Hvordan måle elektrisk energi: En omfattende guide

Hvad er elektrisk energi?

Elektrisk energi defineres som produktet af elektrisk effekt og tid, og den måles i joule (J). En joule elektrisk energi er lig med en watt effekt, der forbruges i ét sekund. Matematisk kan vi skrive:

E=P×t

hvor,

• E er den elektriske energi i joule (J)

• P er den elektriske effekt i watt (W)

• t er tiden i sekunder (s)

Elektrisk energi og effekt er tæt forbundne begreber. Elektrisk effekt er mængden af elektrisk strøm, der flyder gennem en kredsløb pga. en bestemt spændingsforskel på den. Elektrisk effekt er også hastigheden, hvormed elektrisk energi leveres eller forbruges af en enhed eller et system. Elektrisk effekt måles i watt (W), som er ækvivalent med joule pr. sekund (J/s). Matematisk kan vi skrive:

P=V×I

hvor,

• P er den elektriske effekt i watt (W)

• V er den spændingsforskel i volt (V)

• I er den elektriske strøm i amper (A)

For at måle elektrisk energi skal vi vide både den elektriske effekt og tidsvarigheden, hvor den anvendes eller forbruges. For eksempel, hvis en 100 W lyspære er tændt i 10 minutter, så er den elektriske energi, den forbruger:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Enheder for elektrisk energi

Joule er den standard energienhed i Det Internationale Enhedssystem (SI), men den er for lille til praktiske formål, når man har at gøre med store mængder elektrisk energi. Derfor bruges andre enheder ofte til at måle elektrisk energi, som watt-time (Wh), kilowatt-time (kWh), megawatt-time (MWh) og gigawatt-time (GWh). Disse enheder er afledt af multiplikationen af effektenheden (watt) med tidsenheden (time).

• Watt-time (Wh) er mængden af elektrisk energi, der forbruges af en enhed eller et system, der trækker en watt effekt i en time. Den viser, hvor hurtigt effekten forbruges over en periode. En watt-time er ækvivalent med 3,600 joule. For eksempel forbruger en 15 W LED lyspære 15 Wh elektrisk energi i en time.

• Kilowatt-time (kWh) er en større enhed for elektrisk energi, der ofte bruges til husholdningsapparater og elregninger. En kilowatt-time er lig med 1,000 watt-timer eller 3.6 megajoule. For eksempel forbruger en køleskab, der trækker 300 W effekt, 300 Wh eller 0.3 kWh elektrisk energi i en time.

• Megawatt-time (MWh) er en enhed for elektrisk energi, der typisk bruges til at måle udbyttet eller forbruget af store kraftværker eller net. En megawatt-time er lig med 1,000 kilowatt-timer eller 3.6 gigajoule. For eksempel producerer et kulbaseret kraftværk med en kapacitet på 600 MW 600 MWh elektrisk energi i en time.

• Gigawatt-time (GWh) er en enhed for elektrisk energi, der bruges til at måle meget store mængder elektricitetsproduktion eller -forbrug over lange perioder. En gigawatt-time er lig med 1,000 megawatt-timer eller 3.6 terajoule. For eksempel var det samlede elektricitetsforbrug i USA i 2019 omkring 3,800 TWh eller 3.8 millioner GWh.

Følgende tabel summerer enheder for elektrisk energi og deres konverteringer:

Hvordan måle elektrisk energi med en meter

For at måle elektrisk energi har vi brug for en enhed, der kan registrere den elektriske effekt og tidsvarigheden, hvor den anvendes eller forbruges. En sådan enhed kaldes en  elektrisk energimeter eller blot en  energimeter. Et energimeter er en enhed, der måler mængden af elektrisk energi, der forbruges af en bolig, en virksomhed eller en elektrisk drevet enhed. Det måler den samlede effekt, der forbruges over en tidsperiode, og er kalibreret i faktureringsenheder, den mest almindelige værende kilowatt-time (kWh). Energimetre bruges i private og industrielle AC-kredsløb til at måle effektforbrug.

Der findes forskellige typer energimetre, afhængigt af teknologi, design og anvendelse. Nogle af de almindelige typer er:

• Elektromekaniske metere: Dette er de traditionelle metere, der bruger en roterende metalplade og en elektromagnet til at måle den elektriske effekt og registrere den på en serie af cifre eller en mekanisk tæller. De kendes også som induktionsmetere eller Ferraris-metere. De er simple, robuste og præcise, men de har nogle ulemper, som mekanisk slid og tear, susceptibility til manipulation og magnetisk støj, og evnen til at måle reaktiv effekt eller effektkvalitet.

• Elektroniske metere: Dette er de moderne metere, der bruger elektroniske kredsløb og sensorer til at måle den elektriske effekt og vise den på en digital skærm eller sende den til et fjernsystem. De kendes også som faststofsmetere eller digitale metere. De har mange fordele sammenlignet med elektromekaniske metere, som højere præcision, lavere vedligeholdelse, fjernlæsning og kommunikation, flere tarifmuligheder, og avancerede funktioner som effektsvans, belastningsprofilering og effektkvalitetsanalyse.

• Smart metere: Dette er avancerede metere, der bruger digital teknologi og trådløs kommunikation til at måle den elektriske effekt og sende den til et central system eller et smart grid-netværk. De kendes også som advanced metering infrastructure (AMI) eller intelligent metering systems (IMS). De har mange fordele sammenlignet med elektroniske metere, som realtid-dataindsamling og -analyse, dynamisk priser og fakturering, udbrydelsesdetektion og -genoprettelse, demand-side management, og kundebinding.

Den grundlæggende princips for at måle elektrisk energi med en meter er at multiplicere den elektriske effekt med tidsvarigheden, hvor den anvendes eller forbruges. Dog afhængigt af typen af meter og typen af last, er der forskellige måder at beregne den elektriske effekt. Nogle af de almindelige metoder er: