Cách Đo Lượng Điện Năng: Hướng Dẫn Toàn Diện

Năng lượng điện là gì?

Năng lượng điện được định nghĩa là sản phẩm của công suất điện và thời gian, và được đo bằng joules (J). Một joule năng lượng điện tương đương với một watt công suất tiêu thụ trong một giây. Toán học, chúng ta có thể viết:

E = P × t

trong đó,

• E là năng lượng điện tính bằng joules (J)

• P là công suất điện tính bằng watts (W)

• t là thời gian tính bằng giây (s)

Năng lượng điện và công suất điện là những khái niệm chặt chẽ. Công suất điện là lượng dòng điện chảy qua mạch do sự khác biệt điện áp nhất định trên nó. Công suất điện cũng là tốc độ mà năng lượng điện được cung cấp hoặc tiêu thụ bởi thiết bị hoặc hệ thống. Công suất điện được đo bằng watts (W), tương đương với joules mỗi giây (J/s). Toán học, chúng ta có thể viết:

P = V × I

trong đó,

• P là công suất điện tính bằng watts (W)

• V là sự khác biệt điện áp tính bằng volts (V)

• I là dòng điện tính bằng amperes (A)

Để đo năng lượng điện, chúng ta cần biết cả công suất điện và thời gian mà nó được áp dụng hoặc tiêu thụ. Ví dụ, nếu một bóng đèn 100 W được bật trong 10 phút, thì năng lượng điện tiêu thụ bởi nó là:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Đơn vị của Năng lượng Điện

Joule là đơn vị chuẩn của năng lượng trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế (SI), nhưng nó quá nhỏ để sử dụng thực tế khi xử lý với lượng lớn năng lượng điện. Do đó, các đơn vị khác thường được sử dụng để đo lường năng lượng điện, như watt-giờ (Wh), kilowatt-giờ (kWh), megawatt-giờ (MWh) và gigawatt-giờ (GWh). Các đơn vị này được dẫn xuất từ việc nhân đơn vị công suất (watt) với đơn vị thời gian (giờ).

• Watt-giờ (Wh) là lượng năng lượng điện tiêu thụ bởi thiết bị hoặc hệ thống có công suất tiêu thụ là một watt trong một giờ. Nó cho thấy tốc độ tiêu thụ công suất trong một khoảng thời gian. Một watt-giờ tương đương với 3,600 joules. Ví dụ, một bóng đèn LED 15 W tiêu thụ 15 Wh năng lượng điện trong một giờ.

• Kilowatt-giờ (kWh) là đơn vị lớn hơn của năng lượng điện thường được sử dụng cho các thiết bị gia dụng và hóa đơn điện. Một kilowatt-giờ bằng 1,000 watt-giờ hoặc 3.6 megajoules. Ví dụ, tủ lạnh tiêu thụ 300 W công suất sẽ tiêu thụ 300 Wh hoặc 0.3 kWh năng lượng điện trong một giờ.

• Megawatt-giờ (MWh) là đơn vị năng lượng điện thường được sử dụng để đo sản lượng hoặc tiêu thụ của các nhà máy điện hoặc lưới điện quy mô lớn. Một megawatt-giờ bằng 1,000 kilowatt-giờ hoặc 3.6 gigajoules. Ví dụ, một nhà máy điện chạy bằng than có công suất 600 MW sẽ sản xuất 600 MWh năng lượng điện trong một giờ.

• Gigawatt-giờ (GWh) là đơn vị năng lượng điện được sử dụng để đo lường lượng điện rất lớn được sản xuất hoặc tiêu thụ trong thời gian dài. Một gigawatt-giờ bằng 1,000 megawatt-giờ hoặc 3.6 terajoules. Ví dụ, tổng lượng điện tiêu thụ của Hoa Kỳ vào năm 2019 là khoảng 3,800 TWh hoặc 3.8 triệu GWh.

Bảng sau đây tóm tắt các đơn vị năng lượng điện và các phép chuyển đổi của chúng:

Cách Đo Lượng Điện Năng bằng Đồng Hồ Đo

Để đo lường điện năng, chúng ta cần một thiết bị có thể ghi lại công suất điện và thời gian mà nó được áp dụng hoặc tiêu thụ. Thiết bị như vậy được gọi là đồng hồ đo điện năng hoặc đơn giản là đồng hồ năng lượng. Đồng hồ năng lượng là thiết bị đo lượng điện năng tiêu thụ bởi một hộ gia đình, doanh nghiệp hoặc thiết bị sử dụng điện. Nó đo tổng công suất tiêu thụ trong một khoảng thời gian và được hiệu chỉnh theo đơn vị tính phí, phổ biến nhất là kilowatt-giờ (kWh). Đồng hồ năng lượng được sử dụng trong các mạch AC cho cả mục đích gia đình và công nghiệp để đo lường mức tiêu thụ điện.

Có nhiều loại đồng hồ năng lượng khác nhau, tùy thuộc vào công nghệ, thiết kế và ứng dụng. Một số loại thông thường bao gồm:

• Đồng hồ cơ khí điện từ: Đây là loại đồng hồ truyền thống sử dụng đĩa kim loại quay và nam châm điện để đo công suất điện và ghi kết quả trên một loạt các đồng hồ hoặc bộ đếm cơ học. Chúng còn được gọi là đồng hồ cảm ứng hoặc đồng hồ Ferraris. Chúng đơn giản, chắc chắn và chính xác, nhưng cũng có một số nhược điểm như mài mòn cơ học, dễ bị can thiệp và nhiễu từ, và không thể đo công suất phản kháng hoặc chất lượng điện.

• Đồng hồ điện tử: Đây là loại đồng hồ hiện đại sử dụng mạch điện tử và cảm biến để đo công suất điện và hiển thị kết quả trên màn hình kỹ thuật số hoặc truyền dữ liệu đến hệ thống từ xa. Chúng còn được gọi là đồng hồ bán dẫn hoặc đồng hồ kỹ thuật số. Chúng có nhiều ưu điểm hơn so với đồng hồ cơ khí điện từ, như độ chính xác cao hơn, bảo trì thấp hơn, đọc từ xa và giao tiếp, nhiều lựa chọn giá cước, và các tính năng tiên tiến như phản ứng nhu cầu, phân tích tải và phân tích chất lượng điện.

• Đồng hồ thông minh: Đây là loại đồng hồ tiên tiến sử dụng công nghệ kỹ thuật số và giao tiếp không dây để đo công suất điện và gửi dữ liệu đến hệ thống trung tâm hoặc mạng lưới điện thông minh. Chúng còn được gọi là hạ tầng đo đạc tiên tiến (AMI) hoặc hệ thống đo đạc thông minh (IMS). Chúng có nhiều lợi ích hơn so với đồng hồ điện tử, như thu thập và phân tích dữ liệu thời gian thực, định giá và thanh toán động, phát hiện và khôi phục sự cố, quản lý bên yêu cầu, và tương tác với khách hàng.

Nguyên tắc cơ bản của việc đo lường điện năng bằng đồng hồ là nhân công suất điện với thời gian mà nó được áp dụng hoặc tiêu thụ. Tuy nhiên, tùy thuộc vào loại đồng hồ và loại tải, có nhiều cách khác nhau để tính công suất điện. Một số phương pháp phổ biến bao gồm:

• Đồng hồ một pha: Đây là loại đồng hồ đo công suất điện trong các mạch AC một pha, có một dây nóng và một dây trung tính. Cách đơn giản nhất để tính công suất điện trong mạch một pha là nhân điện áp với dòng điện. Tuy nhiên, nếu tải không phải là thuần trở, thì sẽ có sai lệch pha giữa điện áp và dòng điện, làm giảm công suất hiệu dụng đưa đến tải. Công suất hiệu dụng này được gọi là công suất thực hoặc công suất hoạt động, và được tính bằng cách nhân điện áp với dòng điện và hệ số công suất (cosin của góc pha). Công suất biểu kiến hoặc tổng công suất được tính bằng cách nhân điện áp với dòng điện mà không xem xét hệ số công suất. Sự khác biệt giữa công suất biểu kiến và công suất thực được gọi là công suất phản kháng hoặc công suất không hoạt động, gây lãng phí nhiệt trong các thành phần mạch. Tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến được gọi là hệ số công suất, chỉ ra hiệu quả sử dụng năng lượng điện của tải.

  

• Các đồng hồ đo ba pha: Đây là các đồng hồ đo công suất điện trong mạch AC ba pha, có ba dây nóng và một dây trung tính (hoặc bốn dây nóng trong một số trường hợp). Mạch ba pha hiệu quả và kinh tế hơn mạch một pha để truyền tải và phân phối lượng lớn công suất điện. Cách tính công suất điện trong mạch ba pha phụ thuộc vào việc nó cân bằng hay không cân bằng, nối sao hay nối tam giác, và liệu nó có dây trung tính hay không. Nhìn chung, có hai phương pháp để tính công suất điện trong mạch ba pha: phương pháp từ dây này sang dây khác và phương pháp từ dây đến dây trung tính. Phương pháp từ dây này sang dây khác sử dụng sự chênh lệch điện áp giữa bất kỳ hai dây nóng nào (gọi là điện áp dây) và dòng điện trong bất kỳ dây nóng nào (gọi là dòng điện pha). Phương pháp từ dây đến dây trung tính sử dụng sự chênh lệch điện áp giữa bất kỳ dây nóng nào và dây trung tính (gọi là điện áp pha) và dòng điện trong bất kỳ dây nóng nào (gọi là dòng điện pha). Các công thức để tính công suất điện trong mạch ba pha sử dụng các phương pháp này là:

  

Pdây−đếndây=√3VdâyIphacosϕ

Pdây−đếntrungtính=√3VphaIphacosϕ

trong đó,

• P là công suất điện tính bằng watt (W)

• Vdây là điện áp dây tính bằng volt (V)

• Vpha là điện áp pha tính bằng volt (V)

• Ipha là dòng điện pha tính bằng ampe (A)

• ϕ là góc pha giữa điện áp và dòng điện tính bằng radian hoặc độ

Phương pháp từ dây này sang dây khác thường được sử dụng cho tải nối tam giác, trong khi phương pháp từ dây đến dây trung tính thường được sử dụng cho tải nối sao. Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có thể được sử dụng cho bất kỳ loại tải nào, miễn là biết hoặc đo được các giá trị điện áp và dòng điện phù hợp.

Cách Tính Tiêu Thụ Năng Lượng Điện

Để tính tiêu thụ năng lượng điện, chúng ta cần nhân công suất điện với thời gian mà nó được tiêu thụ. Công thức để tính tiêu thụ năng lượng điện là:

E=P×t

trong đó,

• E là tiêu thụ năng lượng điện tính bằng joule (J) hoặc wat-giờ (Wh)

• P là công suất điện tính bằng watt (W)

• t là thời gian tính bằng giây (s) hoặc giờ (h)

Đơn vị tiêu thụ năng lượng điện phụ thuộc vào đơn vị thời gian được sử dụng trong công thức. Nếu sử dụng giây, thì đơn vị tiêu thụ năng lượng điện là joule (J). Nếu sử dụng giờ, thì đơn vị tiêu thụ năng lượng điện là wat-giờ (Wh). Tuy nhiên, như đã đề cập trước đó, wat-giờ là một đơn vị rất nhỏ cho mục đích thực tế, vì vậy chúng ta thường sử dụng các đơn vị lớn hơn như kilowat-giờ (kWh), megawat-giờ (MWh) hoặc gigawat-giờ (GWh).

Để chuyển đổi giữa các đơn vị tiêu thụ năng lượng điện khác nhau, chúng ta có thể sử dụng các hệ số chuyển đổi sau:

• 1 kWh = 1.000 Wh = 3,6 MJ

• 1 MWh = 1.000 kWh = 3,6 GJ

• 1 GWh = 1.000 MWh = 3,6 TJ

Để tính toán tiêu thụ năng lượng điện, chúng ta cần biết hoặc đo lường công suất điện và thời gian mà nó được tiêu thụ. Công suất điện có thể được tính toán bằng cách sử dụng các công thức trên cho mạch một pha hoặc ba pha, tùy thuộc vào loại tải và kết nối. Thời gian có thể được đo bằng đồng hồ bấm giờ hoặc đồng hồ.

Ví dụ, nếu một người tiêu dùng sử dụng bình nước nóng 8 kW, máy ép điện 5 kW và bốn bóng đèn 100 W trong 10 giờ, thì tiêu thụ năng lượng điện có thể được tính toán như sau:

Tổng công suất điện là:

P=8 kW+5 kW+4×100 W=13,4 kW

Thời gian là:

t=10 h

Tiêu thụ năng lượng điện là:

E=P×t=13,4 kW×10 h=134 kWh

Tóm tắt

Trong bài viết này, chúng ta đã học:

• Năng lượng điện là gì, và nó liên quan đến công suất điện như thế nào

• Các đơn vị được sử dụng để đo lường năng lượng điện, và cách chuyển đổi giữa chúng

• Cách đo lường năng lượng điện bằng đồng hồ, và các loại đồng hồ có sẵn

• Cách tính công suất điện trong mạch một pha và ba pha bằng các phương pháp khác nhau

• Cách tính tiêu thụ năng lượng điện bằng công thức đơn giản và ví dụ

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu cách đo lường năng lượng điện và tại sao điều đó quan trọng để cải thiện hiệu quả năng lượng và giảm chi phí năng lượng.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.