наоборот. Т.е., когда энергия магнитного поля положительна, энергия электрического поля отрицательна. Суммарная энергия электрического и магнитного полей за четверть периода равна:

где Q – реактивная мощность цепи, она пропорциональна суммарной энергии электрического и магнитного полей и может быть определена через реактивные сопротивления:

При резонансе, когда XL=XC , равны реактивные мощности QL и QC и энергии WM и WЭ , накапливаемые в магнитном и электрическом полях. В этом случае обмен энергией между индуктивностью и емкостью происходит без участия источника.

Для вычисления реактивной мощности можно написать цепочку формул:

При анализе электрических цепей часто используется треугольник мощностей, который можно получить, умножив стороны треугольника сопротивлений на квадрат тока (рис. 28.1). Для него справедливы следующие соотношения:

Буквой S, стоящей рядом с гипотенузой треугольника, обозначается полная мощность. Ее можно вычислить по одной из следующих формул:

Рис. 28.1 — Треугольник мощностей

Полная мощность определяется той электрической энергией, которая вырабатывается генератором и отдается в цепь. Она характеризует габариты электрических машин и аппаратов. Величина напряжения определяет уровень изоляции – ее толщину и расстояние между токоведущими частотами, а ток – поперечное сечение проводника, условия охлаждения машины.

При cosφ = 1 полная мощность равна наибольшему значению активной мощности, которую можно получить при заданных напряжении и токе.

Единицы измерения мощности, имея одну и ту же размерность, называются по-разному. Единица активной мощности – ватт (Вт), реактивной – вольт-ампер реактивный (вар), полной – вольт-ампер (ВА).

Комплексная мощность определяется произведением комплекса напряжения и сопряженного комплекса тока:

Что называется электрической энергией

Согласно современным научным представлениям, энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии. Различают энергию механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную, ядерную, химическую, гравитационную и др.

Для жизнедеятельности человека наиболее важное значение имеет потребление электрической и тепловой энергии, которые возможно извлекать из природных источников – энергоресурсов.

Энергоресурсы – это первичные источники энергии находящиеся в окружающей природе.

Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает наиболее универсальный из ее видов – электрическая энергия.

Широкое распространение электрическая энергия получила благодаря следующим ее свойствам:

• возможность получения практически из любых энергоресурсов при умеренных затратах;
• простоте трансформации в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);
• способность сравнительно легко передаваться в значительных количествах на большие расстояния с огромной скоростью и относительно небольшими потерями;
• возможность использования в устройствах, различающихся по мощности, напряжению, частоте.

Электрической энергией человечество пользуется с 80-х годов XIX века.

Поскольку общее определение энергии – это мощность за единицу времени, то единица измерения электрической энергии представляет собой киловатт за час (кВт·ч).

Основными величинами и параметрами, с помощью которых можно охарактеризовать электрическую энергию, описать ее качество, есть общеизвестные:

• электрическое напряжение – U, В;
• электрический ток – I, А;
• полная, активная и реактивная мощности – S, P, Q в киловольт-амперах (кВА), киловаттах (кВт) и киловольт-амперах реактивных (квар) соответственно;
• коэффициент мощности cosфи;
• частота – f, Гц.

Электрическая энергия имеет ряд особенностей:

• она непосредственно не подлежит визуальному восприятию;
• легко превращается в иные виды энергии (например, в тепловую, механическую);
• достаточно просто и с большой скоростью передается на большие расстояния;
• простота ее распределения в электрических сетях;
• проста в использовании с помощью машин, установок, приборов;
• позволяет изменять свои параметры (напряжение, ток, частота);
• удобна для контроля и управления;
• качество ее определяет качество работы оборудования, которое потребляет эту энергию;
• качество энергии в месте производства не может служить гарантией ее качества в месте потребления;
• неразрывность во временном измерении процессов производства и потребления энергии;
• процесс передачи энергии сопровождается ее потерями.

Одно из замечательных и ценнейших свойств электрической энергии состоит в том, что ее можно передавать на большие расстояния. Электричество помогает человеку побеждать пространство. Стальной вал может приводить в действие машины, находящиеся на расстоянии десятков метров.

Горячую воду или пар — по хорошо изолированным трубам можно получать с расстояния в несколько километров. Но только электроэнергию можно передавать на многие сотни километров. Однако не сразу удалось передавать электроэнергию на сотни километров.

На пути развития дальних электропередач встали немалые трудности. Большой помехой оказалось нагревание проводов током — потеря драгоценной электрической энергии на бесполезное образование тепла. Ведь с электростанций приходится передавать энергию очень большой мощности, и при значительном расстоянии ее потери становятся огромными.

Как бороться с ними, как уменьшить вредное нагревание проводов? Делать провода более толстыми? Тогда уменьшится их сопротивление току, а значит и нагревание.

Однако расчет показывает, что для передачи на расстояние 100 км тока в 40 000 кВт при рабочем напряжении 380 В с потерей в 15% пришлось бы проложить медный брус толщиной 1,5 м 2 . Понятно, что такое решение практически непригодно. Но нашелся другой путь решения этой задачи.

Нагревание проводов зависит от величины тока: чем она больше, тем больше и потеря энергии на нагревание. Значит, чтобы снизить потерю энергии, надо по возможности уменьшить ток. А для этого необходимо повысить напряжение. Это и делают на электростанциях повышающие трансформаторы.

Возможность передавать электрическую энергию на большие расстояния имеет огромное значение. Перевозка топлива по железным дорогам обходится очень дорого и загружает транспорт. Гораздо выгоднее сжигать топливо на месте, в топках электростанций, а полученную электрическую энергию передавать по проводам на десятки и сотни километров.

Линии передач — металлические каналы электрической энергии — связывают электростанции между собой и объединяют их в энергетические системы. Это позволяет лучше и выгоднее использовать мощность различных станций — тепловых, речных, атомных — и лучше обслуживать потребителей энергии.

Гидростанции не всегда могут работать одинаково: в разное время года в реке протекает различное количество воды. Когда воды много, большая часть нагрузки приходится на гидростанции, а теплоэлектростанции, включенные в ту же систему, в это время могут сэкономить топливо. Во время же мелководья тепловые станции пускают в ход большее число турбин и генераторов, так что общее количество энергии в системе не уменьшается. Города и заводы равномерно снабжаются энергией.

Сами потребители также в разное время берут неодинаковое количество электроэнергии. Слыхали ли вы выражение «часы пик»? Это — вечерние часы, когда везде включается освещение, а заводы еще продолжают работать. В эти часы нужно особенно много энергии.

Объединение станций в общую систему дает возможность включать в это время резервные мощности, а когда количество потребляемой энергии уменьшается — выключать их. Объединение электростанций позволяет более маневренно использовать их мощности.

Но бывает и так, что та или другая электростанция или линия передачи временно перестает работать из-за аварии или ремонта. Без объединения станций целый район лишился бы электрической энергии, остановились бы заводы. А при объединении станций в единую энергетическую систему одни станции замещают другие и потребители бесперебойно снабжаются электроэнергией.

Обычно электростанции и потребители электроэнергии соединяются линиями электропередачи в замкнутые кольцевые системы, и, если прекращается подача электрической энергии с одной стороны кольца, потребители продолжают получать ее по линиям электропередачи с другой стороны.

Диафильм фабрики экранных учебно-наглядных пособий «Энергия и мощность электрического тока»:

Широкое использование электроэнергии является основой технического прогресса. На любом современном промышленном предприятии все производственные машины и механизмы приводятся в движение электрической энергией.

Так, например, она позволяет по сравнению с другими видами энергии с наибольшими удобствами и наилучшим технологическим эффектом осуществлять термическую обработку материалов (нагрев, плавка, сварка). В настоящее время в больших масштабах используется действие электрического тока для разложения химических веществ и получения металлов, газов, а также для поверхностной обработки металлов с целью повышения их механической и коррозийной устойчивости.

Для получения электрической энергии необходимы энергетические ресурсы, которые могут быть возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым ресурсам относят те, которые полностью восстанавливаются в пределах жизни одного поколения (вода, ветер, древесина и т. д.). К невозобновляемым ресурсам относят ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся – уголь, нефть, газ.

Любой технологический процесс получения электрической энергии подразумевает однократное или многократное преобразование различных видов энергии. При этом энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, и т. д.), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на электростанциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).

Основу традиционной энергетики составляют тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию органического топлива и ядерного горючего, и гидроэлектростанции (ГЭС). Единичная мощность электростанций, как правило, велика (сотни МВт установленной мощности) и они объединены в крупные энергосистемы. На больших электростанциях вырабатывается более 90 % всей потребляемой электроэнергии, и они составляют основу комплекса централизованного электроснабжения потребителей.

В названиях электростанций обычно отражено какой вид первичной энергии в какую вторичную преобразуется, например:

• тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует энергию тепла в электричество;
• гидроэлектростанция (ГЭС) преобразует энергию движения воды в электроэнергию;
• ветроэлектростанция (ВЭС) преобразует энергию ветра в электрическую энергию.

Для сравнительной характеристики технологических процессов производства электрической энергии используют такие показатели, как коэффициент полезного использования энергии, удельная стоимость 1 кВт установленной мощности электростанции, себестоимость вырабатываемой электроэнергии и т. п.

Электрическую энергию передает электромагнитное поле проводника, этот процесс имеет волновой характер. Причем часть электроэнергии, которая передается, расходуется в самом проводнике, т. е. теряется. Отсюда вытекает понятие «потери электроэнергии». Потери электроэнергии есть во всех элементах электрической системы: генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и т. п., а также в электроприёмниках (электрических двигателях, электротехнологических устройствах и агрегатах).

Общая потеря электроэнергии складывается из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы при номинальных режимах и оптимальном выборе параметров системы электроснабжения, и дополнительных потерь, обусловленных отклонением режимов и параметров от номинальных значений. Экономия электроэнергии в системах электроснабжения основывается на минимизации как номинальных, так и дополнительных потерь.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Измерение электрической энергии

Электротехническое 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.

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.

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.

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

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 ).

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.

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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: