Mesure de l'énergie électrique

Un produit électrique, conformément à sa destination, consomme (génère) de l'énergie active consommée pour effectuer un travail utile. A tension, courant et facteur de puissance constants, la quantité d'énergie consommée (générée) est déterminée par le rapport Wp = UItcosφ = Pt

où P = UIcosφ — puissance active du produit ; t est la durée du travail.

L'unité SI d'énergie est le joule (J). En pratique, une unité de mesure non systématique est encore utilisée pour le watt NS heure (tu NS h). La relation entre ces unités est la suivante : 1 Wh = 3,6 kJ ou 1 W s = 1 J.

Dans les circuits à courant intermittent, la quantité d'énergie consommée ou générée est mesurée par induction ou électroniquement par des électromètres.

Structurellement, le compteur à induction est un micromoteur électrique, chaque tour du rotor correspond à une certaine quantité d'énergie électrique. Le rapport entre les lectures du compteur et le nombre de tours effectués par le moteur s'appelle le rapport de démultiplication et est indiqué sur le tableau de bord : 1 kW NS h = N tours du disque.Le rapport de démultiplication détermine la contre-constante C = 1/N, kW NS h/tour ; ° С=1000-3600 / N W NS s / rév.

En SI, la contre-constante s'exprime en joules, puisque la vitesse de rotation est une grandeur sans dimension. Les compteurs d'énergie active sont produits pour les réseaux triphasés monophasés et triphasés et à quatre fils.

Riz. 1... Schéma de connexion des appareils de mesure à un réseau monophasé: a - direct, b - une série de transformateurs de mesure

Un compteur monophasé (Fig. 1, a) d'énergie électrique comporte deux enroulements: courant et tension et peut être connecté au réseau selon des schémas similaires aux schémas de commutation des wattmètres monophasés. Pour éliminer les erreurs d'allumage du compteur et donc les erreurs de mesure d'énergie, il est recommandé dans tous les cas d'utiliser le circuit de commutation du compteur indiqué sur le capot recouvrant ses sorties.

Il est à noter que lorsque le sens du courant dans l'une des bobines du compteur change, le disque se met à tourner dans l'autre sens. Par conséquent, la bobine de courant de l'appareil et la bobine de tension doivent être allumées, de sorte que lorsque le récepteur consomme de l'énergie, le compteur tourne dans le sens indiqué par la flèche.

La sortie de courant, désignée par la lettre G, est toujours connectée au côté alimentation, et la deuxième sortie du circuit de courant, désignée par la lettre I. De plus, la sortie de la bobine de tension, unipolaire avec la sortie G du bobine de courant, est également connectée sur le côté de l'alimentation.

Lorsque vous allumez les instruments de mesure via le transformateur de mesureLes transformateurs de courant doivent simultanément tenir compte de la polarité des enroulements des transformateurs de courant et des transformateurs de tension (Fig. 1, b).

Les compteurs sont fabriqués à la fois pour être utilisés avec tous les transformateurs de courant et transformateurs de tension - universels, dans la désignation du symbole desquels la lettre U est ajoutée, et pour être utilisés avec des transformateurs dont les rapports de transformation nominaux sont indiqués sur leur plaque signalétique.

Exemple 1. Un compteur universel avec des paramètres Up = 100 V et I = 5 A est utilisé avec un transformateur de courant avec un courant primaire de 400 A et un courant secondaire de 5 A et un transformateur de tension avec une tension primaire de 3000 V et un tension secondaire de 100 V.

Déterminez la constante du circuit par laquelle la lecture du compteur doit être multipliée pour trouver la quantité d'énergie consommée.

La constante du circuit correspond au produit du rapport de transformation du transformateur de courant par le rapport de transformation du transformateur de tension : D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400.

Comme les wattmètres, les appareils de mesure peuvent être utilisés avec différents convertisseurs de mesure, mais dans ce cas, il est nécessaire de recalculer les lectures.

Exemple 2. Un appareil de mesure conçu pour être utilisé avec un transformateur de courant avec un rapport de transformation kti1 = 400/5 et un transformateur de tension avec un rapport de transformation ktu1 = 6000/100 est utilisé dans un schéma de mesure d'énergie avec d'autres transformateurs avec de tels rapports de transformation : kti2 = 100/5 et ktu2 = 35000/100.Déterminez la constante du circuit par laquelle les lectures du compteur doivent être multipliées.

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

Les compteurs triphasés conçus pour mesurer l'énergie dans les réseaux à trois fils sont structurellement deux compteurs monophasés combinés (Fig. 2, a, b). Ils ont deux bobines de courant et deux bobines de tension. Habituellement, ces compteurs sont appelés à deux éléments.

Tout ce qui a été dit ci-dessus sur la nécessité de respecter la polarité des enroulements de l'appareil et les enroulements des transformateurs de mesure utilisés avec lui dans les circuits de commutation des compteurs monophasés s'applique entièrement aux schémas de commutation, les compteurs triphasés.

Pour distinguer les éléments les uns des autres dans les compteurs triphasés, les sorties sont en outre désignées par des chiffres indiquant simultanément la séquence des phases du réseau d'alimentation connectées aux sorties. Ainsi, aux conclusions marquées des numéros 1, 2, 3, connectez la phase L1 (A), aux bornes 4, 5 — phase L2 (B) et aux bornes 7, 8, 9 — phase L3 (C).

La définition des relevés de compteur inclus dans les transformateurs est discutée dans les exemples 1 et 2 et est entièrement applicable aux compteurs triphasés. Notez que le chiffre 3, qui se trouve sur le panneau de l'appareil de mesure devant le coefficient de transformation en tant que multiplicateur, ne parle que de la nécessité d'utiliser trois transformateurs et n'est donc pas pris en compte lors de la détermination du circuit constant.

Exemple 3… Déterminez la constante de circuit pour un compteur triphasé universel utilisé avec des transformateurs de courant et de tension, 3 NS 800 A / 5 et 3 x 15000 V / 100 (la forme de l'enregistrement répète exactement l'enregistrement sur le panneau de commande).

Déterminer la constante du circuit : D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

Riz. 2. Schémas de connexion de compteurs triphasés à un réseau à trois fils: a-directement pour mesurer l'énergie active (dispositif P11) et réactive (dispositif P12), b - via des transformateurs de courant pour mesurer l'énergie active

On sait que lors du changement facteur de puissance à des courants différents, je peux obtenir la même valeur de UIcos avec une puissance active φ, et, par conséquent, la composante active du courant Ia = Icos φ.

L'augmentation du facteur de puissance entraîne une diminution du courant I pour une puissance active donnée et améliore donc l'utilisation des lignes de transmission et autres équipements. Avec une diminution du facteur de puissance à puissance active constante, il est nécessaire d'augmenter le courant I consommé par le produit, ce qui entraîne une augmentation des pertes dans la ligne de transmission et les autres équipements.

Par conséquent, les produits à faible facteur de puissance consomment de l'énergie supplémentaire à la source. ΔWp nécessaire pour couvrir les pertes correspondant à l'augmentation de la valeur du courant. Cette énergie supplémentaire est proportionnelle à la puissance réactive du produit et, à condition que les valeurs de courant, de tension et de facteur de puissance soient constantes dans le temps, elle peut être trouvée par le rapport ΔWp = kWq = kUIsinφ, où Wq = UIsinφ — puissance réactive (notion conventionnelle).

La proportionnalité entre l'énergie réactive d'un produit électrique et l'énergie supplémentaire générée par la station est maintenue même lorsque la tension, le courant et le facteur de puissance changent dans le temps. En pratique, l'énergie réactive est mesurée par une unité extérieure au système (var NS h et ses dérivés - kvar NS h, Mvar NS h, etc.) à l'aide de compteurs spéciaux qui sont structurellement complètement similaires aux compteurs d'énergie active et ne diffèrent que sur la commutation circuits des enroulements (voir Fig. 2, a, dispositif P12).

Tous les calculs impliqués dans la détermination de l'énergie réactive mesurée par les compteurs sont similaires aux calculs ci-dessus pour les compteurs d'énergie active.

Il convient de noter que l'énergie consommée dans l'enroulement de tension (voir Fig. 1, 2) n'est pas prise en compte par le compteur, et tous les coûts sont à la charge du producteur d'électricité, et l'énergie consommée par le circuit de courant de l'appareil est pris en compte à partir du compteur, c'est-à-dire que les coûts dans ce cas sont imputés au consommateur.

En plus de l'énergie, certaines autres caractéristiques de charge peuvent être déterminées à l'aide de wattmètres. Par exemple, en fonction des relevés des compteurs d'énergie réactive et active, vous pouvez déterminer la valeur de la charge moyenne pondérée tgφ : tgφ = Wq / Wp, Goù vs — la quantité d'énergie prise en compte par le compteur d'énergie active pour un temps donné période de temps, Wq — la même, mais prise en compte par le compteur d'énergie réactive pour la même période de temps. Connaissant tgφ, à partir des tables trigonométriques trouver cosφ.

Si les deux compteurs ont le même rapport de démultiplication et la même constante de circuit D, vous pouvez trouver la charge tgφ pour un instant donné.A cet effet, pour le même intervalle de temps t = (30 — 60) s, le nombre de tours nq du compteur d'énergie réactive et le nombre de tours np du compteur d'énergie active sont lus simultanément. Alors tgφ = nq / np.

Avec une charge suffisamment constante, il est possible de déterminer sa puissance active à partir des lectures du compteur d'énergie active.

Exemple 4… Un compteur d'énergie active avec un rapport de démultiplication de 1 kW x h = 2500 tr/min est inclus dans l'enroulement secondaire du transformateur. Les enroulements du compteur sont connectés via des transformateurs de courant avec kti = 100/5 et des transformateurs de tension avec ktu = 400/100. En 50 secondes, le disque a fait 15 tours. Déterminer la puissance active.

Circuit constant D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80. Compte tenu du rapport de démultiplication, la contre-constante C = 3600 / N = 3600/2500 = 1,44 kW NS s / tr. En tenant compte du régime constant C' = CD = 1,44 NS 80 = 115,2 kW NS s/tr.

Ainsi, n spires des disques correspondent à la puissance consommée Wp = C'n = 115,2 [15 = 1728 kW NS avec donc la puissance de charge P= Wp / t = 17,28 / 50 = 34,56 kW.