Kako meriti električnu energiju: Kompletan vodič
Šta je električna energija?
Električna energija definisana je kao proizvod električne snage i vremena, i mjeri se u džulima (J). Jedan džul električne energije jednak je jednom vat-u snage potrošene za jednu sekundu. Matematički, možemo napisati:
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 pojmovi. Električna snaga je količina električnog toka koji teče kroz krug zbog određene razlike napona na njemu. Električna snaga je takođe stopa na kojoj se električna energija dostavlja ili potroši uređajem ili sistemom. Električna snaga mjeri se u vatima (W), koji su ekvivalentni džulima po sekundi (J/s). Matematički, možemo napisati:
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 izmerili 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 upaljena 10 minuta, tada je električna energija potrošena njome:
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 češće 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 sistemom koji povlači jedan vat snage za jedan sat. Pokazuje kako brzo se snaga potroši tokom određenog vremenskog perioda. Jedan vat-sat je ekvivalentan 3,600 džulima. Na primjer, LED svjetiljka od 15 W potroši 15 Wh električne energije za jedan sat.
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 povlači 300 W snage potroši 300 Wh ili 0.3 kWh električne energije za jedan sat.
Megavat-sat (MWh) je jedinica 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 kapaciteta 600 MW proizvodi 600 MWh električne energije za jedan sat.
Gigavat-sat (GWh) je jedinica električne energije koja se koristi za mjerenje vrlo velikih količina proizvodnje ili potrošnje struje tokom dugog vremenskog perioda. Jedan gigavat-sat jednak je 1,000 megavat-sati ili 3.6 teradžula. Na primjer, ukupna potrošnja struje u Sjedinjenim Američkim Državama 2019. godine iznosila je oko 3,800 TWh ili 3.8 miliona GWh.
Sljedeća tabela sažima jedinice električne energije i njihove pretvorbe:
| Jedinica | Simbol | Ekvivalentno |
|---|---|---|
| Džul | J | 1 J |
| Vat-sat | Wh | 3,600 J |
| Kilovat-sat | kWh | 3.6 MJ |
| Megavat-sat | MWh | 3.6 GJ |
| Gigavat-sat | GWh | 3.6 TJ |
Kako meriti električnu energiju pomoću brojila
Da bismo izmjerili električnu energiju, trebamo uređaj koji može da snimi električnu snagu i trajanje vremena za koje se ona primjenjuje ili potroši. Takav uređaj zove se brojilo za električnu energiju ili jednostavno brojilo za energiju. Brojilo za energiju je uređaj koji mjeri količinu električne energije potrošene u stanu, poslovnici ili električno pogonom uređaju. Mjeri ukupnu snagu potrošenu u vremenskom intervalu i kalibrirano 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.
Postoje različiti tipovi brojila za energiju, ovisno o tehnologiji, dizajnu i primjeni. Neki od najčešćih tipova su:
Elektromehanička brojila: To su tradicionalna brojila koja koriste rotirajući metalni disk i elektromagnet da bi izmjerile električnu snagu i zabilježile je na seriji dialsa ili mehaničkom brojaču. Poznata su i kao indukcioni brojila ili Ferraris brojila. Jednostavna, otporna i precizna, ali imaju neke nedostatke, poput mehaničkog trošenja, osjetljivosti na manipulaciju i magnetsku interferenciju, te neispodobnost za mjerenje reaktivne snage ili kvalitete snage.
Elektronska brojila: To su moderna brojila koja koriste elektronske krugove i senzore da bi izmjerile električnu snagu i prikazale je na digitalnom ekranu ili prenijele na udaljeni sistem. Poznata su i kao čvrsto-stanje brojila ili digitalna brojila. Imaju mnogo prednosti nad elektromehaničkim brojilima, poput više preciznosti, manje održavanja, udaljenog čitanja i komunikacije, više opcija tarife, i naprednih funkcija poput reagiranja na potražnju, profiliranja opterećenja i analize kvalitete snage.
Pametna brojila: To su napredna brojila koja koriste digitalnu tehnologiju i bežičnu komunikaciju da bi izmjerile električnu snagu i poslale je na centralni sistem ili mrežu pametne mreže. Poznata su i kao napredna infrastruktura za mjerenje (AMI) ili inteligentni sistemi za mjerenje (IMS). Imaju mnogo prednosti nad elektronskim brojilima, poput stvarnog-vremenskog sakupljanja i analize podataka, dinamičkog cjenovanja i naplate, detekcije i obnavljanja ispadanja, upravljanja strane potražnje, i angažmana korisnika.
