विद्युत ऊर्जा का मापन

एक विद्युत उत्पाद, अपने उद्देश्य के अनुसार, उपयोगी कार्य करने के लिए खपत की गई सक्रिय ऊर्जा का उपभोग (उत्पन्न) करता है। निरंतर वोल्टेज, करंट और पावर फैक्टर पर, ऊर्जा की खपत (उत्पन्न) की मात्रा Wp = UItcosφ = Pt के अनुपात से निर्धारित होती है

जहाँ P = UIcosφ — उत्पाद की सक्रिय शक्ति; टी नौकरी की अवधि है।

ऊर्जा की SI इकाई जूल (J) है। व्यवहार में, माप की एक गैर-व्यवस्थित इकाई अभी भी वाट एनएस घंटे (टीयू एनएस एच) के लिए उपयोग की जाती है। इन इकाइयों के बीच संबंध इस प्रकार है: 1 Wh = 3.6 kJ या 1 W s = 1 J।

आंतरायिक वर्तमान सर्किट में, खपत या उत्पन्न ऊर्जा की मात्रा प्रेरण या इलेक्ट्रोमीटर द्वारा इलेक्ट्रॉनिक रूप से मापी जाती है।

संरचनात्मक रूप से, इंडक्शन काउंटर एक माइक्रोइलेक्ट्रिक मोटर है, रोटर की प्रत्येक क्रांति एक निश्चित मात्रा में विद्युत ऊर्जा से मेल खाती है। काउंटर रीडिंग और इंजन द्वारा किए गए क्रांतियों की संख्या के बीच के अनुपात को गियर अनुपात कहा जाता है और डैशबोर्ड पर इंगित किया जाता है: 1 kW NS h = डिस्क के N क्रांतियों।गियर अनुपात काउंटर स्थिरांक C = 1 / N, kW NS h / Rev निर्धारित करता है; ° С=1000-3600 / N W NS s / Rev।

SI में, काउंटर स्थिरांक जूल में व्यक्त किया जाता है, क्योंकि क्रांतियों की संख्या एक आयाम रहित मात्रा है। सक्रिय ऊर्जा मीटर एकल-चरण और तीन- और चार-तार तीन-चरण नेटवर्क दोनों के लिए निर्मित होते हैं।

चावल। 1... मापने वाले उपकरणों को एकल-चरण नेटवर्क से जोड़ने की योजना: ए - प्रत्यक्ष, बी - मापने वाले ट्रांसफार्मर की एक श्रृंखला

एकल-चरण मीटर (चित्र। 1, ए) विद्युत ऊर्जा में दो घुमाव होते हैं: वर्तमान और वोल्टेज और सिंगल-चरण वाटमीटर की स्विचिंग योजनाओं के समान योजनाओं के अनुसार नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है। मीटर को चालू करते समय त्रुटियों को समाप्त करने के लिए और इसलिए ऊर्जा माप में त्रुटियां, सभी मामलों में इसके आउटपुट को कवर करने वाले कवर पर इंगित मीटर के स्विचिंग सर्किट का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जब मीटर के किसी एक कॉइल में करंट की दिशा बदलती है, तो डिस्क दूसरी दिशा में घूमना शुरू कर देती है। इसलिए, डिवाइस के वर्तमान कॉइल और वोल्टेज कॉइल को चालू किया जाना चाहिए, ताकि जब रिसीवर बिजली की खपत करे, तो काउंटर तीर द्वारा इंगित दिशा में घूमे।

वर्तमान आउटपुट, अक्षर G द्वारा निरूपित, हमेशा आपूर्ति पक्ष से जुड़ा होता है, और वर्तमान सर्किट का दूसरा आउटपुट, अक्षर I द्वारा निरूपित किया जाता है। इसके अलावा, वोल्टेज कॉइल का आउटपुट, आउटपुट G के साथ एकध्रुवीय वर्तमान तार, बिजली की आपूर्ति पर पक्ष से भी जुड़ा हुआ है।

जब आप मापने वाले ट्रांसफार्मर के माध्यम से माप उपकरणों को चालू करते हैंटीवर्तमान ट्रांसफार्मर को एक साथ वर्तमान ट्रांसफार्मर और वोल्टेज ट्रांसफार्मर (छवि 1, बी) की वाइंडिंग की ध्रुवीयता को ध्यान में रखना चाहिए।

मीटर किसी भी वर्तमान ट्रांसफॉर्मर और वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर - यूनिवर्सल के साथ उपयोग के लिए निर्मित होते हैं, जिसके प्रतीक पदनाम में U अक्षर जोड़ा जाता है, और ट्रांसफॉर्मर के उपयोग के लिए जिनके रेटेड ट्रांसफॉर्मेशन अनुपात उनके नेमप्लेट पर दर्शाए जाते हैं।

उदाहरण 1. पैरामीटर के साथ एक सार्वभौमिक मीटर = 100 वी और आई = 5 ए वर्तमान ट्रांसफॉर्मर के साथ 400 ए के प्राथमिक प्रवाह और 5 ए के द्वितीयक प्रवाह और 3000 वी के प्राथमिक वोल्टेज के साथ वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर के साथ उपयोग किया जाता है। 100 वी का माध्यमिक वोल्टेज।

उस परिपथ स्थिरांक का निर्धारण करें जिससे खपत की गई ऊर्जा की मात्रा का पता लगाने के लिए मीटर रीडिंग को गुणा किया जाना चाहिए।

सर्किट स्थिरांक को वोल्टेज ट्रांसफार्मर परिवर्तन अनुपात द्वारा वर्तमान ट्रांसफार्मर परिवर्तन अनुपात के उत्पाद के रूप में पाया जाता है: D = kti NS ktu= (400 NS 3000)/(5 NS 100) =2400।

वाटमीटर की तरह, मापने वाले उपकरणों का उपयोग विभिन्न मापने वाले कन्वर्टर्स के साथ किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में रीडिंग को फिर से परिकलित करना आवश्यक है।

उदाहरण 2। परिवर्तन अनुपात kti1 = 400/5 के साथ एक वर्तमान ट्रांसफार्मर के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया एक मापने वाला उपकरण और एक परिवर्तन अनुपात ktu1 = 6000/100 के साथ एक वोल्टेज ट्रांसफार्मर का उपयोग ऐसे परिवर्तन अनुपात वाले अन्य ट्रांसफार्मर के साथ ऊर्जा माप योजना में किया जाता है: kti2 = 100/5 और ktu2 = 35000/100।सर्किट स्थिरांक निर्धारित करें जिसके द्वारा काउंटर रीडिंग को गुणा किया जाना चाहिए।

सर्किट स्थिरांक D = (kti2 NS ktu2) / (kti1 NS ktu1) = (100 NS 35,000) /(400 NS 6000) = 35/24 = 1.4583।

तीन-तार नेटवर्क में ऊर्जा को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए तीन-चरण मीटर संरचनात्मक रूप से दो संयुक्त एकल-चरण मीटर (चित्र 2, ए, बी) हैं। उनके पास दो करंट कॉइल और दो वोल्टेज कॉइल हैं। आमतौर पर ऐसे काउंटरों को टू-एलिमेंट कहा जाता है।

डिवाइस की वाइंडिंग्स की ध्रुवीयता का निरीक्षण करने की आवश्यकता के बारे में ऊपर कही गई सभी बातें और सिंगल-फेज मीटर के स्विचिंग सर्किट में इसके साथ उपयोग किए जाने वाले मापने वाले ट्रांसफॉर्मर की वाइंडिंग पूरी तरह से स्विचिंग स्कीम, थ्री-फेज मीटर पर लागू होती हैं।

तीन-चरण मीटर में तत्वों को एक दूसरे से अलग करने के लिए, आउटपुट को अतिरिक्त रूप से संख्याओं के साथ नामित किया जाता है जो आउटपुट से जुड़े आपूर्ति नेटवर्क के चरणों के अनुक्रम को दर्शाता है। इस प्रकार, संख्या 1, 2, 3 के साथ चिह्नित निष्कर्ष के लिए, चरण L1 (A), टर्मिनलों 4, 5 - चरण L2 (B) और टर्मिनलों 7, 8, 9 - चरण L3 (C) से जुड़ें।

ट्रांसफार्मर में शामिल मीटर रीडिंग की परिभाषा पर उदाहरण 1 और 2 में चर्चा की गई है और यह तीन-चरण मीटर पर पूरी तरह से लागू है। ध्यान दें कि नंबर 3, जो गुणक के रूप में परिवर्तन गुणांक के सामने मापने वाले उपकरण के पैनल पर खड़ा होता है, केवल तीन ट्रांसफार्मर का उपयोग करने की आवश्यकता की बात करता है और इसलिए निरंतर सर्किट का निर्धारण करते समय इसे ध्यान में नहीं रखा जाता है।

उदाहरण 3... वर्तमान और वोल्टेज ट्रांसफार्मर, 3 NS 800 A / 5 और 3 x 15000 V / 100 के साथ उपयोग किए जाने वाले एक सार्वभौमिक तीन-चरण मीटर के लिए सर्किट स्थिरांक निर्धारित करें (रिकॉर्ड का रूप नियंत्रण कक्ष पर रिकॉर्ड को बिल्कुल दोहराता है)।

सर्किट स्थिरांक निर्धारित करें: D = kti NS ktu = (800 x 1500)/(5-100) =24000

चावल। 2. तीन-चरण मीटर को तीन-तार नेटवर्क से जोड़ने की योजनाएँ: ए-सीधे सक्रिय (डिवाइस P11) और प्रतिक्रियाशील (डिवाइस P12) ऊर्जा को मापने के लिए, b - सक्रिय ऊर्जा को मापने के लिए वर्तमान ट्रांसफार्मर के माध्यम से

यह ज्ञात है कि बदलते समय ऊर्जा घटक विभिन्न धाराओं पर मैं सक्रिय शक्तिφ के साथ UIcos का समान मान प्राप्त कर सकता हूं, और इसलिए, वर्तमान Ia = Icosφ का सक्रिय घटक।

पावर फैक्टर को बढ़ाने से दी गई सक्रिय शक्ति के लिए वर्तमान I में कमी आती है और इसलिए ट्रांसमिशन लाइनों और अन्य उपकरणों के उपयोग में सुधार होता है। निरंतर सक्रिय शक्ति पर पावर फैक्टर में कमी के साथ, उत्पाद द्वारा उपभोग की जाने वाली वर्तमान I को बढ़ाना आवश्यक है, जिससे ट्रांसमिशन लाइन और अन्य उपकरणों में नुकसान में वृद्धि होती है।

इसलिए, कम शक्ति कारक वाले उत्पाद स्रोत से अतिरिक्त ऊर्जा की खपत करते हैं। ΔWp बढ़े हुए वर्तमान मूल्य के अनुरूप नुकसान को कवर करने के लिए आवश्यक है। यह अतिरिक्त ऊर्जा उत्पाद की प्रतिक्रियाशील शक्ति के लिए आनुपातिक है और, बशर्ते कि वर्तमान, वोल्टेज और पावर फैक्टर के मान समय के साथ स्थिर हों, इसे ΔWp = kWq = kUIsinφ के अनुपात से पाया जा सकता है, जहाँ Wq = UIsinφ — प्रतिक्रियाशील शक्ति (पारंपरिक अवधारणा)।

एक विद्युत उत्पाद की प्रतिक्रियाशील ऊर्जा और स्टेशन की अतिरिक्त उत्पन्न ऊर्जा के बीच आनुपातिकता तब भी बनी रहती है जब वोल्टेज, करंट और पावर फैक्टर समय के साथ बदलते हैं। व्यवहार में, प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को सिस्टम के बाहर एक इकाई द्वारा मापा जाता है (var NS h और इसके डेरिवेटिव - kvar NS h, Mvar NS h, आदि) विशेष काउंटरों का उपयोग करके जो संरचनात्मक रूप से पूरी तरह से सक्रिय ऊर्जा मीटर के समान होते हैं और केवल स्विचिंग पर भिन्न होते हैं वाइंडिंग्स के सर्किट (चित्र 2, ए, डिवाइस पी 12 देखें)।

मीटर द्वारा मापी गई प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को निर्धारित करने में शामिल सभी गणनाएँ सक्रिय ऊर्जा मीटर के लिए उपरोक्त गणनाओं के समान हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वोल्टेज वाइंडिंग में खपत ऊर्जा (चित्र 1, 2 देखें) को मीटर द्वारा ध्यान में नहीं रखा जाता है, और सभी लागतें बिजली निर्माता द्वारा वहन की जाती हैं, और डिवाइस के वर्तमान सर्किट द्वारा खपत ऊर्जा मीटर से हिसाब लिया जाता है, यानी इस मामले में लागत का श्रेय उपभोक्ता को दिया जाता है।

ऊर्जा के अतिरिक्त, बिजली मीटर का उपयोग करके कुछ अन्य लोड विशेषताओं को निर्धारित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाशील और सक्रिय ऊर्जा मीटर की रीडिंग के अनुसार, आप भारित औसत tgφ लोड का मान निर्धारित कर सकते हैं: tgφ = Wq / Wp, Gजहाँ बनाम - किसी दिए गए के लिए सक्रिय ऊर्जा मीटर द्वारा ली गई ऊर्जा की मात्रा समय की अवधि, Wq - वही, लेकिन प्रतिक्रियाशील ऊर्जा मीटर द्वारा उसी अवधि के लिए ध्यान में रखा जाता है। tgφ को जानने के बाद, त्रिकोणमितीय तालिकाओं से cosφ ज्ञात करें।

यदि दोनों काउंटरों में समान गियर अनुपात और सर्किट स्थिरांक D है, तो आप किसी दिए गए क्षण के लिए tgφ लोड पा सकते हैं।इस प्रयोजन के लिए, एक ही समय अंतराल के लिए t = (30 - 60) एस, प्रतिक्रियाशील ऊर्जा मीटर के क्रांतियों nq की संख्या और सक्रिय ऊर्जा मीटर के क्रांतियों की संख्या np को एक साथ पढ़ा जाता है। तब tgφ = nq / np।

पर्याप्त रूप से स्थिर भार के साथ, सक्रिय ऊर्जा मीटर की रीडिंग से इसकी सक्रिय शक्ति का निर्धारण करना संभव है।

उदाहरण 4... 1 kW x h = 2500 rpm के गियर अनुपात के साथ एक सक्रिय ऊर्जा मीटर ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग में शामिल है। मीटर वाइंडिंग वर्तमान ट्रांसफार्मर के माध्यम से केटीआई = 100/5 और वोल्टेज ट्रांसफार्मर केटीयू = 400/100 के साथ जुड़े हुए हैं। 50 सेकंड में डिस्क ने 15 चक्कर लगाए। सक्रिय शक्ति का निर्धारण करें।

लगातार सर्किट डी = (400 एनएस 100)/(5 x 100) =80। गियर अनुपात को ध्यान में रखते हुए, काउंटर स्थिरांक C = 3600 / N = 3600/2500 = 1.44 kW NS s / Rev। निरंतर योजना सी '= सीडी = 1.44 एनएस 80= 115.2 किलोवाट एनएस एस / रेव को ध्यान में रखते हुए।

इस प्रकार, डिस्क के n मोड़ बिजली की खपत Wp = C'n = 115.2 [15 = 1728 kW NS के साथ। इसलिए, लोड पावर P= Wp / t = 17.28 / 50 = 34.56 kW के अनुरूप हैं।