Принцип работы электрон ного счетчика электроэнергии

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

Для электрон ных 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.

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.

Работает многотарифный электрон ный 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 электрон ном варианте, позволяет изменять тарифы в соответствии с заранее установленным расписанием. Через специальный разъем можно подключиться к прибору и выяснить объем электроэнергии, оплаченной потребителем.

{SOURCE}

Устройство и принцип работы гибридного электромеханического счетчика.

Гибридный счетчики электроэнергии необходимо разделять на несколько разных узлов: схема счетчика, блок питания, корректирующие цепи и т. д. Блок питания преобразует переменное входное напряжение в низкое постоянное и обеспечивает питание электронных цепей счетчика. Схема счетчика измеряет ток, который потребляется нагрузкой, с помощью трансформатора тока (датчика), через который и протекает измеряемый ток. Другие блоки счетчика электроэнергии выполняют ряд различных функций: вывод показаний и управление через Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee сети, управление дисплеем, термокомпенсация счетчика, коррекция точности, и т. п. Счетчик состоит из микросхемы обработки, трех трансформаторов тока, цепи питания, электромеханического счетного устройства и дополнительных цепей. В качестве регистра электроэнергии используется простое электромеханическое отсчетное устройство, в котором применен двухфазный шаговый двигатель. Электропитание счетчика обеспечивает источник, построенный на токовом трансформаторе и двухполупериодном выпрямителе.

Индукционные электросчетчики

Как говорилось выше, индукционный электросчетчик работает на основе индукционного механизма, схема которого приведена ниже:

Итак, состоит он из двух неподвижных катушек (обмоток) 1 и 2 которые в пространстве смещаются друг относительно друга на угол равный 90 0. Соответственно и магнитные потоки, протекающие через обмотки, при подключении их к сети будут сдвинуты друг относительно друга. В результате чего возникнет бегущее магнитное поле, которое порождает вращающий момент, который начнет вращать алюминиевый диск 4 расположенный в магнитном поле катушки. Во избежание инерционного вращения диска, после снятия с катушек напряжений, или слишком быстрого вращения при минимальной нагрузке, на диск также будет воздействовать постоянный магнит 3, который будет обеспечивать тормозной момент. Среднее значение вращающего момента будет равно:

Как и в обычном ваттметре в электросчетчике есть две обмотки, тока и напряжения. Обмотка тока выполнена толстым проводом, соответствующим номинальному току и включается в цепь последовательно.

Обмотка напряжения выполнена тонким проводом (0,06 – 0,12 мм) с большим количеством витков и подключается к цепи параллельно.

Все эти обмотки уже расположены внутри прибора и не требует особой схемы включения. В нем есть только два провода ввода (для однофазных фаза — ноль) и вывода. Счетчики имеют класс точности 1,0; 2,0; 2,5. Они могут выпускаться на различные токи напряжением 127В, 220В. Также трехфазные могут быть 127В, 220В, 380В, а также на токи до 2000 А и 35 кВ но подключаемые через измерительные трансформаторы.

Принцип работы индукционного трехфазного аналогичен однофазному, но так как при использовании трехфазных систем возможны различные схемы включения (треугольник, звезда), необходимо предварительно изучить возможности выбранного устройства.

Установка

В магазинах продают как полные комплекты для установки счетчика, так и отдельные детали. Выбор материалов зависит от модели прибора и от особенностей подключения.

Расположение счетчика обязательно вертикальное. Местом крепления может быть деревянный (металлический) лист или специальный защищенный короб. Прибор обязательно должен находиться в зоне свободного визуального контроля.

Перед установкой следует изучить общую схему электропроводки. Это позволит правильно определить тип и количество автоматических выключателей, а также мощность групп потребителей.

Это важно: самостоятельно выполнять установку без разрешения запрещено.

Виды счетчиков электроэнергии

Однофазные индукционные счетчики электроэнергии

Электросчетчик – это прибор учета расхода электроэнергии переменного и постоянного тока.

Существует два типа данных устройств: электронные и индукционные модели. Все они отличаются принципом своей работы, но это никак не отражается на точности подсчетов, поскольку перед продажей каждое устройство проверяется и при необходимости калибруется сотрудниками соответствующих организаций. Компании независимые, поэтому подвоха в их деятельности ждать не стоит. Чтобы было проще определиться с подходящим видом электрического прибора в конкретном случае, нужно более детально изучить особенности каждого.

Индукционный

Данная разновидность широко распространена благодаря большому количеству преимущественных особенностей. Это традиционная конструкция, оснащенная вращающимся колесом. Работа основывается на принципах магнитного поля. Это поле образует несколько катушек – тока и напряжения. Они приводят диск в движение, который запускает счетный механизм.

Из недостатков стоит отметить точность подсчета. Погрешность находится в зоне допустимой, но результаты могли бы быть и лучше.

Электронный

Модульный трехфазный электронный электросчетчик

Эту разновидность можно считать относительно новой. Принцип работы основывается на измерении напряжения и силы тока в электрической сети. Отсутствуют какие-либо промежуточные механизмы, что обеспечивает высокую точность работы. Все показания отображаются на небольшом дисплее, а также хранятся во встроенной памяти. Более детально о достоинствах приборов:

• Компактные размеры.
• Его нельзя остановить или замедлить с помощью магнита.
• Все модели оснащены многотарифной функцией.
• Имеется встроенная самокорректировка показаний.
• Удобное снятие показаний.
• Точность показаний можно повысить дополнительно, для этого устанавливают специальную микросхему.

Несмотря на большое количество преимуществ, имеются и недостатки. Самый весомый – высокая стоимость.

Однотарифные и многотарифные виды электросчетчиков

Однотарифные приборы можно назвать традиционными. Это устройства, к которым привыкли все жители постсоветского пространства.

Многотарифные счетчики в России новика, поскольку вошли в обиход потребителей относительно недавно. Основная задача такого прибора – сокращение финансовых расходов потребителей. Суть экономии заключается в разнице стоимости электроэнергии от времени суток. В ночное и утреннее время она меньше, чем вечером.

Автоматический тип электросчетчика

Автоматический тип электросчетчика представляет собой разновидность электронных моделей. Особенность его заключается в автоматической передаче данных без участия домовладельцев. Процесс происходит своевременно, без потери личного времени. Такие устройства еще не очень распространены в России, но эксперты предполагают, что через 10-15 лет они будут в каждой второй квартире.

Устройство электронного электросчетчика

Электронный электросчётчик – это устройство измерения электрической мощности с преобразованием её в аналоговый сигнал, который далее преобразуется в импульсный сигнал, пропорциональный потребляемой мощности.

Преобразователь (как видно из названия узла)   преобразует аналоговый сигнал в цифровой импульсный, пропорциональный  потребляемой мощности.

Микроконтроллер – главная часть электросчётчика,  анализирует этот сигнал, рассчитывая количество потребляемой электроэнергии и осуществляет передачу информации на устройства вывода, на электромеханическое устройство или на дисплей – если используется жидкокристаллическая матрица, где и показывается количество потребляемой электроэнергии.

Описание, конечно очень общее, но как видно, устройство электронного электросчетчика – чистая электроника, чего не скажешь об устройстве индукционных счётчиков. Несмотря на то что, благодаря своим техническим характеристикам в настоящее всё большее распространение получает применение электронных счётчиков, старые индукционные счётчики были и остаются самыми распространёнными, их устройство стоит рассмотреть подробно.

Устройство индукционного (электро-механического) электросчетчика.

Основные части индукционного электросчётчика это: токовая катушка 1, катушка напряжения 2, алюминиевый диск 3, счётный механизм с червячной и зубчатой передачей 4 и постоянный магнит 5.

Токовая катушка включена в сеть последовательно и создаёт переменный магнитный поток, пропорциональный току, а катушка напряжения – параллельно, создавая переменный магнитный поток, пропорциональный напряжению.

Эти магнитные потоки пронизывают алюминиевый диск, причём, переменные магнитные потоки токовой обмотки – дважды, в связи с U-образной формой её магнитопровода, наводя в нём ЭДС.

Таким образом, возникают электромеханические силы, создающие крутящий момент – вращение диска, ось которого связана со счётным механизмом червячной и зубчатой передачей, производя  передачу движения оси диска на цифровые барабаны.

Крутящий момент, создающий вращение диска пропорционален мощности сети; выше мощность – сильнее крутящий момент, диск крутится по оси быстрее.

Для выравнивания и успокоения колебаний частоты вращения в устройство электросчётчика входит постоянный магнит, поток которого, взаимодействуя с вихревыми токами диска, создаёт электромеханическую силу с направлением, обратным движению диска, что и создаёт тормозной момент.

Устройство и принцип работы

Конструкция счетчика зависит от принципа его работы и осуществляемых функций. Индукционный однофазный счетчик используется в однофазных переменных сетях и состоит из следующих частей:

• корпуса составного;
• двух обмоток: токовой и напряжения;
• двух магнитопроводов: обмотки тока и обмотки напряжения;
• противополюса;
• диска алюминиевого;
• механизма червячного типа;
• механизма счетного;
• магнита постоянного, служащего для торможения диска;
• оси, на которой закреплены счетный механизм, червячная передача и алюминиевый диск.

Схематическое устройство однофазного электросчетчика индукционного типа

Принцип работы устройства заключается в следующем. 2 электромагнита представляют измерительный механизм счетчика. Они расположены под углом 90° друг к другу. В магнитном поле этих электромагнитов находится диск, выполненный из алюминия. Счетчик включается в работу путем подсоединения с электроприемниками токовой обмотки последовательно, а с электроприемниками напряжения – параллельно. При прохождении переменного тока по обмоткам в сердечниках возникают магнитные потоки переменной величины. Они пронизывают диск, в результате чего индуцируют вихревые токи. При взаимодействии последних с магнитными потоками создается усилие, которое вращает диск. Он, в свою очередь, связан со счетным механизмом, который учитывает частоту вращения диска. Цифры, расположенные на счетном механизме фиксируют расход электрической энергии.

При увеличении тока нагрузки возникает больший вращающий момент, что заставляет диск вращаться быстрее.

Принцип работы трехфазных индукционных счетчиков аналогичен выше описанному счетчику, с той лишь разницей, что их используют в трехфазных сетях переменного тока.

Вид спереди трехфазного индукционного электросчетчика со снятой крышкой

Вид сбоку со снятой задней частью корпуса трехфазного индукционного счетчика

С развитием электронных технологий появились счетчики учета расхода электроэнергии электронного типа. Принцип действия их довольно прост. Специальный преобразователь входные аналоговые сигналы с датчиков тока и напряжения преобразует в цифровой импульсный код. Он подается на микроконтроллер, который фиксирует количество потребляемой электроэнергии на дисплее изделия. Отсюда основными частями электронного счетчика являются:

• кожух защитный;
• трансформаторы измерительные тока и напряжения;
• преобразователь;
• микроконтроллера, являющиеся органом управления и передачи информации на дисплей;
• колодка клеммная для подсоединения эл. проводов.

Работа однофазных и трехфазных электронных счетчиков осуществляется по одним и тем же законам, с той лишь разницей, что в 3-хфазном осуществляется суммирование величин каждого из трех каналов.

Структурная схема работы однофазного счетчика электронного типа

Из схемы видно, что трансформатор тока включен в разрыв фазного провода, а трансформатор напряжения подключен к нулю и фазе. Сигналы величины тока и напряжения с помощью преобразователя преобразуются в мощность и частоту в цифровом виде, в дальнейшем микроконтроллер управляет оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), электронным реле и дисплеем, на котором отражается цифровая информация, фиксирующая расход электроэнергии на подключенном к счетчику объекте. ОЗУ в некоторых моделях может играть роль передатчика информации, что дает возможность контролировать работу счетчика на расстоянии.

Электронные счетчики для замеров расхода электроэнергии в трехфазных схемах, могут работать как в трех,- так и четырехпроводных цепях. Устройства хранят информацию с привязкой ко времени. Показания можно снимать за определенный период времени и фиксировать следующие показатели:

• активное потребление;
• реактивное потребление;
• действующие значения напряжения и тока;
• частоту в каждой фазе.

Все это позволило создать многотарифные счетчики для подсчета потребления электроэнергии в разное время суток, по дням недели или сезонам.

Устройство и принцип работы электросчетчика

Устройство индукционного счетчика

Чтобы в режиме реального времени и непрерывно производить учет активного энергопотребления переменного тока, требуется устанавливать однофазные или трехфазные индукционные приборы учета. Если же важен учет постоянного тока, который широко распространен на железной дороге и всех видах электротранспорта, монтируют электродинамические приборы учета.

Индукционные электрические счетчики оснащены диском, изготовленным из алюминия, при потреблении ресурса этот подвижный элемент вращается из-за вихревых потоков, созданных индукционными катушками. В данном случае встречаются две разные силы – магнитное поле индукционных катушек и магнитное поле вихревых токов. Образованные в результате токи протекают в цепи параллельной нагрузки. Каждая катушка оснащена сердечником, который намагничивается переменным током. Воздействие непрерывного переменного тока приводит к тому, что полюса электромагнитов постоянно изменяются. Это приводит к прохождению между ними магнитного поля. Именно оно тянет за собой алюминиевый диск, образуя вращение.

Скорость вращения диска прямо пропорциональна величине токов, находящихся в обеих катушках. При производстве электросчетчиков применяются простые соединительные приемы из механики, благодаря чему вращающийся диск связан с цифровыми показаниями на панели.

Последние годы люди все чаще отдают предпочтение электронным двухтарифным конструкциям. Непрерывно увеличивающийся спрос объясним следующим перечнем достоинств:

• Приборы более точно считывают информацию, что позволяет сократить расходы на оплату коммунальных услуг.
• В сравнении с механическими электросчетчиками они имеют компактные размеры и более привлекательный внешний вид.
• Автоматически переключаются на дневной и ночной тарифы, участие человека не требуется. Еще на этапе производства прибор программируют на два временных интервала – с 07:00 до 23:00 и с 23:00 до 07:00.
• Усовершенствованные модели нуждаются в проверке один раз в течение 5-16 лет. Требуется такая проверка для правильности учета и начисления средств. Проверкой должна заниматься энергопоставляющая компания.

Первая проверка работоспособности устройства проводится еще в заводских условиях, дата обязательно должна быть указана в сопроводительной документации.

Снятие показаний

Электромеханические счетчики снабжены цифровым барабаном, на котором отображается расход электроэнергии в киловаттах. Эти данные можно сдать в расчетную службу или самостоятельно производить расчеты.

В зависимости от модели на барабанном табло появляется 5 или 7 цифр, причем последняя отделена от остальных запятой и выделена цветом. При учете не надо считать десятые и сотые доли киловатт – только целые числа. Полученный расход киловатт за месяц умножают на стоимость 1 киловатта и получают сумму, которую надо заплатить за электричество.

Принцип работы

Умным электрическим счетчиком считают автоматизированное специальное устройство, основная задача которого – сбор данных о количестве потребляемых ресурсов. Оптимальная частота передачи данных на информационные узлы компаний – один раз в течение 60 минут.

Ежегодно плата за электроэнергию, а также воду и газ возрастает. Благодаря этому спрос на интеллектуальные устройства растут ежедневно. Их устанавливают в реконструированных сооружениях и новых домах.

Переход на усовершенствованные виды приборов учета дает много преимущества, включая практичность и выгоду.

Состоит устройство из двух основных частей – контроллера, который отвечает за передачу данных, и счетчика. Передача данных осуществляется несколькими способами, это зависит от разновидности установленного контроллера. Самый современный и бюджетный вид – беспроводной контроллер. С его помощью передача данных может осуществляться одним из следующих способов:

• GPRS – подключается через стандартную сим-карту мобильной связи, ее требуется регулярно пополнять. Информация подается на серверы с помощью общедоступной сотовой связи.
• LPWAN – технология имеет много общего с предыдущим способом передачи данных, но она менее энергозатратная. Данные подаются благодаря специальным вышкам, основная задача которых – связь контроллеров с сервером.
• Wi-Fi – самая современная технология, которая совмещает в себе все преимущества предыдущих двух способов передачи данных. Благодаря низкому энергопотреблению контроллер может работать от аккумуляторных батареек.

Различие по типу электросети

Основное различие счетчиков заключается во втором пункте, а именно, для какой электросети они разработаны – для однофазной или трехфазной. Электрический счетчик однофазный используются в однофазных двухпроводных сетях напряжением 0,4/ 0,23 кВ. Основное их применение – учет расхода электроэнергии в квартирах или частных домах. Изготавливаются счетчики на напряжение 220 (или 127) вольт, номинальный ток — 5, 10, 20, 40, 60 А. Устанавливаются счетчики на вводе и размещаются в этажных (квартирных) щитах.

Электрический счетчик трехфазный предназначен для трехфазных трехпроводных или четырехпроводных сетей. И если с однофазными счетчиками все просто и понятно, то трехфазные приборы требуют расширенного описания, поскольку они используются в электроустановках, работающих на трехфазном токе. Трехфазные счетчики прямого (непосредственного) включения подсоединяются к сети напрямую, без дополнительных приборов – трансформаторов тока. Номинальный ток изготовляемых счетчиков прямого включения — 5, 10, 20, 30, 50, 100А.

Учет потребленной энергии определяется путем вычитания первоначального показания электросчетчика (Пн) из конечного показания (Пк):

Э = Пк — Пн

Однако бывают ситуации, когда электроустановка потребляет значительный ток и счетчик прямого включения такой ток через себя пропустить не сможет. Поэтому в таких случаях используют подключение электросчетчиков через измерительные трансформаторы тока (ТТ). Основное назначение ТТ – уменьшить ток до таких значений, при которых счетчик будет нормально функционировать. Расчет потребленной энергии здесь определяется также вычитанием начальных показаний из конечных и дополнительно – умножением полученной разницы показаний на коэффициент трансформации (Кт) трансформаторов тока:

Э = (Пк — Пн)*Кт

Определить какой коэффициент трансформации у ТТ можно по данным на шильдике самого трансформатора. Например, надпись 150/5 на ТТ означает, что первичная обмотка данного трансформатора рассчитана на ток 150А, а вторичная на 5А. Из этого соотношения мы и получаем коэффициент трансформации, равный 30. Другими словами — ТТ уменьшает первичный ток в 30 раз.

Правила установки электросчетчика на улице

Установка электрического счетчика на открытом воздухе вне помещения должна проводиться согласно ряду техническо-эксплуатационных требований.

Правильней всего установить счетчик с фасадной стороны дома на высоте 0,8-1,7 метра, что обеспечит легкий доступ к нему представителям сетевой компании и техническому обслуживанию.

Смонтировать счетчик можно непосредственно на опоре бетонного столба, если он располагается на территории дома. Также в электро щитке следует установить защитный автомат, а группу автоматов на все потребители дома лучше смонтировать внутри помещения.

Процесс установки счетчика

1. Перед монтажными работами необходимо выполнить отключение сетевой линии согласно правилам ПУЭ.
2. Высота для навесного монтажа счетчика варьируется от 0,8 до 1,7 метра горизонтально поверхности.
3. При температурах ниже 5°С электросчетчики будут вести себя некорректно. Именно по этой причине стоит подумать об отапливаемом электро щитке.
4. Входная токовая цепь должна подключаться к автоматическому защитному выключателю, а после этого к счетчику.
5. Не стоит забывать про защитное заземление, которое позволяет в случае перекоса фаз или короткого замыкания обезопасить всю электронику в доме.
6. Подключаем выход счетчика на вводный автомат или группу автоматов.
7. Пробное включение.

Источники

• https://samelectrik.ru/kak-rabotaet-schetchik-elektroenergii-starogo-i-novogo-obrazca.html
• https://elektro.guru/elektrooborudovanie/schetchiki/ustanovka-v-kvartire-elektroschetchika-cena-uslugi-i-pribora.html
• https://teplo.guru/elektrichestvo/schetchiki/ustanovka.html
• https://o-builder.ru/pravila-ustanovki-elektroschetchika-v-chastnom-dome-kvartire-na-ulice/
• http://mr-build.ru/elektrika/ustanovka-elektroschetchika.html
• http://podklyuchenie-elektrichestva.ru/uslugi/ustanovka-schetchikov-elektroenergii/
• https://mosenergosbyt-lichnyj-kabinet.ru/zamena-schetchika
• https://elquanta.ru/schetchiki/ustrojjstvo-princip-ehlektroschetchika.html
• https://teplo.guru/elektrichestvo/schetchiki/ustanovka-v-chastnom-dome.html