Jak mierzyć energię elektryczną: kompleksowy przewodnik
Czym jest Energia Elektryczna?
Energia elektryczna jest zdefiniowana jako iloczyn mocy elektrycznej i czasu, i jest mierzona w dżulach (J). Jeden dżul energii elektrycznej to jedna wata mocy zużytej przez sekundę. Matematycznie możemy zapisać:
E=P×t
gdzie,
E to energia elektryczna w dżulach (J)
P to moc elektryczna w wat (W)
t to czas w sekundach (s)
Energia elektryczna i moc są blisko ze sobą związane. Moc elektryczna to ilość prądu elektrycznego, który płynie przez obwód z powodu pewnej różnicy potencjałów na nim. Moc elektryczna to również tempa, z jakim energia elektryczna jest dostarczana lub zużywana przez urządzenie lub system. Moc elektryczna jest mierzona w wat, które są równoważne dżulom na sekundę (J/s). Matematycznie możemy zapisać:
P=V×I
gdzie,
P to moc elektryczna w wat (W)
V to napięcie w woltach (V)
I to prąd elektryczny w amperach (A)
Aby zmierzyć energię elektryczną, musimy znać zarówno moc elektryczną, jak i czas trwania, przez który jest ona stosowana lub zużywana. Na przykład, jeśli żarówka o mocy 100 W jest włączona przez 10 minut, to energia elektryczna zużyta przez nią wynosi:
E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J
Jednostki Energetyczne
Dżul to standardowa jednostka energii w Międzynarodowym Układzie Jednostek (SI), ale jest zbyt mała dla praktycznych celów, gdy mamy do czynienia z dużymi ilościami energii elektrycznej. Dlatego do pomiaru energii elektrycznej powszechnie używa się innych jednostek, takich jak watogodzina (Wh), kilowatogodzina (kWh), megawatogodzina (MWh) i gigawatogodzina (GWh). Te jednostki są pochodne od mnożenia jednostki mocy (wat) przez jednostkę czasu (godzina).
Watogodzina (Wh) jest ilością energii elektrycznej zużytej przez urządzenie lub system, który pobiera jedną watę mocy przez godzinę. Pokazuje, jak szybko moc jest zużywana w ciągu określonego czasu. Jedna watogodzina to równoważnik 3,600 dżuli. Na przykład, żarówka LED o mocy 15 W zużywa 15 Wh energii elektrycznej w ciągu godziny.
Kilowatogodzina (kWh) jest większą jednostką energii elektrycznej, która jest powszechnie używana dla sprzętu domowego i rachunków za energię. Jedna kilowatogodzina to 1,000 watogodzin lub 3.6 megadżoule. Na przykład, lodówka, która pobiera 300 W mocy, zużywa 300 Wh lub 0.3 kWh energii elektrycznej w ciągu godziny.
Megawatogodzina (MWh) jest jednostką energii elektrycznej, która jest zazwyczaj używana do pomiaru wydajności lub zużycia energii dużych elektrowni lub sieci. Jedna megawatogodzina to 1,000 kilowatogodzin lub 3.6 gigadżoule. Na przykład, elektrownia węglowa o mocy 600 MW produkuje 600 MWh energii elektrycznej w ciągu godziny.
Gigawatogodzina (GWh) jest jednostką energii elektrycznej, która jest używana do pomiaru bardzo dużych ilości generowanej lub zużywanej energii elektrycznej w ciągu długiego okresu czasu. Jedna gigawatogodzina to 1,000 megawatogodzin lub 3.6 teradżoule. Na przykład, całkowite zużycie energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych w 2019 roku wyniosło około 3,800 TWh lub 3.8 miliona GWh.
Poniższa tabela podsumowuje jednostki energii elektrycznej i ich przeliczniki:
| Jednostka | Symbol | Równoważna |
|---|---|---|
| Dżul | J | 1 J |
| Watogodzina | Wh | 3,600 J |
| Kilowatogodzina | kWh | 3.6 MJ |
| Megawatogodzina | MWh | 3.6 GJ |
| Gigawatogodzina | GWh | 3.6 TJ |
Jak zmierzyć energię elektryczną licznikiem
Aby zmierzyć energię elektryczną, potrzebujemy urządzenia, które może rejestrować moc elektryczną i czas trwania, przez który jest ona stosowana lub zużywana. Takie urządzenie nazywa się licznik energii elektrycznej lub po prostu licznik energii. Licznik energii to urządzenie, które mierzy ilość energii elektrycznej zużytej przez gospodarstwo domowe, firmę lub urządzenie napędzane energią elektryczną. Mierzy on całkowitą moc zużytą w ciągu określonego czasu i jest kalibrowany w jednostkach rozliczeniowych, najczęściej stosowaną jest kilowatogodzina (kWh). Liczniki energii są używane w domowych i przemysłowych obwodach AC do pomiaru zużycia mocy.
Istnieje wiele rodzajów liczników energii, w zależności od technologii, projektu i zastosowania. Niektóre z najbardziej popularnych typów to:
Elektromechaniczne liczniki: To tradycyjne liczniki, które używają obracającego się metalowego dysku i elektromagnesu do pomiaru mocy elektrycznej i zapisywania jej na serii tarcz lub mechanicznego licznika. Są one również znane jako liczniki indukcyjne lub liczniki Ferraris. Są proste, wytrzymałe i dokładne, ale mają pewne wady, takie jak zużycie mechaniczne, podatność na manipulacje i zakłócenia magnetyczne, oraz niezdolność do pomiaru mocy bierną lub jakości mocy.
Elektroniczne liczniki: To nowoczesne liczniki, które używają obwodów elektronicznych i czujników do pomiaru mocy elektrycznej i wyświetlenia jej na ekranie cyfrowym lub przesłania do zdalnego systemu. Są one również znane jako liczniki stanu stały lub liczniki cyfrowe. Mają wiele zalet nad licznikami elektromechanicznymi, takich jak wyższa dokładność, niższe koszty utrzymania, zdalne odczyty i komunikacja, opcje wielotaryfowe, oraz zaawansowane funkcje, takie jak odpowiedź na popyt, profilowanie obciążeń i analiza jakości mocy.
Inteligentne liczniki: To zaawansowane liczniki, które używają technologii cyfrowej i komunikacji bezprzewodowej do pomiaru mocy elektrycznej i przesłania jej do centralnego systemu lub sieci inteligentnej. Są one również znane jako infrastruktura zaawansowanego pomiaru (AMI) lub inteligentne systemy pomiarowe (IMS). Mają wiele korzyści nad licznikami elektronicznymi, takich jak zbieranie i analiza danych w czasie rzeczywistym, dynamiczne ceny i rozliczenia, wykrywanie i przywracanie zasilania, zarządzanie stroną popytu, oraz angażowanie klientów.
