Podstawy fizyczne¶

Aby dokładniej zrozumieć temat odczytu danych elektrycznych, wprowadźmy kilka pojęć. Będą one dotyczyć energii elektrycznej, ale podobnie się je stosuje dla mocy elektrycznej.

Definicje¶

Obwód elektryczny¶

Układ źródła energii (np. bateria, zasilacz) połączonego przewodowo (np. kablem miedzianym lub aluminiowym) z elementami, które ją przetwarzają (np. żarówka, głośnik, procesor).

Źródło energii¶

Element obwodu elektrycznego dostarczający napięcie lub natężenie prądu (stałe lub zmienne).

Faza¶

Ogólne określenie źródła energii w sieci elektrycznej lub przebiegu sygnału z takiego źródła. W sieci trójfazowej, mamy trzy fazy (źródła), których napięcia faz (sygnałów) są przesunięte względem siebie o 120°.

Co to znaczy? Można sobie wyobrazić 3 częściowo niezależne źródła energii, które umożliwiają podłączenie większej liczby urządzeń elektrycznych do sieci w porównaniu do możliwości podobnie utworzonej sieci jednofazowej.

Obciążenie¶

Zespół elementów przetwarzających energię, podłączony do źródła energii.

Liczydło¶

System pomiarowy pojedynczej wartości przez licznik, np. 1.8.0, odpowiadającej sumie energii czynnej pobranej. Z reguły, wartość liczydła jest nieujemna.

Licznik jednofazowy¶

Licznik energii wykonujący pomiary jednej fazy z pomocą liczydeł.

Licznik trójfazowy¶

Licznik energii wykonujący pomiary trzech faz z pomocą liczydeł.

Moc¶

(P₁) Moc chwilowa [W] to moc pobierana przez obciążenie (odbiorniki energii) w danej chwili.
(P₂) Moc szczytowa [W] to maksymalna średnia moc instalacji zaobserwowana w danym okresie.
(P₃) Moc umowna [W] to maksymalna średnia moc czynna za dany okres dopuszczalna przez dystrybutora. Za pobór większej mocy należy zapłacić karę za przekroczenie mocy umownej.
(P₄) Moc zapotrzebowana [W] to najwyższa moc pobierana przez instalację elektryczną podczas długotrwałego działania.
Moc zainstalowana [W] to suma mocy znamionowych podłączonych odbiorników energii. Zakładając, że do instalacji można podłączyć tylko pralkę, telewizor i komputer (rys. poniżej), moc zainstalowana to suma ich mocy znamionowych.

Uwaga: Na rysunku powyżej zaznaczono moc chwilową podczas ostatniego pomiaru mocy.

Energia czynna¶

Energia czynna (A) [Wh] to energia realnie zamieniona na pracę urządzenia lub ciepło. Energia czynna jest pobrana (A+), jeśli pobraliśmy ją z sieci (konsumpcja energii) lub oddana, jeśli została zwrócona do sieci (produkcja energii np. poprzez instalację PV).

Energia bierna¶

Energia bierna Q [VArh] to energia pulsująca (w polu elektrycznym lub magnetycznym) między elementami obwodu elektrycznego. Nie jest zamieniana na pracę lub ciepło, ale pojawia się podczas jej wytworzenia. Jest to spowodowane właściwościami fizycznymi elementów tworzących obwód, a dokładniej ich charakterem energii.

Energia pozorna¶

Energia pozorna S [VAh] to iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia prądu. Dla sygnału z sieci, iloczyn ten wynosi Vmax * Imax / 2, gdzie Xmax oznacza amplitudę (wartość maksymalną).

Energia zespolona C [VAh] to energia pozorna ze znakiem (biorąc pod uwagę kierunek przepływu prądu).

Charakter odbiornika¶

Najprostszymi elementami elektronicznymi są idealny rezystor, kondensator i cewka, którym odpowiadają wielkości fizyczne określające ich zdolności: rezystancja R [Ω] indukcyjność L [H] i pojemność C [F]. Rezystory zamieniają energię elektryczną w ciepło, cewki w energię pola magnetycznego, a kondensatory w energię pola elektrycznego. Choć w rzeczywistości sytuacja jest bardziej złożona, przyjmijmy, że elementy te są idealne, tzn. niebędące trochę cewką, trochę rezystorem (np. dla cewki R = 0Ω).

Podczas wyjaśnienia charakteru odbiornika energii korzysta się z pojęć przesunięcia fazowego napięcia i natężenia prądu. Oprócz tego, wyróżniamy charakter mieszany odbiorników. Zainteresowanych odsyłamy do podręczników od fizyki i teorii obwodów. Spróbujemy wyjaśnić charakter odbiornika nieco prościej.

Charakter rezystancyjny oznacza, że obwód z odbiornikiem jest tak połączony, jak gdyby składał się ze źródła energii oraz rezystorów.

Przykład: żarówka na baterie.

Charakter indukcyjny oznacza, że obwód z odbiornikiem jest tak połączony, jak gdyby oprócz źródła energii i rezystorów, składał się z cewek i kondensatorów, przy czym udział indukcyjności był większy od pojemności.

Przykład: elektronarzędzia, lodówka, zamrażarka.

Charakter pojemnościowy oznacza, że obwód z odbiornikiem jest tak połączony, jak gdyby oprócz źródła energii i rezystorów, składał się z cewek i kondensatorów, przy czym udział pojemności był większy od indukcyjności.

Przykład: długi odcinek instalacji (wyobraźmy sobie druty miedziane pod prądem jako okładki kondensatora).

Kwadrant¶

Kwadrant to matematyczna (lub graficzna) interpretacja charakteru i kierunku energii elektrycznej przepływającej przez licznik energii. Punkt na wykresie wyznacza charakter odbiornika oraz kierunek przepływu energii czynnej i energii biernej w instalacji elektrycznej, reprezentowaną przez kod taryfowy.

Strefa taryfowa¶

Strefą taryfową jest przedział czasu, w którym obowiązuje ustalona kwota za pobranie / oddanie energii. Część liczników może zliczać pobranie / oddanie w poszczególnych strefach. Abstrakcyjny przykład podziału czasu na strefy poniżej.

Kod taryfowy¶

Kod taryfowy (kod strefowy) to kod OBIS odpowiadający pomiarowi w trakcie trwania danej strefy taryfowej. Wartość kodu sumarycznego (C.D.0) jest równa sumie wartości kodów strefowych (C.D.X), gdzie C i D opisują wielkość pomiarową, a X > 0.

Często wykorzystuje się kody taryfowe do odróżnienia energii przetwarzanej w dzień i w nocy.

Taryfa¶

Taryfa to zestaw reguł opisujących koszt przetwarzania energii przez użytkownika, który jest podstawą rozliczenia płatności z dostawcą energii.