電気エネルギーの測定

電気製品は、その目的に応じて、有用な仕事を行うために消費される有効エネルギーを消費（生成）します。電圧、電流、力率が一定の場合、消費される（生成される）エネルギー量は、比率 Wp = UItcosφ = Pt によって決まります。

ここで、P = UIcosφ — 製品の有効電力。 t はジョブの期間です。

エネルギーの SI 単位はジュール (J) です。実際には、ワット NS 時間 (tu NS h) という非体系的な測定単位が依然として使用されています。これらの単位間の関係は次のとおりです: 1 Wh = 3.6 kJ または 1 W s = 1 J。

断続電流回路では、消費または生成されるエネルギーの量は、誘導または電位計によって電子的に測定されます。

構造的には、誘導カウンターはマイクロ電気モーターであり、ローターの各回転は一定量の電気エネルギーに対応します。カウンタの読み取り値とエンジンの回転数の比はギア比と呼ばれ、ダッシュボードに表示されます: 1 kW NS h = ディスクの N 回転。ギア比はカウンター定数 C = 1 / N、kW NS h / rev を決定します。 °С=1000-3600 / N W NS s / rev.

SI では、回転数は無次元量であるため、カウンタ定数はジュールで表されます。有効電力量計は、単相ネットワークと 3 線式および 4 線式の三相ネットワークの両方用に製造されています。

米。 1... 測定装置を単相ネットワークに接続するためのスキーム: a — 直接、b — 一連の測定用変圧器

単相メーター（図1、a）の電気エネルギーには電流と電圧の2つの巻線があり、単相電力計のスイッチング方式と同様の方式に従ってネットワークに接続できます。メーターの電源を入れるときのエラー、したがってエネルギー測定のエラーをなくすために、いかなる場合でも、出力をカバーするカバーに示されているメーターのスイッチング回路を使用することをお勧めします。

メーターのコイルの 1 つの電流の方向が変わると、ディスクが他の方向に回転し始めることに注意してください。したがって、受信機が電力を消費するとカウンタが矢印の方向に回転するように、デバイスの電流コイルと電圧コイルをオンにする必要があります。

文字 G で示される電流出力は常に供給側と、文字 I で示される電流回路の 2 番目の出力に接続されます。さらに、電圧コイルの出力は、電圧コイルの出力 G とユニポーラです。電流コイルも電源側に接続されています。

測定用変圧器を介して測定器の電源を入れるとき、変流器は変流器と変圧器の巻線の極性を同時に考慮する必要があります（図1、b）。

メーターは、任意の変流器および変圧器（記号指定に文字 U が追加されたユニバーサル）と、定格変圧比が銘板に示されている変圧器で使用するための両方で製造されています。

例 1. パラメータ Up = 100 V および I = 5 A のユニバーサル メーターは、一次電流 400 A、二次電流 5 A の変流器と、一次電圧 3000 V、二次電圧100V。

消費エネルギー量を求めるためにメーターの読み取り値に乗算する必要がある回路定数を決定します。

回路定数は、変流器の変圧比と電圧変圧器の変圧比の積として求められます: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) = 2400。

電力計と同様に、測定デバイスはさまざまな測定コンバータとともに使用できますが、この場合は読み取り値を再計算する必要があります。

例 2. 変圧比 kti1 = 400/5 の変流器および変圧比 ktu1 = 6000/100 の変圧器で使用するように設計された測定装置は、次のような変圧比の他の変圧器を使用したエネルギー測定スキームで使用されます。 kti2 = 100/5 および ktu2 = 35000/100。カウンタの読み取り値を乗算する必要がある回路定数を決定します。

回路定数 D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35,000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583。

3 線ネットワークのエネルギーを測定するために設計された三相メーターは、構造的に 2 つの単相メーターを組み合わせたものです (図 2、a、b)。 2 つの電流コイルと 2 つの電圧コイルがあります。通常、このようなカウンターは 2 要素と呼ばれます。

単相メーターのスイッチング回路でデバイスの巻線とそれに使用される測定用変圧器の巻線の極性を観察する必要性について上記で述べたことはすべて、スイッチング方式、三相メーターに完全に当てはまります。

三相メーターの要素を互いに区別するために、出力には、出力に接続されている供給ネットワークの相の順序を同時に示す番号が追加で指定されます。したがって、番号 1、2、3 でマークされた結論として、位相 L1 (A) を端子 4、5 - 位相 L2 (B)、端子 7、8、9 - 位相 L3 (C) に接続します。

変圧器に含まれるメーターの読み取り値の定義は例 1 と 2 で説明されており、三相メーターに完全に適用できます。測定装置のパネル上で乗算器としての変換係数の前にある数字 3 は、3 つの変圧器を使用する必要性のみを示しているため、定数回路を決定する際には考慮されないことに注意してください。

例 3… 電流および電圧変圧器、3 NS 800 A / 5 および 3 x 15000 V / 100 で使用される汎用三相メーターの回路定数を決定します (記録の形式はコントロール パネルの記録を正確に繰り返します)。

回路定数を決定します: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

米。 2. 三相メーターを 3 線ネットワークに接続するためのスキーム: a - 有効エネルギー (デバイス P11) および無効エネルギー (デバイス P12) を直接測定するため、b - 変流器を介して有効エネルギーを測定する

変更する際に知られているのは、 力率 異なる電流 I において、有効電力φで同じ値の UIcos を得ることができるため、電流の有効成分 Ia = Icosφ となります。

力率が増加すると、所定の有効電力に対する電流 I が減少するため、送電線やその他の機器の利用率が向上します。有効電力一定の力率が低下すると、製品の消費電流Iを増やす必要があり、送電線などの損失が増加します。

したがって、力率が低い製品は、電源から追加のエネルギーを消費します。増加した電流値に応じた損失を補うために必要なΔWp。この追加エネルギーは製品の無効電力に比例し、電流、電圧、力率の値が時間の経過とともに一定であると仮定すると、比 ΔWp = kWq = kUIsinφ (Wq = UIsinφ) によって求められます。無効電力（従来の概念）。

電気製品の無効エネルギーとステーションの追加生成エネルギーとの比例関係は、電圧、電流、力率が時間の経過とともに変化した場合でも維持されます。実際には、無効電力量はシステム外部のユニット（var NS h とその派生関数 - kvar NS h、Mvar NS h など）によって測定されます。特別なカウンタは有効電力量計と構造的に完全に似ており、スイッチングのみが異なります。巻線の回路（図2、a、デバイスP12を参照）。

メーターによって測定される無効電力量の決定に必要なすべての計算は、有効電力量計に関する上記の計算と同様です。

電圧巻線で消費されるエネルギー（図1、2を参照）はメーターでは考慮されておらず、すべてのコストは電力生産者が負担し、デバイスの電流回路で消費されるエネルギーは電力会社によって負担されることに注意してください。つまり、この場合のコストは消費者に帰属します。

エネルギーに加えて、他のいくつかの負荷特性も電力計を使用して判断できます。たとえば、無効電力量計と有効電力量計の測定値に従って、加重平均 tgφ 負荷の値を決定できます。 tgφ = Wq / Wp, Gwhere vs — 特定の有効電力量計によって考慮されるエネルギー量期間、Wq — 同じですが、同じ期間の無効電力量計によって考慮されます。 tgφがわかったら、三角関数表からcosφを求めます。

両方のカウンタのギア比と回路定数 D が同じであれば、ある瞬間の tgφ 負荷を求めることができます。このため、同じ時間間隔 t = (30 — 60) s で、無効電力量計の回転数 nq と有効電力量計の回転数 np を同時に読み取ります。すると、tgφ = nq / np となります。

負荷が十分に一定であれば、有効電力量計の測定値からその有効電力を求めることができます。

例 4… ギア比 1 kW x h = 2500 rpm の有効電力量計が変圧器の二次巻線に組み込まれています。メーター巻線は、kti = 100/5 の変流器と ktu = 400/100 の変圧器を介して接続されています。 50 秒間にディスクは 15 回転しました。有効電力を決定します。

定数回路 D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80。ギア比を考慮すると、カウンター定数 C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 kW NS s / rev。一定のスキームを考慮すると、C '= CD = 1.44 NS 80= 115.2 kW NS s /rev。

したがって、ディスクの n 回転は消費電力 Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 kW NS に相当します。したがって、負荷電力 P= Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 kW となります。