Счетчик электроэнергии принцип работы и виды

Принцип работы индукционного и электронного электросчетчика. Действие токов, протекающих по обмоткам, приводит к созданию переменных магнитных потоков

Содержание

Счетчики электроэнергии. Часть 1. Индукционные и электронные

В современном мире без этих приборов уже не обойтись. Ведь у каждого в доме есть электропроводка, следовательно, и электросчетчик должен быть. Но вот проблема.

Как только приходит время заменить или установить счетчик, мы идем в магазин и на нас обрушивается шквал разнообразия выбора. Мы начинаем теряться и в итоге выбираем не то, что нам нужно.

Чтобы такого не происходило, давайте разберемся, какие бывают счетчики, и какой подходит именно вам. На сегодня существует два основных типа счетчиков: индукционные (механические) и электронные.

Индукционные (механические) электросчетчики

Рис.1. Индукционный однофазный электросчетчик

Счетчики с вращающимся диском знакомы практически каждому. Это те, за прозрачной панелью которых есть вращающееся колесико. Наверняка многие не раз наблюдали за скоростью его вращения — чем выше скорость, тем больше расход энергии. А показания счетчика обозначаются цифрами на специальных барабанах.

Принцип работы таких счетчиков заключается в следующем. В электрическом счетчике имеется 2 катушки (рис. 2 — 1 и 4 указатели) — катушка напряжения (служит ограничителем переменного тока, преградой для помех и пр., создает магнитный поток, соразмерный напряжению) и токовая катушка (создает переменный магнитный поток, соразмерный току).

Рис.2. Принцип работы индукционного электросчетчика

Магнитные потоки, создаваемые катушками, проникают сквозь алюминиевый диск (рис.2, указатель 5). При этом потоки, которые создает токовая катушка, пронизывают диск несколько раз за счет своей U-образной формы. Как следствие, появляются электромеханические силы, которые и вращают диск.

Далее ось диска взаимодействует со счетным механизмом в виде червячной (зубчато-винтовой) передачи (Рис. 3), которая передает необходимые сигналы и информацию на цифровые барабаны. Чем выше крутящий момент диска, тем выше мощность подаваемого сигнала (крутящий момент равнозначен мощности сети), а значит и расход электроэнергии больше.

Рис.3. Червячная передача

Обратите внимание

Когда мощность подаваемого электромагнитного сигнала снижается, в действие приходит постоянный магнит торможения (Рис.2, указатель 3). Он и выравнивает колебания частоты вращения диска за счет взаимодействия с вихревыми потоками. Магнит создает электромеханическую силу, обратную кручению диска. Это заставляет диск снизить скорость или вообще остановиться.

Эта группа счетчиков наиболее дешевая и простая. Широко использовались индукционные электросчетчики в советское время (и по нынешнее время у большинства в квартирах установлены именно такие приборы).

Но постепенно на смену им приходят электронные счетчики за счет ряда недостатков индукционных приборов.

Например, индукционный электросчетчик не может снять показания автоматически, а также в показаниях зачастую присутствует погрешность.

Достоинства и недостатки индукционных счетчиков

Достоинства

  1. Надежны в использовании
  2. Многoлетний срок эксплуатации счетчика
  3. Независимость от перепадов электрoэнергии
  4. Дешевле электронных

Недостатки

  1. Класс точнoсти достаточно низок — 2,0; 2,5
  2. Практически oтсутствует защищенность от хищения электрической энергии
  3. Высокое собственное потребление тока
  4. При малых нагрузках вырастает погрешность (чем меньше класс точности, тем больше погрешность)
  5. При учете нескольких типов электроэнергии (активной и реактивной) возникает необходимость использования нескольких приборов учета энергии
  6. Энергоучет ведется в одном направлении
  7. Крупные габариты приборов

Электронные электросчетчики

Рис.4. Электронный электросчетчик

Эти приборы несколько дороже индукционных, но на сегодняшний день это наиболее выгодные и приоритетные в использовании счетчики. Они имеют более высокий класс точности и позволяют учитывать многотарифность.

Электронные электросчетчики работают за счет преобразования входного аналогового сигнала с датчика тока в цифровой код, равнозначный потребляемой мощности. Этот код отправляется расшифровываться на специальный микроконтроллер. После чего на дисплей (или цифровой барабан) выводится количество расходуемой электроэнергии.

Самая главная составляющая этих счетчиков — это микроконтроллер. Именно он производит анализ сигнала и рассчитывает количество расходуемой электроэнергии. А также передает информацию на выводящие, электромеханические устройства и дисплей.

Рис.5. Принцип работы электронного электросчетчика

Сам прибор состоит из корпуса, трансформатора тока, преобразователя сигнала и тарификационного модуля. Если же разбирать более подробно, в состав счетчика входят еще и:

  • ЖК-дисплей (или цифровой барабан)
  • источник вторичного питания (преобразует переменное напряжение)
  • микроконтроллер (просчитывает входные импульсы, рассчитывает расходуемую электроэнергию, обменивается данными с другими узлами и схемами счетчика)
  • преобразователь (преобразует аналоговый сигнал в цифровой с последующим преобразованием его в импульсный сигнал, равнозначный потребляемой энергии)
  • супервизор (формирует сигнал сброса при перебоях с питанием, выводит аварийный сигнал при снижении входного напряжения)
  • память (хранит данные об электроэнергии)
  • телеметрический выход (принимает импульсный сигнал об энергопотреблении)
  • часы реального времени (отсчитывают текущее время и дату)
  • оптический порт (считывает показания счетчика, а также программирует его)

Достоинства и недостатки электронных электросчетчиков

Достоинства

  1. Класс тoчности — от 1,0 — высокий
  2. Многотарифность (от 2)
  3. Достаточно одного счетчика при учете нескольких типов электрической энергии
  4. Энергоучет ведется в 2 направлениях
  5. Ведут измерение качества и объема мощности
  6. Хранят данные учета электроэнергии
  7. Данные легко доступны
  8. В случае хищения электроэнергии осуществляется фиксация несанкционированного доступа
  9. Возмoжность дистанциoнно снимать пoказатели
  10. Возможно применение при автоматизированном техническом учёте и контроле учета электроэнергии (АСТУЭ и АСКУЭ)
  11. Длительный срок метрологического интервала (МПИ)
  12. Малые по размеру

Недостатки

  1. Очень чувствительны к перепадам напряжения
  2. Дороже индукционных
  3. Достаточно сложно отремонтировать

Маркировка на электросчетчиках

Помимо видов счетчиков существует еще несколько нюансов, которые следует знать. На любом электросчетчике имеется определенная маркировка, условно обозначающаяся буквами и цифрами.

Рис.6. Обозначения на электросчетчике

С Тип устройства (счетчик)
А, Р Вид учитываемой энергии (активная энергия/реактивная энергия)
О Однофазный счетчик
3, 4 Число фазовых проводов в сети (четырёхпроводная/трёхпроводная)
У Универсальность
И Тип измерительной системы (индукционный счетчик). Далее может стоять трёхзначное число, которое означает конструктивное исполнение счетчика (конструкция счетчика может быть индукционной или электронной).
Т Тип счетчика в тропическом исполнении
П, М Тип исполнения (прямоточный — если нет подключения к трансформатору/модернизированный). Далее могут быть такие сокращения, как «380/220 17А, 2001», что означает рабочие напряжения в проводах, максимальный поток тока и год изготовления. Также в конце надписи может стоять заводской номер.

Что касается класса точности электросчетчика, то по этим параметрам определяется точность показаний расходуемой электроэнергии. В квартирах, как правило, установлены счетчики класса 2,0, но могут быть и выше.

Что это означает? А то, что ваш электросчетчик может учесть на 2% больше или меньше электроэнергии от своей собственной мощности. Или проще говоря — погрешность счетчика. Чем меньше цифра, тем меньше погрешность. В целом, в бытовых условиях достаточно электросчетчика класса 2,0.

Более высокие классы точности необходимы скорее на предприятиях, где нужна большая мощность энергии.

Важно

Итак, на сегодняшний день мы можем себя не ограничивать в выборе электросчетчиков. Каждый из них имеет свои определенные особенности и функции. В этой статье мы разобрали основные особенности этих приборов и принципы их работы, что поможет вам сориентироваться в многообразии выбора.

Источник: http://www.diy.ru/post/6730/

Какие виды электросчетчиков бывают

В быту используются три вида счетчиков:

  1. Механические или индукционные, несмотря на простоту и дешевизну, они отличаются большими погрешностями, невозможностью тарификации и другими недостатками.
  2. Электронные счетчики обладают явными преимуществами в виде высокой точности, удобного интерфейса и многих других полезных функций.
  3. Третий вид приборов учета относится к гибридным устройствам, в которых имеется механическая и электронная часть. Они используются достаточно редко, поэтому более подробно следует рассмотреть два первых типа электросчетчиков.

Принцип работы электросчетчиков

Принцип работы электросчетчиков - фотография 1

  • Принцип работы электросчетчиков
  • Электронные электросчетчики
  • Принцип работы электронного электросчетчика
  • Принцип работы счетчика

У каждого из нас в квартире, доме, гараже присутствует прибор учета электроэнергии, проще говоря электросчетчик.

Он подсчитывает количество потребленной активной электроэнергии за определенное количество времени. 

Виды счетчиков

Правила выбора и виды учетных приборов, допустимых к установке в частном жилье и на производстве, строго регламентируются действующими нормативными актами, включая ПУЭ.

Перед тем, как установить счетчик электроэнергии в квартире или цехе, каждый хозяин оформляет договор на его подключение к электросетям, в котором обязательно указывается выбранная модель.

Дополнительная информация. Знание типа и марки конкретного образца счётного устройства (электросчётчика) необходимо для того, чтобы своевременно провести его поверку, периодичность которой устанавливается для каждой модели индивидуально.

Производителями приборов этого класса освоен выпуск огромного количества различных моделей и типов промышленных и бытовых счетчиков энергии. Разобраться со всем многообразием учетных устройств можно лишь в том случае, если попытаться классифицировать их по тем или иным признакам, а именно:

  • Заявленный принцип работы электросчетчика данной модели;
  • Количество учитываемых фаз (фазность электрического прибора);
  • Указываемый в паспорте класс точности;
  • Способ снятия показаний (вариант подключения);
  • Тарификация учета;
  • Электрические параметры (ток и мощность прибора).

Согласно первому из этих признаков все учетные приборы делятся на индукционные счетчики (ИС) и электронные аппараты, а по второму – на однофазные и трёхфазные изделия. Кроме того, в соответствии со способом интегрирования в измеряемую цепь, они подразделяются на приборы прямого включения и устройства, подсоединяемые через специальные токовые трансформаторы – ТТ (смотрите фото ниже).

Подключение через ТТ

Подключение через ТТ

Точность различных образцов электросчётчиков может варьироваться от 0,2 до 2,5, а по наличию особых режимов снятия показаний они делятся на одно- 2-х и 3-х тарифные приборы. Электрические (токовые и мощностные) характеристики этих устройств выбираются, исходя из условий их эксплуатации.

Какими бывают электрические счетчики

По принципу работы счетного механизма эти устройства бывают трех типов:

  1. Механические – в их основе шестеренчатый редуктор, который приводит в движение тот самый загадочный вращающийся диск.
  2. Электронные – подсчет ведет генератор импульсов, результаты отображаются на жидкокристаллическом дисплее.
  3. Гибридные – генератор импульсов работает в паре с шаговым электродвигателем, аналогичным тем, что работают в кварцевых часах. Результаты выдаются тем же способом, что и у механических приборов – цифрами на разрядных кольцах, приводимых в движение шестеренчатым редуктором.

Виды электросчетчиков

Самое интересное в том, что принцип работы электросчетчика основан на одном и том же явлении – электромагнитной индукции.

Как ведется подсчет электроэнергии

Независимо от устройства и принципа работы, электросчетчик имеет одно назначения — подсчет количества электроэнергии, которая была израсходована за определенный промежуток времени. Расход измеряется в киловатт-часах. Один киловатт-час (кВт·ч) — это количество электроэнергии, которое расходуется потребителем за временной промежуток, равный часу. В цифровом выражении это представлено так:

1 кВт·ч = 1 киловатт × 1 час = 1000 Ватт × 3600 секунд = 3600000 Джоулей = 3,6 Мегаджоуля.

Можно рассмотреть на примере конкретного прибора. Если утюг мощностью 2 киловатта будет работать полчаса, расход составит:

2 кВт × 0,5 часа = 1 кВт·ч.

Устройство и принцип работы электрического счетчика


Цель электросчетчика – осуществлять учет расходованной электроэнергии в квартире, доме, на даче, в гараже и т.д. Электрические счетчики бывают двух видов:

  • Индукционные.

  • Электронное.

Устройство счетчика электроэнергии

Устройство электросчетчика с электронным измерительным механизмом предусматривает наличие таких элементов:

  • специализированные микросхемы, выполняющие функцию замера количества электроэнергии и преобразования полученных данных в единицы измерения;
  • вычислительный механизм;
  • защитный корпус;
  • импульсный или цифровой выход (в зависимости от модели) для возможности удаленного считывания показаний и интеграции прибора в единую систему автоматизированного учета расхода энергии.

В электромеханическом счетчике вычислительный механизм представлен электромагнитом, соединенным с барабаном, который представляет собой систему колесиков с цифрами. В электронном приборе в качестве счетного механизма используется микроконтроллер, подключенный к цифровому дисплею. Устройство электросчетчиков данного типа предусматривает наличие модуля энергонезависимой памяти, в котором регистрируется количество тока, использованное в разных режимах — например, в дневное и ночное время суток.

Устройство электросчетчика

У знакомого в счетчике перестал работать дисплей. Вызвал электрика и тот недолго думая, заменил счетчик новым. В результате мне для изучения устройства попал этот электроприбор.

Электросчетчик Меркурий со снятой крышкой

Лицевая панель счетчика фиксировалась на трех защелках. После ее снятия открылась картина, как на фотографии. Вся электрическая схема счетчика собрана на печатной плате с двухсторонним монтажом. С лицевой стороны припаян дисплей, кнопки управления и батарейка типа CR2032 на напряжение 3 В, такие же устанавливаются в компьютерах. Батарейка необходима для сохранения настроек и показаний счетчика в случае пропадания электроэнергии.

Батарейка является узким местом в счетчике, так как срок ее годности составляет около 10 лет. Если она выйдет из строя, то настройки день-ночь и показания счетчика при пропадании электроэнергии обнулятся. Батарейка приварена к клеммам, которые впаяны в плату. Для замены батарейки придется заняться пайкой паяльником.

Электросчетчик Меркурий, обратная сторона печатной платы

Печатная плата зафиксирована на четырех защелках и легко снимается. Все остальные элементы схемы распаяны на обратной стороне печатной платы. Пайки выполнены аккуратно, следов флюса нет. Качество изготовления счетчика Меркурий мне понравилось.

Электросчетчик Меркурий, внешний вид датчика расхода электроэнергии

Измерительным датчиком потребляемой электроэнергии служит шунт, представляющий собой металлическую пластину с калиброванным сопротивлением очень малой величины. При протекании через шунт тока на нем, согласно Закона Ома, происходит падение напряжения, которое подается на микропроцессор.

Аналоговый сигнал микропроцессором преобразуется в цифровой, который запоминаются, и текущие показания потребленной электроэнергии выводятся на дисплей. На фотографии шунт имеет цвет меди.

Электросчетчик Меркурий, внешний вид микропроцессора

Решил попробовать отремонтировать счетчик. Измерял величину напряжения на выводах электролитического конденсатора блока питания, оно составило 3,5 В. С учетом установленного конденсатора на 25 В, напряжение явно было ниже нормы.

Блок питания имеет бестрансформаторную схему на токоограничительном конденсаторе. Проверка конденсаторов и диодов показала их исправность. Пришлось на выводы последнего электролитического конденсатора подать со стационарного БП напряжение 5 В с ограничением по току 300 мА.

Прощупывание пальцами элементов схемы выявило, что левый нижний угол микропроцессора сильно нагревается. Стало понятно, что он неисправен, и устранить такую неисправность в домашних условиях не представляется возможным.

Крепление счетчика в щитке на DIN-рейке

В электрическом щитке все современные установочные электрические изделия, такие как счетчик, автоматы, УЗО и другие, крепятся легко съемным способом на DIN-рейке, которую электрики еще называют монтажной рейкой.

Внешний вид DIN рейки

DIN-рейка имеет ширину 35 мм и согласно ГОСТ Р МЭК 60715-2003 «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Установка и крепление на рейках электрических аппаратов в низковольтных комплектных устройствах распределения и управления» обозначается Т35. Ранее DIN-рейки изготавливались из алюминиевого сплава, как на фотографии. Современные – из листовой стали методом штамповки.

Способ крепления счетчика на защелках

Некоторые модели счетчиков комплектуются своими DIN-рейками. Например, электросчётчик «Меркурий 200», который установлен в моей квартире, в комплекте имел нестандартную DIN-рейку, хотя посадочное место для крепления имело стандартный размер, 35 мм, что позволяет крепить его и на стандартной DIN-рейке.

Способ крепления на DIN-рейке

Установленный в щитке счетчик опломбирован и снять его можно, только после снятия пломбы и крышки. Под ней находятся два прямоугольных отверстия (на фотографии указаны стрелками). Для снятия счетчика нужно в эти отверстия одновременно вставить лезвия двух плоских отверток, подвижные защелки выйдут из зацепления DIN-рейки, и отвести нижний край счетчика от стенки щитка.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

До недавних пор все измерения потребленной электроэнергии осуществлялись с помощью индукционных счетчиков. Постепенно, с развитием микроэлектроники, произошел существенный сдвиг в деле совершенствования приборов учета и контроля потребляемой электроэнергии. Были созданы современные цифровые электронные системы управления с применением новейших микроконтроллеров. Это позволило многократно повысить точность измерений, а отсутствие механики значительно повысило надежность счетчика.

Для электронных электросчетчиков разработана специальная элементная база и методы обработки поступающей информации. После обработки цифровых данных стал возможен одновременный подсчет не только активной, но и реактивной мощности. Данный фактор приобретает важное значение при организации учета в трехфазных сетях. В результате, были созданы многотарифные электросчетчики, учитывающие накопленную энергию в течение определенного времени суток. Данные приборы способны автоматически определять тот или иной тариф.

57041118.jpg

Простейшая цифровая система на основе обычного микроконтроллера применяется в тех случаях, когда необходимо измерить импульсы, вывести информацию на дисплей и обеспечить защиту при аварийном сбое. Такие устройства являются цифровыми аналогами механических электросчетчиков. В этой системе поступление сигнала происходит через определенные трансформаторные датчики. Далее он идет на вход микросхемы-преобразователя.

Снятие частотного сигнала, поступающего на вход микроконтроллера, осуществляется на выходе микросхемы. Микроконтроллер подсчитывает все поступившие импульсы и преобразует их в полученное количество энергии (Вт*ч). Когда поступающие единицы накапливаются, их общее значение выводится на монитор и фиксируется во внутренней флэш-памяти на случай исчезновения напряжения в сети и других сбоев. Это позволяет вести непрерывный учет потребляемой электроэнергии.

85053346.jpg

Работает многотарифный электронный счетчик электроэнергии по собственному алгоритму. Последовательный интерфейс позволяет обмениваться информацией с внешним миром. С его помощью задаются тарифы, устанавливается и включается таймер времени, поступает информация о накопленной электроэнергии и т.д. Энергонезависимая оперативная память разделяется на 13 банков данных, сохраняющих информацию о количестве энергии, накопленной по разным тарифам. Первый банк учитывает всю энергию, накопленную от начала работы счетчика. В следующих 12 банках производится учет накоплений за 11 предыдущих месяцев и за текущий период.

Таким образом, принцип действия электросчетчика в электронном варианте, позволяет изменять тарифы в соответствии с заранее установленным расписанием. Через специальный разъем можно подключиться к прибору и выяснить объем электроэнергии, оплаченной потребителем.

Вам также может понравиться

Электросчетчик «Пульсар 1Т» ЖКИ RS485 с кнопкой
H00011857
Электросчетчик «Пульсар 1Т» ЖКИ RS485 с кнопкой

от 2335 ₽

Купить оптом

Электросчетчик «Пульсар 1» ЖКИ с кнопкой
Н00012582

Электросчетчик «Пульсар 1» ЖКИ с кнопкой

от 1262 ₽

Купить оптом

Однотарифный однофазный счетчик электроэнергии «Пульсар 1» с механическим индикатором

Однотарифный однофазный счетчик электроэнергии «Пульсар 1» с механическим индикатором

от 835 ₽

Купить оптом

Подключение прибора учета электроэнергии

Рассмотрев функциональные принципы работы электронного счетчика, пора перейти к практической части. Речь пойдет о том, как производится правильная установка одно- и трехфазного прибора учета.

Схема монтажа в существующую энергосеть, непосредственно указана на корпусе устройства или его документации. Она различна для сетей 220 В и 380 В (соответственно — одной или трех фаз). В общем виде электросчетчик, вне зависимости от его вида (электронный или индукционный), — в том случае, если он предназначен для работы на одной фазе — подключается по следующей схеме:

подключается по следующей схеме

Монтаж трехфазного счетчика электроэнергии, выполняется немного иначе:

Монтаж трехфазного счетчика электроэнергии

Последовательность контактов разных моделей может отличаться.

Кроме того, есть частные случаи, когда электросчетчик соединяется с линией не напрямую, а через трансформаторы тока:

трансформаторы тока

После установки прибора учета, (если конечно она не производится в интересах личной информативности) нужно обратиться к обслуживающему персоналу поставляющей электроэнергию организации. Последний выполнит проверку правильности соединения, снимет начальные показания прибора и зафиксирует его заводские данные. После проводится обязательное пломбирование устройства учета, с целью предотвращения последующего внесения изменений в схему подключения.

Список использованной литературы

  • «Современные цифровые счетчики учета электроэнергии. Справочник. Схемотехника, аспекты применения» 2006
  • Труб И. И. «Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках» 1983
  • И.А. Данилов «Общая электротехника»  1985

Подготовка электромагнитного счетчика к использованию

Перед монтажом и использованием проведите тщательный осмотр прибора на наличие механических повреждений корпуса, проверьте целостность пломб. Напряжение, которое подводится к параллельной цепи электросчетчика, не должно превышать 265 Вольт. Сила электротока в последовательной сети электросчетчика не должна быть выше 60 или 100 Ампер в зависимости от модификации прибора .

Подключение прибора проводится только при обесточенной сети электропитания. После подключение и опломбирования включите электроприборы. При правильном подключении мигает светодиодный индикатор, показания расхода электроэнергии увеличиваются.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...