Измерение электрической энергии

Измерение — электрическая энергия

Схема устройства и включения двухэлементного однодискового счетчика.| Схема соединения счетчика реактивной энергии типа ИР.

Измерение электрической энергии в трехфазных четы-рехпроводных цепях производится трехэлементным счетчиком. Он имеет три электромагнитные системы, такие же, как и у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси с шестеренкой для приведения в действие счетного механизма.
 

Измерение электрической энергии за определенный промежуток времени выполняется на трансформаторных подстанциях со стороны первичного, а иногда и вторичного напряжения, где устанавливают счетчики активной и реактивной энергии, которые включают через соответствующие измерительные трансформаторы напряжения и тока. При учете электрической энергии со стороны вторичного напряжения измерительные трансформаторы напряжения могут отсутствовать.
 

Измерение электрической энергии ча определенный промежуток времени выполняется на трансформаторных подстанциях со стороны первичного, а иногда и вторичного напряжения, где устанавливают счетчики активной и реактивной энергии, которые включают через соответствующие измерительные трансформаторы напряжения и тока. При учете электрической энергии со стороны вторичного напряжения измерительные трансформаторы напряжения могут отсутствовать.
 

Для измерения электрической энергии ( активной и реактивной) в цепях переменного тока используются счетчики индукционной системы, которым в последнее время все большую конкуренцию составляют электронные счетчики.
 

Для измерения электрической энергии в четырехпро-водных цепях применяются трехэлементные счетчики. Схема включения такого счетчика ( рис. 12 — 7) принципиально та же, что и ваттметра. Счетчик имеет один счетный механизм. Устройство каждой электромагнитной системы трехэлементного счетчика ничем не от личается от устройства электромагнитной системы одно фазного счетчика.
 

Для измерения электрической энергии пользуются электрическими счетчиками. Счетчики для измерения переменного тока обычно строятся на принципе индукционной системы. Две обмотки счетчика, из которых одна включается последовательно в цепь, а вторая параллельно, создают вращающееся магнитное поле, которое пересекает алюминиевый диск и индуктирует в нем вихревые токи. Последние, взаимодействуя с полем, заставляют диск вращаться. Вращение диска передается счетному механизму.
 

Схема включения приборов для контроля работы генератора.

Для измерения электрической энергии применяют трехфазные индукционные счетчики, включаемые по схеме двух ваттметров.
 

Для измерения электрической энергии применяются индукционные счетчики класса 2 5, использование которых приводит к большим отклонениям в отпуске и потреблении электроэнергии. Более совершенны электронные счетчики, имеющие значительно меньшую погрешность измерения.
 

Единицей измерения электрической энергии является джоуль ( дж) I дж I в х I к 0 239 кал 10 эрг.
 

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами изменения номинальных ( максимальных) токов и напряжений. Для энергии, потребляемой различными электротехническими устройствами, нижний предел диапазона измерения тока равен примерно 10 — 9 А, а напряжения — 10 — 6 В. Верхний предел диапазона измерения тока достигает Ю4 А, а напряжение — 106 В.
 

Основные характеристики милливольт и миллиамперметров М-82.

Приборы для измерения электрической энергии называются счетчиками и градуируются в киловатт-часах.
 

Применяемые в измерениях электрической энергии приборы: потенциометры, нормальные элементы и образцовые катушки сопротивления должны периодически проверяться в специальных поверочных учреждениях. Приборы измерения времени можно с достаточной точностью проверить самостоятельно по радиосигналам точного времени. Подробнее об измерении электрической энергии в калориметрии будет сказано в гл.
 

Энергия в повседневной жизни

Все вокруг нас зависит от энергии. Автомобили зависят от хранившейся в используемом ими топливе. Используется в домах, офисах и индустрии для того чтобы заставить работать все виды машин. Она используется для освещения и нагревания наших домов, для того чтобы варить и хранить нашу еду.

Очевидно, трудно сказать, что такое энергия, но она важна для нас. Легче сказать, на что способна.

Все, что работает, должно иметь запас энергии. Мотоцикл не будет продолжать работать, если он не снабжен бензином. Бензин обеспечивает ресурсами, которые двигатель использует для работы.

Когда человек нажимает педали велосипеда, сила приходит от мышц в вашем теле. Ваши мышцы получают энергию от пищи, которую вы едите. Если необходимо больше чем есть у человека, то экстренная энергия хранится в теле как жир. С другой стороны, неадекватная энергетическая диета приведет к худому и действительно нездоровому организму!

Все, что мы делаем, требует энергии даже для сна! В таблице ниже показано количество необходимое для различных видов деятельности.

Энергия, вовлеченная в повседневную деятельность:

Деятельность:	кДж в час:
Человек спит	200
Сидит на совещании	300
Легкая работа	550
Ходьба	700
Активная работа	850
Идет в гору	1000
Велоспорт	1150
Бег	1700
Электрическая энергия, используемая средним домом всей семьей, в день	80 000 кДж

Как узнать мощность прибора

Сделать это можно несколькими способами:

• Посмотреть в техническом паспорте или на специальной наклейке (шильдике) на устройстве. Последний обычно располагается на задней стенке или основании.
• Посмотреть по модели прибора характеристики в интернете.
• При помощи счетчика электроэнергии. Необходимо выключить все прочие потребители тока, замерить показатель, затем включить нужное устройство и подождать 15 минут. Затем вновь замерить показатель и полученную разницу умножить на 4. В итоге получится потребление тока за час.

При помощи счетчика можно измерять примерную мощность

• При помощи закона Ома: P = U2 /R, где U — напряжение в 230 В, а R — сопротивление, которое необходимо измерить тестером.
• Ваттметром: это измеритель, который представляет собой «переходник» между розеткой и прибором. При включении на индикаторе появится точное значение.

Производитель обычно указывает максимальную мощность — больше этого значения оборудование потреблять не будет. В обычном состоянии устройству требуется меньше энергии, при расчете стоит брать максимальное значение.

При самостоятельном определении получится среднее число — столько в среднем потребляет техника. Это число стоит немного увеличить, чтобы остался небольшой запас.

При определении при помощи ваттметра цифра получается крайне точной — столько тока в конкретный момент потребляет прибор. Значение также стоит немного увеличить.

Ваттметр позволяет точно определить количество электричества

Потребляемая мощность техники — это важная величина, которая показывает, сколько электроэнергии потребляется. Эта величина необходима для правильной и безопасной эксплуатации электросети: при несовпадении мощности прибора и розетки возможно короткое замыкание или пожар.

Вам это будет интересно  Особенности использования канифоли

Разница между киловатт и киловатт-час

Киловатт (кВт) – единица, используемая при измерении мощности, образованная от Ватт.

Киловатт-час (кВТ∙ч) – единица, используемая при учете электроэнергии.

Они очень схожи, но это касается только названия. Более того, данные единицы относятся к разным физическим величинам.

Ватт (Вт) – системная единица, применяемая в измерении мощности. Универсальная производная в системе СИ, обладающая особым наименованием и обозначением. Была признана в 1889 году и названа в честь человека, который ее придумал в процессе создания универсальной паровой машины – Джеймс Ватт. Но в СИ единицу включили лишь в 1960 году. С того же времени она приобрела широкое применение в измерении любой мощности:

• электрической;
• тепловой;
• механической и т. п.

Единицы мощности кратные Вт:

• 1 Вт;
• 1 000 Вт = 1 кВт;
• 1 000 000 Вт = 1000 кВт = 1 мВт;
• 1 000 000 000 Вт = 1000 мВт = 1 000 000 кВт = 1 гВт.

Киловатт-час отсутствует в системе СИ, относясь к внесистемным единицам. С ее помощью производится исключительно измерение количества используемой или произведенной энергии.

На территории Российской Федерации использование этой единицы регламентировано ГОСТ 8.417-2002, который обуславливает однозначное название, формулировка и область применения. Рекомендовано применять кВТ∙ч в качестве основной единицы измерения учета количества электроэнергии. Потому что именно данная мера признана самой удобной и практичной, позволяющей получать самые точные результаты.

Но ГОСТ не запрещает применение кратных показателей, где это действительно уместно:

• 1 кВт∙ч = 1000 Вт∙ч;
• 1 мВт∙ч = 1000 кВт∙ч и т. п.

Правильное написание показателей:

• полное прописное название пишется через дефис – киловатт-час;
• сокращенное обозначение пишется через точку посередине – кВт∙ч.

Мощность электроприборов обозначается так:

• ватты и киловатты – Вт, кВт, W, kW;
• ватт-час и киловатт-час – Вт∙ч, кВт∙ч, W∙h, kW∙h;
• вольт-амперы и киловольт-амперы – VA, kVA.

Вт и кВт применяются для обозначения общей физической мощности любого прибора относящегося к электрическим устройствам. Если на корпусе обозначены цифры с указанием одной из этих единиц, значит, прибор развивает данную мощность. Но для тепловых электроприборов пишут тепловую мощность, которую может выдать основной тепловой элемент.

В чем измеряется энергия

В переводе с греческого языка энергия – деятельность, сила, действие. Она является величиной скалярной и измеряет всевозможные виды движения и взаимосвязи материи. Энергия обозначается буквой E. Единицами измерения этой величины служат: в системе СИ – джоуль (Дж), в системе СГС – эрг.

Подсчёт электрической энергии, потребляемой электроприборами, осуществляют счётчики. Они выдают численные показания потребляемой мощности (квт) в квт час.

Связь между силой и энергией

Установлена связь между консервативной силой, которая вызывает потенциальную энергию всех взаимодействующих между собой тел, и этой энергией.

К сведению. Консервативными силами называются такие силы, которые совершают работу по перемещению точки. При этом работа обусловливается крайними положениями этой точки: начальным и конечным.

К консервативным силам относятся следующие силы:

• тяжести;
• упругости;
• кулоновские силы.

Если замкнуть траекторию движения точки под действием консервативных сил, она будет равна нулю.

Проследить связь можно по следующему алгоритму:

1. Когда в любой точке пространства тело подвержено действию консервативной силы, значит, оно расположено в потенциальном поле.
2. Изменение положения тела внутри поля вызывает изменение потенциальной энергии, при котором консервативная сила выполняет работу.

Эта работа может быть выражена математическими действиями. К примеру, перемещение тела произошло в случайном направлении r, отклонившись от начального положения на очень малое расстояние dr. Значит, dA = F*dr*cosα = Fr, dr, где F = F* cosα составляет проекцию силы на направление r.

Есть равенство: dA = – dEп, где Eп – потенциальная энергия. Значит, поставив знак равенства между двумя выражениями, получается:

Fr *dr = – dEп, из которого выражается Fr =  – dEп/dr.

Соотношение dEп/dr – это величина, показывающая скорость изменения потенциальной энергии вдоль данного направления, является производной Eп по направлению r.

Внимание! Знак «минус» означает уменьшение потенциальной энергии в направлении dr. Символ частной производной указывает на то, что дифференцирование потенциальной энергии Eп (x, y, z) происходит только с аргументом x при неизменных двух других

Мощность и энергия

Мощностью Р называется работа, производимая в единицу времени. Единица измерения мощности – ватт (Вт). Чтобы узнать, 1 квт сколько вт, нужно помнить, что «кило» это 103. Следовательно, 1 квт = 103 вт, а 10 квт = 104 вт.

Обычно мощность электроприёмников измеряют в киловаттах. Применимо к технике ещё существует измерение мощности в лошадиных силах (л.с.). Одна такая лошадиная сила равна 736 Вт.

Мощность и лошадиные силы

Возможность определённого тела или целой системы выполнять работу характеризуется их энергией. Энергия объединяет в своём понятии все события в природе. Для различных видов движения характерны разные виды энергии.

Совет. Механическая энергия, относящаяся к движению тела, называется кинетической, связанная с взаимоположением тел (частей тела) системы – потенциальной.

Калории и джоули

Прежде, чем разбираться, как переводить (конвертировать) калории в джоули и обратно, нужно знать, что означают эти два понятия.

Джоулем называется единица, которой измеряют работу, энергию или количество теплоты. В международной системе СИ джоуль обозначается Дж (J). Работа, производимая силой в один ньютон (1Н) по перемещению точки по направлению приложения силы на один метр (1м), равна одному джоулю (1 Дж).

Калория – величина, отдельно не отражённая в системах измерений, служит для определения количества тепла. Чтобы нагреть 1 г. воды на 1 С0, необходимо потратить энергию, равную 1 калории (кал). При этом 1 кал = 4,1868 Дж.

Связь с другими единицами

Для выражения калорий в джоули и назад можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Интерфейс программы позволяет вводить значения необходимых величин (пользуясь сокращениями кратных значений). Когда под рукой нет интернета, легко осуществить перевод, составив пропорцию. К примеру, необходимо узнать, сколько килокалорий в 100 кДж. Для этого составляют пропорцию:

• 1 кКал = 4,1868 кДж;
• Х = 100 кДж.

Решая пропорцию, получают выражение Х=100*1/4,1868 = 23,9 кКал. Ответ – в 100 кДж заключается 23,9 ккал.

Проблема правильной эксплуатации бытовой электрической сети

С конструктивной точки зрения бытовая электрическая сеть отработана до высокой степени совершенства: ее нормальная эксплуатация не требует специальных знаний.

Сеть рассчитана на определенные условия эксплуатации, нарушение которых приводит к полному или частичному отказу, а в тяжелых случаях – к возникновению пожара.

Условие правильной эксплуатации – отсутствие перегрузки.

При этом нагрузочная способность розеток и потребление подключаемой к ним техники измеряется различными единицами:

• для розеток это максимально допустимый переменный ток (6 А у традиционных советских розеток старого жилого фонда, 10 или даже 16 А у розеток европейского стиля);
• подключаемое оборудование характеризуются мощностью, которая измеряется в Ваттах (для мощных устройств вместо Ватт указываются более крупные единицы: киловатты (1 кВт = 1000 Вт), что позволяет не путаться в многочисленных нулях).

Отсюда возникает необходимость:

• определения связи мощности и тока;
• нахождения мощности отдельного электрического прибора.

Связь между Ваттами и Амперами проста и следует прямо из приведенного выше определения Ватта. Задача упрощается тем, что напряжение исправной бытовой сети всегда одинаково (220 или 230 В). Отсюда по току всегда находится мощность.

Сохранение энергии

Хотя энергия может изменить свою форму, она не может просто исчезнуть. Если проследить источник то обнаружится, что она просто не появляется из ниоткуда.

Эти открытия привели ученых к утверждению закона об энергии.

Первая часть гласит, что энергия должна откуда-то поступать. Она никогда не создается из ничего, но может изменяться из одной формы в другую, но общее количество остается неизменным. Энергетические цепи обычно начинаются с некоторой формы потенциальной энергии. Если проследить множество энергетических цепочек, то можно обнаружить, что она исходит от ядерных реакций внутри Солнца, которые преобразуют энергию, хранящуюся в атомных ядрах в тепловую и лучистую.

• Согласно Закону сохранения: вход = выходу
• Это уравнение может быть изменено на: потребление = полезное + отходы

Конструкторы обеспокоены тем, чтобы сделать приборы, которые производят максимальный коэффициент полезного действия.

Это измеряется энергоэффективностью: энергоэффективность % = полезная энергия x 100/потребляемая

Человеческий организм не очень эффективен в преобразовании энергии. Спортсмен использует до 40000 джоулей химической (пищевой) при спринте на 100 м. Только 8000 из этого преобразуется в кинетическую энергию бега. Остальное тратится как тепло!

Количество энергии, преобразуемой машиной каждую секунду, называется мощностью машины. Мощность измеряется в ваттах (1 ватт равен 1 джоулю энергии, преобразуемой в каждую секунду).

Виды энергии[править]

Виды энергии:

• Механическая
• Электрическая
• Электромагнитная
• Химическая
• Ядерная
• Тепловая
• Вакуума

Гипотетические:

Тёмная

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергия взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения). Их сумма называется полной энергией.

Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловом эквиваленте.

В химии рассматриваются такие величины как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

Uл – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

От джоуля к киловатту

Так как 1 квт – это одна тысяча ватт, то взаимосвязь между этими двумя системными величинами рассматривают, изначально опираясь на один ватт.

Понятие джоуля

В чем измеряется мощность

Применительно к электрической цепи 1 Дж равен работе, которую силы электрополя совершают за 1 секунду (с), поддерживая силу тока, равную 1 ампер (А), при напряжении 1 вольт (В). Иными словами 1 кДж = 1 квт-час.

Перевод джоулей в киловатт-часы

Чтобы перевести известное количество джоулей в киловатт-часы, выполняют это при прямом и обратном преобразовании механической и электрической энергий. Это необходимо при выполнении расчётов производительности электромашин: двигателей и генераторов.

Важно! Для расчётов используют известное соотношение 1 МДж = 0,277(7) кВт⋅ч, из которого следует, что 1 кВт⋅ч = 3,6 МДж. Мега – это 1*106

Например, нужно перевести 15 МДж в кВт⋅ч. Для этого умножается 15 на 0,277:

15*0,277 = 4,15 кВт⋅ч.

Если необходимо определить, сколько джоулей составляют 15 кВт⋅ч, считают следующим образом:

15*3,6 = 54 МДж = 54000 кДж = 54*106 Дж.

Справедливость таких расчётов основана на том, что реализация перехода на иную систему измерения выполнена с учётом времени. Один час в переводе на минуты равен 60 минутам. Минута, в свою очередь, состоит 60 секунд, и их в одном часе 3600. Один киловатт содержит в себе 1000 ватт. Умножение количества ватт на количество секунд даёт размер одного джоуля – 3,6 миллиона (МДж). Запись потребления энергии в киловаттах для расчётов суммы оплаты упростило оценку показаний счётчиков.

Изменение размерности единиц мощности

Часто можно встретить вопросы, связанные с размерностью единиц P. Наиболее часто встречаются такие вопросы, как:

• киловатт что это;
• сколько квт ч в квт;
• сколько 1квт равен вт;
• 1 квт сколько это вт или кват;
• сколько ватт в 1 квт;
• какое количество киловатт в киловатт⋅час.

Несмотря на все варианты буквенных сокращений, всё просто. Кило – это тысяча, значит, 1 квт равен 1000 ватт (вт). Это справедливо и для вольт – 1 киловольт (кв) равен 1000 вольт. Тысяча киловатт равна 1 мегаватт (Мвт). Кратность единиц помогает чётко определять разряды величин мощности P.

Пользуясь этими данными, удобно планировать семейный бюджет. Умножением расходуемой прибором мощности на количество времени его эксплуатации можно оценить его суточное потребление. Произведение суточной нагрузки на количество календарных дней в месяце позволяет точно оценить энергопотребление всего жилья.

Проблемы энергопотребления[править]

Существует довольно много форм энергии, большинство из которых так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

На современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергосбережения. Темпы энергопотребления растут во всем мире, но новых технологий экологически чистого энергопотребления не придумано. Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, не экологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т. д.

https://youtube.com/watch?v=ueE-XPjVkRY

Основные показатели качества электроэнергии

Список основных показателей качества электрической энергии:

• установившееся отклонение напряжения;
• размах изменения напряжения;
• доза фликера;
• коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
• коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;
• коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
• коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
• отклонение частоты;
• длительность провала напряжения;
• импульсное напряжение;
• коэффициент временного перенапряжения.

Отклонение напряжения

Одним из параметров качества электроэнергии является отклонение напряжения.

Отклонение напряжения определяется значением установившегося отклонения напряжения. Для значения отклонения напряжения установлены нижеследующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электроэнергии равны соответственно +5 и +10% от номинального напряжения электрической сети.

Значение отклонения напряжения определяется при длительности процесса более одной минуты. Нормально допустимым отклонением

напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В).Предельно допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 10%, то есть: +/-10% (от 198 В до 242 В).

Для определенных выше показателей качества электроэнергии действуют следующие нормативы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю.