Kako mjeriti električnu energiju: Opsežna uputstva

Što je električna energija?

Električna energija definirana je kao umnožak električne snage i vremena, i mjeri se u džulima (J). Jedan džul električne energije jednak je jednom vat-u snage potrošene tijekom jedne sekunde. Matematički možemo zapisati:

E=P×t

gdje,

• E je električna energija u džulima (J)

• P je električna snaga u vatima (W)

• t je vrijeme u sekundama (s)

Električna energija i snaga su blisko povezani koncepti. Električna snaga je količina električnog toka koji teče kroz krug zbog određene razlike napona na njemu. Električna snaga je također stopa na kojoj se električna energija dostavlja ili potroši uređajem ili sustavom. Električna snaga mjeri se u vatima (W), koji su ekvivalentni džulima po sekundi (J/s). Matematički možemo zapisati:

P=V×I

gdje,

• P je električna snaga u vatima (W)

• V je razlika napona u voltima (V)

• I je električni tok u amperima (A)

Da bismo mjerili električnu energiju, moramo znati i električnu snagu i trajanje vremena za koje se ona primjenjuje ili potroši. Na primjer, ako je svjetiljka od 100 W uključena 10 minuta, tada je električna energija potrošena od strane nje:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Jedinice za električnu energiju

Džul je standardna jedinica energije u Međunarodnom sistemu jedinica (SI), ali je previše mala za praktične svrhe kada se radi o velikim količinama električne energije. Stoga se često koriste druge jedinice za mjerenje električne energije, poput vat-sata (Wh), kilovat-sata (kWh), megavat-sata (MWh) i gigavat-sata (GWh). Ove jedinice izvedene su množenjem jedinice snage (vat) s jedinicom vremena (sat).

• Vat-sat (Wh) je količina električne energije potrošene uređajem ili sustavom koji potroši jedan vat snage tijekom jednog sata. Pokazuje kako brzo se snaga potroši tijekom vremenskog perioda. Jedan vat-sat ekvivalentan je 3,600 džulima. Na primjer, LED svjetiljka od 15 W potroši 15 Wh električne energije u jednom satu.

• Kilovat-sat (kWh) je veća jedinica električne energije koja se često koristi za kućanske aparate i račune za struju. Jedan kilovat-sat jednak je 1,000 vat-sati ili 3.6 megadžula. Na primjer, hladnjak koji potroši 300 W snage potroši 300 Wh ili 0.3 kWh električne energije u jednom satu.

• Megavat-sat (MWh) jedinična je mera električne energije koja se tipično koristi za mjerenje proizvoda ili potrošnje velikih elektrana ili mreža. Jedan megavat-sat jednak je 1,000 kilovat-sati ili 3.6 gigadžula. Na primjer, ugljeni elektrana sa kapacitetom od 600 MW proizvodi 600 MWh električne energije u jednom satu.

• Gigavat-sat (GWh) jedinična je mera električne energije koja se koristi za mjerenje vrlo velikih količina proizvodnje ili potrošnje elektriciteta tijekom dugog vremenskog perioda. Jedan gigavat-sat jednak je 1,000 megavat-sati ili 3.6 teradžula. Na primjer, ukupna potrošnja elektriciteta Sjedinjenih Američkih Država 2019. godine iznosila je oko 3,800 TWh ili 3.8 milijuna GWh.

Sljedeća tablica sažima jedinice električne energije i njihove pretvorbe:

Kako mjeriti električnu energiju brojkom

Da bismo mjerili električnu energiju, trebamo uređaj koji može snimiti električnu snagu i trajanje vremena za koje se ona primjenjuje ili potroši. Takav uređaj zove se  brojilo za električnu energiju ili samo  brojilo za energiju. Brojilo za energiju je uređaj koji mjeri količinu električne energije potrošene u stanu, poslovnici ili električno pogonjenom uređaju. Mjeri ukupnu snagu potrošenu tijekom vremenskog intervala i kalibriran je u jedinicama za naplatu, najčešća od kojih je kilovat-sat (kWh). Brojila za energiju koriste se u domaćim i industrijskim AC krugovima za mjerenje potrošnje snage.

Postoji različitih vrsta brojila za energiju, ovisno o tehnologiji, dizajnu i primjeni. Neki od uobičajenih tipova su:

• Elektromehanička brojila: To su tradicionalna brojila koja koriste rotirajući metalni disk i elektromagnet da bi mjerile električnu snagu i snimile je na seriju dialsa ili mehanički brojač. Poznata su i kao indukcijska brojila ili Ferrarijeva brojila. Jednostavna, robustna i precizna, ali imaju neke nedostatke, poput mehaničkog trošenja, osjetljivosti na manipulacije i magnetsku interferenciju, te nemogućnost mjerenja reaktivne snage ili kvalitete snage.

• Elektronička brojila: To su moderna brojila koja koriste elektroničke krugove i senzore da bi mjerile električnu snagu i prikazivale je na digitalnom zaslonu ili prenosile na udaljeni sustav. Poznata su i kao čvrsto-stanjska brojila ili digitalna brojila. Imaju mnoge prednosti nad elektromehaničkim brojilima, poput više preciznosti, manje održavanja, udaljenog čitanja i komunikacije, više opcija tarifa i naprednih značajki, poput reakcije na potražnju, profiliranja opterećenja i analize kvalitete snage.

• Pametna brojila: To su napredna brojila koja koriste digitalnu tehnologiju i bežičnu komunikaciju da bi mjerile električnu snagu i slale je centralnom sustavu ili mreži pametne mreže. Poznata su i kao napredna infrastruktura za mjerenje (AMI) ili inteligentni sustavi za mjerenje (IMS). Imaju mnoge prednosti nad elektronič