Принцип работы электросчетчика

Принцип работы электросчетчика

Принцип работы электросчетчиков

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.

Электронные электросчетчики

В них все реализуется с помощью микропроцессорной техники, схема ниже:

ТТ – трансформатор тока

С помощью датчиков тока ДТ и датчиков напряжения ДН снимаются значения тока и напряжения сети.

После датчиков сигналы поступают на аналогово-цифровой преобразователь, где сигнал с аналогового превращается в цифровой и поступает на микроконтроллер.

Микроконтроллер в свою очередь производит вычисления и отправляет данные на дисплей или через интерфейс на другое устройство.

С помощью таких электросчетчиков можно централизовано вести учет электроэнергии различных линий.

Главным достоинством электронных электросчетчиков над индукционными является:

  • отсутствие вращающихся частей, что снижает вероятность поломки;
  • возможность вести учет электроэнергии по различным тарифам с автоматическим переключением по времени суток (многотарифные счетчики);
  • меньшая погрешность измерения, особенно при малых нагрузках;
  • возможность передачи данных на расстояние через интерфейсы, что не требует постоянного присутствия для снятия данных;
  • удобность применения;
  • большая стоимость;
  • большая вероятность выхода из строя при больших скачках напряжения и тока сети;
  • более дорогостоящий и трудный ремонт;
  • выше чувствительность к климатическим условиям (например перепад температур);
  • труднее диагностировать неисправности;

Принцип работы электронного электросчетчика

Схема подключения однофазного электросчетчика

Данная схема предназначена для подключения любого однофазного счетчика электрической энергии.

Однофазные счетчики чаще всего подключают по схеме прямого включения в сеть и только в очень редких случаях через трансформаторы тока.

В клеммной колодке однофазного счетчика электроэнергии расположены 4 контакта:

  • 1 клемма — ввод фазы
  • 2 клемма — выход фазы на нагрузку (в квартиру)
  • 3 клемма — ввод нуля
  • 4 клемма — выход нуля на нагрузку (в квартиру)
  • винт напряжения — для отключения катушки напряжения в индукционных счетчиках при проведении государственной поверки.

Красным цветом обозначены токовая катушка (обмотка) и фазный провод, синим цветом — катушка (обмотка) напряжения и нулевой провод.

В данной схеме перед счетчиком электроэнергии установлен вводной автоматический выключатель.

Эту схему можно использовать для электроснабжения своей квартиры, дачи или коттеджа.

Схема подключения трехфазного электросчетчика

Принцип работы счетчика

Сигналы с датчиков тока и напряжения поступают на входы АЦП микропроцессора и преобразуются в коды. Микропроцессор, перемножая цифровые коды, получает величину, пропорциональную мощности. Интегрирование мощности во времени дает информацию о величине энергии.

Микропроцессор управляет всеми узлами счетчика и реализует измерительные алгоритмы в соответствии со специализированной программой; периодически определяет тарифную зону, формирует импульсы телеметрии, ведет учет электроэнергии, времени и календаря; обрабатывает поступившие команды по интерфейсу и, при необходимости, формирует ответ.

Кроме данных об учтенной электроэнергии в памяти счетчика хранятся калибровочные коэффициенты, тарифное расписание, серийный номер, версия программного обеспечения счетчика. Калибровочные коэффициенты заносятся в память на предприятии-изготовителе. При отсутствии напряжения питания процессор переходит на питание от литиевой батареи с напряжением 3 В и емкостью 120 мА·ч. Процессор синхронизирован кварцевым резонатором, работающем на частоте 32,768 кГц. Блок питания вырабатывает два гальванически изолированных напряжения для питания микропроцессора и цепей интерфейса.

Упростить алгоритм обработки информации и снизить затраты на комплектацию позволяет структурная схема:

Структурная схема счетчика ватт-часов активной энергии переменного тока Меркурий-200»

В этой структуре микроконтроллер (МК) выполняет функцию счетчика импульсов, пропорциональную активной мощности, вывод информации на дисплей и ряд специальных функций (изменение тарифов, сохранение информации в аварийных режимах, вывод служебной информации на внешние устройства и пр.). По мере накопления импульсов, соответствующих ватт-часам, значение накопленной энергии выводится на дисплей и записывается во FLASH-память. Если произойдет сбой, временное исчезновение напряжения сети, информация о накопленной энергии сохраняется во FLASH-памяти. После восстановления питающего напряжения эта информация считывается микроконтроллером, выводится на индикатор и счет продолжается с этой величины.

В случае реализации многотарифного СЭ, устройство должно обеспечивать обмен информацией с внешними устройствами по последовательному интерфейсу. Он может использоваться для задания тарифов, инициализации и коррекции таймера реального времени, получения информации о накопленных значениях энергии и т. д. Кроме того, интерфейс может обеспечивать подключение группы распределенных в пространстве СЭ в сеть с возможностью доступа к каждому из них.

Структурная схема многотарифного счетчика

Алгоритм работы структуры следующий. Память энергонезависимого ОЗУ разбита на 13 банков, в каждом из которых хранится информация о накопленной энергии по четырем тарифам: общем, льготном, пиковом и штрафном.

В первом банке накопления производятся с момента начала эксплуатации счетчика, следующие 12 банков соответствуют накоплениям за 11 предыдущих и за текущий месяц. Накопления за текущий месяц записываются в соответствующий банк, и таким образом имеется возможность определить, сколько было накоплено энергии за любой из 11 предшествующих месяцев.

Перед началом эксплуатации счетчика на заводе-изготовителе обнуляют содержимое банков памяти, т.е. накопление начинается с нулевых значений.

Переключение тарифов осуществляется по временным критериям: для каждого дня недели определяется свое тарифное расписание, т.е. времена начала основного и льготного тарифов и от нуля до трех интервалов времени для пикового тарифа. До 16 произвольных дней в году могут быть определены как праздничные, в эти дни работает тарифное расписание для воскресенья.

В счетчике может быть установлен режим ограничения по мощности и по количеству израсходованной энергии за месяц. В этом режиме счетчик фиксирует количество энергии, израсходованной сверх лимита. При превышении установленного лимита энергии производится либо переход на накопление по штрафному тарифу, либо отключение пользователя от энергосети. Штрафной тариф также может быть установлен принудительно (по интерфейсу связи) в случае, например, задолженности по оплате.

Читайте также:  Трансформаторы тока для электросчетчиков

Каждый раз при включении счетчика в сеть (после очередного пропадания напряжения) фиксируется время и дата этого момента для возможности последующего контроля. Также предусмотрена запись времени и даты несанкционированного снятия крышки устройства.

Через специальный разъем к счетчику можно подключить картридер для считывания информации с индивидуальной электронной карточки о количестве энергии, оплаченной потребителем.

Просмотр информации по предыдущим 11 месяцам производится при нажатии специально предусмотренной кнопки на корпусе счетчика. При каждом нажатии последовательно выводится информация о каждом тарифе соответствующего месяца, после чего происходит переход на предыдущий месяц, и процесс повторяется. Номер просматриваемого месяца и год отображаются на индикаторе даты. Если нажатия кнопки не происходит несколько секунд, счетчик возвращается в нормальный режим работы. При подключении картридера эта кнопка позволяет просмотреть количество энергии по каждому тарифу, имеющемуся в распоряжении у пользователя.

Бытовой счетчик электроэнергии: принцип работы и устройство, преимущества и недостатки различных типов оборудования

Сегодня в каждом доме находится огромное количество различных электрических приборов, и чтобы отслеживать потребление ими электроэнергии,устанавливается приборы учета.

Но, когда необходимо их заменять, возникает проблема, ведь придя в магазин мы видим огромное количество разных вариантов. А не имея нужных знаний мы теряемся в выборе, не понимая, что к чему. Чтобы этого не случалось, стоит разобраться, какие есть виды счетчиков и их особенности.

Сегодня существует всего несколько типов счетчиков, это: электронные и механические (еще их называют индукционными).

Индукционные

После включения в розетку любого электроприбора, возрастает нагрузка и соответственно увеличивается скорость вращения магнитного диска.

Наверное, всем знакомы счетчики, которые имеют вращающийся диск.

Схема работы — проста и понятна, чем выше скорость вращения этого колесика, тем, соответственно, больше идет расход электроэнергии.

Чтобы определить показания израсходованной энергии – достаточно посмотреть на обозначения, которые находятся на специальных крутящихся барабанах.

Такие счетчики имеют следующий принцип работы:

    Внутри устройства есть 2 катушки – первая это катушка напряжения, а вторая токовая. Магнитные потоки, которые они образуют, проникают через алюминиевый диск. А потоки, идущие от токовой катушки, проникают по несколько раз. В результате этого образуются электромеханические силы, которые собственно и вращают этот диск.

Устройство индукционного счетчика. (Для увеличения нажмите)

После вращения дисковая ось начинает взаимодействие уже с самим счетным механизмом, которым является червячная передача.А уже непосредственно от неё поступает информация на сами цифровые барабаны, которые мы видим на счетчике.

В зависимости от скорости вращения диска, зависит и мощность сигнала — чем она больше, тем выше мощность, а соответственно больший расход энергии.

  • В те моменты, когда потребляемая мощность снижается, начинает действовать магнит торможения. Именно за счет постоянного взаимодействия его с вихревыми потоками и происходит уменьшение частоты вращения диска.В этом случае магнит является источником электромеханической силы, которая имеет противоположную направленность кручения диска, что и уменьшает его скорость, и может его полностью остановить.
  • Но со временем их вытесняют более современные и имеющие меньше недостатков электронные электросчетчики. Так, к примеру, индукционные счетчики электроэнергии имеют определенную погрешность в показаниях, за счет своих физических свойств.

    Плюсы и минусы механических моделей

    К положительным сторонам, которые имеет данное устройство, можно отнести:

    • надежность в эксплуатации;
    • долговечность;
    • отсутствие подверженности к скачкам напряжения;
    • более дешевые, нежели электронные.

    А вот что касается недостатков, то их несколько больше, чем положительных сторон:

    • низкий класс точности;
    • близкая к нулю защита от воровства электричества;
    • повышенное потребление тока самим счетчиком;
    • при уменьшении нагрузки – пропорционально увеличивается и погрешность в расчете;
    • большой размер счетчика.

    Возможно, Вас заинтересует статья о том, как опломбировать счетчик электроэнергии.

    Статью о правилах замены старого электросчетчика на новый читайте здесь.

    Электронные

    Обмануть электронные счетчики невозможно, так как все проходящие мощности через него фиксируются, за счет преобразования их в импульсные сигналы.

    Данный тип бытовых электросчетчиков является хоть и более дорогостоящим, нежели индукционные, но, при этом, такие аппараты выгоднее в использовании. Они обладают более высоким классом точности, а также могут работать в режиме многотарифности.

    Работают такие электронные электросчётчики, преобразовывая поступающий от датчиков тока обычный аналоговый сигнал непосредственно в цифровой код, который полностью равнозначен используемой мощности. Дальше код в системе направляется в специальный микроконтроллер, где он проходит расшифровку.

    Последний этап движения – это экран дисплея, на котором уже и отображается, сколько используется сейчас электроэнергии и общий расход.

    Устройство электросчетчика. Для увеличения нажмите)

    Основной элемент в таких счетчиках — микроконтроллер.

    Как раз в его функции входит не только расшифровка сигнала, но и расчет потребляемой энергии в данный момент.

    Он также преобразует информацию для вывода на дисплей.

    Такой электросчетчик представляет собой корпус, в котором находится трансформатор тока, а также специальные модули, необходимые для преобразования сигнала.

    Если же говорить более детально, то он состоит из:

    • дисплея, на который выводится все информация;
    • источника переменного напряжения;
    • главной детали в виде микроконтроллера, о котором упоминалось выше;
    • преобразователя;
    • супервизора;
    • чипа для хранения данных;
    • специального телеметрического выхода, который необходим для принятия сигнала об уровне электропотребления;
    • часов, для отображения текущего времени;
    • оптического порта, который необходим для считывания показаний счетчика, а также для его программирования.
    Читайте также:  Трехфазный счетчик прямого включения

    Возможно, Вам будет также интересна статья о двухтарифных счетчиках электроэнергии.

    Статью о том, когда и как проверять электросчетчик, читайте здесь.

    Плюсы и минусы электронных приборов

    К положительным сторонам можно отнести:

    • многотарифность;
    • возможность ведения учета в двух направлениях;
    • легкий доступ к данным;
    • возможность долговременного хранения данных об потреблении электроэнергии;
    • на экран выводится мощность и объем потребляемой энергии;
    • высокий класс точности;
    • фиксация всех попыток несанкционированного хищения электричества;
    • возможность получить данные счетчика дистанционно;
    • незначительные габариты.

    Что касается недостатков таких устройств, то их крайне мало:

    • высокая чувствительность к колебаниям напряжения;
    • повышенная цена в сравнении с индукционными;
    • сложность, а зачастую и невозможность ремонта.

    Смотрите видео, в котором специалист разъясняет особенности устройств различных типов счетчиков электроэнергии:

    Устройство электросчетчика

    Без электрического счетчика не обходится в наши дни ни один объект, относящийся к типовым потребителям электроэнергии (независимо от их формы собственности). Знание устройства электросчетчика и принципа работы этого механизма позволит его хозяину лучше разобраться во всех тонкостях учёта, а также понять порядок начисления и снятия показаний. Владение этой информацией будет полезно и при выборе нового прибора, устанавливаемого в городской квартире или частном доме (рисунок далее по тексту).

    Понимание того, как устроены электросчетчики, способствует выработке иного отношения к расходованию доставляемого энергоносителя, дорожающего год от года и требующего вложения дополнительных средств.

    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).

    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.

    Устройство и принцип работы ИС

    Перед знакомством с устройством счетчика, в первую очередь, обратим внимание на то, что оно зависит как от принципа его действия, так и от функциональных возможностей. Так, устаревшие индукционные образцы в основном используются в однофазных питающих цепях и не могут обеспечить высокую точность измерений и режим с несколькими тарифами.

    Для того чтобы понять принцип работы индукционного прибора, следует ознакомиться со всеми деталями его устройства. Классические представители этого класса состоят из следующих основных частей:

    • Корпуса, состоящего из двух половинок;
    • Двух обмоток с магнитными сердечниками, одна из которых является токовой, а другая – рассчитана на измерение напряжения;
    • Противовеса полюсов и алюминиевого диска, насаженного на ось с червячным редуктором;
    • Счетного механизма и тормозного магнита.

    Простыми словами, работу индукционного счетчика можно представить следующим образом.

    Основой измерительной частью прибора являются два электромагнита, изготовленные в виде соленоидов, расположенных под углом 90 градусов. На обмотку одного из них поступает токовая составляющая измеряемой электрической мощности, а на другую катушку подается соответствующее ей напряжение (смотрите фото ниже).

    Важно! В соответствии с электрической схемой учетного узла, его токовая обмотка включается в измерительную цепь последовательно, а катушка напряжения – параллельно.

    Такой способ их подключения обеспечивает наведение в зазоре между электромагнитными сердечниками суммарной ЭДС, пропорциональной произведению тока и напряжения, то есть мощности.

    В это общее для обоих сердечников поле помещается закреплённый на оси алюминиевый диск, передающий вращающий момент через червячный редуктор на простейший счётный механизм. Под воздействием суммарной ЭДС, создаваемой поданным на схему напряжением (оно всегда постоянно) и изменяющимся, в зависимости от нагрузки током, легкий диск начинает вращаться.

    Заметьте! Скорость его вращения пропорциональна величине формируемого в зазоре общего э/м поля, а, следовательно – и потребляемой квартирной сетью мощности.

    Ответ на вопрос, как работает электромеханический индукционный счетчик, оказывается совсем простым: чем быстрее крутится его диск с меткой в средней части, тем больше расходуется энергии в данной потребительской сети.

    Принцип действия 3-х фазного прибора этого же типа ничем существенно не отличается от уже описанного ранее. Разница будет лишь в конструкции счетных узлов и э/м катушек, число которых увеличивается вдвое (по количеству дисков). Внешний вид трехфазного счетчика приведён на рисунке ниже.

    По мере совершенствования производственных технологий на смену уже устаревшим устройствам индукционного типа приходят современные электронные приборы, обеспечивающие более высокое качество учёта электроэнергии.

    Читайте также:  Расчет емкости конденсатора для трехфазного двигателя

    Электронные приборы учета

    Рассмотрение этих достаточно сложных и сравнительно дорогих устройств начнем с изучения принципа работы электронного счетчика, для понимания которого необходимо ознакомиться со всеми его функциональными узлами. Их взаимодействие и порядок формирования итоговых показаний лучше всего иллюстрирует приводимая ниже блок-схема.

    Из неё следует, что в состав электронного устройства входят следующие модули:

    • Входные трансформаторы напряжения и тока;
    • Преобразователь аналоговых уровней;
    • Микроконтроллер и ОЗУ;
    • Дисплей, индицирующий показания счетчика, учитывающего электрическую энергию (точнее её расход).

    При появлении на входе преобразователя аналоговых входных сигналов U и I на выходе они трансформируются в цифровой код, который поступает затем в микроконтроллер. После дополнительной обработки и подсчёта импульсы выдаются на дисплей, на котором и индицируется точное показание потребленной электроэнергии.

    Необходимо отметить! Микроконтроллер работает по заранее введённой программе, учитывающей время суток и длительность интервалов учета электроэнергии по заданному тарифу. В зависимости от текущего времени, осуществляется её подсчёт и вывод на дисплей соответствующего показания.

    Так реализуется принцип работы однофазного счетчика по заданному тарифу.

    Обратите внимание! Для трехфазных электронных приборов учета схема подсчета расходуемой энергии аналогична (он осуществляется по несколько изменённой программе).

    В этом случае по итогам оценки каждой из фаз в интеграторе осуществляется суммирование соответствующих сигналов, а на индикатор поступает результирующий код. Помимо перечисленных составных частей, в корпусе электронного прибора имеются специальные клеммные колодки, к которым подводятся и от которых отводятся учитываемые счетчиком токи.

    Особенности подключения

    Устройство электросчетчика, с точки зрения его подключения к питающей линии, также должно учитываться при выборе прибора, подходящего для конкретных условий эксплуатации. В этом случае основное внимание уделяется следующим моментам:

    • При сетевом напряжении 220 Вольт в электрических цепях используются уже описанные ранее однофазные индукционные приборы или электронные счётные устройства;
    • В силовые цепи, рассчитанные на 380 Вольт, должны включаться трехфазные приборы учёта, позволяющие измерять не только активную, но и реактивную составляющую электрической мощности;

    Дополнительная информация. Они также позволяют определять мгновенное направление потоков энергии.

    • Чисто внешнее их отличие от однофазных изделий состоит в больших габаритах и наличии на клеммнике 8-ми контактов вместо четырёх;
    • Что касается внутреннего устройства такого прибора, то для вывода показаний на лицевую панель также используется один механический счётчик, но импульсы на него поступают с двух дисков;
    • Суммирование каждой из учитываемых фаз происходит за счёт особой схемы подключения токовых катушек и обмоток напряжения;
    • В электронных трехфазных приборах подсчёт общей расходуемой мощности осуществляется программным путём.

    По результатам обзора конструктивных особенностей и принципов работы счетчика можно с уверенностью сказать, что электронные приборы превосходят свои индукционные аналоги практически по всем показателям. Они не только с большей точностью учитывают объёмы потребляемой электроэнергии, но и обеспечивают удобную форму их представления (фото ниже).

    Помимо этого, в этих современных изделиях предусматривается очень удобная для эксплуатационных условий возможность дистанционного снятия показаний и многотарифного учёта расходуемого энергоносителя.

    Видео

    Принцип действия и устройство счётчиков электрической энергии

    С помощью электросчетчиков осуществляется учет израсходованной электрической энергии. Электросчетчики бывают индукционные и электронные.

    Измерительный механизм индукционного однофазного счетчика электрической энергии (электроизмерительный прибор индукционной системы) состоит из двух электромагнитов, расположенных под углом 90° друг к другу, в магнитном поле которых находится легкий алюминиевый диск. Схема устройства счетчика электрической энергии показана на рисунке 1.

    Для включения счетчика в цепь его токовую обмотку соединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения – параллельно. При прохождении по обмоткам индукционного счетчика переменного тока в сердечниках обмоток возникают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи.

    Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов создает усилие, под действием которого диск вращается. Последний связан со счетным механизмом, учитывающим частоту вращения диска, т.е. расход электрической энергии.

    Рис. 1. Схема устройства счетчика электрической энергии: 1 – обмотка тока, 2 – обмотка напряжения, 3 – червячный механизм, 4 – счетный механизм, 5 – алюминиевый диск, б – магнит для притормаживания диска.

    Рис. 2. Устройство индукционного электросчетчика

    Для учета потребленной электроэнергии в сетях переменного трехфазного тока применяются трехфазные индукционные электросчетчики , принцип действия которых аналогичен однофазным.

    В настоящее время все более широкое применение получили электронные (цифровые) электросчетчики . Электронные счетчики обладают рядом преимуществ по сравнению с индукционными счетчиками:

    – малые габаритные размеры,

    – отсутствие вращающихся частей,

    – возможность учета электроэнергии по нескольким тарифам,

    – измерение суточных максимумов нагрузки,

    – учет как активной, так и реактивной мощности,

    – возможность дистанционного учета электроэнергии.

    Рис. 3. Схема устройства электронного счетчика электроэнергии

    В настоящее время учёт электроэнергии, в основном, производится по одному тарифу (то есть стоимость электроэнергии одинакова независимо от времени потребления). Однако, начинает вводится многотарифные системы оплаты, при которых стоимость электрической энергии различна по часам суток или по дням недели.

    Указанный подход обеспечит более равномерное потребление электроэнергии потребителями и снижение максимальной нагрузки энергосистемы. Поэтому уже выпускаются электронные счётчики со встроенными часами, которые питаются от аккумуляторной батареи, что обеспечивает учёт электроэнергии по разным интервалам времени, задаваемым программно.

    Как правило, электронные счётчики имеют жидкокристаллический индикатор, на котором отображаются потребляемая электроэнергия по каждому из тарифов, текущая потребляемая мощность, текущее время и дата и другие измеряемые прибором параметры.