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:  Как выбрать счетчик электроэнергии

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.

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.

Читайте также:  Электронный счетчик электроэнергии

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.

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.

Читайте также:  Какой электросчетчик лучше поставить в квартире

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.

Устройство и принцип действия счетчиков электроэнергии

Первые приборы учета электроэнергии появились в 19 столетии. Объяснить это можно массовыми исследованиями электромагнетизма, которые проводили ученые. Сегодня электросчетчики делятся на несколько видов и устанавливаются во всех помещениях, где люди потребляют электричество. Основная его задача – стабилизировать и при правильном использовании свести к минимуму оплату за коммунальные услуги.

Классификация приборов учета электроэнергии

Все счетчики для электроэнергии классифицируются по видам в зависимости от типа подключения, конструктивных особенностей и измеряемых величин. Приборы делятся на прямо включаемые в силовую магистраль и устройства, которые подсоединяются к электрической цепи при помощи измерительных трансформаторов.

В зависимости от конструктивных особенностей электрические счетчики делятся на следующие виды:

    Электромеханические или индукционные. Принцип действия электросчетчика следующий: на подвижную деталь, изготавливаемую из проводящего материала, оказывает непосредственное влияние магнитное поле, которое формируется неподвижными токопроводящими катушками. Подвижная деталь – это диск, а катушки продуцируют токи, приводя в действие этот диск. Объем потребляемого ресурса прямо пропорционален числу оборотов этого диска.

Электрические счетчики классифицируют на несколько видов по измеряемым величинам и по количеству тарифов. В первом случае приборы учета бывают однофазными и трехфазными, во втором – одно- и двухтарифными.

Устройство и принцип работы электросчетчика

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.

Учет потребляемого ресурса основывается на прямом напряжении напряжения и тока. Все данные подаются на индикатор, в усовершенствованных моделях данные сохраняются в памяти устройства.

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.

Среди недостатков двухтарифных приборов учета выделяют высокую стоимость и их ненадежность в сравнении с механическими аналогами. Как показывает практика, электронные модели чаще выходят из строя.

Принципиальная схема электросчетчика

Схема работы всех видов электрических приборов не имеет принципиальных отличий, все они похожи.

Для замера мощности задействовано несколько простых датчиков:

  • Датчики напряжения, работа которых основывается на схеме известного делителя.
  • Датчики тока на основе обыкновенного шунта, сквозь который проходит фаза электрической магистрали.

Сигнал, который фиксируется этими датчиками, мал, поэтому его требуется усиливать при помощи электронных усилителей. Потом осуществляется аналогово-цифровая обработка для трансформации сигналов и их перемножения.

Следующие этапы – фильтрация оцифрованного сигнала и вывод на дисплей прибора данных:

  • интегрирования;
  • индикации;
  • передачи вычислений;
  • преобразование.

В этой схеме используемые входные датчики не способны обеспечить измерения высокого класса точности векторов, следовательно, и расчет мощности.

Если требуется высокая точность измерений, схему дополнительно оснащают специальными измерительными трансформаторами.

Если в сравнении рассматривать принципиальную схему работы однофазного электронного прибора учета, в ней дополнительно ТН подсоединен к нулю и фазе, а ТТ – неотъемлемая составляющая разрыва фазного провода. Поскольку сигналы поступают из двух трансформаторов, дополнительное усиление сигнала не требуется. Все дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, он осуществляет управление дисплеем, оперативным запоминающим устройством и электронным реле. Выходной сигнал через ОЗУ может дальше передаваться в информационный канал.