Kā mērīt elektrisko enerģiju: visaptverošs gids

Kas ir elektriskā enerģija?

Elektriskā enerģija ir definēta kā elektriskās jaudas un laika reizinājums, un tā mērījama dzoulijos (J). Viens dzoulis elektriskās enerģijas ir vienāds ar vienu vatnu patērēto uz vienu sekundi. Matemātiski mēs varam rakstīt:

E=P×t

kur,

• E ir elektriskā enerģija džoulīs (J)

• P ir elektriskā jauda vatnos (W)

• t ir laiks sekundēs (s)

Elektriskā enerģija un jauda ir cieši saistītas jēdzieni. Elektriskā jauda ir elektriskā strāvas plūsma, kas plūst caur elektroapgādes sistēmu, dēļ noteiktas sprieguma atšķirības. Elektriskā jauda ir arī enerģijas pārdošanas vai patēriņa ātrums ierīcē vai sistēmā. Elektriskā jauda mērījama vatnos (W), kas ir ekvivalenti džouliem sekundē (J/s). Matemātiski mēs varam rakstīt:

P=V×I

kur,

• P ir elektriskā jauda vatnos (W)

• V ir sprieguma atšķirība voltos (V)

• I ir elektriskā strāva amperēs (A)

Lai mērītu elektrisko enerģiju, mums jāzina gan elektriskā jauda, gan laika periods, kurā tā tiek piemērota vai patērēta. Piemēram, ja 100 W gaismas lampa ir ieslēgta 10 minūtes, tad tai patērētā elektriskā enerģija ir:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Elektriskās enerģijas vienības

Džoulis ir standarta enerģijas vienība Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI), bet tā ir pārāk maza prakses nolūkos, kad runa ir par lielām elektriskās enerģijas daudzumiem. Tāpēc, citās vienībās bieži tiek izmantotas elektriskās enerģijas mērīšanai, piemēram, vatstuunda (Wh), kilovatstuunda (kWh), megavatstuunda (MWh) un gigavatstuunda (GWh). Šīs vienības ir izvedotas no jaudas (vatna) un laika (stuundas) vienību reizinājuma.

• Vatstuunda (Wh) ir elektriskās enerģijas daudzums, ko patērē ierīce vai sistēma, kas pievelk vienu vatnu jaudu vienu stuundu. Tas rāda, cik ātri jauda tiek patērēta laikā. Viena vatstuunda ir ekvivalenta 3,600 džouliem. Piemēram, 15 W LED gaismas lampa patērē 15 Wh elektriskās enerģijas vienu stuundu laikā.

• Kilovatstuunda (kWh) ir lielāka elektriskās enerģijas vienība, kas bieži tiek izmantota mājsaimniecības ierīcēm un apkalpošanas rēķiniem. Viena kilovatstuunda ir vienāda ar 1,000 vatstuundām vai 3.6 megadžouliem. Piemēram, ledusskapnis, kas pievelk 300 W jaudu, patērē 300 Wh vai 0.3 kWh elektriskās enerģijas vienu stuundu laikā.

• Megavatstuunda (MWh) ir elektriskās enerģijas vienība, kas tipiski tiek izmantota liela mēroga elektrostaciju vai elektrotīklu iznākuma vai patēriņa mērīšanai. Viena megavatstuunda ir vienāda ar 1,000 kilovatstuundām vai 3.6 gigadžouliem. Piemēram, ugunsgrāmatveida elektrostacija ar 600 MW spēju ražo 600 MWh elektriskās enerģijas vienu stuundu laikā.

• Gigavatstuunda (GWh) ir elektriskās enerģijas vienība, kas tiek izmantota ļoti lielu elektroenerģijas ražošanas vai patēriņa mērīšanai ilgā laika periodā. Viena gigavatstuunda ir vienāda ar 1,000 megavatstuundām vai 3.6 teradžouliem. Piemēram, ASV kopējais elektroenerģijas patēriņš 2019. gadā bija aptuveni 3,800 TWh vai 3.8 miljoni GWh.

Nākamā tabula apkopo elektriskās enerģijas vienības un to konvertēšanu:

Kā mērīt elektrisko enerģiju ar skaitītāju

Lai mērītu elektrisko enerģiju, mums nepieciešams ierīce, kas var ierakstīt elektrisko jaudu un laika periodu, kurā tā tiek piemērota vai patērēta. Šāda ierīce saucama par elektriskās enerģijas skaitītāju vai vienkārši enerģijas skaitītāju. Enerģijas skaitītājs ir ierīce, kas mēra elektrisko enerģiju, ko patērē privātmāja, bizness vai elektriski spēdināma ierīce. Tas mēra kopējo jaudu, ko patērēts laika periodā, un kalibrēts rēķinu vienībās, visizplatītākā no tām ir kilovatstuunda (kWh). Enerģijas skaitītāji tiek izmantoti mājsaimniecībās un rūpniecībā maiņstrāvas sistēmās, lai mērītu enerģijas patēriņu.

Ir dažādi enerģijas skaitītāju veidi, atkarībā no tehnoloģijas, dizaina un pielietojuma. Daži no bieži sastopamajiem veidiem ir:

• Elektromehāniskie skaitītāji: Tie ir tradicionālie skaitītāji, kas izmanto rotējošu metāla disku un elektromagnetu, lai mērītu elektrisko jaudu un ierakstītu to uz sērijas diskus vai mehānisko skaitītāju. Tiem bieži saucami par indukcijas skaitītājiem vai Ferraris skaitītājiem. Tie ir vienkārši, stabili un precīzi, bet tiem ir arī trūkumi, piemēram, mehāniskās izsmalcināšanās, ievainojamība pret manipulācijām un magnētisku iedarbību, un nevar mērīt reaktivās jaudas vai enerģijas kvalitāti.

• Elektroniskie skaitītāji: Tie ir modernie skait