Hvordan måle elektrisk energi: En omfattende guide
Hva er elektrisk energi?
Elektrisk energi defineres som produktet av elektrisk effekt og tid, og det måles i joule (J). En joule elektrisk energi tilsvarer en watt effekt forbruket i ett sekund. Matematisk kan vi skrive:
E=P×t
der,
E er elektrisk energi i joule (J)
P er elektrisk effekt i watt (W)
t er tiden i sekunder (s)
Elektrisk energi og effekt er nært forbundne konsepter. Elektrisk effekt er mengden elektrisk strøm som flyter gjennom en krets på grunn av en viss spenning forskjell over den. Elektrisk effekt er også hastigheten for overføring av elektrisk energi til en enhet eller et system. Elektrisk effekt måles i watt (W), som tilsvarer joule per sekund (J/s). Matematisk kan vi skrive:
P=V×I
der,
P er elektrisk effekt i watt (W)
V er spenningen forskjellen i volt (V)
I er elektrisk strøm i amper (A)
For å måle elektrisk energi, må vi kjenne både elektrisk effekt og tidsperiode for hvilken den er anvendt eller forbrukt. For eksempel, hvis en 100 W lyspære er slått på i 10 minutter, så er den elektriske energien forbrukt av den:
E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J
Enheter for elektrisk energi
Joule er standard energienhet i det internasjonale enhetssystemet (SI), men den er for liten for praktiske formål når det gjelder store mengder elektrisk energi. Derfor brukes andre enheter ofte for å måle elektrisk energi, som watt-time (Wh), kilowatt-time (kWh), megawatt-time (MWh) og gigawatt-time (GWh). Disse enhetene er utledet fra multiplikasjon av effektenheten (watt) med tidsenheten (time).
Watt-time (Wh) er mengden elektrisk energi forbrukt av en enhet eller et system som trekker en watt effekt i en time. Det viser hvor raskt effekten forbrukes over en periode. En watt-time tilsvarer 3,600 joule. For eksempel, en 15 W LED lyspære forbruker 15 Wh elektrisk energi i en time.
Kilowatt-time (kWh) er en større enhet for elektrisk energi som vanligvis brukes for husholdningsapparater og forbrukersedler. En kilowatt-time tilsvarer 1,000 watt-timer eller 3.6 megajoule. For eksempel, en kjøleskap som trekker 300 W effekt forbruker 300 Wh eller 0.3 kWh elektrisk energi i en time.
Megawatt-time (MWh) er en enhet for elektrisk energi som typisk brukes for å måle produksjonen eller forbruket av store kraftverk eller nett. En megawatt-time tilsvarer 1,000 kilowatt-timer eller 3.6 gigajoule. For eksempel, et kullkraftverk med kapasiteten 600 MW produserer 600 MWh elektrisk energi i en time.
Gigawatt-time (GWh) er en enhet for elektrisk energi som brukes for å måle store mengder elektrisitetsgenerering eller -forbruk over lange perioder. En gigawatt-time tilsvarer 1,000 megawatt-timer eller 3.6 terajoule. For eksempel, det totale elektrisitetsforbruket i USA i 2019 var omtrent 3,800 TWh eller 3.8 million GWh.
Følgende tabell summerer enhetene for elektrisk energi og deres konverteringer:
| Enhet | Symbol | Tilsvarer |
|---|---|---|
| Joule | J | 1 J |
| Watt-time | Wh | 3,600 J |
| Kilowatt-time | kWh | 3.6 MJ |
| Megawatt-time | MWh | 3.6 GJ |
| Gigawatt-time | GWh | 3.6 TJ |
Hvordan måle elektrisk energi med en meter
For å måle elektrisk energi, trenger vi en enhet som kan registrere elektrisk effekt og tidsperiode for hvilken den er anvendt eller forbrukt. Slik en enhet kalles en elektrisk energimeter eller bare en energimeter. Et energimeter er en enhet som måler mengden elektrisk energi forbrukt av et hjem, et virksomhet, eller en elektrisk driftet enhet. Det måler total effekt forbrukt over en tidsperiode og er kalibrert i faktureringsenheter, den mest vanlige er kilowatt-time (kWh). Energimeter brukes i domestiske og industrielle AC kretser for å måle effektforbruk.
Det finnes ulike typer energimeter, avhengig av teknologi, design og bruk. Noen av de vanlige typene er:
Elektromekaniske meter: Dette er de tradisjonelle meterene som bruker en roterende metallplate og en elektromagnet for å måle elektrisk effekt og registrere det på en rekke dials eller en mekanisk teller. De er også kjent som induksjonsmeter eller Ferraris-meter. De er enkle, robuste og nøyaktige, men de har noen ulemper, som mekanisk slit og slett, utsatt for manipulasjon og magnetisk interferens, og evnen til å måle reaktiv effekt eller strømkvalitet.
Elektroniske meter: Dette er de moderne meterene som bruker elektroniske kretser og sensorer for å måle elektrisk effekt og vise det på en digital skjerm eller sende det til et fjernsystem. De er også kjent som faststilt materiale-meter eller digitale meter. De har mange fordeler sammenlignet med elektromekaniske meter, som høyere nøyaktighet, lavere vedlikehold, fjernlesing og kommunikasjon, flere tarifalternativer, og avanserte funksjoner som behovssvar, belastningsprofilering og strømkvalitetsanalyse.
Smart meter: Dette er avanserte meter som bruker digital teknologi og trådløs kommunikasjon for å måle elektrisk effekt og sende det til et sentralt system eller et smart grid-nettverk. De er også kjent som avansert måling infrastruktur (AMI) eller intelligente målingsystemer (IMS). De har mange fordeler sammenlignet med elektroniske meter, som sanntid-datainnsamling og -analyse, dynamisk prising og fakturering, utslagssporing og gjenoppretting, behovssidehåndtering, og kundeengasjement.
Den grunnleggende prinsippet for å måle elektrisk energi med en meter er å multiplisere elektrisk effekt med tidsperioden for hvilken den er anvendt eller forbrukt. Imidlertid, avhengig av typen meter og typen last, er det ulike måter å beregne elektrisk effekt. Noen av de vanlige metodene er:
