Jak měřit elektrickou energii: Úplný průvodce

Co je elektrická energie?

Elektrická energie je definována jako součin elektrického výkonu a času, a měří se v joulech (J). Jedna joule elektrické energie je rovna jednomu vatovi spotřebovaného výkonu za jednu sekundu. Matematicky můžeme napsat:

E=P×t

kde,

• E je elektrická energie v joulech (J)

• P je elektrický výkon v vattech (W)

• t je čas v sekundách (s)

Elektrická energie a výkon jsou těsně spojené koncepty. Elektrický výkon je množstvím elektrického proudu, který protéká obvodem díky určité napětí rozdílu napříč ním. Elektrický výkon je také rychlostí, jakou je elektrická energie dodávána nebo spotřebována zařízením nebo systémem. Elektrický výkon se měří v wattech (W), což je ekvivalentní joulovým za sekundu (J/s). Matematicky můžeme napsat:

P=V×I

kde,

• P je elektrický výkon v wattech (W)

• V je napětí rozdíl v voltech (V)

• I je elektrický proud v amperech (A)

Pro měření elektrické energie musíme znát jak elektrický výkon, tak i dobu, po kterou je aplikován nebo spotřebován. Například, pokud je 100 W žárovka zapnuta po dobu 10 minut, pak elektrická energie spotřebovaná jí je:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Jednotky elektrické energie

Joule je standardní jednotkou energie v Mezinárodním soustavě jednotek (SI), ale je příliš malá pro praktické účely při práci s velkými množstvími elektrické energie. Proto se pro měření elektrické energie běžně používají jiné jednotky, jako jsou watt-hodina (Wh), kilowatt-hodina (kWh), megawatt-hodina (MWh) a gigawatt-hodina (GWh). Tyto jednotky jsou odvozeny z násobení jednotky výkonu (watt) jednotkou času (hodina).

• Watt-hodina (Wh) je množství elektrické energie spotřebované zařízením nebo systémem, který spotřebovává jeden watt výkonu po dobu jedné hodiny. Ukazuje, jak rychle je výkon spotřebován v průběhu času. Jedna watt-hodina je ekvivalentní 3 600 joulem. Například 15 W LED žárovka spotřebuje 15 Wh elektrické energie za jednu hodinu.

• Kilowatt-hodina (kWh) je větší jednotka elektrické energie, která se běžně používá pro domácí spotřebiče a účtenky za elektřinu. Jedna kilowatt-hodina je rovna 1 000 watt-hodin nebo 3,6 megajoulům. Například lednička, která spotřebovává 300 W výkonu, spotřebuje 300 Wh nebo 0,3 kWh elektrické energie za jednu hodinu.

• Megawatt-hodina (MWh) je jednotka elektrické energie, která se typicky používá pro měření výstupu nebo spotřeby velkých elektráren nebo sítí. Jedna megawatt-hodina je rovna 1 000 kilowatt-hodin nebo 3,6 gigajoulům. Například uhelná elektrárna s kapacitou 600 MW produkuje 600 MWh elektrické energie za jednu hodinu.

• Gigawatt-hodina (GWh) je jednotka elektrické energie, která se používá pro měření velmi velkých množství výroby nebo spotřeby elektrické energie v dlouhém časovém horizontu. Jedna gigawatt-hodina je rovna 1 000 megawatt-hodin nebo 3,6 terajoulům. Například celková spotřeba elektřiny ve Spojených státech v roce 2019 byla asi 3 800 TWh nebo 3,8 milionu GWh.

Následující tabulka shrnuje jednotky elektrické energie a jejich převody:

Jak měřit elektrickou energii pomocí měřiče

Pro měření elektrické energie potřebujeme zařízení, které může zaznamenávat elektrický výkon a dobu, po kterou je aplikován nebo spotřebován. Takové zařízení se nazývá  měřič elektrické energie nebo jednoduše  energetický měřič. Energetický měřič je zařízení, které měří množství elektrické energie spotřebované bytem, podnikem nebo elektricky poháněným zařízením. Měří celkový výkon spotřebovaný v průběhu časového intervalu a je kalibrován v fakturačních jednotkách, nejčastěji v kilowatt-hodinách (kWh). Energetické měřiče se používají v domácích a průmyslových AC obvodech pro měření spotřeby energie.

Existuje různé typy energetických měřičů, v závislosti na technologii, návrhu a aplikaci. Některé z běžných typů jsou:

• Elektromechanické měřiče: Jsou to tradiční měřiče, které používají otáčející se kovovou desku a elektromagnet k měření elektrického výkonu a jeho záznamu na sérii ciferníků nebo mechanickém počítadle. Jsou také známé jako indukční měřiče nebo Ferrarisovy měřiče. Jsou jednoduché, robustní a přesné, ale mají některé nedostatky, jako jsou mechanické opotřebení, způsobilost ke změně a magnetickému rušení, a neschopnost měřit reaktivní výkon nebo kvalitu výkonu.

• Elektronické měřiče: Jsou to moderní měřiče, které používají elektronické obvody a senzory k měření elektrického výkonu a jeho zobrazení na digitálním displeji nebo