Огляд електроустановок (механічної та електричної частини простих машин, вузлів і механізмів, засобів сигналізації та освітлення, розподільчих, абонентських кабельних і телефонних мереж, заземлення.)

 Збирання схеми підключення однофазного і трифазного лічильників електричної енергії. Ревізія електричних апаратів.

Принцип роботи лічильника електроенергії

Підключити електролічильник. Для того, щоб встановити і правильно підключити електролічильник, варто знати, за яким принципом він працює.

Основні його завдань полягають у:

·відстеження величини навантаження, що проходить через нього;

·відстеження значення величини вхідної напруги згідно електросхеми;

·час підключення.

Конструкція лічильника має кілька невід'ємних деталей. Це клемник для підведення та зняття електроенергії, а також внутрішня схема.

Процес підключення проводів на клемник вимагає уважності, так як важливо правильно з'єднати нульовий і фазний провідники, дотримати їх полярність. Оскільки підвідні та відвідні ланцюги є визначальними напрями струму у внутрішній схемі лічильника. Все це безпосередньо впливає відображення підсумкових даних.

Розглянемо внутрішню частину електролічильника. Така конструкція характерна для будь-якого приладу та має елементи:
- Елемент вимірювання струму;
- Елемент вимірювання напруги;
- Схема логіки;
- дисплей або механічний пристрій для відображення підсумкових даних.

Як правило, вимірювачі напруги виконані у вигляді котушок. З них і відбувається зняття електричного сигналу, за величиною пропорційного векторам, що проходять через них, з певною фіксованою величиною точності.

Від вимірювача інформація передається на логічну частину, де обробляється спеціально налаштованим алгоритмом. Далі дані надходять на табло та стають доступними для користувача. Вектор струму при множенні на напругу дає величину миттєвої витраченої потужності. Оскільки необхідно зафіксувати вже виконану роботу, то враховується час, проведений під навантаженням як автомат. Як результат, відлік вимірювання проводиться у кіловат-годинах.

Варто знати, що для будь-якого вимірювального приладу, зокрема й лічильника, характерний клас точності. Це значення вказується на лицьовій частині пристрою.

Підключити електролічильник

Електролічильник підключають та відключають співробітники енергозберігаючих організацій, які мають на це повноваження. Місця підключення кабелю та дроту обов'язково закриваються кришкою та пломбуються. Наявність пломби говорить про те, що саме відповідна організація відповідає за правильне підключення та робочий стан. Після прийняття в експлуатацію пристрою за порушення пломби несе відповідальність власник будинку чи будь-якого іншого приміщення. Як правило, це вантажить штрафними санкціями.

Підключення однофазного електролічильника на квартирному електрощитку

Виробники електротехнічної продукції сьогодні практикують зображення схеми приєднання дротів до того чи іншого виду своєї продукції. Для цього використовується не тільки технічна документація, що додається, але і сам корпус пристрою.

Сьогодні, як не дивно, все ще експлуатуються старі будинки, де використовуються лічильники індукційного типу.
Спеціально їм виділялося місце під щиток у під'їзді чи біля введення у квартиру. Такі щитки оснащувалися однофазним електролічильником, пакетним перемикачем, однополюсними вмикачами автомат, клемниками.
Фаза та нуль електросхеми будівлі підводяться до пакетного перемикача або замість нього використовують автоматичний вимикач 2-х полюсний. Електропроводка у разі представлена ​​системою TN-C, тобто немає захисного нуля. Пакетний перемикач в одному режимі подає обидва потенціали на лічильник електроенергії, а в іншому – розриває їх, забираючи напругу повністю з усієї електросхеми. Зазначимо, що тільки тут і в жодному іншому місці проведення будинку створюється розрив робочого нуля. Вимикачами розривається лише фазний провідник. Робочий нуль, відходячи від лічильника, підходить до призначеного для нього клемника. Тут зібрані різні струмонесучі жили проводів, які відходять до кімнати силовими кабелями.

Тема: «Підключення трифазного лічильника.».

Мета: набуття вмінь і навичок роботи з підключення трифазного лічильника.

1. Короткий теоретичний опис.

У колах змінного струму для обліку витраченої електричної енергії використовують однофазні та трифазні лічильники індукційної системи. У колах постійного струму застосовують електродинамічні, феродинамічні й інші лічильники.

Індукційний лічильник є підсумовуючим приладом. Основна відмінність його від стрілкового приладу полягає в тому, що кут повороту його рухомої частини не обмежується пружиною, зростає, і покази лічильника сумуються. Кожному оберту диска лічильника відповідає певна кількість витраченої енергії.

При вмиканні лічильника змінний струм проходить по обмотках електромагнітів і утворює магнітні потоки, які перетинають алюмінієвий диск й індукують у ньому вихрові струми.

Вихрові струми в диску взаємодіють з магнітними полями електромагнітів, внаслідок чого диск обертається. Обертання диска через вісь і черв'ячну передачу передається лічильному механізму. Швидкість обертання диска пропорційна струму і напрузі, а число обертів N диска пропорційне швидкості й часу його обертання.

Отже, кількість енергії, витраченої на даній дільниці кола, можна визначити за числом обертів диска:

де W — кількість витраченої енергії, кВт год.;

Р — потужність електричного струму, кВт;

t — час проходження струму через лічильник год.;

k — стала лічильника, вимірюється у Ватт-секундах на один оберт диска;

N — кількість обертів диска;

n — швидкість обертання диска.

З формули випливає, що число обертів диска пропорційне витраченій енергії.

Для визначення енергії, витраченої за певний проміжок часу, потрібно з показів лічильника в кінці даного проміжку часу відняти його покази спочатку цього проміжку часу.

Вимірювання витрат електричної енергії у трифазних чотирипровідних колах проводиться триелементним лічильником. Він має три електромагнітні системи (як у однофазного лічильника), які впливають на три диски, закріплені на одній осі з шестернею для приведення в дію лічильного механізму.

У маркуванні лічильників букви і цифри означають: С — лічильник; О — однофазний; А — активної енергії; Р — реактивної енергії; 3 або 4 — для трипровідної або чотирипровідної мережі відповідно; У — універсальний; И — індукційної системи; 679, 672, 673 і т. д. — конструктивне виконання лічильника; П — прямострумовий (безпосереднього увімкнення); Т — тропічне виконання.

На шкалі лічильника зазначено його тип, номінальні значення струму і а напруги і стала лічильника. Лічильники випускають в основному на струм 5 А і напругу 127, 220 й 380 В для увімкнення безпосередньо або лише з трансформаторами струму, а також на 100 В для увімкнення з трансформаторами напруги. Тільки для безпосереднього увімкнення призначені лічильники, розраховані на струми 10, 20, 30, 50 А і напругою 127, 220 і 380 В.

У лічильниках затискачі позначаються буквами Г і Н та цифрами. Наприклад, трифазний лічильник типу САЗ, схема вмикання якого по казана на рис. 2, має три затискачі, позначені буквою Г (генератор), три буквою Н (навантаження) і три цифрами 1, 2, 3. Ці позначки нанесені на коробці затискачів. До затискачів, позначених буквою Г (генератор), приєднують проводи, що йдуть від джерела живлення (генератора), а до затискачів з позначкою Н — проводи, що йдуть до електроприймачів (навантаження). При вмиканні лічильника через трансформатор струму «генераторні» проводи підключають до затискачів И1, а «навантаження» — до затискачів И2 трансформатора струму. Затискачі 1, 2, 3 — це затискачі обмоток напруги, до них приєднують проводи, що йдуть від фаз А, В, С або від затискачів вторинних обмоток трансформаторів напруги, що увімкнені на ці фази.

2. Порядок виконання роботи.

При вмиканні лічильників у високовольтну мережу крім трансформаторів струму використовують трансформатори напруги. Для захисту обслуговуючого персоналу й увімкнутих у вторинне коло приладів від високих потенціалів, які можуть з'явитися на вторинній стороні в разі пробою ізоляції, вторинні обмотки трансформаторів струму і напруги заземлюють.

Рис. 1. Схеми приєднання лічильників:

а — однофазного безпосередньо в мережу; б — однофазного в мережу через трансформатор струму; в — трифазного в чотирипровідну мережу безпосередньо;                   г — трифазного в чотирипровідну мережу через трансформатори струму.

 

3. Контрольні питання.

 

3.1. Який принцип дії лічильника електричної енергії?

3.2. Як застосовуються прилади для вимірювання електричної енергії?

3.3. Які величини можна вимірювати за допомогою лічильника електричної енергії?

4. Зробіть висновок проведенної роботи.

 

Огляд електроустановок (механічної та електричної частини простих машин, вузлів і механізмів, засобів сигналізації та освітлення, розподільчих, абонентських кабельних і телефонних мереж, заземлення.)

 Читання електричних та принципових схем. Огляд засобів сигналізації та освітлювальних мереж.

Читання і складання схем.

Принципові електричні схеми використовуються професіоналами при монтажі та ремонті електронного обладнання. Спочатку на схемі визначається система електроживлення, обмоток, реле, електромагнітів, регуляторів. Для кожного джерела живлення визначається вид струму, напруга, фази в колах змінного струму і полярність – постійного. Ознайомлення з системою електроживлення допомагає визначити порядок роботи. При складанні принципових електричних схем слід враховувати наступні фактори:

·                    всі елементи електричного пристрою показуються окремо і розміщуються в різних місцях схеми в залежності від порядку виконуваних дій;

·                    на електросхемі показуються всі електричні зв’язки елементів, що входять в неї;

·                    релейно-контактні схеми складають з урахуванням мінімального навантаження контактів реле;

·                    при створенні схеми слід використовувати мінімально можливу кількість елементів, тим самим підвищуючи надійність обладнання;

·                    слід використовувати засоби електричного захисту і блокування, які допоможуть уникнути аварійних ситуацій;

·                    в складних схемах доцільно використовувати сигнальні системи;

·                    для зручності монтажу всі затискачі елементів і проводи на схемі маркуються.

Електричні принципові схеми (Е3) виконують відповідно до ГОСТ 2.702-75. Позначення в електричних схемах встановлюється ГОСТ 2.721-74…2.791-74.

Найменування схеми.

Найменування схеми визначається її видом і типом, а шифр схеми складається з літери, яка визначає вид схеми, і цифри, яка визначає її тип. Наприклад, схема електрична принципова має шифр Е3.

Елементи схеми.

Всі елементи на схемі повинні бути визначені однозначно. Для цього дані про елементи записують в таблицю, яку заповнюють зверху вниз і роз-міщують на першому аркуші, або виконують у вигляді самостійного документа на форматі А4. Кожний елемент схеми повинен мати позиційне позначення, яке включає в себе позначення літерою та порядковий номер. Наприклад, позначення літерою: резистор – R, конденсатор – С, котушка індуктивності – L, амперметр – А, вольтметр – V, генератор – Г, діод напівпровідниковий – Д, дросель – Др, кнопка – Кн, прилад електронний – Л, двигун – М, запобіжник – Пр, реле – Р, тріод напівпровідниковий – Т, трансформатор – Тр і т.д. Позиційне позначення виконують поряд з умовним знаком праворуч від нього або над ним. Порядкові номери призначаються відповідно до послідовності розташування елементів зверху вниз і зліва направо. Елементи записують в таблицю в порядку розташування їх в додатку до ГОСТ 2.702-75. У межах кожної групи елементи розташовують в порядку збільшення їх позиційних номерів. Елементи одного типу з однаковими електричними параметрами, які мають на схемі послідовні порядкові номери, допускається записувати у графі «Поз.» в один рядок, за типом, наприклад, Сı…Сn, а у графі «Кол.» – загальну кількість таких елементів.

Позначення буквено-цифрові в електричних схемах (ГОСТ 2.710-81).

Перша буква коду (обов’язково)	Група видів елементів	Приклади видів елементів
А	Пристрої	Підсилювачі, прилади, телеуправління, лазери, мазери
B	Перетворювачі не електричних величин в електричні (крім генераторів і джерел живлення) або навпаки аналогові чи багаторозрядні перетворювачі або давачі для вказівок чи вимірювання	Гучномовці, мікрофони, термоелектричні чуттєві елементи, детектори іонізуючих випромінювань, звукознімачі, сельсини
C	Конденсатори
D	Схеми інтегральні	Схеми інтегральні аналогові і цифрові, логічні елементи, пристрої пам’яті, пристрої затримки
E	Елементи різні	Освітлювальні пристрої, нагрівальні елементи
F	Розрядники, запобіжники, засоби захисту	Дискретні елементи захисту по струму і напрузі, плавкі запобіжники, розрядники
G	Генератори, джерела живлення, кварцові осцилятори	Батареї, акумулятори, електрохімічні та електротермічні джерела
H	Пристрої індикаційні і сигнальні	Пристрої звукової і світлової сигналізації, індикатори
K	Реле, контактори, пускачі	Реле струмові і напруги, реле електротеплові і реле часу, контактори, магнітні пускачі
L	Котушки індуктивності і дроселі	Дроселі люмінесцентного освітлення
M	Двигуни	Двигуни постійного і змінного струму
P	Пристрої, вимірювальне обладнання	Показуючі, реєструючі і вимірювальні пристрої, лічильники, годинники
Q	Вимикачі і роз’єднувачі в силових колах	Роз’єднувачі, короткозамикачі, автоматичні вимикачі (силові)
R	Резистори	Змінні резистори, потенціометри, варистори, терморезистори
S	Пристрої комутаційні в колах управління, сигналізації і вимірювальних	Вимикачі, перемикачі, вимикачі, що спрацьовують від різних впливів
T	Трансформатори, автотрансформатори	Трансформатори струму і напруги, стабілізатори
U	Перетворювачі електричних величин в електричні, пристрої зв’язку	Модулятори, демодулятори, дискримінатори, інвертори, перетворювачі частоти, випрямлячі
V	Пристрої електровакуумні, напівпровідникові	Електронні лампи, діоди, транзистори, тиристори, стабілітрони
W	Лінії і елементи надвисокої частоти, антени	Хвилеводи, диполі, антени
X	З’єднання контактні	Штирі, гнізда, роз'ємні з'єднання, струмознімачі
Y	Пристрої механічні з електромагнітним приводом	Електромагнітні муфти, гальма, патрони
Z	Пристрої кінцеві, фільтри, обмежувачі	Лінії моделювання, кварцові фільтри

Оформлення схеми.

На схемі рекомендується показувати характеристики вхідних і вихідних кіл виробу: частоту, напругу, силу струму і т.ін., а також параметри, які підлягають вимірюванню на контрольних контактах, гніздах і т.ін. Характеристики вхідних і вихідних кіл виробу записують у вигляді таблиці. На полі електричної принципової схеми допускається розміщувати вказівки про марки, перерізи і розфарбування дротів, кабелів, а також вказівки про специфічні вимоги до електромонтажу виробу.

      Читаючи електричні схеми, потрібно додержуватися пев­них правил, суть яких зводиться ось до чого:

1. Спочатку визначають тип і призначення схеми, для чого читають основний напис і знайомляться з указаними на ній та в описі технічними вимогами.

2. Після ознайомлення з загальними даними з'ясовують, які елементи входять до складу схеми. Основними елемен­тами електричних схем є джерела живлення (електрична мережа, акумуляторні та гальванічні батареї), антени, тран­сформатори, різні види електронних ламп або напівпровідни­кових приладів, котушок індуктивності, конденсаторів, ре­зисторів, перемикачів.

3. Вивчивши елементи, які складають схему, з'ясовують, як працює пристрій в цілому, для чого встановлюють шля­хи проходження електричних струмів на окремих її ділян­ках.

4. Читання схеми починають зі входу або з кінця прист­рою (залежно від її функціонального призначення і про­ходження через неї сигналу). Наприклад, читання схем ра­діоприймачів починають з антени. Далі розглядають послі­довно всі функціональні групи пристрою: вхідні кола, змі­шувач, підсилювач проміжної частоти, детектор, підсилю­вач звукової частоти, гучномовець і випрямляч.

5. Розглянувши всю схему, розпочинають вивчення окре­мих елементів, які входять до складу функціональних груп, установлюють їх призначення в схемі і значення параметрів за специфікацією.

6. Шляхи, по яких проходить струм у кожному колі, вста­новлюють, починаючи від джерела живлення або від тих точок, до яких підводиться струм. У колах постійного струму шлях його проходження роз­починається від "плюса" джерела живлення . Взагалі рекомендується починати читати схе­му з того боку, з якого набагато легше простежити її кола.

 Контрольне завдання:

 1. Нарисувати умовні графічні позначення напівпровідникових радіоелементів та їх літерні позначення.

Огляд електроустановок (механічної та електричної частини простих машин, вузлів і механізмів, засобів сигналізації та освітлення, розподільчих, абонентських кабельних і телефонних мереж, заземлення.)

 Вимірювання потужності сили струму  та напруги в ланцюгах змінного струму. Огляд електричної та механічної частин електричних двигунів.

Потужність електричного струму — фізична величина, що визначає швидкість передавання або перетворення електричної енергії. Одиницею вимірювання потужності в SI є ват (Вт, W).

Зміст

• 1Потужність електричного струму

o   1.1Диференціальні вирази для електричної потужності

• 2Потужність постійного струму
• 3Потужність змінного струму

o   3.1Активна потужність

o   3.2Реактивна потужність

o   3.3Повна потужність

o   3.4Комплексна потужність

o   3.5Неактивна потужність

o   3.6Зв'язок неактивної, активної і повної потужностей

• 4Вимірювання
• 5Потужність деяких електричних приладів
• 
  

Потужність електричного струму

Миттєвою потужністю, називається добуток миттєвих значень напруги та сили струму на будь-якій ділянці електричного кола.

За визначенням, електрична напруга — це відношення роботи, яку Електричне поле виконує при перенесенні пробного електричного заряду з точки A у точку B, до величини пробного заряду. Тобто, можна сказати, що електрична напруга дорівнює роботі з перенесення одиничного заряду з точки А до точки B. Іншими словами, при русі одиничного заряду ділянкою електричного кола він виконує роботу, що чисельно дорівнює електричній напрузі на даній ділянці кола. Робота, яку виконують ці заряди при русі від початку ділянки кола до його кінця, дорівнює роботі всіх одиничних зарядів.

Потужність, за визначенням, — це робота за одиницю часу. Введемо позначення: U — напруга на ділянці AB (приймаємо її постійною на інтервалі Δ t), Q — кількість зарядів, що пройшли від А до B за час Δ t. А — робота, виконана зарядом Q під час руху ділянкою A-B, P — потужність. Записуємо вищенаведені міркування й отримуємо:

 

���=��

Для одиничного заряду на ділянці AB:

��(��)=��

Для всіх зарядів:

���=�Δ�⋅�=�⋅�Δ�

Оскільки струм це кількість зарядів за одиницю часу, тобто �=�Δ� за визначенням, у результаті отримуємо:

���=�⋅�

Вважаючи час нескінченно малим, можна прийняти, що величини напруги та струму за цей час, теж зміняться нескінченно мало. У підсумку, отримуємо наступне визначення миттєвої електричної потужності: миттєва потужність електричного струму p (t), що виділяється на ділянці електричного кола, є добуток миттєвих значень напруги u (t) і сили струму i (t) на цій ділянці:

 

�(�)=�(�)⋅�(�).

Якщо ділянка кола містить резистор з електричним опором R, то

�(�)=�(�)2⋅�=�(�)2�.

Диференціальні вирази для електричної потужності

Потужність, що виділяється в одиниці об'єму, дорівнює:

�=����=�⋅�, де � - напруженість електричного поля, � - густина струму. Негативне значення скалярного добутку означає, що у даній точці потужність електричного струму не розсіюється, а генерується за рахунок роботи сторонніх сил.

У лінійному ізотропному наближенні:

�=��2=�2�=��2=�2�, де �=def1� - питома електропровідність, величина, обернена питомому опору.

У лінійному анізотропному наближенні (наприклад, у монокристалі або рідкому кристалі, а також при наявності ефекту Холла):

�=�������, де ��� - тензор провідності.

Потужність постійного струму

Оскільки значення сили струму і напруги постійні, та дорівнюють миттєвим значенням у будь-яку мить часу, то

потужність можна обчислити за формулою:

 

�=�⋅�.

Для пасивного лінійного кола, у якому виконується закон Ома, можна записати:

 

�=�2⋅�=�2�, де R — електричний опір.

Якщо коло містить джерело ЕРС, то потужність електричного струму, що віддається ним або поглинається на ньому, дорівнює:

 

�=�⋅�, де � - ЕРС.

Якщо струм усередині джерела живлення, направлено проти градієнта потенціалу (тече всередині джерела від плюса

до мінуса), то потужність поглинається джерелом ЕРС з мережі (наприклад, під час роботи електродвигуна або зарядки акумулятора), якщо струм співнаправлений (тече всередині джерела живлення від мінуса до плюса), то потужність віддається джерелом у мережу (скажімо, за роботи гальванічної батареї або генератора). Під час обліку внутрішнього опору джерела ЕРС, потужність, що виділяється на ньому (�=�2⋅�) додається до потужності, що поглинається, або віднімається від потужності, що віддається.

Потужність змінного струму

Складові потужності змінного струму: повна потужність (VA), активна потужність (W) та реактивна потужність (VAR). Косинус кута між лініями повної та активної потужностей, є коефіцієнтом потужності

У змінному електричному полі, формула для потужності постійного струму, виявляється непридатною. На практиці, найбільше значення має розрахунок потужності у колах змінної синусоїдальної напруги та струму.

Для того, щоби зв'язати поняття повної, активної, реактивної потужностей і коефіцієнту потужності, зручно звернутися до теорії комплексних чисел. Можна вважати, що потужність у колі змінного струму, виражається комплексним числом таким чином, що активна потужність є його дійсною частиною, реактивна потужність — уявною частиною, повна потужність — модулем, а кут φ (зсув фаз) — аргументом. Для такої моделі виявляються справедливими всі виписані нижче співвідношення.

Активна потужність

Одиниця вимірювання — ват (W, Вт).

Середнє за період T значення миттєвої потужності називається активною потужністю:  �=1�∫0��(�)��. У колах однофазного синусоїдального струму �=�⋅�⋅cos⁡�, де U і I — середньоквадратичні значення напруги і струму, φ — кут зсуву фаз між ними. Для кіл несинусоїдного струму, потужність електричного струму, дорівнює сумі відповідних середніх потужностей окремих гармонік. Активна потужність, характеризує швидкість незворотного перетворення електричної енергії в інші види енергії (теплову і електромагнітну). Активну потужність може бути також виражено через силу струму, напругу й активну складову опору кола r або її провідність g за формулою �=�2⋅�=�2⋅�. У будь-якому електричному колі, як синусоїдного, так і несинусоїдного струму, активна потужність всього кола, дорівнює сумі активних потужностей окремих частин кола; для трифазних кіл, потужність електричного струму визначається як сума потужностей окремих фаз. З повною потужністю S, активна, пов'язана співвідношенням �=�⋅cos⁡�.

У теорії довгих ліній (аналіз електромагнітних процесів у лінії передачі, довжина якої порівнянна з довжиною електромагнітної хвилі), повним аналогом активної потужності є транзитна потужність, яка визначається як різниця між потужністю, що передається далі, та потужністю, відбитою назад.

Реактивна потужність

Одиниця вимірювання — вольт-ампер реактивний (var, вар)

Реактивна потужність — величина, що характеризує навантаження, що створюють в електротехнічних пристроях, коливання енергії електромагнітного поля у колі синусоїдного змінного струму, дорівнює добутку середньоквадратичних значень напруги U та струму I, помноженому на синус кута зміщення фаз φ між ними: �=�⋅�⋅sin⁡� (якщо струм відстає від напруги, зсув фаз вважається позитивним, якщо випереджає — негативним). Реактивну потужність пов'язано з повною потужністю S і активною потужністю Р, співвідношенням:  |�|=�2−�2.

Фізичний сенс реактивної потужності — це енергія, що передається від джерела на реактивні елементи приймача (індуктивності, конденсатори, обмотки двигунів), а потім повертається цими елементами назад до джерела, протягом одного періоду коливань, віднесена до цього періоду.

Необхідно відзначити, що величина sin φ для значень φ від 0 до плюс 90 ° є позитивною величиною. Величина sin φ для значень φ від 0 до −90 ° є від'ємною величиною. Згідно з формулою Q = UI sin φ, реактивна потужність може бути як позитивною величиною (якщо навантаження має активно-індуктивний характер), так і від'ємною (якщо навантаження має активно-ємнісний характер). Така обставина підкреслює той факт, що реактивна потужність не бере участь у роботі електричного струму. Коли пристрій має позитивну реактивну потужність, то прийнято говорити, що він її споживає, а коли негативну — то виробляє. Але це чиста умовність, пов'язана з тим, що більшість пристроїв, які споживають електрику (наприклад, асинхронні двигуни), а також винятково активне навантаження, що під'єднується через трансформатор, є активно-індуктивними.

Синхронні генератори, встановлені на електричних станціях, можуть як виробляти, так і споживати реактивну потужність, залежно від величини струму збудження, що протікає в обмотці ротора генератора. Завдяки цій особливості синхронних електричних машин, здійснюється регулювання заданого рівня напруги мережі. Для усунення перевантажень і підвищення коефіцієнта потужності електричних установок, здійснюється компенсація реактивної потужності.

Застосування сучасних електричних вимірювальних перетворювачів на мікропроцесорній техніці, дозволяє виробляти точнішу оцінку величини енергії, що повертається від індуктивного та ємнісного навантаження до джерела змінної напруги.

Вимірювальні перетворювачі реактивної потужності, що використовують формулу Q = UI sin φ, простіші і значно дешевші вимірювальних перетворювачів на мікропроцесорній техніці.

Повна потужність

Одиниця повної електричної потужності — вольт-ампер (V · A, В · А)

Повна потужність — величина, що дорівнює добутку дійсних значень періодичного електричного струму I у колі і напруги U на її затисках:S = U · I; пов'язана з активною і реактивною потужностями співвідношенням: �=�2+�2, де Р — активна потужність, Q — реактивна потужність (при індуктивному навантаженні Q> 0, а при ємнісний Q' '<0).

Векторна залежність між повною, активною і реактивною потужностями, виражається формулою:

�⟶=�⟶+�⟶.

Повна потужність, має практичне значення, як величина, що описує навантаження, котрі фактично накладаються споживачем на елементи підвідної електромережі (дроти, кабелі, розподільні щити, трансформатори, лінії електропередачі), оскільки ці навантаження залежать від споживаного струму, а не від фактично використаної споживачем енергії. Саме тому номінальна потужність трансформаторів і розподільних щитів вимірюється у вольт-амперах, а не у ватах.

Комплексна потужність

Потужність, аналогічно імпедансу, можна записати у комплексному вигляді:

�˙=�˙�˙∗=�2�˙=�2�˙∗, де �˙ — комплексна напруга, �˙ — комплексний струм, �˙ — імпеданс, * — оператор комплексного спряження.

Модуль комплексної потужності |�˙| дорівнює повній потужності S. Дійсна частина Re(�˙) дорівнює активній потужності Р, а уявна Im(�˙) — реактивної потужності Q з коректним знаком, залежно від характеру навантаження.

Неактивна потужність

Неактивна потужність (пасивна потужність) — це потужність нелінійних спотворень струму, вона дорівнює кореню квадратному з різниці квадратів повної та активної потужностей у колі змінного струму. У колі з синусоїдною напругою, неактивна потужність дорівнює кореню квадратному із суми квадратів реактивної потужності та потужностей вищих гармонік струму. За відсутності вищих гармонік, неактивна потужність дорівнює модулю реактивної потужності.

Під потужністю гармоніки струму, розуміється добуток дійсного значення сили струму даної гармоніки, на дійсне значення напруги.

Наявність нелінійних спотворень струму у колі, означає порушення пропорційності між миттєвими значеннями напруги й сили струму, викликане нелінійністю навантаження, наприклад коли навантаження має реактивний або імпульсний характер. У разі лінійного навантаження, сила струму у колі, пропорційна миттєвому значенню, вся споживана потужність є активною. За нелінійного навантаження, збільшується удавана (повна) потужність у колі за рахунок потужності нелінійних спотворень струму, яка не бере участі у здійсненні роботи. Потужність нелінійних спотворень не є активною і включає у себе як реактивну потужність, так і потужність інших спотворень струму. Ця фізична величина, має розмірність потужності, оскільки, як одиницю вимірювання неактивної потужності, можна використовувати В ∙ А (вольт-ампер) або вар (вольт-ампер реактивний). Вт (ват) використовувати небажано, щоби неактивну потужність не сплутати з активною.

Зв'язок неактивної, активної і повної потужностей

Величину неактивної потужності позначимо N. Через i позначимо вектор струму, через u — вектор напруги. Літерами I і U будемо позначати відповідні дійсні значення:

 �=(�,�),

 �=(�,�).

Уявімо вектор струму i, у вигляді суми двох ортогональних складових i _a і i _p , які назвемо відповідно активною і пасивною. Оскільки у здійсненні роботи, бере участь лише складова струму, що колінеарна напрузі, вимагатимемо, щоб активна складова була колінеарна напрузі, тобто i _a = λ u, де λ — деяка константа, а пасивна — ортогональна, тобто  (��,�)=0. Маємо

 �=��+��=��+��.

Запишемо вираз для активної потужності P, скалярно помноживши останню рівність на u:

 �=(�,�)=�(�,�)+(��,�)=��2.

Звідси знаходимо  �=��2,

 ��=�−��2�.

Вираз для величини неактивної потужності має вигляд  �=�(��,��)=�2−�2, де S = U I — повна потужність.

Для повної потужності кола справедливе уявлення, яке аналогічне виразу для кола з гармонійними струмом і напругою, тільки замість реактивної потужності використовується неактивна потужність:  �2=�2+�2.

Таким чином, поняття неактивної потужності, є одним зі способів, узагальнення поняття реактивної потужності для випадку несинусоїдних струму та напруги. Неактивна потужність іноді, називається реактивною потужністю за Фрізе.

Вимірювання

·        Для вимірювання електричної потужності застосовуються ватметри і варметри; можна також використовувати непрямий метод, за допомогою вольтметра й амперметра.

·        Для вимірювання коефіцієнта реактивної потужності, застосовують фазометри

·        Державний еталон — ГЕТ 153-86 Державний спеціальний еталон одиниці електричної потужності у діапазоні частот 40-2500 Гц.

Потужність деяких електричних приладів

У таблиці вказані значення потужності деяких споживачів електричного струму:

Електричний прилад	Потужність, Вт
Лампочка ліхтарика	1
Лампа люмінесцентна побутова	5 … 30
Лампа розжарювання побутова	25 … 150
Холодильник побутовий	15 … 200
Електропилосос	100 … 1800
Електрична праска	300 … 2200
Пральна машина	350 … 2000
Електрична плитка	1000 … 2000
Зварювальний апарат побутовий	1000 … 5500
Двигун трамвая	45 000 … 50 000
Двигун електровоза	650 000
Електродвигуни прокатного стану	6 000 000 … 9 000 000

Важливою фізичною величиною, яка пов'язана з роботою, є, потужність.

 

Сходами можна піднятися, а можна і вибігти. В обох випадках виконується однакова робота, однак, у другому випадку вона виконується швидше.

 

Швидкість (інтенсивність) виконання роботи характеризує потужність. Чим більша потужність, тим менше часу необхідно для виконання роботи.

Потужність є швидкістю виконання роботи.

N=At,

де A — робота, t — час, N — потужність.

 

Одиницею вимірювання потужності в системі СІ є ват (Вт) на честь шотландського винахідника Джеймса Ватта, в міжнародній системі потужність позначається — W.

Потужність дорівнює 1 ват, якщо за 1 секунду виконується работа величиною в 1 джоуль.

1 кіловат (кВт) =1000 Вт
1 мегават (МВт) =1000000 Вт
1 гігават (ГВт) =1000000000 Вт

Приклади потужності у повсякденному житті:

 

Вид роботи	Потужність, Вт
Людина крокує зі швидкістю 7 км/ч	60
Людина виконує важку фізичну роботу	200
Людина їде на велосипеді зі швидкістю 20 км/ч	700

Дайте відповіді на  запитання.

Що таке електрична напруга?

Дайте визначення потужності?

Що застосовують для вимірювання електричної  потужності?