Как измерять электрическую энергию: полное руководство

Что такое электрическая энергия?

Электрическая энергия определяется как произведение электрической мощности на время, и измеряется в джоулях (Дж). Один джоуль электрической энергии равен одному ватту мощности, потребленному за одну секунду. Математически это можно записать:

E=P×t

где,

• E — электрическая энергия в джоулях (Дж)

• P — электрическая мощность в ваттах (Вт)

• t — время в секундах (с)

Электрическая энергия и мощность тесно связаны. Электрическая мощность — это количество электрического тока, протекающего через цепь, вызванное определенным напряжением, приложенным к ней. Электрическая мощность также является скоростью, с которой электрическая энергия подается или потребляется устройством или системой. Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт), которые эквивалентны джоулям в секунду (Дж/с). Математически это можно записать:

P=V×I

где,

• P — электрическая мощность в ваттах (Вт)

• V — напряжение в вольтах (В)

• I — электрический ток в амперах (А)

Для измерения электрической энергии необходимо знать как электрическую мощность, так и продолжительность времени, в течение которого она применяется или потребляется. Например, если лампа мощностью 100 Вт горит в течение 10 минут, то потребляемая ею электрическая энергия составляет:

E=P×t=100 Вт×10×60 с=60,000 Дж

Единицы измерения электрической энергии

Джоуль — стандартная единица энергии в Международной системе единиц (СИ), но она слишком мала для практических целей при работе с большими количествами электрической энергии. Поэтому для измерения электрической энергии обычно используются другие единицы, такие как ватт-час (Вт·ч), киловатт-час (кВт·ч), мегаватт-час (МВт·ч) и гигаватт-час (ГВт·ч). Эти единицы получаются путем умножения единицы мощности (ватт) на единицу времени (час).

• Ватт-час (Вт·ч) — это количество электрической энергии, потребляемое устройством или системой, которая потребляет один ватт мощности в течение одного часа. Это показывает, как быстро мощность потребляется за определенный период времени. Один ватт-час эквивалентен 3,600 джоулей. Например, светодиодная лампа мощностью 15 Вт потребляет 15 Вт·ч электрической энергии в течение одного часа.

• Киловатт-час (кВт·ч) — это более крупная единица электрической энергии, которая обычно используется для бытовых приборов и счетов за электроэнергию. Один киловатт-час равен 1,000 ватт-часам или 3.6 мегаджоулям. Например, холодильник, который потребляет 300 Вт мощности, потребляет 300 Вт·ч или 0.3 кВт·ч электрической энергии в течение одного часа.

• Мегаватт-час (МВт·ч) — это единица электрической энергии, которая обычно используется для измерения выхода или потребления крупных электростанций или сетей. Один мегаватт-час равен 1,000 киловатт-часам или 3.6 гигаджоулям. Например, угольная электростанция мощностью 600 МВт производит 600 МВт·ч электрической энергии в течение одного часа.

• Гигаватт-час (ГВт·ч) — это единица электрической энергии, которая используется для измерения очень больших количеств производства или потребления электроэнергии за длительные периоды времени. Один гигаватт-час равен 1,000 мегаватт-часам или 3.6 тераджоулям. Например, общее потребление электроэнергии в США в 2019 году составило около 3,800 ТВт·ч или 3.8 миллиона ГВт·ч.

В следующей таблице приведены единицы измерения электрической энергии и их преобразования:

Как измерить электрическую энергию с помощью счетчика

Для измерения электрической энергии нам нужно устройство, которое может записывать электрическую мощность и продолжительность времени, в течение которого она применяется или потребляется. Такое устройство называется  электрическим счетчиком энергии или просто  счетчиком энергии. Счетчик энергии — это устройство, которое измеряет количество потребляемой электрической энергии в жилом доме, бизнесе или электрическом устройстве. Он измеряет общую мощность, потребленную за определенный интервал времени, и калибруется в расчетных единицах, самой распространенной из которых является киловатт-час (кВт·ч). Счетчики энергии используются в домашних и промышленных цепях переменного тока для измерения потребления мощности.

Существуют различные типы счетчиков энергии, в зависимости от технологии, дизайна и применения. Некоторые из наиболее распространенных типов:

• Электромеханические счетчики: Это традиционные счетчики, которые используют вращающийся металлический диск и электромагнит для измерения электрической мощности и записи ее на серию дисков или механический счетчик. Они также известны как индукционные счетчики или счетчики Феррариса. Они просты, надежны и точны, но имеют некоторые недостатки, такие как механический износ, подверженность воздействию магнитных полей, невозможность измерения реактивной мощности или качества электроэнергии.

• Электронные счетчики: Это современные счетчики, которые используют электронные схемы и датчики для измерения электрической мощности и отображения ее на цифровом экране или передачи в удаленную систему. Они также известны как твердотельные или цифровые счетчики. У них есть много преимуществ по сравнению с электромеханическими счетчиками, таких как высокая точность, низкое обслуживание, удаленная передача данных, множество тарифных опций и продвинутые функции, такие как управление спросом, профилирование нагрузки и анализ качества электроэнергии.

• Умные счетчики: Это продвинутые счетчики, которые используют цифровые технологии и