电能测量

电气产品根据其用途消耗（产生）执行有用功所消耗的有功能量。在恒定电压、电流和功率因数下，消耗（产生）的能量由 Wp = UItcosφ = Pt 的比率确定

其中 P = UIcosφ — 乘积的有功功率； t 是工作的持续时间。

能量的 SI 单位是焦耳 (J)。实际上，瓦特 NS 小时 (tu NS h) 仍使用非系统测量单位。这些单位之间的关系如下：1 Wh = 3.6 kJ 或 1 W s = 1 J。

在间歇电流电路中，消耗或产生的能量通过感应或静电计以电子方式测量。

从结构上看，感应计数器是一个微型电动机，转子每转一圈对应一定的电能。计数器读数与发动机转数之间的比率称为传动比，并在仪表板上显示：1 kW NS h = 磁盘的 N 转。齿轮比决定计数器常数C=1/N，kW NS h/rev； ° С=1000-3600 / N W NS s / rev.

在 SI 中，计数器常数以焦耳表示，因为转数是无量纲的量。为单相和三线和四线三相网络生产有功电能表。

米。 1... 将测量设备连接到单相网络的方案：a — 直接，b — 一系列测量互感器

单相电表（图1，a）电能有两个绕组：电流和电压，可以按照类似于单相电表开关方案的方案接入网络。为消除打开电表时的错误以及能量测量中的错误，建议在所有情况下都使用覆盖其输出端的盖子上指示的电表开关电路。

应该注意的是，当仪表的一个线圈中的电流方向发生变化时，圆盘开始向另一个方向旋转。因此，器件的电流线圈和电压线圈必须导通，使接收器耗电时，计数器按箭头指示的方向转动。

电流输出，由字母 G 表示，始终连接到电源侧，电流电路的第二个输出，由字母 I 表示。此外，电压线圈的输出，与输出 G 的单极性电流线圈，也连接到电源的一侧。

当通过测量互感器打开测量仪器时，电流互感器必须同时考虑电流互感器和电压互感器绕组的极性（图 1，b）。

制造的仪表既可用于任何电流互感器和电压互感器——通用的，在其符号名称中添加字母 U，也可用于其铭牌上标明额定变压比的变压器。

示例 1. 参数 Up = 100 V 和 I = 5 A 的万能表与初级电流为 400 A 次级电流为 5 A 的电流互感器和初级电压为 3000 V 的电压互感器一起使用次级电压为 100 V。

确定必须将电表读数乘以电路常数才能找到消耗的能量。

电路常数为电流互感器变比乘以电压互感器变比：D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400。

与瓦特表一样，测量设备可以与不同的测量转换器一起使用，但在这种情况下有必要重新计算读数。

示例 2. 设计用于变压比 kti1 = 400/5 的电流互感器和变压比 ktu1 = 6000/100 的电压互感器的测量设备用于能量测量方案，与具有此类变压比的其他变压器一起使用： kti2 = 100/ 5 和 ktu2 = 35000/100。确定计数器读数必须乘以的电路常数。

电路常数 D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35,000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583。

为测量三线网络中的能量而设计的三相电表在结构上是两个组合的单相电表（图 2，a，b）。它们有两个电流线圈和两个电压线圈。通常，此类计数器称为二元计数器。

上面所说的关于需要观察设备绕组的极性以及在单相电表的开关电路中与其一起使用的测量变压器的绕组的所有内容都完全适用于开关方案，三相电表。

为了区分三相电表中的元件，输出端额外标有数字，同时表示连接到输出端的供电网络相序。因此，对于标有数字 1、2、3 的结论，将 L1 (A) 相连接到端子 4、5 — L2 (B) 相和端子 7、8、9 — L3 (C) 相。

变压器中仪表读数的定义在示例 1 和 2 中进行了讨论，并且完全适用于三相仪表。请注意，作为乘数位于测量设备面板上变换系数前面的数字 3 仅说明需要使用三个变压器，因此在确定恒定电路时不考虑该数字。

示例 3... 确定与电流和电压互感器 3 NS 800 A / 5 和 3 x 15000 V / 100 一起使用的通用三相电表的电路常数（记录的形式与控制面板上的记录完全相同）。

确定电路常数：D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

米。 2、三相电表接入三线制方案：a-直接测量有功（P11装置）和无功（P12装置）电能，b——通过电流互感器测量有功电能

据了解，当改变 功率因数 在不同的电流下，I可以得到与有功功率φ相同的UIcos值，因此，电流的有功分量Ia = Icosφ。

增加功率因数会导致给定有功功率的电流 I 减少，从而提高传输线和其他设备的利用率。随着有功功率恒定时功率因数的降低，需要增加产品消耗的电流I，从而导致输电线路和其他设备的损耗增加。

因此，具有低功率因数的产品会从源头消耗额外的能量。 ΔWp 需要弥补与增加的电流值相对应的损失。这种额外的能量与产品的无功功率成正比，并且假设电流、电压和功率因数的值随时间恒定，可以通过比率 ΔWp = kWq = kUIsinφ 找到，其中 Wq = UIsinφ —无功功率（传统概念）。

即使电压、电流和功率因数随时间发生变化，电气产品的无功能量与电站额外产生的能量之间的比例也会保持不变。在实践中，无功电能由系统外部的一个单元（var NS h 及其衍生物——kvar NS h、Mvar NS h 等）使用特殊计数器测量，这些计数器在结构上与有功电能表完全相似，仅在开关上有所不同绕组电路（见图 2，a，设备 P12）。

确定电表测量的无功电能所涉及的所有计算与上述有功电能表的计算类似。

需要注意的是，电压绕组（见图1、2）消耗的能量不计入电表，所有费用由电力生产者承担，而设备电流回路消耗的能量从仪表中考虑，即这种情况下的成本归因于消费者。

除了能量之外，还可以使用功率计确定其他一些负载特性。例如，根据无功和有功电能表的读数，可以确定加权平均 tgφ 负载的值：一段时间，Wq — 相同，但在同一时间段内被无功电能表考虑在内。知道 tgφ，从三角表中求 cosφ。

如果两个计数器具有相同的齿轮比和电路常数 D，您可以找到给定时刻的 tgφ 负载。为此，对于相同的时间间隔t=(30-60)s，同时读取无功电能表的转数nq和有功电能表的转数np。则 tgφ = nq / np。

对于足够恒定的负载，可以根据有功电能表的读数确定其有功功率。

示例 4... 齿轮比为 1 kW x h = 2500 rpm 的有功电能表包含在变压器的次级绕组中。仪表绕组通过 kti = 100/5 的电流互感器和 ktu = 400/100 的电压互感器连接。在 50 秒内，圆盘转了 15 圈。确定有功功率。

恒定电路 D = (400 NS 100)/(5 x 100) =80。考虑到齿轮比，计数器常数 C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 kW NS s / rev。考虑到常数方案 C '= CD = 1.44 NS 80= 115.2 kW NS s / rev。

因此，n圈的磁盘对应的功耗Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 kW NS 与。因此，负载功率P = Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 kW。