В чем измеряется нагрузка в электрических сетях: Измерение электрической мощности — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Измерение электрической мощности

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная. Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R_н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

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:

U_л – 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.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

Электрические нагрузки | Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий

Страница 21 из 31

Правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором для выбора количества и мощности трансформаторных подстанций, сечений проводов и кабелей, защитной и другой аппаратуры, электрооборудования и электроконструкций и, следовательно, для выявления размеров капиталовложений в сеть.
Превышение нагрузок зданий в сравнении с фактическими влечет за собой завышение количества и мощности подстанций и всех других элементов сети и перерасход электроэнергии за счет снижения КПД трансформаторов. Напротив, занижение нагрузок ведет к выходу из строя оборудования и проводников и необходимости преждевременной реконструкции сети. Трудности правильного определения нагрузок жилых зданий заключаются прежде всего в том, что нагрузки являются случайными величинами и зависят от уклада жизни различных семей, набора электроприемников, материального достатка семьи и многих других факторов. Нагрузки жилых зданий существенно меняются в течение суток и в зависимости от времени года.

Существует ряд методов для определения удельных нагрузок (кВт/квартиру), базирующихся на фактических показателях, определяемых на основе многолетних измерений в большом числе квартир и обработанных метода ми теории вероятностей и математической статистики. Нормируемые значения удельных нагрузок устанавливаются с учетом их естественного роста на перспективу для внутренних сетей в течение 15 лет, для внешних сетей — 8—10 лет. Учитывается также неизбежная асимметрия нагрузок, вызванная случайным характером включения бытовых приборов в квартирах.
Все эти вопросы широко освещены в технической литературе и выходят за пределы данной книги [14].

Нагрузки жилых зданий.

В табл. 5.1 приведены удельные расчетные нагрузки потребителей электроэнергии квартир посемейного заселения. Для определения электрических нагрузок квартир во всех элементах сети (питающие линии, вводы в здания, шины низшего напряжения трансформаторных подстанций) можно пользоваться формулой

(5.1) где Ркв — расчетная нагрузка квартир одного или группы домов, кВт; Ркв,уд — удельная расчетная нагрузка, кВт/квартиру; Рк,уд — удельная расчетная нагрузка бытовых кондиционеров воздуха, кВт/квартиру; п — число квартир.
Удельные расчетные нагрузки установлены инструкцией по проектированию электрооборудования жилых зданий СН 544-82, утвержденной Госгражданстроем СССР.

При этом Ркв,уд действительны для любого климатического района страны. Нагрузки от бытовых кондиционеров учитываются только для некоторых южных районов (см. примечание 8 к табл. 5.1).
Расчетные нагрузки силовых электроприемников, приведенные к вводу жилого дома, линии или к шинам 0,4 кВ ТП определяются:
а) лифтовых установок Рл по формуле, кВт,
(5.2) где Кс,л — коэффициент спроса, определенный по табл. 5.2 в зависимости от количества лифтовых установок, присоединенных к линии, и этажности зданий; пл — количество лифтовых установок; Рпi — установленная мощность электродвигателя ί-го лифта по паспорту, кВт;
б) электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств — по их установленной мощности с учетом коэффициента спроса 0,7.

Таблица 5.1. Удельные расчетные нагрузки на одну квартиру жилого дома

Потребители электроэнергии	Удельные расчетные нагрузки, кВт/квартиру, при количестве квартир
Потребители электроэнергии	1—3	6	9	12	15	18	24	40	61)	100	200	400	600	1Ш
Квартиры с плитами на природном газе	4,5	2,3	1,75	1,45	1,3	1,15	1	0,8	0,7	0,6	0,5	0,45	0,43	0,4
Квартиры с плитами на сжиженном газе (в том числе при групповых установках) и твердом топливе	5	2,6	2	1,65	1,48	1,35	1,15	1	0,9	0,8	0,75	0,7	0,65	0,55
Квартиры с электрическими плитами мощностью до 5,8 кВт	6	3,2	2,7	2,4	2,15	2	1,8	1,5	1,3	1,15	1	0,9	0,85	0,8
Квартиры с электрическими плитами мощностью от 5,9 до 8 кВт	7	4	3	2,5	2,15	2	1,8	1,5	1,3	1,15	1	0,9	0,85	0,8

Дома на участках садоводческих товариществ	3	1,5	1,1	0,9	0,75	0,7	0,6	0,5	0,45	0,4	0,38	0,35	0,33	0,3
Бытовые кондиционеры воздуха	1,1	1	0,95	0,9	0,83	0,8	0,7	0,58	0,45	0,3	0,25	0,1	0	0

Примечания: 1. Определение расчетной нагрузки для количества квартир, не указанных в таблице, проводится путем интерполяции.

Удельные расчетные нагрузки квартир учитывают нагрузку освещения общедомовых помещений.
Удельные расчетные нагрузки приведены для квартир с общей площадью до 55 м2. При общей площади квартир, превышающей указанную, удельную нагрузку следует увеличивать на 1 % на каждый квадратный метр дополнительной площади в домах с плитами на природном газе и на 0,5 % в домах с электрическими плитами и плитами на твердом топливе и сжиженном газе. В обоих случаях увеличение удельной нагрузки нс должно превышать 25 % значений, приведенных в таблице. Удельная нагрузка от кондиционеров принимается независимо от площади квартир.

Для жилых домов с покомнатным расселением семей в квартире удельную расчетную нагрузку следует умножать на коэффициент 1,5 при числе семей в квартире до 3 и на 2 при числе семей 4 и более.
Для общежитий квартирного типа к удельным расчетным нагрузкам, приведенным в таблице, следует вводить коэффициент 2.
Удельные расчетные нагрузки не учитывают общедомовую силовую нагрузку, осветительную и силовую нагрузку встроенных помещений общественного назначения. В удельных нагрузках не учтено также применение в квартирах электрических водонагревателей и отопления.
Для определения при необходимости утреннего пли дневного максимума нагрузок необходимо вводить коэффициенты: 0,7 — для жилых домов с электрическими плитами: 0,5 — для жилых домов с плитами на газообразном и твердом топливе.
Удельные расчетные нагрузки действительны для любого климатического района страны.
Возможность применения населением бытовых кондиционеров воздуха в квартирах следует предусматривать в проектах жилых домов для строительства на юге страны в районах, указанных в главе СНиП по проектированию жилых зданий. При этом удельные электрические нагрузки учитывают использование в квартире только одного бытового кондиционера воздуха мощностью до 1,3 кВт. В домах с электроплитами при количестве квартир более 400 дополнительную нагрузку от бытовых кондиционеров учитывать не следует.

Таблица 5.2. Коэффициенты спроса Кл,с лифтовых установок жилых зданий

Мощность резервных электродвигателей, а также электроприемников противопожарных устройств при подсчете электрических нагрузок не учитывается, за исключением тех случаев, когда она определяет выбор аппаратов защиты и сечений проводов.
Расчетная нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников) определяется по формуле, кВт,
(5.3) где Рс — расчетная нагрузка силовых электроприемников, кВт.

Расчетные коэффициенты мощности питающих сетей жилых зданий следует принимать по табл. 5.3.

Нормы [18] разрешают для ориентировочных расчетов нагрузок микрорайона или квартала пользоваться удельной нагрузкой на 1 м2 общей площади квартир, приведенной к шинам 0,4 кВ ТП.
Расчетная нагрузка жилых домов определяется по формуле, кВт,
(5.4)
где Рж,д,уд — удельная расчетная нагрузка жилых домов на шинах 0,4 кВ ТП, Вт/м2, по табл. 5.4; S — общая площадь жилых домов, подключенных к шинам 0,4 кВ ТП, м2.

Таблица 5.4. Удельные расчетные нагрузки жилых домов

Примечания: 1. В знаменателе указаны значения cos φ.

В удельных расчетных нагрузках учтены нагрузки насосов систем отопления, горячего водоснабжения и подкачки водопровода, установленных в ЦТП или индивидуально в каждом доме, лифтов и наружного освещения территории микрорайона. Не учитываются нагрузки электроотопления, электроводонагрева и бытовых кондиционеров воздуха.

Удельные расчетные нагрузки относятся как к первой очереди строительства, так и к расчетному сроку.
Для районов Крайнего Севера удельные расчетные нагрузки при соответствующих обоснованиях могут быть увеличены.

Выбор параметров групповых линий квартир целесообразно производить но расчетному току. При современном и на перспективу уровне нагрузок вводы в квартиры и групповые линии выполняются однофазными. Количество этих линий и расчетные токи указаны в табл. 5.5.

Нагрузки общественных зданий.

Электрические нагрузки любого общественного здания слагаются из нагрузок электрического освещения и силового электрооборудования. Установленная мощность ламп электрического освещения определяется на основании светотехнических расчетов.
Мощность силовых электроприемников принимается на основании технологических и санитарно-технических разделов проекта с учетом коэффициентов спроса, приведенных в [9].

Таблица 5.5. Групповые линии квартир в жилых домах

* В знаменателе указаны расчетные токи групповых линий, к которым подключаются бытовые кондиционеры мощностью до 1,3 кВт.
** Одновременное включение электроплиты и бытовой машины или прибора на полную мощность исключается.

Коэффициенты спроса установлены для осветительных и силовых сетей на основе научно-исследовательских работ, выполненных в течение ряда лет АКХ имени К. Д. Памфилова, Минжилкомхоза РСФСР, ВНИИПИ Тяжпромэлектропроект, МНИИТЭП ГлавАПУ г. Москвы, Ленинградским отделением ТПЭП, институтом «Ленпроект» Ленгорисполкома, ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристских комплексов Госгражданстроя с участием МКС Мосэнерго. Как показали расчеты, внедрение научно обоснованной методики расчета электрических нагрузок обеспечивает только по Москве ежегодную экономию трансформаторной мощности не менее 25—30 тыс. кВ-А. Дальнейшие работы МНИИТЭП, МКС Мосэнерго и Гипрокоммунэнерго Минжилкомхоза РСФСР выявили возможность значительной экономии средств и материальных ресурсов в сети 10 кВ (распределительной и питающей) благодаря учету несовпадения максимумов различных потребителей. Результаты этих работ включены в новую редакцию «Инструкции по проектированию городских и поселковых электрических сетей» ВСН-97-83 Минэнерго СССР.

Таблица 5.6. Укрупненные удельные нагрузки и коэффициенты мощности общественных зданий массового строительства

Общественные здания	Единица измерения	Удельная нагрузка	Расчетные коэффициенты
Общественные здания	Единица измерения	Удельная нагрузка	мощности cos φ	реактивной нагрузки tg φ
Предприятия общественного питания: полностью электрифицированные с количеством посадочных мест: до 400	кВт/место	0,9*	0,98	0,2
500 и более	Го же	0,75*	0,98	0,2
частично электрифицированные (с плитами на газообразном топливе) с количеством посадочных мест: до 400		0,7*	0,85	0,33
500 и более		0,6*	0,95	0,33
Продовольственные магазины: без кондиционирования воздуха	кВт/м2 торгового зала То же	0,11	0,82	0,7
с кондиционированием воздуха	кВт/м2 торгового зала То же	0,14	0,8	0,75
Промтоварные магазины: без кондиционирования воздуха		0,08	0,92	0,43
с кондиционированием воздуха		0,11	0,9	0,48
Универсамы: без кондиционирования воздуха	То же	0,1	0,87	0,57
с кондиционированием воздуха		0,13	0,85	0,62
Общеобразовательные школы с электрифицированными столовыми	кВт/учащегося	0,14	0,95	0,33
(без приготовления горячих блюд)

Продолжение табл. 5.6

Удельная нагрузка не зависит от наличия кондиционирования воздуха.
Удельную нагрузку столовых и пищеблоков закрытого типа следует принимать как для предприятий общественного питания с учетом числа мест, равного 1/3 лиц, постоянно находящихся в данном учреждении.
Удельную нагрузку ресторанов при гостиницах следует принимать как для предприятий общественного питания.

В данной работе приводятся лишь укрупненные удельные нагрузки общественных зданий массового строительства (табл. 5.6) для ориентировочных расчетов.

Расчетные нагрузки промышленных предприятий

Для электрических сетей расчетными нагрузками являются наибольшие возможные нагрузки длительностью не менее 30 мин.
Величина расчетной нагрузки зависит от числа и установленной мощности электроприемников, характера производства и степени автоматизации — производственного процесса.

1. Номинальная (установленная) мощность электроприемников

Номинальная активная мощность для одного электроприемника определяется по формулам:
для приемников освещения и электродвигателей при длительном режиме работы

для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы

для трансформаторов электропечей

для трансформаторов сварочных машин и аппаратов и сварочных трансформаторов ручной сварки

где Рн — номинальная мощность приемника освещения или номинальная (паспортная) мощность электродвигателя для длительного режима работы, кВт;
ПВн — номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.;
Рн.п — паспортная мощность электродвигателя при номинальной относительной продолжительности включения, кВт;
Sn — паспортная мощность трансформатора, кВА;
cosφ_н— коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях.
Номинальная мощность группы электроприемников определяется как сумма номинальных мощностей всех электроприемников:

где р_у — номинальная мощность электроприемника, кВт;
n — общее число электроприемников в группе.

2. Расчетные нагрузки

Для одного электроприемника расчетная активная мощность принимается равной:
при длительном режиме работы

при повторно-кратковременном режиме работы

где р_у — номинальная мощность электроприемника, кВт.
При повторно-кратковременном режиме работы электроприемника установленная мощность должна быть приведена к длительному режиму работы по одной из формул (3-2) или (3-4).
Расчетная реактивная мощность одного электроприемника определяется из выражения

где φ — фазовый угол тока электроприемника при режиме расчетной нагрузки.
Для группы электроприемников числом до 3 включительно активная и реактивная расчетные мощности определяются как суммы соответственно активных и реактивных нагрузок электроприемников группы.
При ориентировочных расчетах допускается определять расчетную активную мощность одной или нескольких групп электроприемников по формуле

где Кс и Ру — соответственно средняя величина коэффициента спроса и установленная мощность группы однотипных электроприемников;
n — общее число групп электроприемников. Реактивная расчетная мощность может быть определена из выражения

где φ — фазовый угол суммарного тока всей группы электроприемников для режима расчетной нагрузки.
Средние значения коэффициента спроса силовой нагрузки для некоторых производств приведены в табл. 3-1 и 3-2.
Коэффициент спроса осветительной нагрузки промышленных предприятий и относящихся к ним вспомогательных и бытовых сооружений принимается по табл. 3-3.
В общем случае коэффициент спроса группы электроприемников промышленного предприятия определяется как произведение коэффициентов использования (Ки) и максимума (Км):

Кс=КиКм (3-11)

Коэффициенты использования и максимума группы электроприемников соответственно равны:

где Рсм — средняя активная нагрузка рассматриваемой группы электроприемников за наиболее нагруженную смену предприятия, квт;
Р и Ру — соответственно расчетная и номинальная активная мощности той же группы электроприемников, квт.
Значения коэффициентов использования в зависимости от типа приводимых механизмов и характера производства приведены в табл. 3-1.
Значения коэффициента использования для нескольких групп электроприемников с разными значениями коэффициента использования определяются по формуле (3-12), в которой под Рсм следует понимать сумму средних нагрузок за наиболее нагруженную смену для всех групп электроприемников:

Коэффициент спроса группы электроприемников для ориентировочных расчетов может быть принят в зависимости от коэффициента использования по табл. 3-4.

3. Определение коэффициента максимума

При расчетах на стадии технического проекта или рабочих чертежей расчетные нагрузки определяются с учетом коэффициента максимума, величина которого зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.
Под эффективным числом группы электроприемников с различной установленной мощностью и разными режимами работы понимается такое число приемников, одинаковых по мощности и однородных по режиму работы, которое обеспечивают ту же величину расчетной нагрузки, что и рассматриваемая группа различных по мощности и режиму работы электроприемников.
В общем случае эффективное число электроприемников может быть найдено из выражения

Эффективное число электроприемников может быть принято равным фактическому их числу в следующих случаях:
а) когда мощность всех приемников одинакова;
б) при коэффициенте использования Ки>0,8;
в) когда выполняются указанные в табл. 3-5 соотношения между коэффициентом использования и величиной отношения, равного:

где Ру.макс и Ру.мин — соответственно номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего электроприемников в группе, квт.
При определении Ру.мин должны быть исключены наиболее мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% мощности всей группы приемников.
Когда указанные условия не выполняются, эффективное число электроприемников определяется в зависимости от величин Р*и n*, вычисляемых пo формулам (*—звездочки, поставленные под буквенными обозначениями, указывают на относительные величины).

где n — общее число электроприемников группы;
— сумма номинальных мощностей всей группы, квт;
— число приемников в группе, номинальная мощность каждого из которых больше или равна половине номинальной мощности наиболее мощного приемника в группе;

— сумма номинальных мощностей этих приемников, квт.

Мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% номинальной мощности всех электроприемников, при определении не учитываются.
В зависимости от величин р* и n* по табл. 3-6 находят величину относительного значения эффективного числа электроприемников:

и определяют эффективное число приемников умножением полученного значения на общее число электроприемников группы:

В зависимости от коэффициента использования Ки и эффективного числа приемников nэ по табл. 3-7 определяется коэффициент максимума Км.
Величины расчетных активной и реактивной мощностей группы электроприемников определяется по формулам:

где Рсм — средняя активная мощность для группы электроприемников за наиболее нагруженную смену, кВт;
tgφ — соответствует характерному для данной группы электроприемников значению фазового угла в режиме максимальной активной мощности.
Полная расчетная мощность определяется из выражения

расчетный ток — по формуле

где Uн — номинальное напряжение сети, кв.
Коэффициент мощности при режиме расчетной нагрузки равен:

При определении эффективного числа электроприемников для большого числа питающих линий, нескольких трансформаторных пунктов, распределительных подстанций и т. п. допускается применять упрощенную методику расчета, которая заключается в следующем.
Для отдельных линий или подстанций, для которых ранее были определены величины номинальной мощности и эффективного числа электроприемников вычисляются мощности условных электроприемников по формуле

где Ру и n_э — соответственно номинальная мощность и эффективное число электроприемников рассматриваемой линии или подстанции.
При этом не учитывается нагрузка резервных электроприемников, ремонтных сварочных трансформаторов и других ремонтных электроприемников, пожарных насосов, а также электроприемников, работающих кратковременно (дренажные насосы, задвижки, вентили, щитовые затворы и т. п.). Нагрузка таких электроприемников учитывается только при расчете питающих эти приемники линий и линий, питающих силовые распределительные пункты, к которым они подключены.
Определение эффективного числа электроприемников, коэффициентов максимума и спроса для условных электроприемников, вычисленных по формуле (3-26), производится методом, изложенным выше для индивидуальных приемников.
При окончательном подсчете нагрузок должны быть учтены реактивные мощности присоединенных к сети батарей конденсаторов (мощности батарей статических конденсаторов учитываются со знаком «минус»), а также потери активной и реактивной мощности в понижающих трансформаторах.
Для электроприемников с малоизменяющейся во времени нагрузкой (насосы водоснабжения, вентиляторы, отопительные и нагревательные приборы, печи сопротивления и т. п.) коэффициент спроса может быть принят равным коэффициенту использования:

Кс=Ки (3-27)

Изложенный метод определения расчетных нагрузок рекомендуется применять на всех ступенях и для всех элементов системы электроснабжения промышленных предприятий без введения в расчеты понижающих коэффициентов. Допускается применение коэффициента участия в максимуме в пределах 0,9—0,95 в случаях, когда при определении нагрузок на высших ступенях системы электроснабжения можно ожидать несовпадения во времени максимально загруженных смен, а также при ориентировочных расчетах.
В табл. 3-8 дано число часов использования максимальной мощности для осветительной нагрузки промышленных предприятий.

Пример 3-1.

В отделении цеха промышленного предприятия установлена группа электродвигателей на номинальное напряжение 380 в с длительным режимом работы. По величине коэффициента использования электроприемники разбиваются на три подгруппы, для каждой из которых в табл. 3-9 указаны число и мощность двигателей, суммарная номинальная мощность, величины коэффициентов использования и мощности.
Требуется определить расчетные нагрузки для всей группы электродвигателей отделения.

Расчет электрических нагрузок | Режимщик

Потребители электроэнергии и их режим работы

Приемниками электроэнергии являются лампы электрического освещения, бытовые и промышленные нагревательные приборы, электродвигатели, промышленные электропечи, электролизные установки и др. Все электроприемники потребляют активную мощность; электродвигатели, индукционные электропечи и другие подобные им электроприемники потребляют также реактивную мощность.

Режим работы электроприемников, зависящий от их назначения и использования, не остается постоянным и изменяется в различные часы суток и месяцы года. Изменяется и потребляемая ими электрическая мощность (электрическая нагрузка).

Изменение нагрузки электроприемника или группы электроприемников за сутки удобно изображать графически в виде суточного графика нагрузок, который строят в прямоугольных осях координат, откладывая по оси абсцисс часы суток от 0 до 24 ч, а по оси ординат нагрузку в киловаттах или мегаваттах (рис. 1). При этом условно считают нагрузку неизменной в интервале между двумя смежными нагрузками. Так же строят графики реактивных (кВАр, МВАр) и полных (кВА, МВА) нагрузок.

Рисунок 1 Суточный график активных нагрузок

Наибольшую нагрузку установки по суточному графику длительностью не менее получаса называют максимальной суточной нагрузкой установки (Р_{макс. сут}на рис. 1).

Площадь суточного графика активных нагрузок в определенном масштабе дает электроэнергию в киловатт-часах А_сут, потребленную группой электроприемников за сутки. Средняя нагрузка установки за сутки

P_ср.уст.= А_сут / 24

Наиболее характерными суточными графиками для большинства потребителей являются графики за зимние и летние сутки. Форма суточного графика зависит от режима работы электроприемников. Для иллюстрации на рис. 2 и 3 приведены типовые суточные графики нагрузок для некоторых групп потребителей, построенные на основании многолетнего опыта эксплуатации. Ординаты этих графиков выражены в процентах максимальной нагрузки за зимние сутки.

Рисунок 2. Типовые суточные графики нагрузок коммунальных электропотребителей.

1-электроосвещение жилых домов; 2-мелкие бытовые электроприборы; 3-электроосвещение общественных зданий; 4-наружное электроосвещение; 5-бытовые электродвигатели малой мощности; 6-насосные установки водопровода и канализации; 7-городской электрифицированный транспорт; 8-свободный график для города с населением 20-250 тысяч жителей, учитывающий нагрузку графиков 1-7

Рисунок 3. Типовые суточные графики нагрузок промышленного электропотребления.

1-при односменной работе; 2-при двухсменной работе; 3-при трехсменной работе.

Действительные суточные графики нагрузок могут существенно отличаться от приведенных, особенно графики нагрузок промышленных предприятий, так как их форма зависит от длительности, начала и конца смен, времени обеденных перерывов, величины ночной нагрузки и т. д. Значительно могут отличаться графики нагрузок предприятий разных отраслей промышленности.

В практике часто пользуются также годовыми графиками нагрузок по продолжительности (рис. 4), показывающими длительность работы электроустановки в течение года с различными нагрузками.

Рисунок 4. Годовой график нагрузок по продолжительности.

Наибольшую в году нагрузку электроустановки в течение не менее получаса называют максимальной нагрузкой Р_макс (наибольшая ордината наибольшего в году суточного графика, например зимнего).

Площадь годового графика по продолжительности в определенном масштабе дает годовое количество электроэнергии в киловатт-часах. Средняя годовая нагрузка установки

Р_ср.год= А_год / 8760

где 8760 = 24 · 365 — число часов в году.

В эксплуатации суточные графики нагрузок просто получить по показаниям электро-измерительных приборов — ваттметров и счетчиков, при этом нагрузку между двумя смежными записями приборов принимают неизменной.

При проектировании определяют ожидаемую нагрузку электроприемников расчетным путем, используя разработанные практикой методы и материалы эксплуатации, излагаемые в специальных пособиях и руководствах.

Потребляемая из сети группой электроприемников мощность, т. е. их действительная нагрузка в какой-либо момент времени, всегда меньше суммарной мощности электроприемников и только в редких случаях равна ей. Объясняется это тем, что к электросети обычно подключены не все установленные электроприемники, а в отдельных случаях не все подключенные приемники работают с полной нагрузкой.

Если взять для примера внутреннее электроосвещение жилых домов, то никогда не бывает, чтобы одновременно были включены все лампы даже одного крупного жилого дома, а тем более района города, целого города, поселка и т. д. Даже в вечерние часы зимних суток какая-то часть ламп отключена.

На крупном промышленном предприятии, оборудованном большим числом электродвигателей, также никогда не бывает, чтобы одновременно работали все установленные механизмов обычно находится в заправке или ремонте, многие вспомогательные механизмы работают периодически (краны, подъемники, компрессоры и многие другие), в сложных механизмах с многодвигательным приводом электродвигатели работают в определенной последовательности по мере выполнения отдельных операций и т. д.

Производственные механизмы и станки снабжают стандартными электродвигателями, номинальная мощность которых иногда несколько превышает мощность, необходимую для работы механизма или станка с учетом его действительной загрузки, определяемой из условий технологического процесса. Поэтому некоторые электродвигатели предприятия работают с неполной нагрузкой.

Максимальную нагрузку группы электроприемников с одинаковым режимом работы можно определить по формуле

Р_макс = К_о · К_з · ΣР_пр

где ΣР_пр — суммарная присоединенная мощность группы электроприемников;

К_о — коэффициент одновременности работы электроприемников, показывающий, какую часть от присоединенной мощности всех установленных электроприемников составляет присоединенная мощность электроприемников, работающих во время максимальной нагрузки;

К_з — коэффициент загрузки электроприемников, показывающий степень загрузки электроприемников, работающих во время максимальной нагрузки.

Коэффициенты К_о и К_з могут быть равны или меньше единицы в зависимости от типа и числа электроприемников и режима их работы.

Каждый электроприемник характеризуется его установленной мощностью Р_у, под которой понимают его номинальную (паспортную) мощность Р_ном. В частности, установленной (номинальной) мощностью электродвигателя является мощность, развиваемая им на валу при полной загрузке.

Присоединенная мощность электроприемника — это мощность, потребляемая им из сети при полной загрузке. Для ламп накаливания, нагревательных приборов и печей Р_пр = Р_у = Р_ном, а для электродвигателей Р_пр = Р_у / η_д = Р_ном / η_д

где η_д — к. п. д. электродвигателя при полной (номинальной) загрузке.

Таким образом ΣР_пр является суммарной мощностью, потребляемой из сети всеми приемниками при условии, что все они подключены к сети и работают с полной загрузкой.

Максимальную нагрузку Р_макс группы электроприемников можно также определить по их суммарной установленной (номинальной) мощности ΣР_у и среднему значению их к. п. д. η_ср по формуле

Р_макс= ((К_о · К_з)/ η_ср) · ΣР_у

или Р_макс= К_с· ΣР_у,

где К_с = (К_о · К_з) / η_ср

К_с – коэффициент спроса группы электроприемников.

Вопросы измерения электрических режимов и гармонических спектров в сетях с резкопеременной и нелинейной нагрузкой

При анализе электрических режимов, показателей качества электрической энергии (ПКЭ), а также при разработке мероприятий по оптимизации режимов и условий электромагнитной совместимости необходимо располагать знаниями об изменениях во времени действующих значений токов и напряжений, мощностей, спeектров высших гармоник, коэффициентов несимметрии и т. п. Информацию об указанных параметрах в настоящее время получают с помощью цифровых приборов различного типа, производящих измерения мгновенных значений трехфазных токов и напряжений с частотой дискретизации обычно не менее 6.4 кГц (128 измерений на период промышленной частоты) при последующей обработке сигналов по специальным алгоритмам.

Однако в большинстве известных приборов, ориентированных на измерение ПКЭ, выводится информация только об усредненных значениях переменных. Информация о мгновенных переменных, отражающих динамику процессов, пользователю недоступна. Используются, как правило, интервалы усреднения Туср, регламентированные нормами российского стандарта ГОСТ 13109—97 [1] (которые взяты в свою очередь из европейского стандарта EN 50160 и из серии стандартов IEC 61000), а именно: Туср = 60 с для действующих значений напряжений (кроме процедур определения доз фликера напряжения, где Туср = 0.01 с), Туср = 3 с для коэффициентов, характеризующих несинусоидальность и несимметрию процессов, Туср = 20 с для анализа частоты.

Использование таких приборов в электрических сетях с резкопеременной нагрузкой типа дуговых сталеплавильных печей и прокатных станов, где вероятны приращения фазных токов до номинального значения за время 0.1 с и менее, а локальная частота в узле подключения нагрузки вследствие колебаний фазы напряжения может изменяться в пределах ±0.5 Гц, не позволяет получить правдоподобную информацию о процессах.

Для исследования таких режимов в большей степени подходят приборы типа осциллографов-анализаторов, способные измерять мгновенные значения переменных, хранить в памяти результаты их обработки в виде файлов мгновенных значений, а также в виде определенных на интервалах времени, равных периоду промышленной частоты, действующих значений переменных и их спектров. Целесообразность такой концепции построения прибора авторы выдвигали в работе [2]. В НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» разработан и уже в течение более двух лет успешно эксплуатируется осциллограф-измеритель «НЕВА-ИПЭ», рассчитанный на измерение 32 аналоговых сигналов при частоте дискретизации до 20 кГц. Память прибора допускает непрерывную работу в течение не менее 24 часов.

В приборе заложена неизменность в процессе выполнения конкретных измерений частоты квантования сигналов (постоянство интервала времени измерений). Просмотр осциллографируемых переменных возможен не только после выполнения измерений, но и при их проведении. Причем в темпе процесса дополнительно могут быть рассчитаны и просмотрены на дисплее действующие значения токов и напряжений.

Имеющиеся в приборе два процессора позволяют с некоторым небольшим запаздыванием по отношению к моментам измерений рассчитывать регистрограммы симметричных составляющих, токов и напряжений, фазных и трехфазных мощностей, гармонических спектров.

Гармонический анализ реализован двумя методами — дискретным и быстрым преобразованиями Фурье. При определении гармоник и других параметров используется прямоугольное измерительное окно.

С помощью прибора авторами получены длительные файлы мгновенных значений трехфазных токов i(t) и напряжений u(t) для типовых узлов резкопеременной нагрузки.

Ниже обсуждаются особенности обработок осциллограмм процессов в электрических сетях, питающих резкопеременную и нелинейную нагрузку. Большинство рассматриваемых примеров относится к узлу 35 кВ, к которому подключена дуговая сталеплавильная печь (ДСП), рассчитанная на выплавку стали весом 120 т при мощности печного трансформатора 85 МВА.

О необходимости учета локальных изменений частоты при расчетах эффективных значений, мощностей и частотных спектров

Как известно, некорректное определение частоты процессов может заметно повлиять на точность определения действующих значений сигналов и параметров, характеризующих несинусоидальность и несимметрию процессов.

В приборе «НЕВА-ИПЭ» предусмотрена возможность расчета текущей частоты фазных напряжений несколькими примерно равноценными способами: по проходам сигнала через ноль, по экстремумам спектральной плотности сигнала, по минимуму среднеквадратического отклонения сигнала от синусоиды искомой частоты. Разработанные алгоритмы расчета частоты при частоте дискретизации ? 5 кГц обеспечивают абсолютную погрешность до (5—10) мГц при применении скользящих интервалов обработки Тобр длительностью 2 периода основной частоты и более. Полученная в итоге зависимость частоты от времени f(t) учитывается в программах расчета действующих значений переменных, мощностей и спектров гармоник.

Обратим внимание на то, что вследствие инерционности расчета частоты требуется сдвиг результатов расчета Df в сторону опережения на время DТобр = 0.5?Тобр.

Результирующие погрешности в определении действующих значений и спектров переменных зависят не только от точности знания текущей частоты первой гармоники сигналов, но и от частоты дискретизации переменных, от ширины окна обработки сигналов (один или более периодов промышленной частоты), от примененных методов численного интегрирования, от начальной фазы переменной на окне обработки. Тестовые расчеты показали, что разработанное программное обеспечение прибора «НЕВА-ИПЭ» при частоте дискретизации fдискр = 10 кГц позволяет при минимальном окне обработки, равном периоду основной частоты, иметь алгоритмические погрешности определения действующих значений переменных и уровней основной гармоники не более 0.2 %, а для 11-й и 40-й гармоник не более 0.8 % и 5.0 % соответственно. Эти данные удовлетворяют требованиям ГОСТ 13109—97 [1] в отношении точности определения гармоник.

При применении окон обработки до 10 периодов основной частоты эти погрешности уменьшаются в 2 — 4 раза.

Еще раз подчеркнем, что указанные данные о точности расчетов справедливы при слежении за частотой первой гармоники. Если учет частоты не производится и она отклоняется до значений ±0.5 Гц, то погрешности в определении основной, 11-й и 40-й гармоник будут не менее 1.5 %, 15 % и 97 % соответственно.

О том, что большие локальные изменения частоты возможны, свидетельствуют, например, приведенные на рис. 1а измерения частоты в узле 35 кВ питания ДСП. Здесь использовались скользящие интервалы обработки Tобр = 0.04 с.

Рис. 1. Частота напряжения фазы «А» в узле питания ДСП, определенная методом скользящего среднего на интервалах обработки длительностью 0.04(а), 0.2 и 3 секунды (б).

Увеличение интервала Tобр при определении частоты до значения Tобр = 0.2 с в 5 раз уменьшает фиксируемые колебания частоты, а при Tобр = 3 с колебания частоты практически незаметны (рис. 1б). Во избежании появления дополнительных погрешностей в определении спектров переменных желательно использовать информацию о частоте, определенной на минимальных интервалах обработки.

Заметим, что согласно измерениям локальные изменения частоты в узлах питания 10 кВ мощных реверсивных прокатных станов могут достигать пределов ±0.2 Гц.

Об определении действующих значений переменных и гармоник в сетях с быстроизменяющейся нелинейной нагрузкой

Для оценок динамики изменения действующих значений переменных в сетях с резкопеременной нагрузкой следует проводить расчеты, как минимум, на каждом чередующемся периоде основной частоты. При этом в соответствии с данными предыдущего подраздела для повышения точности желательно предварительно производить расчетную оценку текущей частоты, и, соответственно, длительности периода Т, на котором осуществляется численное интегрирование по формуле:

где индекс i отвечает измерениям, равноотстоящим на шаге дискретизации ?t = 1/fдискр, N — число точек измерений, укладывающихся на периоде Т, ?Хэфф — добавка, учитывающая то обстоятельство, что, как правило, N??t < Т. Исследования показали, что при частоте дискретизации ? 10 кГц добавкой ?Хэфф можно пренебречь.

Как известно, при нестабильных режимах нелинейной нагрузки в спектрах тока и напряжения кроме кратных основной частоте гармоник содержатся также промежуточные гармоники с частотами выше и ниже промышленной частоты 50 Гц.

Для наблюдения за этими гармониками окно (англ. window) разложения сигнала в ряд Фурье Тw следует принимать повышенным по сравнению с периодом основной частоты. Если при Тw = 0.02 c возможно определение только целочисленных гармоник, кратных основной частоте, то при Тw = k?0.02 c можно наблюдать все промежуточные гармоники с частотами 50/k Гц.

В российском ГОСТ 13109-97 [1] для нестабильных режимов рекомендуется применять окна Тw = (0.08 ? 0.32) с или k = 4 ? 16 (Приложение Е). Однако этот ГОСТ и следующие ему методики измерений ориентированы только на целочисленные гармоники. Не даются пояснения того факта, что расчетные величины гармоник, в том числе и кратных основной частоте, принципиально зависят от выбора окна Тw.

Проиллюстрируем сказанное на примере статистического анализа действующих значений гармоник тока ДСП в режиме расплавления на интервале времени 20 секунд. Гармоники рассчитывались с применением двух прямоугольных скользящих окон 0.02 с и 0.2 с, смещающихся через период промышленной частоты (итого обрабатывались массивы, содержащие по 1000 расчетных значений гармоник). На рис. 2 представлены спектральные составляющие для гармоник в диапазоне 0 ? 6. При малом окне 0.02 с значения целочисленных гармоник (кроме основной) в два и более раза превышают их расчетные значения, определенные при окне 0.2 с. Причина этого состоит в том, что в амплитуде целочисленных гармоник при Тw = 0.02 c отражена энергия, приходящаяся на ненаблюдаемые в данном случае промежуточные гармоники.

Рис. 2. Максимальные и усредненные действующие значения спектральных составляющих тока фазы «А» на стороне 35 кВ ДСП, полученные на интервале наблюдения 20 секунд, с окнами разложения 0.02 с (большие маркеры) и 0.2 с (маленькие маркеры).

Аналогичная ситуация наблюдалась и при анализе напряжений в сетях питания ДСП. Причем вследствие известного эффекта возрастания на высших гармониках сопротивления системы, имеющего преимущественно индуктивный характер, здесь в рассматриваемом диапазоне частот 0 ? 300 Гц все промежуточные гармоники соизмеримы между собой и с целочисленными гармониками.

В стандарте МЭК IEC 61000-4-7 [3] приводится понятие о гармонических группах, содержащих кроме целочисленных гармоник также и ближайшие к ним промежуточные гармоники. В этом стандарте рекомендуется для применения окно Тw = 0.2 c, и при этом становится доступной информация о девяти спектральных промежуточных линиях между соседними целочисленными гармониками. В этом случае формула эквивалентирования пяти спектральных линий тока перед и после целочисленной гармоники n имеет вид:

где весовой коэффициент 0.5 в первом и третьем членах учитывает вклад этих спектральных линий в обе равноудаленные целочисленные гармоники.

Нетрудно убедиться, что использование данных о промежуточных гармониках из рис. 2. для расчета эквивалентных целочисленных гармоник, отвечающих разложению при Tw = 0.02 c, полностью подтверждает справедливость приведенный формулы.

К сожалению, пользователям отечественных приборов для измерения ПКЭ, ориентированным на требования ГОСТ 13109-97 [1], доступна информация только о целочисленных гармониках. Поскольку ширина примененного в приборах окна разложения обычно неизвестна, то в сетях с быстроизменяющейся нагрузкой информация даже о величинах целочисленных гармоник является непредставительной, не точно характеризующей нелинейные искажения.

Рис. 3. Действующие значения тока пятой гармоники фазы «А» на начальном этапе работы ДСП, определенные на скользящих интервалах обработки длительностью 0.02 и 3 секунды.

К вышесказанному добавим, что применяемые в приборах ПКЭ дополнительные усреднения результатов расчета гармоник на трехсекундном интервале (требования стандарта [1]) тем более не позволяют проследить динамику изменений гармоник. Это видно из построений на рис. 3, где на начальном этапе плавки ДСП показано, как изменяется пятая гармоника при окнах измерений 0.02 с, 0.2 с, а также при последующем трехсекундном усреднении расчетов со скользящим интервалом 0.2 с. О причинах отличия гармоник, рассчитанных при использовании окна 0.02 с и окна из 10 периодов говорилось выше: пониженные значения гармоники при большом окне разложения учитывают значительное перераспределение энергии целочисленной гармоники в промежуточные гармоники.

Следует также подчеркнуть, что при применении окон разложения (усреднения), больших одного периода промышленной частоты, получаемые расчетные данные о действующих значениях переменных относятся к моменту времени, соответствующему середине окна измерений. Это учтено при построениях кривых на рис. 3 за счет их соответствующего сдвига.

Выводы

1. Показаны преимущества использования цифровых осциллографов-анализаторов с гибким программным обеспечением для исследования режимов систем электроснабжения с резкопеременной и нелинейной нагрузкой. Приведены примеры специфических обработок осциллограмм для получения текущих значений частоты в узлах с резкопеременной активной нагрузкой и оценок динамики изменения действующих значений переменных и их высших гармоник.

2. Для корректного измерения действующих значений переменных в резкопеременных электрических режимах желательно применять измерительное окно, отвечающее предварительно рассчитанному периоду основной частоты для исследуемых моментов времени.

3. Расчетные значения гармоник переменных в сетях с резкоизменяющейся нагрузкой принципиально зависят от величины временного окна, выбранного при разложении сигналов в ряд Фурье. При ширине окна, большем одного периода основной частоты, фиксируется спектр сигналов с промежуточными гармониками, причем в этом спектре амплитуды целочисленных гармоник заметно уменьшаются.

4. Использование приборов для измерения ПКЭ в сетях с нестабильной нелинейной нагрузкой в настоящее время проблематично по причинам заложенных в них алгоритмов усреднений результатов расчетов и ориентацией на расчет только целочисленных гармоник. Целесообразно внесение соответствующих изменений программное обеспечение этих приборов.

Литература

1. ГОСТ 13109—97. «Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

2. Kuchumov L., Kouznetsov A., Sapunov M. «Processes oscilloscoping as a necessary component for electric power quality disturbances analysis in industrial power supply systems». Technische Universit?t Ilmenau (Deutschland). 48. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium 22.—25. September 2003. Tagungsband.

3. IEC 61000—4-7:2002 Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4—7: Testing and measurement techniques — General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto.

Авторы:

Л.А.Кучумов, заведующий ЭТЛ ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ»;
А.А.Кузнецов, ст.научный сотрудник ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ»;
М.В.Сапунов, инженер ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ».

Измерение показателей качества электроэнергии в действующей распределительной сети

По материалам статьи “Power quality indices measurement in real distribution network”.
Автор: Велимир Стругар, дипломированный инженер, магистр электроинженерии,
Черногорское электрическое предприятие,
Отдел по распределению электроэнергии

В статье представлена информация о влиянии различных устройств, эксплуатируемых в распределительной системе Черногорского электрического предприятия, а точнее, распределительной сети в городе Тивате. Измерения в Тивате проводились более года (с 16 апреля 2004 года по конец июля 2005 года).

Быстрая навигация по статье:

1. Введение
2. Что такое качество электроэнергии?
2.1. Происхождение высших гармоник в электрической сети
2.1.1. Источники гармонических возмущений
2.1.2. Влияние на оборудование заказчиков
3. Методы измерения качества электроэнергии
4. Результаты по контрольной точке «высоковольтная линия «Лепетан» 10 кВ»
5. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Селяново Б»
6. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»
7. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Плавда»
8. Имитационная модель
9. Оборудование для анализа качества электроэнергии
10. Заключение

В этой статье мы проанализировали некоторые контрольные точки в распределительной сети города Тиват в Республике Черногория. Здесь также представлены результаты анализа данных точек.
Для начала, мы можем посмотреть результаты для контрольной точки под названием высоковольтная линия «Лепетан» 10 кВ. Процесс измерения охватывал вторичные токи и напряжения измерительных трансформаторов тока и напряжения, эти значения записывались и анализировались. Результаты измерений были обработаны и представлены в MS Excel.

В данном случае использовалось следующее измерительное оборудование: ручной анализатор «FLUKE 430» и устройство для непрерывной записи измерительных данных «Анализатор качества электроэнергии MI 2192».
После проведения измерений, когда благодаря им проблема была подтверждена, водопроводно-канализационной организации пришлось принять меры, так как именно она является главным виновником того, что результаты не соответствуют требованиям.

Полученные результаты измерений иногда превышали предел предусмотренный стандартами (EN 50160). Превышение возникало, когда запускали насосы.
Фактические данные легли в основу разработки имитационной модели. Полученную модель использовали для разработки фильтра для подавления паразитных гармоник в электрических сетях. Представлены результаты применения фильтра. К счастью, водопроводно-канализационная организация установила у себя пассивный фильтр для компенсации соответствующих гармоник.

Существует множество определений качества электроэнергии, в зависимости от точки зрения человека. Простое определение, принятое среди большинства клиентов — качество электроэнергии хорошее, если приборы, подключенные к электросети, работают удовлетворительно. Как правило, плохое или низкое качество поставляемой электроэнергии проявляется в необходимости несколько раз перезагружать компьютер, чувствительные устройства блокируются, свет мигает, электронные приводы и контрольно-измерительное оборудование работают неправильно. С другой стороны, для электроэнергетических компаний энергосистем общего назначения качество электроэнергии определяется параметрами напряжения, которые влияют на чувствительное оборудование.

Другое определение качества электроэнергии основывается на принципе ЭМС и является следующим: термин «качество электроэнергии» относится к широкому спектру электромагнитных явлений, которые характеризуют напряжение и ток в определенный момент времени в определенной точке энергосистемы (IEEE 1159:1995 «Методические указания IEEE для мониторинга качества электроэнергии»).

МЭК 61000-4-30 «Методы испытаний и измерений — методы измерения качества электроэнергии» (при подготовке) определяют качество электроэнергии как «характеристики электричества в определенной точке электрической системы, в сравнении с набором контрольных технических параметров».
Мы можем описать уровень качества электроэнергии значениями коэффициента нелинейных искажений THDU, THDI и других параметров, основанных на высших гармониках напряжения и токов.

Происхождение высших гармоник в электрической сети

На рисунке 1 объясняется принцип образования гармоник в электрических сетях. С позиции пользователя, сеть энергоснабжения можно представить как генератор G и расчетное полное сопротивление Xs. Напряжение генератора считается чистым синусоидальным напряжением с номинальным среднеквадратичным значением.

Напряжение в точках подключения потребителей отличается от напряжения генератора из-за падения напряжения на расчетном полном сопротивлении. В случае линейной нагрузки (в этом примере используется резистор, но данный пример подходит для любой комбинации RLC) текущее и последующее падение напряжения также будет синусоидальным. Накапливаемое в точках подключения напряжение будет чисто синусоидальным с пониженной амплитудой и фазовым сдвигом на напряжение генератора.

Рисунок 1. Принцип образования гармоник в электрических сетях

Нелинейные нагрузки (выпрямители тока, частотно-регулируемые приводы, люминесцентные лампы, ПК, ТВ…) потребляют ток с высоким коэффициентом THDI (несинусоидальная форма волны). В аналитических целях, нелинейные нагрузки можно смоделировать с линейными нагрузками и источником гармоник (тока). Гармоники тока вызывают несинусоидальное падение напряжения на расчетном полном сопротивлении и искаженное напряжение на клеммах питания. Нелинейные нагрузки искажают питающее напряжение таким образом, что с помощью измерительного прибора можно обнаружить только нечетные гармоники. Если нагрузка контролируется несимметрично, положительные и отрицательные полупериоды тока различаются по форме и среднеквадратичному значению, в результате чего появляются четные гармоники и постоянные составляющие тока. Данная ситуация приводит к насыщению и перегреву магнитных систем трансформаторов. В некоторых регионах, значительные постоянные составляющие тока могут появляться в результате геомагнитных бурь.

Другим источником гармоник является сама сеть энергоснабжения. Намагничивание магнитной системы трансформатора и ее насыщение вызывают несинусоидальные токи, которые проявляются как коэффициент нелинейных искажений THDU на клеммах питания. На рисунке 2 показано, как распространяется гармоническое возмущение. Форма сигнала напряжения в конкретной точке измерения искажается под влиянием тока, создаваемого всеми генераторами помех (преобразователями частоты, сварочными аппаратами, ПК, силовыми трансформаторами…) в системе.

Рисунок 2. Распространение гармонического возмущения

Источники гармоник:

однофазные выпрямители — 3-я гармоника, THDI 80%;
трехфазные нагрузки — 5-я, 7-я, 11-я, 13-я, 17-я гармоника;
несимметрично-контролируемое питание — четные гармоники и постоянный ток;
число импульсов выше — коэффициент THDI ниже;
последовательная индуктивность снижает коэффициент THDI;
низковольтная сеть питания — коэффициент THDU 1,5 ÷ 4,5%, в основном, 5-я гармоника.

Влияние на оборудование заказчиков:

снижается общая энергоэффективность;
преждевременный износ компонентов системы;
тройные гармоники могут создавать сильный ток в нейтральной линии, что приводит к перегреву и потерям;
повышенный нагрев, шум и вибрации в трансформаторах и двигателях;
ток в батарее конденсаторов увеличивается с порядком гармоники, вызывая сбои;
наличие гармоники увеличивает вероятность резонанса;
проблемы с частотами подачи сигналов;
автоматическое отключение предохранительных устройств;
если коэффициент THDU поднимается выше 8%, частота отказов электронных приводов и выключателей повышается.

Методы измерения качества электроэнергии основаны на цифровой обработке входных сигналов. Каждый входной сигнал (3 напряжения и 3 тока) отбирается 128 раз в каждом входном цикле. Продолжительность данного входного цикла зависит от частоты на входе синхронизации (один из трех вводов напряжения или токовый ввод). При 50 Гц период входного цикла составляет 20 мсек. Основные измеренные значения рассчитываются в конце каждого периода выборки, результаты отображаются на дисплее или записываются. Результаты, основанные на быстром преобразовании Фурье (БПФ), рассчитываются только каждый 8 -й входной цикл (каждые 160 мсек, 50 Гц). Для вычисления данных величин используются следующие уравнения.

Таблица 1. Основные расчеты

Таблица 2. Дополнительные расчеты (с использованием основных значений)

Таблица 3. Дополнительные расчеты (с использованием БПФ)

Таблица 4. Общие значения

В 3ϕ системах с обычным 3-проводным соединением, следующие значения недоступны для отображения и записи:

ток в нулевом проводнике;
фазовый угол напряжения-тока;
фазовый коэффициент мощности.

Измерения резких перепадов напряжения: согласно МЭК / 61000-4-15.

Высоковольтная линия 10 кВ «Лепетан» подает электроэнергию с нескольких трансформаторных подстанций 10/04 кВ на очень разные нагрузки: агротехнические комплексы, административные здания, многоквартирные дома, школы, детские сады, супермаркеты, склады, водопроводно-канализационная организация, казармы и др. На одной из трансформаторных станций 10/04 кВ была обнаружена проблема с качеством электроэнергии, поскольку у одного из потребителей форма кривой тока была очень нелинейной. Это трансформаторная станция 10 /0,4 кВ под названием «Plavda». Нелинейным потребителем является водопроводная станция, оборудованная насосом с мощными асинхронными двигателями. Конкретно этот замер в контрольной точке высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан» проводился с марта по июль 2005 года. На рисунке 4 приведено расположение трансформаторной подстанции рассматриваемой высоковольтной линии.

Рисунок 4. Расположение трансформаторной станции высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Общая длина высоковольтной линии «Лепетан» составляет около 1,4 км. На следующих рисунках представлены диаграммы форм сигналов напряжений и токов и гармонические спектры.

Рисунок 5. Форма сигнала напряжения высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Рисунок 6. Гармонический спектр напряжений высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Рисунок 7. Форма кривой тока высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Таблица 5. Показатели качества электроэнергии высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

На рисунке 6 представлен гармонический спектр напряжений с преобладанием 5-й и 7-й гармоник напряжения. Наибольшее влияние на коэффициент THDU, если рассматривать состояние качества электроэнергии в начале высоковольтной линии «Лепетан» (на электрической шине 10 кВ в ТС 35/10 кВ Тиват), оказывала 5-я гармоника напряжений. Главным виновником данного уровня 5-й гармоники была водопроводно-канализационная организация, подключенная к ТС 10/04 кВ «Plavda». Эта проблема была устранена после того, как местная водопроводно-канализационная компания в городе Тиват установила правильное оборудование для устранения гармоник высокого порядка в электрических сетях.

Таблица 6. Численные значения составляющих качества электроэнергии

Основной рабочей характеристикой высоковольтной линии «Лепетан» был плохой коэффициент мощности (таблица 5). Частота была в допустимых пределах. В таблице 6 представлены численные значения качества электроэнергии для напряжений и токов компонентов высоковольтной линии «Лепетан».

Данная подстанция является первой на высоковольтной линии «Лепетан». Установленная мощность силового трансформатора составляет 630 кВА. Данная трансформаторная станция, в основном, снабжает электроэнергией частные подворья, несколько административных зданий, школу и детские ясли. А также, эта станция обеспечивает освещение общественных мест. Информация о зарегистрированных напряжениях представлены на следующем рисунке.

Рисунок 8. Изменение напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Одна часть изменений коэффициента THDU представлена на рисунке 9. Максимальное значение коэффициента THDU составило 7,53% и было зарегистрировано 6 июня 2005 г. в 20:07. Данное значение было абсолютно недопустимым.

Рисунок 9. Изменения коэффициента THDU в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Рисунок 10. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Мы можем увидеть очевидное сходство на рисунках 9 и 10. В один и тот же момент, коэффициенты THDU и 5-й гармоники напряжений имеют максимальное значение. Ясно, что 5-я гармоника напряжения имеет доминирующее влияние на форму кривой коэффициента THDU. Значение 5-й гармоники напряжения (4,9%) превысило предельно допустимое (согласно государственным стандартам Венгрии и Австралии). Согласно IEEE-519, это значение незначительно ниже предельно допустимого.

Это вторая трансформаторная подстанция на высоковольтной линии «Лепетан». Установленная мощность силового трансформатора составляет 630 кВА. Данная трансформаторная подстанция снабжает электроэнергией, в основном, здания, несколько частных домов и освещение общественных мест. Зарегистрированные данные представлены на следующих рисунках.

Рисунок 11. Изменения коэффициента THDU в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»

Рисунок 12. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»

И вновь, мы видим очевидное сходство между коэффициентом THDU и формой кривой 5-й гармоники напряжений.

Данная трансформаторная подстанция снабжает электроэнергией несколько частных подворий рядом с водопроводно-канализационной организацией в Тивате. Установленная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА. Зарегистрированные данные представлены на следующих рисунках.

Рисунок 13. Изменения напряжений в точке ТС «Plavda»

Рисунок 14. Изменения коэффициента THDU в точке ТС «Plavda»

Рисунок 15. Изменения 3-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Plavda»

Рисунок 16. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Plavda»

В данном случае, доминирующее влияние на форму кривой коэффициента THDU имеет 3-я гармоника напряжения (рисунок 15). Наибольшее значение 3-й гармоники напряжения бывает рано утром (4,03%). У водопроводно-канализационной организации имеются несколько небольших однофазных асинхронных двигателя и два трехфазных асинхронных двигателя с частотной регулировкой.

Имитационная модель была разработана в специальном программном обеспечении — SuperHarm®. Было достигнуто надлежащее соответствие между результатами измерений и результатами моделирования. Моделирование проводилось для двух эксплуатационных условий — низкой и высокой нагрузки. А также, рассматривалось использование пассивного фильтра.

На рисунках 17 и 18 показан спектр гармоник тока до и после подключения фильтра для 7-й гармоники. Достигнуто достаточное снижение искажения тока и напряжения. Фильтр размещался в точке измерения на уровне напряжения 10 кВ. Самые высокие значения коэффициентов THDU и THDI отмечены в период низкой ежедневной нагрузки, поэтому данный режим представлен на верхних рисунках. Ситуация стала лучше после установки фильтра в режиме высокой нагрузки. Улучшение качества напряжения видно на рисунках 19 и 20, а также представлено в таблице 1. Примечательно, что 7-я гармоника, значения коэффициентов THDU и THDI уменьшаются после установки фильтра (нижняя часть таблицы 7).

Рисунок 17. Спектр гармоник тока до установки фильтра в точке измерения

Рисунок 18. Спектр гармоники тока после установки фильтра в точке измерения

Рисунок 19. Спектр гармоник напряжения до установки фильтра в точке измерения

Рисунок 20. Гармонический спектр напряжения после установки фильтра в точке измерения

Таблица 7. Коэффициенты THDI и THDU в точке измерения до и после установки фильтра — режим низкой нагрузки

TS 10/0.4kV Harmonic Current Phase A & C Low Load
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0.4.A	50	20.0003	10.5573	0.38219	0.77426	1.92686
BUS0.4.C	50	20.9483	7.26388	0.466255	1.02319	1.02525
TS 10/0.4kV Harmonic Current Phase A & C Low Load Filter Applied
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0.4.A	50	19.7251	6.30617	0.398267	0.953288	0.692753
BUS0.4.C	50	21.2563	6.58458	0.485869	1.25978	0.368601

Voltage Harmonic Content Phase A & C Low Power
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0.4.A	50	19713.6	2.9338	77.4364	195.141	538.906
BUS0.4.C	50	20067.3	2.85104	85.0342	276.725	493.481
Voltage Harmonic Content Phase A & C Low Power
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0.4.A	50	19987.4	1.22174	34.492	83.1519	226.994
BUS0.4.C	50	20145.8	1.26372	37.8745	122.594	219.887

Для диагностики, оценки качества электроэнергии, прогнозирования и устранения проблем в сети электропитания используются анализаторы Fluke 430 серии II (Series II).

Рисунок 21. Анализаторы качества электроэнергии Fluke 434-II, 435-II и 437-II

Благодаря запатентованной технологии анализаторы Fluke 434, 435 и 437 серии II, рассчитывая дисбаланс и мощности гармоник, определяют истинные потери электроэнергии, а уникальный алгоритм Fluke показывает их в денежном выражении.Модели различаются по функционалу, области применения и задачам и ориентированы на специалистов разного уровня подготовки:

Fluke 434-II ориентирован на пользователей с базовыми знаниями в области оценки качества электроэнергии. Прибор определяет базовые значения параметров качества электроэнергии: напряжение, сила тока, частота, мощность, провалы, выбросы, гармоники, нарушение баланса;
Fluke 435-II обладает аналогичными с Fluke 434-II функциями, но ориентирован для более опытных пользователей в области оценки качества электроэнергии. Модель обладает функцией PowerWave, которая осуществляет высокоскоростной сбор данных по среднеквадратичным значениям, показывает полупериод и форму сигнала, характеризующие динамику электросистем и с высокой детализацией отображаются на экране. Это позволяет увидеть какое сочетание вызывает потенциальные проблемы;
Fluke 437-II — идеальное решение для специалистов области ВПК, авиации и промышленности, а также в других областях, связанных с транспортировкой. В модели 437-II которой присутствуют все функции модели 435-II, включая PowerWave, но также присутствует возможность проведения измерений на частоте до 400 Гц.

Подробнее об анализаторах качества электроэнергии Fluke 430 серии II читайте на отдельной странице.

Идеальным прибором для анализа работы электродвигателей является портативный анализатор Fluke 438-II. Он упрощает выполнение работ по обнаружению, прогнозированию, предотвращению и устранению проблем качества электроэнергии в трехфазных и однофазных электрораспределительных системах, предоставляя техническим специалистам информацию о механических и электрических параметрах, необходимую для эффективной оценки работы электродвигателя.

Рисунок 22. Анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II. Подробнее читайте здесь.

При доминирующей нагрузке, такой как эта промышленная установка, качество электроэнергии усугубляется на шинах муфтовых соединений высоковольтных линий. В данной ситуации, потребитель из одной распределительной системы отрицательно влияет на соседнюю распределительную систему. Возникают вопросы, кто и каким образом должен на это реагировать. Такие негативные воздействия, отмеченные в пункте А, также влияют и на самого потребителя, что приводит к частым производственным неполадкам и увеличению производственных расходов. Прежде чем направлять претензию компании — поставщику электроэнергии, данный тип потребителей должен проверить динамические характеристики их собственных электрических устройств. Для них важно определить, оказывает ли какое-либо устройство негативное влияние на другие устройства. И только после этого, претензия компании — поставщику электроэнергии будет иметь свои основания. Это особенно важно в случае приватизации промышленных потребителей в нашей стране.

Проблема может быть решена путем установки фильтров в нужных местах. Моделирование показало, что подключение фильтра приводит к значительному снижению гармонических искажений.

Следующим открытым вопросом является возмещение убытков потребителям одной сетевой компании если данные убытки возникли из-за другого потребителя другой сетевой компании. Компания, поставляющая электроэнергию должна разработать соответствующие правила, определяющие условия для подключения нелинейных потребителей. При переходе на нерегулируемый рынок, ясно, что поставщик отвечает за качество электроэнергии. В этом смысле, крупнейших потребителей, которые, в значительной степени, являются источником нелинейной нагрузки, необходимо обязать снижать уровень гармонических искажений в точках общего подключения.

Если вам нужна профессиональная консультация по вопросам анализа качества электроэнергии, просто отправьте нам сообщение!

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

Реактивной мощности измерение

Спасибо за интерес, проявленный к нашей Компании

Реактивной мощности измерение

Отправить другу

Измерение реактивной мощности осуществляется с помощью специального прибора варметра, также можно определить косвенным методом с помощью ряда приборов вольтметра, амперметра, фазометра.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электрооборудование изменениями энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока:

Q = UIsin φ

Единица измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар).. Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери и падение напряжения. В электра установках специального назначения (индукционные печи) реактивная мощность значительно больше активной. Это приводит к увеличению реактивной составляющей тока и вызывает перегрузку источников электроснабжения. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Чтобы правильно определить необходимое значение мощности установки компенсации реактивной мощности надо произвести измерения в электросети.

Применение современных электрических измерительных приборов на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии в сети.

Анализатор качества энергии и параметров сети потребителей является универсальной измерительной системой, предназначенной для измерения, хранения в памяти и контроля электрических параметров в электросетях с низким и средним напряжением. Измерение осуществляется в однофазных и трёхфазных сетях. Одним из главных достоинств анализатора качества энергии и параметров сети потребителей являются высокая точность измерений, компактные размеры и возможность измерения гармоник тока и напряжения в сети. Один анализатор качества энергии и параметров сети потребителей совмещает в себе 13 различных измерительных приборов: амперметр, вольтметр, ваттметр, измерители реактивной и полной мощности, коэффициента мощности cos φ, частотомер, анализатор гармоник тока и напряжения, счётчики активной, реактивной и полной потребляемой электроэнергии. Трёхфазная электронная измерительная система прибора измеряет и оцифровывает действующие значения напряжения и тока в трёхфазной сети с частотой 50/60 Гц. Прибор производит 2 измерения в течение секунды. Из полученных значений микропроцессором высчитываются электрические параметры. Максимальные, минимальные значения параметров и программные данные сохраняются в памяти. Выбранные измеряемые значения, а также данные о перебоях в сети записываются в буферную память с указанием даты и времени. После чего данную информацию можно просмотреть и проанализировать на мониторе компьютера или распечатать на принтере.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Возврат к списку

Что такое электрическая «нагрузка»?
Электрическая нагрузка — это электрический компонент (устройство или машина), который составляет часть электрической цепи, которая потребляет электрическую энергию (мощность) и преобразует ее в другую форму энергии.
Обычно электрическая нагрузка подключается к выходным клеммам источника напряжения, поскольку это устройство, на которое подается питание.
Электрические нагрузки можно классифицировать по различным категориям в соответствии с многочисленными факторами, такими как; характер нагрузки, функция нагрузки, категория потребителя нагрузки, важность нагрузки, количество фаз электрической нагрузки и в зависимости от единицы электрической нагрузки.
Чаще всего электрическая нагрузка классифицируется по ее характеру. А именно резистивная нагрузка, индуктивная нагрузка, емкостная нагрузка и комбинированные нагрузки.
Активная нагрузка
Активная нагрузка ограничивает поток электрической энергии (тока) в цепи и преобразует ее в тепловую и световую энергию. Например, лампа и нагреватель являются резистивными нагрузками.
Этот тип нагрузки потребляет электроэнергию таким образом, что волны напряжения и тока остаются «в фазе» друг с другом.Следовательно, коэффициент мощности для резистивной нагрузки равен единице (1).
Сопротивление (R) резистивной нагрузки измеряется в Ом (Ом), а мощность — в ваттах (Вт).
Индуктивная нагрузка
Индуктивная нагрузка сопротивляется изменениям тока и использует для работы магнитные поля. Индуктивная нагрузка имеет катушку, которая накапливает магнитную энергию, когда через нее проходит ток. Например, трансформаторы, генераторы и двигатели являются индуктивными нагрузками.
Этот тип нагрузки приводит к тому, что волна тока «не совпадает по фазе» с волной напряжения, в результате чего волна тока «отстает» от волны напряжения.Следовательно, коэффициент мощности для индуктивной нагрузки отстает.
Индуктивность (L) индуктивной нагрузки измеряется в Генри (Гн), а мощность измеряется в ВАР, которые представляют собой сумму реальной и реактивной мощности.
Емкостная нагрузка
Емкостная нагрузка в некотором смысле противоположна индуктивной нагрузке. Емкостная нагрузка сопротивляется изменениям напряжения и накапливает электрическую энергию. Например, конденсаторные батареи и пускатели двигателей являются емкостными нагрузками.
Этот тип нагрузки приводит к тому, что волна тока «не в фазе» с волной напряжения, в результате чего волна тока «опережает» волну напряжения.Следовательно, коэффициент мощности для емкостной нагрузки является ведущим.
Емкость (C) емкостной нагрузки измеряется в Фарадах (F), а мощность измеряется в ВАр, однако полярность реактивной мощности отрицательная, поэтому емкостная нагрузка имеет отрицательную ВАР.
Комбинированные нагрузки
Большинство электрических нагрузок не являются чисто резистивными, индуктивными или емкостными. Многие практические нагрузки используют различные комбинации резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов для достижения определенной функции.Например, в двигателях часто используются конденсаторы для помощи при запуске и работе.
Коэффициент мощности такой нагрузки меньше единицы и либо отстает, либо опережает.
Измерение нагрузки в электрических цепях. §102. Измерение мощности и электрической энергии
Измерение мощности В цепях постоянного тока мощность измеряется электродинамическим или ферродинамическим ваттметром. Мощность также можно рассчитать, умножив значения тока и напряжения, измеренные амперметром и вольтметром.
В однофазных цепях измерение мощности может выполняться электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: ток 2, включенный в цепь последовательно, и напряжение 3, включенное в цепь параллельно.
Ваттметр — это устройство, которое требует соблюдения правильной полярности при включении, поэтому его зажимы генератора (зажимы, прикрепленные к проводам, идущим от источника 1) отмечены звездочками.
Рис. 336. Схема измерения мощности
Для расширения диапазона измерения ваттметров их катушки тока подключаются к цепи с помощью шунтов или трансформаторов тока, а катушки напряжения — через дополнительные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.
Измерение электроэнергии. Метод измерения . Для учета электроэнергии, полученной потребителями или отданной источниками тока, используются счетчики электроэнергии.Счетчик электрической энергии по принципу действия аналогичен электросчетчику. Однако, в отличие от ваттметров, вместо винтовой пружины, создающей противодействующий момент, в измерителях есть устройство, похожее на электромагнитный демпфер, создающее тормозную силу, пропорциональную скорости вращения движущейся системы. Следовательно, при включении устройства в электрическую цепь возникающий крутящий момент будет вызывать не отклонение движущейся системы на определенный угол, а ее вращение с определенной частотой.
Скорость движущейся части устройства будет пропорциональна произведению мощности электрического тока на время, в течение которого оно работает, то есть количеству электроэнергии, проходящей через устройство. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбрано таким, чтобы по показаниям счетчика можно было считать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.
Наиболее распространенные ферродинамические и индукционные счетчики; первый используется в цепях постоянного тока, второй — в цепях переменного тока.Счетчики электроэнергии входят в электрические цепи постоянного и переменного тока, а также ваттметры.
Ферродинамический счетчик (рис. 337), установленный на эл. п. постоянный ток. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Катушка постоянного тока 4 разделена на две части, которые покрывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последнее позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный крутящий момент, обеспечивая нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций.Использование пермаллоя помогает уменьшить погрешность счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет очень узкую петлю гистерезиса).
Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на показания счетчика магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). В этом случае внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно увеличивает поток другой части и, как правило, мало влияет на результирующий крутящий момент, создаваемый устройством.Подвижная катушка 6 измерителя (катушка напряжения) расположена у якоря, выполненного в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Змеевик состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которым скользят щетки из тонких серебряных пластин.
Ферродинамический счетчик работает в основном как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии.Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.
Чтобы компенсировать влияние момента трения и уменьшить из-за этого ошибки прибора, в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или помещают лепесток пермаллоя в магнитное поле фиксированной (токовой) катушки, которая имеет высокую магнитную проницаемость при низкая напряженность поля.При малых нагрузках этот лепесток увеличивает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению крутящего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает увеличиваться.
Когда счетчик включен e. п. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскочить от пластин коллектора. Под щетками возникнет искрение. Чтобы предотвратить это, между щетками включают конденсатор С и резистор R1.Компенсация температурной погрешности осуществляется термистором RT (полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от температуры). Он подключен вместе с дополнительным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибрации на работу счетчиков, они установлены на эл. п. на резинометаллических амортизаторах.
Индукционный счетчик Имеет два электромагнита (рис. 338, а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. диск (как в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).
В индукционном счетчике крутящий момент M должен быть пропорционален мощности P = UIcos?. Для этого катушка 6 одного из электромагнитов (ток) включена последовательно с нагрузкой 5, а катушка 2 другого (катушка напряжения) параллельна нагрузке. В этом случае магнитный поток F1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток F2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Чтобы обеспечить требуемый фазовый угол? между нитями F1 и F2 (так что sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока F2 замыкается
Фиг.337. Ферродинамический счетчик электроэнергии
Рис. 338. Счетчик индукционный
в дополнение к диску 7. Фазовый угол между потоками F1 и F2 точно регулируется путем изменения положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, который ответвляется через магнитный шунт 3.
Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Момент трения компенсируется за счет создания небольшой асимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.
Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием силы, создаваемой устройством, компенсирующим трение, стальной тормозной крюк усилен на противоположной оси. Этот крюк притягивается к тормозному магниту 4, тем самым предотвращая возможность вращения подвижной системы без нагрузки.
При работе счетчика под нагрузкой тормозной крюк практически не влияет на его показания.
Для того, чтобы диск счетчика вращался в нужном направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его клеммам.Клеммы нагрузки устройства, к которым подключаются провода, идущие от потребителя, обозначаются буквами I (рис. 338, б), зажимы генератора к которым подключаются провода от источника тока или от сети переменного тока. , буквами Г.
План работ
Различные методы измерения мощности и способы подключения устройств в цепях постоянного тока.
Анализ результатов измерений.
Базовое теоретическое положение
Мощность — это физическая величина, равная работе, выполняемой в единицу времени, которая эквивалентна скорости изменения энергии системы.В частности, электрическая мощность — это величина, которая характеризует скорость передачи или преобразования электрической энергии в другие формы энергии, например механическую, тепловую, световую и т. Д.
Мощность постоянного тока , определяемая выражением P знак равно Ui , где U — напряжение приложенная к нагрузке, В, Я — ток, протекающий через нагрузку A. Единица измерения электрической мощности — ватт (Вт).Из приведенного выше уравнения следует, что мощность P можно определить косвенно, измерив напряжение вольтметром У на нагрузку и амперметр — ток I , протекает через нагрузку. Умножьте результаты измерений U и Я , получить значение мощности.
На рис. 1 показаны две схемы включения вольтметра и амперметра. Выбор той или иной схемы обусловлен допустимой методической погрешностью измерения.Погрешность зависит от соизмеримости внутренних сопротивлений устройств с сопротивлением нагрузки R n .
Рис. 1. Схема подключения силовых средств измерения
в цепи постоянного тока.
Схема рис. один , но применяется при сопротивлении нагрузки R n Значительно меньшее сопротивление вольтметра R при ; и диаграмма на рис. один b — при сопротивлении нагрузки R n намного больше сопротивления амперметра R a .Если пренебречь этими условиями и предположить, что R n = R на для схемы рис. один , но и R n = R a для схемы рис. one b , то относительная погрешность измерения мощности составит 100%.
Практически удобнее измерять мощность одним прибором — ваттметром. Для определения мощности ваттметру нужны данные о токе и напряжении, и он должен уметь их умножать.Такое устройство представляет собой электродинамический ваттметр, состоящий из подвижной катушки, расположенной внутри неподвижной катушки.
Напряжение нагрузки подается на подвижную катушку, а ток нагрузки проходит через неподвижную катушку. Взаимодействие магнитных полей катушек заставляет движущуюся катушку вращаться на угол, пропорциональный мощности. Направление вращения зависит от направления токов в катушках, поэтому его необходимо включать в схему так, чтобы начала обмоток катушек были подключены в сторону источника питания (генератора).На выводах ваттметра обмотки отмечены звездочкой (* U и * I ). Их называют зажимами генератора. Если клещи генератора тока ошибочно подключены в направлении нагрузки, то стрелка прибора отклонится влево от нулевой отметки и показания будут невозможны. Вывод генератора обмотки напряжения для уменьшения погрешности измерения может быть включен согласно схеме на рис. 2 , но или рис.2 б .
Рис. 2 Схема включения ваттметра в цепь постоянного тока.
Схема рис. 2 и применяется при сопротивлении нагрузки R n Намного больше сопротивления ваттметра токовой цепи R a ; и диаграмма на рис. 2 b — при сопротивлении нагрузки R n Значительно меньшее сопротивление напряжения цепи ваттметра R на .Сопротивления цепей напряжения и тока указаны на циферблате прибора. Ваттметр устроен таким образом, что практически чаще используют схему рис. 2 , но .
Тема: как измерить электрическую мощность, методы, методы расчета.
Что такое мощность? Вы помните из школьных уроков физики? Эта физическая величина выражает работу, проделанную за определенный период времени. В общем случае мощность может быть выражена как скорость изменения энергии системы.Что касается электроэнергии, это выражение будет иметь другую форму: физическая величина, определяющая скорость преобразования или передачи электричества. Формула электрической мощности даже проще, чем произносимые слова — P = U × I. То есть она равна напряжению, умноженному на силу тока. Следовательно, измерение электроэнергии будет производиться по этому принципу.
Для проведения измерений электроэнергии на практике используют два способных. Первым будет использование специального измерительного прибора, который называется ваттметр (для измерения мощности постоянного тока) и варметр (для измерения мощности переменного тока).Второй способ чаще встречается у электриков и является косвенным. Это обычное измерение базового тока и напряжения с последующим умножением. Например, на постоянном электродвигателе. Стерта надпись, на которой была указана номинальная электрическая мощность этого электродвигателя. Что делать? Берем, и подключаем этот двигатель к питанию. Затем измерьте напряжение на входных клеммах и текущую силу тока. Первое умножаем на второе, и в результате получаем среднюю электрическую мощность этого электродвигателя.
Измерение электрической мощности с помощью электрических устройств больше можно найти в специальных измерительных лабораториях, производственных цехах, конструкторских бюро и т. Д. На практике редко возникает необходимость проводить измерения мощности с помощью специальных устройств. Что касается классификации ваттметров. Их можно разделить на три основных типа (по назначению и диапазону частот): постоянного тока (низкочастотные), радиочастотные и оптические. В зависимости от прямого варианта функционального преобразования информации (измерения) и ее последующего вывода ваттметры бывают аналоговыми и цифровыми.Для электротехнических нужд наиболее подходит первый тип — низкочастотный (постоянный ток). Они производят измерение электроэнергии в энергосистемах.
Измерители мощности постоянного тока
(и вариметры тока низкой частоты) в основном используются в электрических сетях с частотой питания (50 Гц) для измерения потребляемой электроэнергии. Они бывают однофазными и трехфазными. Варметры составляют отдельную группу — счетчики реактивной электрической мощности. Электронно-цифровые устройства обычно объединяют измерения активной и реактивной мощности.Аналоговые ваттметры (постоянного и низкочастотного типа) ферродинамической или электродинамической системы имеют в своем устройстве две медные катушки, одна из которых соединена последовательно с электрической нагрузкой, а другая — параллельно ей. Взаимодействие электромагнитных полей этих катушек создает крутящий момент, который перемещает стрелку измерительного устройства.
Для измерения электроэнергии приборы подключаются следующим образом. Как известно, напряжение в электрических цепях измеряется параллельно цепи, и для измерения силы тока необходимо разорвать непосредственную часть цепи, в которой происходит измерение.Если для получения электроэнергии необходимо умножить напряжение на силу тока, тогда измерения приборами производятся по тому же принципу, что и раздельное измерение тока и напряжения. Следовательно, ваттметр подключается одновременно, как в разрыв электрической цепи, так и параллельно.
В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного тока, реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновенную стоимость мощности и количество электроэнергии в очень широких пределах.
Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.
Активная (потребляемая электрическая цепь) мощность
P a = UIcos  > = I  2  R = U 2 / R, (1)
где U , Я — действующие значения напряжения и тока;  — угол сдвига фаз.
Реактивная мощность
R R знак равно Uisin  = I 2 Х . (2)
Полная мощность
P n знак равно Ui = Pz . Эти три типа мощности связаны соотношением
P = (P , но 2 + п. 2 r ) (3)
Таким образом, мощность измеряется в диапазоне 1 Вт… 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ± (0,01 … 0,1)%, а для СВЧ частот — с погрешностью ± (1 … пять)%. Реактивная мощность от единиц вар до Мвар измеряется с погрешностью ± (0,1 … 0,5)%.
Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА … 10 кА) и напряжений (1 мкВ … 1 МБ), погрешность измерения составляет ± (0,1 … 2,5 )%.
Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.
Измерение мощности в цепях постоянного тока. Для косвенного измерения мощности используйте метод амперметра и вольтметра и метод компенсации.
Метод амперметра и вольтметра. В этом случае устройства включаются по двум схемам (рис. 1).
Метод простой, надежный, экономичный, но имеет ряд существенных недостатков: необходимость снятия показаний по двум

Рис. Один. Цепи измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра для малых (а) и больших (б) сопротивления нагрузки
приборов; необходимость производить расчеты; низкая точность из-за суммирования инструментальных ошибок.
Мощность R x , , рассчитанный по показаниям прибора (рис. 1а), имеет вид
Это больше фактического значения потребляемой мощности в нагрузке P n, значения потребляемой мощности вольтметра R v , , то есть P n = R x — R v .
Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.
Мощность R x , рассчитывается по показаниям прибора (рис. 1., б) имеет вид
Это больше фактического значения потребляемой мощности нагрузки на значение потребляемой мощности амперметра R НО . Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.
Метод компенсации. Этот метод используется, когда требуются высокоточные измерения мощности.С помощью компенсатора поочередно измеряются ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеренная мощность определяется по формуле
P = U n Я № . (4)
При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамическая и ферродинамическая системы), цифровыми и электронными ваттметрами.
Электродинамические ваттметры используются как портативные устройства для точных измерений мощности (класс 0.1 … 2,5) в цепях постоянного и переменного тока частотой до нескольких тысяч герц.
Вольтметры ферродинамического экрана применяются в цепях переменного тока промышленной частоты (класс 1,5 … 2,5).
В широком диапазоне частот используются цифровые ваттметры, базовые
— это различные преобразователи мощности (например, термоэлектрические), УФД, микропроцессор и центральный процессор. Цифровые ваттметры автоматически выбирают пределы измерения, выполняют самокалибровку и предоставляют внешний интерфейс.
Специальные и электронные ваттметры также используются для измерения мощности в высокочастотных цепях.
Для измерения реактивной мощности на низких частотах используются реактивные ваттметры (варметры), в которых с помощью специальных схем отклонение подвижной части электродинамического ИМ пропорционально реактивной мощности.
Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки не более 10 … 20 А и напряжении до 600 В.Измерение мощности при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения производится ваттметром с трансформаторами тока ТА и напряжения ТВ (рис. 2).
Измерение активной мощности в трехфазных цепях. Метод одного ваттметра. Этот метод применяется только в симметричной системе с равномерной фазовой нагрузкой, одинаковыми углами сдвига фаз между векторами I и U . и с полной симметрией напряжений (рис.3).

Рис. 3. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную схему с полной симметрией включения нагрузки:
а — звезда; б — треугольник; дюйм ~ — с искусственной нулевой точкой

Рис.4. Схемы включения двух ваттметров в трехфазную цепь: , а — в 1-ю и 3-ю; б — в 1-й и 2-й; на — во 2-м и 3-м
На рис..3, , но нагрузка соединена звездой, и нулевая точка доступна. На рисунке 3, b нагрузка подключена треугольником, ваттметр включен в фазу. На рис. .3, и нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (обычно указывается в техническом паспорте на один ваттметр).
Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы, а мощность всей трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три:
P = 3 P w
Метод двух ваттметров.Этот метод применяется в трехфазной трехпроводной схеме вне зависимости от схемы подключения и характера нагрузки, как при симметрии, так и несимметричности токов и напряжений. Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Обмотки тока ваттметров включены в любые две фазы, а обмотки напряжения подключены к линейным напряжениям (рис. 4).
Полная мощность может быть выражена как сумма показаний двух ваттметров. Итак, для схемы, представленной на рис.4, а,
где  1 — фазовый угол между током I 1 и линейное напряжение U 12,  2 — фазовый угол между токами I 3 и линейное напряжение U 32 . В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой фазной нагрузке 1, = 30 ° —  и  2 = 30 ° — , показания ваттметра будут:
При активной нагрузке ( = 0) , показания ваттметра будут такими же, так как P W ] = P Вт 2 Iucos тридцать.
При нагрузке с углом смещения cf = 60 ° показания второго ваттметра равны нулю, т.к. P W 2 = IU cos (30 ° + ) = IU cos (30 ° + 60 °) = 0, в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.
При нагрузке с углом сдвига> 60 ° мощность, измеренная вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30 ° + ) больше 90 °.В этом случае подвижная часть ваттметра повернется в обратном направлении. Для справки необходимо изменить фазу тока в одной из цепочек ваттметра на 180 °. В этом случае мощность трехфазной цепи равна разнице показаний ваттметров
Метод трех ваттметров. Для измерения мощности трехфазной цепи с несимметричной нагрузкой включаются три ваттметра, а общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров.В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра будут положительными независимо от характера нагрузки (параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т.е. между линейным проводом и нулем). Если нулевая точка недоступна и нейтральный провод отсутствует, то параллельные цепи устройств могут образовывать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны.
Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. Несмотря на то, что реактивная мощность не определяет ни выполняемую работу, ни передаваемую за единицу времени энергию, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электроэнергии в линиях электропередачи, трансформаторах и генераторах. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивной (вар) как в однофазных, так и в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими методами или специально разработанными для измерения ваттметров реактивной мощности.Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет сложную параллельную схему для получения фазового сдвига 90 °
между векторами тока и напряжения этой схемы. Тогда отклонение подвижной части будет пропорционально реактивной мощности. R R знак равно Uisin  . Реактивные ваттметры в основном используются для лабораторных измерений и калибровки реактивных счетчиков.
Реактивную мощность в трехфазной симметричной цепи можно также измерить активным ваттметром: для этого катушка тока включается последовательно в фазе A, катушка напряжения — между фазами B и C.
Измерение мощности в высокочастотных цепях. Для этой цели могут использоваться как прямые, так и косвенные измерения, а в некоторых случаях косвенные измерения могут быть предпочтительнее, поскольку иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем саму мощность. Прямое измерение мощности в высокочастотных цепях выполняется термоэлектрическими, электронными ваттметрами, ваттметрами на основе эффекта Холла и цифровыми ваттметрами.
Косвенные измерения выполняются осциллографическим методом.Он используется в основном, когда схема питается несинусоидальным напряжением, на высоких частотах, от источников напряжения малой мощности и т. Д.
Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными электросчетчиками. Электронные электросчетчики обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективным средством измерения электрической энергии.
4. Измерение фазы и частоты
Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в определенный момент времени. т . Фазовый угол в начальный момент времени (привязка по времени), т.е. при t = 0, называется нулевой vym (начальный) фазовый сдвиг. Разность фаз  обычно измеряется между током и напряжением или между двумя напряжениями. В первом случае их чаще интересует не сам фазовый угол, а значение cos  или коэффициент мощности. Cos — это косинус угла, на который ток нагрузки опережает или отстает от напряжения, приложенного к этой нагрузке. Phase shift  два гармонических сигнала одной частоты называют модулем разности их начальных фаз  = |  1-2 |. Фазовый сдвиг  не зависит от времени, если начальные фазы  1 и  2 остаются неизменными. Разность фаз выражается в радианах или градусах.
Методы измерения фазового угла. Эти методы зависят от частотного диапазона, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и наличия измерительных приборов.Есть косвенные и прямые изменения фазового угла.
Косвенное измерение. Такое измерение фазового угла между напряжениями U и ток I в нагрузке в однофазных цепях
осуществляется с помощью трех приборов — вольтметра, амперметра и измерителя мощности (рис. 5). Угол определяется расчетом по найденному значению cos:
Метод обычно применяется на промышленной частоте и обеспечивает низкую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным расходом устройств, достаточно простой, надежный, экономичный.
В трехфазной симметричной цепи значение cos может быть определено следующими измерениями:
мощность, ток и напряжение одной фазы;
измерение активной мощности методом двух ваттметров;
измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.
Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любое время, используется в широком диапазоне частот в маломощных схемах с грубыми измерениями (5… 10%). Метод линейной развертки предполагает использование двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подается напряжение линейной развертки, а на вертикальные пластины — напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и на измеренных отрезках AB и AC вычисляем угол смещения между ними
, где AB — отрезок между соответствующими точками кривые при пересечении их через ноль по оси X ; AU — отрезок, соответствующий периоду.
Погрешность измерения  х зависит от погрешности задания и фазовой ошибки осциллографа.
Если вместо линейной развертки использовать напряжение синусоидальной развертки, то фигуры Лиссажу, полученные на экране при равных частотах, дают форму эллипса на экране осциллографа (рис. 6б). Угол сдвига  x = arcsin (AB / VG).
Этот метод позволяет измерять  x в пределах 0 90 o без определения знака фазового угла.
Погрешность измерения  x также определяется эталонной ошибкой

Рис ..6. Кривые, полученные на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке
и расхождениях фазовых сдвигов каналов X и Я Осциллограф .
Использование компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронного осциллографа в качестве индикатора равенства фаз позволяет достаточно точно измерить фазовый угол.Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.
Прямое измерение. Прямое измерение общего сдвига фаз осуществляется с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Чаще всего в электромеханических фазометрах используются электродинамические и электромагнитные ратиометрические фазометры. Масштаб этих устройств линейный. Используется в диапазоне частот от 50 Гц до 6 … 8 кГц. Классы точности — 0,2; 0.5 Отличаются большой потребляемой мощностью 1 (5 … 10 Вт).
В трехфазной симметричной цепи измерение фазового угла  или cos выполняется с помощью однофазных или трехфазных счетчиков.
Цифровые фазометры применяются в маломощных цепях в диапазоне частот от Гц до 150 МГц, классы точности 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. В цифровых фазометрах с электронным счетом сдвиг фазы между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполненный импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые подсчитываются электронным счетчиком импульсов.Составляющими погрешностей этих устройств являются: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.
Методы измерения частоты. Частота — одна из важнейших характеристик периодического процесса. Определяется количеством полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Диапазон частот, используемых в методике, очень велик и составляет от долей герца до десятков.Весь диапазон частот разделен на два диапазона — низкий и высокий.
Низкие частоты: инфразвук — ниже 20 Гц; звук — 20 … 20000 Гц; ультразвук — 20 … 200 кГц.
Высокие частоты: высокие — от 200 кГц до 30 МГц; сверхвысокие — 30 … 300 МГц.
Таким образом, выбор метода измерения частоты зависит от диапазона измеряемых частот, требуемой точности измерения, величины и формы напряжения измеряемой частоты, мощности измеряемого сигнала, наличия средств измерения и т. Д.
Прямое измерение. Метод основан на использовании электромеханических, электронных и цифровых частотомеров.
Электромеханические частотомеры используют измерительный механизм электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с прямым отсчетом частоты по шкале логометрического измерителя. Они просты в устройстве и эксплуатации, надежны, обладают достаточно высокой точностью. Они используются в диапазоне частот от 20 до 2500 Гц. Классы точности — 0,2; 0.5; 1.0; 1,5; 2.5
Электронные частотомеры используются при измерениях в диапазоне частот от 10 Гц до нескольких мегагерц, с уровнями входного сигнала 0,5 … 200 В. Имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает низкое энергопотребление. Классы точности — 0,5; 1.0 и ниже.
Цифровые частотомеры используются для очень точных измерений в диапазоне 0,01 Гц … 17 ГГц. Источниками погрешности являются погрешность из-за дискретности и нестабильности кварцевого генератора.
Мостовой метод. Этот метод измерения частоты основан на использовании частотно-зависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схемой для измерения частоты является емкостной мост. Мостовой метод измерения частоты применяется для измерения низких частот в диапазоне 20 Гц … 20 кГц, погрешность измерения 0,5 … 1%.
Косвенное измерение. Метод осуществляется с помощью осциллографов: по интерференционным картинам (фигурам Лиссажу) и круговой развертке.Способы просты, удобны и достаточно точны. Они используются в широком диапазоне частот от 10 Гц до 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу является сложность расшифровки цифр при соотношении цифр более 10 и, следовательно, ошибка измерения увеличивается из-за установления истинного отношения частот. В методе циклического перебора ошибка измерения в основном определяется ошибкой квантования основной частоты.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ
Как рассчитать электрическую нагрузку
Электрические цепи находят множество применений, в том числе в быту, автомобилестроении и электронике.Электрические принципы применимы независимо от области применения. У вас есть несколько компонентов, распределенных по схеме, которые составляют нагрузку схемы. У вас есть источник энергии. Вы хотите знать характеристики компонентов нагрузки. У вас есть закон Кирхгофа, который, по сути, гласит, что сумма напряжения нагрузки равна сумме напряжений источника. Вы не хотите повредить какие-либо компоненты цепи, поэтому рассчитываете нагрузку.
Расчет электрической нагрузки в простой цепи
Рассчитайте электрическую нагрузку для простой линейной цепи, имеющей напряжение источника 9 В и два последовательно включенных резистора по 330 Ом.Второй резистор имеет вывод, идущий на землю. Рассчитайте по следующим уравнениям. Пусть мощность = напряжение * ток (P = VI). Пусть ток = напряжение / сопротивление (I = V / R).
Примените второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма напряжений в цепи равна нулю. Сделайте вывод, что напряжение нагрузки вокруг простой схемы должно составлять 9 вольт. Вычислите, что напряжение нагрузки равномерно распределено на каждом из резисторов, поскольку они имеют одинаковое сопротивление, и что напряжение на каждом из них должно быть 4.5 вольт (или -4,5 в соответствии с законом Кирхгофа).
Рассчитайте I = V / R (расчет тока), так что I = 4,5 / 330 = 13,6 мА (миллиампер). Вычислите P = VI = 9 * 0,0136 = 0,1224 Вт. Обратите внимание, что теперь известны все характеристики нагрузки (напряжение, сопротивление, ток и мощность). Будьте осторожны и выбирайте резисторы мощностью 0,5 Вт.
Используйте онлайн-симулятор линейных цепей для моделирования простых цепей и расчета нагрузочных характеристик. Используйте описанный ниже имитатор линейных цепей под названием «Linear Technology Spice.«Создайте образец схемы и поэкспериментируйте с различными компонентами нагрузки. Рассчитайте характеристики нагрузки, используя уравнения напряжения, тока, сопротивления (или индуктивности) и мощности.
Расчет электрической нагрузки в доме
Рассчитайте нагрузку для типичного дома на одну семью с помощью онлайн-калькулятора электрической нагрузки. Воспользуйтесь онлайн-калькулятором электрической нагрузки для дома на одну семью.
Укажите площадь вашего дома в квадратных футах. Введите количество «цепей для малой бытовой техники» и «цепей для стирки» и при необходимости обратитесь к электрической схеме.Если информация недоступна, используйте значения по умолчанию. Введите значения для «Прикрепленные устройства», «Приборы для приготовления пищи», «Отопление или охлаждение» и «Самый большой двигатель». Нажмите «Рассчитать нагрузку».
Обратите внимание на «Общая расчетная нагрузка», «Расчетная сила тока», «Общая нейтральная нагрузка», «Общая нейтральная нагрузка» и «Общая нейтральная сила тока».
Измерение электроэнергии постоянного и переменного тока
Введение в электрическую энергию
Мощность определяется как работа, выполняемая в определенное время, или просто скорость выполнения работы.Электрическая мощность определяется как выполненная электрическая работа или рассеянная электрическая энергия в единицу времени.
Измеряется в Джоулях в секунду, то есть в ваттах. Мощность может быть величиной постоянного или переменного тока в зависимости от типа источника питания.
В случае цепей постоянного тока электрическая мощность — это произведение напряжения на ток. Ниже приведены уравнения мощности в цепях постоянного тока.
Pdc = В × I Вт
= I ² × R
= В ² / R
Ваттметр
В случае цепей переменного тока электрическая мощность включает коэффициент мощности вместе с произведением напряжения и тока .В цепях постоянного тока напряжение и ток находятся в фазе, и, следовательно, мощность является произведением напряжения и тока.
Но в цепях переменного тока существует разность фаз между напряжением и током, а также их мгновенные значения время от времени меняются. Следовательно, мгновенное значение мощности (которое является произведением мгновенного напряжения и мгновенного тока) не очень важно в цепи переменного тока.
Средняя мощность рассчитывается в цепях переменного тока, и это очень полезная величина.Из-за мгновенного колебания мощности оно может быть отрицательным или положительным. Положительный знак указывает на потребление мощности нагрузкой, а отрицательный знак указывает на возврат мощности к источнику от нагрузки.
Наиболее распространенным термином концентрации является рассеиваемая средняя мощность от нагрузки, Pavg. Средняя электрическая мощность в однофазной цепи переменного тока задается как
Pavg = V × I × cos ϕ Вт
В приведенном выше уравнении cos ϕ — коэффициент мощности цепи, а ϕ — разность фаз между напряжение и ток этой цепи.V и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока.
В случае трехфазных цепей переменного тока электрическая мощность выражается как
Pac = √3 × VL × IL × cos ϕ ватт
Где VL и IL — линейное напряжение и линейный ток соответственно.
Измерение мощности в цепях постоянного тока
Метод — 1
Как было сказано ранее, мощность постоянного тока является произведением напряжения на нагрузке и тока через нагрузку. Следовательно, мощность можно определить с помощью вольтметра и амперметра, подключив их в любой из приведенных ниже схем, и, следовательно, мощность можно рассчитать как произведение этих параметров.
На рисунке (a) амперметр измеряет полный ток в цепи, и этот ток представляет собой сумму тока через нагрузку и тока через вольтметр. Таким образом, измерение мощности включает в себя мощность, потребляемую счетчиком.
Этого можно избежать в схеме (b), но вольтметр измеряет падение напряжения на амперметре в дополнение к напряжению на нагрузке и, следовательно, погрешности измерения. Эти ошибки называются ошибками вставки.
Однако этими ошибками можно пренебречь при сравнении I ^v с I и Va по сравнению с V.поэтому измеренная мощность будет совпадать с истинной мощностью.
Поскольку вольтметр и амперметр более чувствительны, чем ваттметр, измеренное значение более точное, чем полученное с помощью ваттметра. Следовательно, мощность можно рассчитать по показаниям счетчиков.
P = V × I Вт
Метод — 2
Для вышеуказанного метода требуются два измерительных устройства, а также некоторые вычисления. Также возможно измерить мощность напрямую одним измерителем, называемым ваттметром.Это электродинамический инструмент, состоящий из пары неподвижных катушек и подвижной катушки.
Две неподвижные катушки называются токовыми катушками, соединенными последовательно со схемой и размещенными соосно с промежутком между ними. Эти токовые катушки пропускают ток, пропорциональный току нагрузки. Ток, протекающий через эти катушки, создает магнитное поле вокруг катушек с током.
Подвижная катушка называется потенциальной катушкой, которая помещается между фиксированными катушками и имеет указатель, который перемещается по шкале, чтобы указать мощность.Эта потенциальная катушка подключена параллельно цепи и, следовательно, по ней проходит ток, пропорциональный напряжению на нагрузке.
Взаимодействие двух токов (или потоков, создаваемых этими токами) создает крутящий момент, в результате чего стрелка перемещается. Этот крутящий момент пропорционален произведению тока через неподвижные катушки и тока в подвижной катушке. Следовательно, отклонение стрелки (или подвижной катушки) пропорционально мощности, рассеиваемой в нагрузке.
Подключение ваттметра для измерения мощности в цепи постоянного тока показано на рисунке ниже.Ваттметр состоит из четырех клемм, а именно: Сеть (M), Нагрузка (L), Общий (C) и напряжение (V).
В этом соединении клеммы M и L подключаются к любой стороне цепи нагрузки, а клеммы C и V подключаются поперек цепи. Для измерения мощности клеммы M и C должны быть закорочены, как показано ниже.
В настоящее время электронные ваттметры используются для измерений малой мощности, а также для измерений мощности, которые рассчитаны на более высокие частоты, чем ваттметры электродинамометрического типа.
Они используются для высокоточных измерений. Электронные ваттметры могут быть аналогового или цифрового типа. Современный цифровой электронный ваттметр выдает тысячи отсчетов напряжения и тока в секунду.
Также регистрирует значения мощности в памяти и отображает их на цифровом дисплее.
Измерение мощности в цепях переменного тока
Большинство измерений мощности переменного тока с номинальной частотой ниже 400 Гц выполняется с помощью ваттметра динамо-метра.Этот измерительный прибор показывает непосредственно среднюю мощность, рассеиваемую нагрузкой.
Только один ваттметр используется в случае измерения однофазной мощности, в то время как два ваттметра необходимы для измерения трехфазной мощности. В случае отсутствия ваттметров или некорректных измерений ваттметром используются другие методы.
Измерение мощности в одной цепи переменного тока
Однофазная мощность может быть измерена несколькими способами, и распространенные методы этих измерений включают
Метод трех вольтметров
Метод трех амперметров
Метод ваттметров
Метод трех вольтметров
мощность в однофазной цепи можно измерить с помощью трех вольтметров, а схема подключения для этого метода показана на рисунке ниже.Здесь нагрузка индуктивная, V1, V2 и V3 — вольтметры, а R — чисто безиндуктивное сопротивление, которое включено последовательно с цепью.

В приведенной выше схеме напряжение V1 является векторной суммой V2 и V3, то есть V1 = V2 + V3. На диаграмме фазора, ток через цепь, я берусь в качестве эталонного фазора и, следовательно, V2, будет находиться в фазе с I в то время как V3 является опережает ток на угол ф (из-за индуктивный контур).
Из векторной диаграммы
V1 ² = V2 ² + V3 ² + 2 V2 V3 cos ϕ
But, V2 = IR
V1 ² = V2 ² + V3 2 + 2 (IR) V3 cos ϕ
= V2 ² + V3 ² + 2 PR, поскольку мощность в индуктивной нагрузке, P = V3 I cos ϕ
Следовательно, Power P = (V1 ² — V2 ² — V3 ²) / 2R
Также коэффициент мощности цепи,
cos ϕ = (V1 ² — V2 ² — V3 ²) / (2 V2 V3 )
Этот метод не очень точен, поскольку небольшие ошибки в вольтметре могут вызвать серьезную ошибку в измеренной мощности.
Значит, точность зависит от погрешностей вольтметров. Из-за добавления сопротивления R напряжение питания может быть выше напряжения нагрузки, а также на практике трудно получить неиндуктивное сопротивление.
Метод трех амперметров
Принципиальная схема измерения однофазной мощности с помощью трех амперметров представлена ниже. В этом методе неиндуктивное сопротивление R подключается к индуктивной нагрузке с помощью трех амперметров.
Ток, измеренный амперметром-1, представляет собой векторную сумму тока, потребляемого неиндуктивным сопротивлением, и тока через нагрузку.
Из диаграммы фазора, ток через, не индуктивного сопротивления, I2 находится в фазе с напряжением на схеме В. Здесь, напряжение на цепи берется в качестве эталонного вектора. А ток, измеренный амперметром А3, отстает от напряжения на угол ϕ.
Из векторной диаграммы
I1 ² = I2 ² + I3 ² + 2 I2 I3 cos ϕ
Но, I2 = V / R
I1 ² = I2 ² + I3 ² + 2 (V / R) I3 cos ϕ
Поскольку мощность, P = V I3 cos ϕ,
I1 ² = I2 ² + I3 ² + (2 P) / R
Следовательно, мощность
P = (I1 ² — I2 ² — I3 ²) R / 2
Кроме того, коэффициент мощности цепи
cos ϕ = (I1 ² — I2 ² — I3 ²) / (2 I2 I3)
Преимущество этого метода заключается в том, что мощность, определяемая этой схемой, не зависит от частоты питания и формы волны.
Метод ваттметра
Как обсуждалось при измерении мощности постоянного тока, токовая катушка ваттметра динамометрического типа передает ток нагрузки, в то время как катушка давления передает ток пропорционально и синфазно с напряжением цепи.
Таким образом, отклонение измерителя зависит от токов этих катушек и коэффициента мощности цепи. Подключение для измерения однофазной мощности с помощью ваттметра динамо-метра показано на рисунке ниже.
Для измерения мощности ток нагрузки должен проходить через токовую катушку (C.C), и, следовательно, он подключен последовательно с нагрузкой, тогда как напряжение на нагрузке должно появляться на катушке давления (ПК) измерителя, и, следовательно, оно подключено к нагрузке. Если ваттметр показывает мощность в ваттах, то
Вт = VI cos ϕ
Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока
Ваттметры электродинамометрического типа используются для измерения мощности трехфазного переменного тока, как и измерения однофазного переменного тока. . Измерение трехфазной мощности может применяться для сбалансированной или несимметричной нагрузки, независимо от того, подключена ли нагрузка по схеме звезды или треугольника.
Сбалансированная нагрузка означает, что значения всех импедансов равны, фазовые углы всех из них равны и имеют одинаковую природу: все резистивные, все индуктивные или все емкостные. В противном случае говорят, что нагрузки неуравновешены.
Трехфазную мощность можно измерить следующими методами.
Метод трех ваттметров
Метод двух ваттметров
Метод одного ваттметра
Метод трех ваттметров
В этом методе три ваттметра подключаются к каждой из трех фаз, независимо от того, подключена ли нагрузка треугольником или звездой.Алгебраическая сумма показаний, полученных этими тремя измерителями, дает общую мощность, потребляемую нагрузкой.
Нагрузка, подключенная звездой
Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, подключенной звездой, приведена ниже. Катушка тока каждого ваттметра пропускает ток через эту фазу, а катушка давления измеряет фазное напряжение этой фазы.
Таким образом, каждый ваттметр измеряет однофазную мощность, и алгебраическая сумма этих показаний дает трехфазную мощность.В этом методе нейтральное соединение необходимо для подключения ваттметров.

Нагрузка, подключенная треугольником
Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, подключенной треугольником, приведена ниже. Это также похоже на нагрузку, соединенную звездой, где трехфазная мощность получается алгебраической суммой индивидуальных показаний ваттметра.
Однако этот метод неосуществим, потому что для подключения ваттметров необходимо разорвать цепь нагрузки.
Нет необходимости использовать три ваттметра для измерения трехфазной мощности, но для измерения достаточно двух ваттметров.
Метод двух ваттметров
Метод двух ваттметров для измерения мощности в трехфазной цепи показан ниже для нагрузок, подключенных по схеме звезды и треугольника. В этом методе катушки тока ваттметров вставляются в любые две линии, а их потенциальные катушки подключаются к третьей линии.
Сумма мгновенных мощностей, измеренных этими двумя ваттметрами, дает мгновенную мощность, потребляемую всеми тремя нагрузками.
Прежде чем рассматривать напряжение и ток через каждый ваттметр, следует отметить, что направление напряжения в цепи такое же, как и для тока при снятии показаний с ваттметров.
С учетом нагрузки, подключенной по схеме звезды (хотя следующее обсуждение может быть применено к нагрузке по треугольнику, заменив ее эквивалентной пусковой нагрузкой),
Мгновенный ток через ваттметр-1, I1 = I _R
Мгновенное напряжение на ваттметре-1, V1 = V _RB = V _R — V _B
Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-1, P1 = I _R (V _R — V _B)
Мгновенный ток через ваттметр-2, I2 = I _Y
Мгновенное напряжение на ваттметре-2, V2 = V _RB = V _Y — В _B
Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-2, P2 = I _Y (V _Y — V _B)
Следовательно, W1 + W2 или P1 + P2 = IR (V _R — V _B) + I _Y (V _Y — V _B)
= I _R V _{R 9 1089 + I _Y V _Y –V _B (I _R + I _Y)}
Так как I _R + I _Y + I _B = 0 (согласно закону Кирхгофа ), то I _R + I _Y = –I _B
Следовательно, W1 + W2 = I _R V _R + I _Y V _Y + V _B I _B = P1 + P2 + P3
Где P1 — мощность, потребляемая нагрузкой L1, P2 — мощность, потребляемая L2, а P3 — L3.Таким образом, мощность, измеренная двумя ваттметрами, — это полная мощность, потребляемая нагрузкой.
Это верно независимо от того, является ли нагрузка сбалансированной или несбалансированной. Вышеупомянутые расчеты основаны на мгновенной мощности, однако ваттметры считывают среднюю мощность в цепи.
Общая мощность, P = W1 + W2 = √3 VL IL cos ϕ
Метод одного ваттметра
В этом методе один ваттметр используется для измерения трехфазной мощности путем получения двух показаний, как в случае двух -ваттметровый метод.В этом методе два ваттметра заменяются одним ваттметром, и можно снять два показания без разрыва цепи.
В этом случае катушка тока подключается к одной линии, а катушка давления подключается между этой линией и двумя другими линиями поочередно.
Сумма показаний, полученных при положении переключателя 1 и переключателя 3, дает общую мощность, потребляемую нагрузкой. Этот метод используется только при сбалансированной нагрузке и, следовательно, не используется повсеместно. Чаще всего используется метод двух ваттметров.
Моделирование нагрузки — Обзор (Журнальная статья)
Ариф, Анмар, Ван, Чжаоюй, Ван, Цзяньхуэй, Матер, Барри А., Башуальдо, Хьюго и Чжао, Дунбо. Моделирование нагрузки - обзор . США: Н. П., 2017. Интернет. DOI: 10.1109 / TSG.2017.2700436.
Ариф, Анмар, Ван, Чжаоюй, Ван, Цзяньхуэй, Мазер, Барри А., Башуальдо, Хьюго и Чжао, Дунбо. Моделирование нагрузки - обзор . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2700436
Ариф, Анмар, Ван, Чжаоюй, Ван, Цзяньхуэй, Матер, Барри А., Башуальдо, Хьюго и Чжао, Дунбо. Вт. «Моделирование нагрузки - обзор». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2700436. https://www.osti.gov/servlets/purl/1435710.
@article {osti_1435710, title = {Моделирование нагрузки - Обзор}, author = {Ариф, Анмар и Ван, Чжаоюй и Ван, Цзяньхуэй и Матер, Барри А. и Башуальдо, Хьюго и Чжао, Дунбо}, abstractNote = {Моделирование нагрузки оказывает значительное влияние на исследования энергосистемы. В данной статье представлен обзор методов моделирования и идентификации нагрузки.Модели нагрузки можно разделить на две широкие категории: статические и динамические модели, при этом есть два типа подходов к определению параметров модели: основанные на измерениях и основанные на компонентах. В последние годы моделированию нагрузки уделяется больше внимания из-за интеграции возобновляемых источников энергии, управления спросом и устройств интеллектуального учета. Однако обычно используемые модели нагрузок устарели и не могут отражать возникающие нагрузки. Необходимо систематически анализировать существующие методы моделирования нагрузки и предлагать направления будущих исследований для удовлетворения растущих интересов промышленности и научных кругов.В этом исследовании мы даем подробный обзор прогресса академических исследований и отраслевой практики, а также выделяем существующие проблемы и новые тенденции в моделировании нагрузки.}, doi = {10.1109 / TSG.2017.2700436}, url = {https://www.osti.gov/biblio/1435710}, journal = {IEEE Transactions on Smart Grid}, issn = {1949-3053}, число = 6, объем = 9, place = {United States}, год = {2017}, месяц = {5} }
Расчет коммерческих электрических нагрузок | EC&M
Благодарим вас за посещение одной из наших самых популярных классических статей.Если вы хотите получить обновленную информацию по этой теме, ознакомьтесь с недавно опубликованной статьей «Расчет нагрузки
— часть 1, ».
Даже если вы работаете со штампованными чертежами, вам в конечном итоге придется выполнять расчеты коммерческой нагрузки в полевых условиях или на экзамене на получение лицензии. NEC охватывает коммерческие расчеты в ст. 220, но применимы и другие статьи. Например, вы должны знать определения в ст. 100, ознакомьтесь с тем, что такое ст. 210 говорит о продолжительных нагрузках и понимает требования к защите от сверхтоков, изложенные в Ст.240.
Два элемента, связанные с этим типом расчета, неоднократно нуждаются в уточнении:
Напряжение
Напряжение, используемое для расчетов, зависит от расчетного напряжения системы. Таким образом, при расчете нагрузки ответвления, фидера и обслуживания вы должны использовать номинальное напряжение системы 120 В, 120/240 В, 208/120 В, 240 В, 347 В, 480/277 В, 480 В, 600 В / 347 В или 600 В, если не указано иное. указанному (220.2) ( Рис.1 ниже).
Округление
См. 200.2 (B), чтобы положить конец загадке округления. Если расчет в амперах превышает целое число на 0,5 или более, округлите до следующего целого числа. Если дополнительная сумма составляет 0,49 или меньше, округлите до следующего целого числа. Например, округлите 29,5А до 30А, но округлите 29,45А до 29А.
Удельные нагрузки. Арт. 220 не покрывает все специфические нагрузки. Например, вы найдете моторы в ст. 430 и кондиционеры в ст. 440. Чтобы узнать, следует ли вам искать другую статью, используйте индекс NEC.
Рис. 1. Не допускайте ошибки, используя в расчетах фактические полевые измерения напряжения системы. Если не указано иное, нагрузки должны рассчитываться с использованием номинального напряжения системы, например 120 В, 120/240 В, 208Y / 120 В, 240 В, 347 В, 480 Y / 277 В, 480 В, 600 Y / 347 В или 600 В.
Арт. 220 предъявляет особые требования к большинству нагрузок, включая следующие:
Сушилки. Подберите размеры проводов ответвительной цепи и устройства защиты от перегрузки по току для промышленных осушителей в соответствии с характеристиками, указанными на паспортной табличке устройства.Рассчитайте требуемую нагрузку питателя для сушилок при 100% номинальной мощности устройства. Если осушители работают непрерывно, вы должны рассчитать проводник и защитное устройство на 125% нагрузки [210,19 (A), 215,3 и 230,42]. Таблица 220.18 Коэффициенты спроса не применимы к коммерческим сушилкам.
Давайте применим то, что мы только что узнали. Какой размер ответвления цепи и защита от перегрузки по току требуются NEC для сушилки мощностью 7 кВт с номинальным напряжением 240 В, когда сушилка находится в многоквартирной жилой прачечной (, рис.2 )?
I = P ÷ E
7000 Вт ÷ 240 В = 29 А
Допустимая токовая нагрузка проводника и устройства максимального тока должна быть не менее 29 А (240,4). Согласно Таблице 310.16, провод 10 AWG при 60 ° C рассчитан на 30 А. Следовательно, вы должны использовать прерыватель на 30 А с проводом 10 AWG.
Рис. 2. При определении надлежащей защиты параллельной цепи и сечения проводов для сушилки для белья, имеющейся в продаже, вы должны использовать требуемую нагрузку в 100%. Пониженные коэффициенты спроса для нескольких сушилок (таблица 220.18) неприменимы в коммерческих условиях.
Электрическое отопление [424,3 (B)]. Размер проводов ответвления и устройства защиты от сверхтоков для электрического обогрева должен составлять не менее 125% от общей тепловой нагрузки, включая двигатели нагнетателей. Рассчитайте нагрузку по запросу питателя / услуги для электрического нагревательного оборудования при 100% общей тепловой нагрузки.
Кухонное оборудование. Размер проводов параллельной цепи и защиты от перегрузки по току для коммерческого кухонного оборудования должен соответствовать номинальным характеристикам, указанным на паспортной табличке прибора.
Чтобы определить нагрузку спроса на обслуживание для коммерческого кухонного оборудования, которое имеет термостатическое регулирование или периодическое использование, примените коэффициенты спроса из таблицы 220.20 к общей нагрузке подключенного кухонного оборудования. Потребляемая нагрузка питателя или сервиса не может быть меньше суммы двух самых больших нагрузок устройства. Коэффициенты спроса, указанные в таблице 220.20, не применяются к оборудованию для отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха.
Прачечное оборудование. Подбирайте эти цепи в соответствии с номинальными характеристиками, указанными на паспортной табличке прибора. Вы можете предположить, что цепь прачечной не является постоянной нагрузкой и что коммерческая цепь прачечной рассчитана на 1500 ВА — если иное не указано в чертежах проекта или в экзаменационном вопросе.
Освещение. NEC требует минимальной нагрузки на квадратный фут для общего освещения, в зависимости от типа помещения [Таблица 220.3 (A)]. Для гостиничных номеров в гостиницах, мотелях, больницах и складских помещениях вы можете применить коэффициенты потребности в общем освещении из Таблицы 220.11 к общей нагрузке на освещение.
Предположим, что общая световая нагрузка для коммерческих помещений, кроме номеров мотелей, гостиниц, больниц и складских помещений, является постоянной. Рассчитайте его при 125% от общей осветительной нагрузки, указанной в Таблице 220.3 (А).
Емкости. Вы не можете выполнять все расчеты нагрузки на розетки одинаково. У NEC есть отдельные требования в зависимости от приложения.
Узел розетки с несколькими розетками. Для расчетов обслуживания считайте, что каждые 5 футов (или меньше) многорозеточной розетки в сборе составляют 180 ВА. Если вы можете разумно ожидать, что сборка розеток с несколькими розетками будет одновременно питать несколько устройств, при расчетах обслуживания принимайте во внимание каждую ногу (или меньше) как 180 ВА.Обычно сборка розеток с несколькими розетками не является постоянной нагрузкой [220,3 (B) (8)].
Розетка ВА нагрузка. Минимальная нагрузка для каждой коммерческой или промышленной розетки общего пользования составляет 180 ВА на шнур [220,3 (B) (9)]. Обычно емкости не являются постоянной нагрузкой.
Количество розеток, разрешенных в цепи. Максимальное количество розеток, разрешенное в коммерческой или промышленной цепи, зависит от допустимой токовой нагрузки цепи. Чтобы вычислить это число, разделите номинальную мощность схемы в ВА на 180 ВА для каждой перемычки розетки.
Рис. 3. Минимальная нагрузка для каждой коммерческой розетки общего пользования составляет 180 ВА на шнур. В этом примере прерыватель на 15 А, 120 В может выдерживать нагрузку 1800 ВА (120 В x 15 А = 1800 ВА). Таким образом, вы можете установить на эту схему всего 10 розеток.
Давайте поработаем примерную задачу. Сколько розеток разрешено в цепи 15 А, 120 В ( Рис. 3 )?
Общая нагрузка цепи, ВА для цепи 15 А:
120 В × 15 А = 1800 ВА
Количество розеток на цепь:
1800 ВА ÷ 180 ВА = 10 розеток
Размер розетки. NEC разрешает использование цепей 15 А в коммерческих и промышленных помещениях, но некоторые местные нормы требуют минимального номинального тока 20 А (310,5).
Нагрузка по запросу на обслуживание розетки. В других единицах, кроме жилых, вы можете добавить — к нагрузкам освещения — нагрузки на розетки, рассчитанные не более чем на 180 ВА на розетку на 220,3 (B) (9). Вы также можете добавить фиксированные сборки с несколькими выходами, рассчитанные по 220,3 (B) (8). Оба они должны соответствовать факторам спроса, приведенным в Таблице 220.11 или Таблице 220.13.
Общее освещение и розетки для банков и офисов. Рассчитайте требуемую нагрузку на розетку при 180 ВА для каждого ремня розетки [220,3 (B) (9)], если количество розеток известно, или 1 ВА на каждый квадратный фут, если количество розеток неизвестно [Таблица 220.3 (A) Примечание b ].
Знаки. NEC требует, чтобы каждое коммерческое помещение, доступное для пешеходов, имело хотя бы одну ответвленную цепь 20 А для знака [600,5 (A)]. Нагрузка для требуемых наружных вывесок или контурного освещения должна составлять не менее 1200 ВА [220.3 (В) (6)]. Вывеска на выходе — это постоянная нагрузка. Вы должны установить загрузку устройства подачи на 125% от продолжительной нагрузки [215,2 (A) (1) и 230,42].
Следующий вопрос позволит вам попрактиковаться в том, что мы только что рассмотрели. Какая нагрузка требуется для одного электрического знака?
1200 ВА × 1,25 = 1500 ВА
Нейтральные расчеты. Нейтральная нагрузка — это максимальная несбалансированная требуемая нагрузка между заземленным (нейтральным) проводником и любым незаземленным (горячим) проводником — как определено расчетами в Ст.220, Часть B. Это означает, что вы не учитываете линейные нагрузки при выборе размеров заземленного (нейтрального) проводника. А как насчет снижения нагрузки? Это зависит от определенных факторов, которые мы рассмотрим дальше.
Редукция свыше 200А. Вы можете уменьшить расчетную нагрузку фидера / сервисной сети для 3-проводных, однофазных или 4-проводных, 3-фазных систем, которые обеспечивают линейные нагрузки для той части несбалансированной нагрузки, превышающей 200 А, с помощью множителя 70%.
Чтобы увидеть, как это будет работать в реальной установке, определите требуемую нагрузку нейтрали для симметричного трехпроводного фидера на 400 А, 120/240 В.
Суммарная нагрузка нейтрали для работы 400 А:
Первые 200 А при 100%: 200 А × 1,00 = 200 А
Остаток при 70%: 200 А × 0,70 = 140 А
Общая нагрузка по запросу: 200 А × 140 А = 340 А
Уменьшение не допускается. Вы не можете уменьшить нагрузку нейтрали для 3-проводных, однофазных цепей 208Y / 120V или 480Y / 277V, которые состоят из двух линейных проводов и общего проводника (нейтрали) 4-проводной, 3-фазной звезды. система. Это связано с тем, что общий (нейтральный) провод трехпроводной схемы, подключенной к четырехпроводной трехфазной системе звездой, проводит примерно такой же ток, что и фазные проводники [310.15 (B) (4) (b)].
Рис. 4. Подобрать размер заземленного (нейтрального) проводника может быть непросто. Просто помните, что вы не можете уменьшить требуемую нагрузку нейтрали для 3-проводных, однофазных цепей 208/120 В или 480/277 В, которые состоят из двух линейных проводов и общего проводника (нейтрали) 4-проводного, 3-проводного. фазовая система.
В качестве доказательства этой теории см. Пример на Рис. 4 .
Кроме того, вы не можете уменьшить требуемую нагрузку нейтрали для нелинейных нагрузок, питаемых от 3-фазной, 4-проводной системы, соединенной звездой, потому что они производят тройные гармонические токи, которые складываются в нейтральный провод.В этой ситуации может потребоваться, чтобы нейтральный проводник был больше, чем нагрузка незаземленного проводника (220,22 FPN 2).
Знание правильного способа выполнения расчетов коммерческой нагрузки делает вас более ценными, поскольку вы можете сыграть ключевую роль в полевом проектировании, проверке и внедрении. Это еще один навык, который поможет вам сделать работу правильно с первого раза.
Понимание электричества — код, схемы и конструкция
Основные электрические определения
Электричество — это поток электрической энергии через проводящий материал. Электроника относится к использованию изменяющихся электрических свойств для передачи информации. Электронные датчики преобразуют некоторые другие формы энергии (свет, тепло, звуковое давление и т. Д.) В электрическую, чтобы мы могли интерпретировать происходящее в электронном виде. Например, микрофон изменяет волны звукового давления в воздухе на изменяющееся электрическое напряжение. Усиливая и считывая этот электрический сигнал, мы можем интерпретировать звук, вызвавший его. Этот процесс преобразования одной энергии в другую называется преобразованием , а устройства, которые это делают, называются преобразователями .Большая часть технической работы физических вычислений заключается в выяснении того, какую форму энергии выделяет человек, и какой преобразователь вы можете купить или построить, чтобы считывать эту энергию. Однако для этого необходимо кое-что понять об электричестве. Мы начнем с нескольких терминов, которые мы будем использовать для обозначения электрических свойств и компонентов. После этого мы поговорим о важных отношениях между некоторыми из этих терминов.
Ток — это мера величины потока электронов в цепи.Он измеряется в амперах или амперах. Многие люди объясняют электрический поток, используя аналогию с потоком воды. Следуя этой аналогии, ток будет означать, сколько воды (или электричества) проходит через определенную точку. Чем выше сила тока, тем больше протекает вода (или электричество).
Напряжение — это мера электрической энергии цепи. Измеряется в вольтах. В аналогии с водой, напряжение — это давление воды. Думайте о гейзере как о высоком напряжении, а о душе в недорогой квартире на пятом этаже многоквартирного дома как о низком напряжении (если только вы не один из тех счастливчиков, у которых хороший напор воды!).
Сопротивление — это мера способности материала противостоять потоку электричества. Измеряется в Ом. Губка в трубе будет действовать как резистор, ограничивая ток (и напряжение), протекающий по трубе.
Схема представляет собой замкнутый контур, содержащий источник электроэнергии (например, аккумулятор) и нагрузку (например, лампочку). Каждая цепь должна иметь какую-то нагрузку. Вся электрическая энергия в цепи должна использоваться нагрузкой.Нагрузка преобразует электрическую энергию в другую форму энергии. Цепь без нагрузки называется коротким замыканием. В случае короткого замыкания источник питания передает всю свою энергию по проводам и обратно к себе, и либо провода плавятся (если вам повезет), либо взрывается аккумулятор, либо происходит что-то еще катастрофическое.
Ниже представлена очень простая схема, состоящая из лампы, переключателя и батареи. Электрическая энергия, поступающая от батареи, преобразуется лампочкой в тепловую и световую энергию.
Существует два распространенных типа цепей: постоянного или постоянного тока и переменного или переменного тока. В цепи постоянного тока ток всегда течет в одном направлении. В цепи переменного тока полюса цепи меняются местами в регулярном повторяющемся цикле. В одной части цикла один полюс имеет более высокий потенциал (положительный), а другой — более низкий (отрицательный). В следующей части цикла второй полюс более положительный, а первый — более отрицательный. Большинство цепей, о которых мы будем говорить в этом классе, будут цепями постоянного тока.Принципиальные схемы представляют собой схемы цепей с символами, представляющими компоненты в цепи. Многие из типичных символов показаны ниже.
Компоненты
Проводники — это материалы, по которым электрический ток свободно проходит.
Изоляторы — это материалы, препятствующие прохождению электричества.
Резисторы сопротивляются, но не полностью блокируют электрический ток. Они используются для управления течением тока. Ток может проходить через резистор в любом направлении, поэтому не имеет значения, каким образом они подключены в цепи.Обозначаются они так:
Конденсаторы накапливают электричество, пока в них протекает ток, а затем высвобождают энергию, когда поступающий ток снимается. Иногда они поляризованы, то есть ток может течь через них только в определенном направлении, а иногда — нет. Если конденсатор поляризован, он будет отмечен на схеме как таковой. Не подключайте поляризованный конденсатор в обратном направлении; он может взорваться.
Конденсаторы обозначаются следующим образом:
Диоды пропускают электрический ток в одном направлении и блокируют его в другом направлении.Из-за этого их можно включать в цепь только в одном направлении. Обозначаются они так:
Светодиоды (светодиоды) — это диоды особого типа, которые излучают свет, когда через них протекает ток. Обозначаются они так:
Есть много других типов компонентов, с которыми вы столкнетесь:
переключатели управляют протеканием тока через переход в цепи:
транзисторы и реле коммутационные устройства:
термисторы изменяют сопротивление при изменении температуры;
фоторезисторы изменяют сопротивление при изменении света;
датчики изгиба изменяют сопротивление в ответ на изгиб или изгиб;
пьезоэлектрические устройства создают переменное напряжение в ответ на небольшие изменения давления.
Отношения
Напряжение (В), ток (I) и сопротивление связаны (R) и связаны следующей формулой:
Вольт = Ампер x Ом, или
V = I x R
Ток (I), напряжение (В) и сопротивление (R) также связаны с электрической мощностью (P) (измеряется в ваттах) следующим образом: Ватты = Вольт x Ампер или
W = V x A
Электрический ток течет из мест с более высокой потенциальной энергией в места с более низкой потенциальной энергией (т.е.е. от положительного к отрицательному).
Земля — это место в цепи, где потенциальная энергия электронов равна нулю. Иногда эта точка соединяется с реальной землей либо через заземленную электрическую цепь, либо через водопроводную трубу, либо каким-либо другим способом. В принципе, подойдет любой проводник, идущий на землю.
Несколько важных правил:
Ток идет по пути наименьшего сопротивления к земле. Итак, если у него есть выбор из двух путей в цепи, и один имеет меньшее сопротивление, это путь, который он выберет.
В любой данной цепи полное напряжение на пути цепи равно нулю . Каждый компонент, который предлагает сопротивление, снижает напряжение, и к тому времени, когда мы дойдем до конца контура цепи, напряжения не останется.
Величина тока, идущего в любую точку цепи, равна величине, выходящей из этой точки.
Эти последние два правила дают нам возможность выяснить, что происходит, когда мы подключаем компоненты в цепь.Когда мы смотрим на то, как компоненты схемы размещаются относительно друг друга, есть два способа сделать это: один за другим или бок о бок. Когда они расположены один за другим, мы говорим, что компоненты находятся в серии , , друг с другом. Рядом они расположены на параллелях друг другу.
Давайте посмотрим, как изменяются ток и напряжение, когда компоненты включены последовательно или параллельно:
Когда два компонента расположены последовательно, они размещаются один за другим, например:
Когда резисторы включены последовательно, напряжение на каждом резисторе падает, а общее сопротивление равно сумме всех резисторов.

Измерение электрической мощности

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Электрические нагрузки | Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий

Нагрузки жилых зданий.

Нагрузки общественных зданий.

Расчетные нагрузки промышленных предприятий

1. Номинальная (установленная) мощность электроприемников

2. Расчетные нагрузки

3. Определение коэффициента максимума

Расчет электрических нагрузок | Режимщик

Потребители электроэнергии и их режим работы

Вопросы измерения электрических режимов и гармонических спектров в сетях с резкопеременной и нелинейной нагрузкой

Измерение показателей качества электроэнергии в действующей распределительной сети

Происхождение высших гармоник в электрической сети

Реактивной мощности измерение

Что такое электрическая «нагрузка»?

Активная нагрузка

Индуктивная нагрузка

Емкостная нагрузка

Комбинированные нагрузки

Измерение нагрузки в электрических цепях. §102. Измерение мощности и электрической энергии

Базовое теоретическое положение

Тема: как измерить электрическую мощность, методы, методы расчета.

Как рассчитать электрическую нагрузку

Расчет электрической нагрузки в простой цепи

Расчет электрической нагрузки в доме

Измерение электроэнергии постоянного и переменного тока

Введение в электрическую энергию

Измерение мощности в цепях постоянного тока

Метод — 1

Метод — 2

Измерение мощности в цепях переменного тока

Измерение мощности в одной цепи переменного тока

Метод трех вольтметров

Метод трех амперметров

Метод ваттметра

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Метод трех ваттметров

Нагрузка, подключенная звездой

Метод двух ваттметров

Метод одного ваттметра

Моделирование нагрузки — Обзор (Журнальная статья)

Расчет коммерческих электрических нагрузок | EC&M

Понимание электричества — код, схемы и конструкция

Основные электрические определения

Компоненты

Отношения

Добавить комментарий Отменить ответ