Электрическая энергия передается на громадные расстояния между различными государствами, а распределяется и потребляется в самых неожиданных местах и объемах. Все эти процессы требуют автоматического учета проходящих мощностей и совершаемых ими работ. Состояние энергетической системы постоянно изменяется. Его необходимо анализировать и грамотно управлять основными техническими параметрами.

Измерение величин текущих мощностей возложено на ваттметры, единицей измерения которых является 1 ватт, а совершенной работы за определенный промежуток времени — на счетчики, учитывающие количество ватт в течение одного часа.

В зависимости от объема учитываемой энергии приборы работают на пределах кило-, мега-, гиго- или тера- единиц измерения. Это позволяет:

  • одним главным счетчиком, расположенным на подстанции, обеспечивающей питанием крупный современный город, оценивать терабайты киловатт-часов, израсходованные на потребление всех квартир и производственных предприятий административно промышленного и жилого центра;

  • большим количеством приборов, установленных внутри каждой квартиры или производства, учитывать их индивидуальное потребление.

Ваттметры и счетчики работают за счет постоянно поступающей на них информации о состоянии векторов тока и напряжения в силовой цепи, которую предоставляют соответствующие датчики — измерительные трансформаторы в цепях переменного тока или преобразователи — постоянного.

Принцип работы любого счетчика можно представить упрощенно поблочной схемой, состоящей из:

  • входных и выходных цепей;

  • внутренней схемы.

Приборы учета электрической энергии подразделяются на две большие группы, работающие в сетях:

1. переменного напряжения промышленной частоты;

2. постоянного тока.

Первая категория этих приборов наиболее многочисленная. С нее и начнем краткий обзор разнообразных моделей.

Принцип работы электросчетчика

 

Приборы учета электроэнергии переменного тока

Этот класс счетчиков по конструктивному исполнению разделяют на три типа:

1. индукционные, работающие с конца девятнадцатого века;

2. электронные устройства, появившиеся не так давно;

3. гибридные изделия, сочетающие в своей конструкции цифровые технологии с индукционной или электрической измерительной частью и механическим счетным устройством.

Виды электрических счетчиков

Индукционные приборы учета

Принцип работы такого счетчика основан на взаимодействии магнитных полей. создаваемых электромагнитами катушки тока, врезанной в цепь нагрузки, и катушки напряжения, подключенной параллельно к схеме питающего напряжения.

Принцип устройства индукционного счетчика

Они создают суммарный магнитный поток, пропорциональный значению проходящей через счетчик мощности. В поле его действия расположен тонкий алюминиевый диск, установленный в подшипнике вращения. Он реагирует на величину и направление создаваемого силового поля и вращается вокруг собственной оси.

Скорость и направление движения этого диска соответствуют значению приложенной мощности. К нему подключена кинематическая схема, состоящая из системы шестеренчатых передач и колесиков с цифровыми индикаторами, которые указывают количество совершенных оборотов, выполняя роль простого счетного механизма.

Однофазный индукционный счетчик, особенности устройства

Конструкция самого обычного индукционного счетчика, созданного для однофазной сети питания переменного тока, показана в разобранном виде на картинке, состоящей из двух совмещенных фотографий.

Индукционный однофазный прибор учета электроэнергии

Все основные технологические узлы обозначены указателями, а электрическая схема внутренних соединений, входных и выходных цепей приведена на следующей картинке.

Схема подключения однофазного электросчетчика

Винт напряжения, установленный под крышкой, при работе счетчика всегда должен быть закручен. Им пользуются только работники электротехнических лабораторий при выполнении специальных технологических операций — поверок прибора.

Схема подключения однофазного электросчетчика в электрощитке

Особенности конструкции трехфазного индукционного счетчика

Конструкция трехфазного индукционного счетчика

Устройство этого измерительного прибора полностью соответствует однофазным моделям за исключением того, что в формировании суммарного магнитного потока, воздействующего на вращение алюминиевого диска, участвуют магнитные поля, создаваемые катушками токов и напряжений всех трех фаз схемы питания силовой цепи.

Благодаря этому количество деталей внутри корпуса увеличено, а располагаются они плотнее. Алюминиевый диск к тому же сдвоен. Схема подключения катушек тока и напряжения выполняется по предыдущему варианту подключения, но с учетом обеспечения суммирования магнитных потоков от каждой отдельной.

Схема подключения трехфазного электросчетчика

Этот же эффект можно достичь, если вместо одного трехфазного счетчика в каждую фазу системы включить однофазные приборы. Однако в этом случае потребуется заниматься сложением их результатов вручную. В трехфазном же индукционном счетчике эта операция автоматически выполняется одним счетным механизмом.

Трехфазные индукционные счетчики могут выполняться двух видов для подключения:

1. сразу к силовым цепям, мощность которых необходимо учитывать;

2. через промежуточные измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Приборы первого типа используются в силовых схемах 0,4 кВ с нагрузками, которые не могут причинить своей небольшой величиной вреда прибору учета. Они работают в гаражах, небольших мастерских, частных домах и называются счетчиками прямого подключения.

Схема коммутаций электрических цепей подобного прибора в электрощитке показана на очередной картинке.

Схема подключения трехфазного электросчетчика прямого включения

Электронные приборы учета

Для замены счетчиков индукционного типа сейчас выпускают много электронных приборов, предназначенных для работы в бытовой сети или в составе измерительных комплексов сложного промышленного оборудования, потребляющего громадные мощности.

Они в своей работе постоянно анализируют состояние активной и реактивной составляющих полной мощности на основе векторных диаграмм токов и напряжений. По ним производится вычисление полной мощности, и все величины заносятся в память прибора. Из нее можно просмотреть эти данные в нужный момент времени.

Два типа распространенных систем электронных учетов

По типу измерения составных входных величин счетчики электронного типа выпускают:

  • со встроенными измерительными трансформаторами тока и напряжения;

  • с измерительными датчиками.

 

Тарифность современных приборов учета

Благодаря возможности программирования алгоритма работы электронный счетчик может учитывать потребляемую мощность по времени суток. За счет этого создается заинтересованность населения снижать потребление электроэнергии в наиболее напряженные часы «пик» и этим разгружать нагрузку, создаваемую для энергоснабжающих организаций.

Среди электронных приборов учета есть модели, обладающие разными возможностями тарифной системы. Наибольшими способностями обладают счетчики, позволяющие гибко перепрограммировать счетное устройство под меняющиеся тарифы электросетей с учетом времени года, праздников, различных скидок в выходные дни.

Эксплуатация электросчетчиков по тарифной системе выгодна потребителям — экономятся деньги на оплату электроэнергии и снабжающим организациям — снижается пиковая нагрузка.

 

Выводы по классификация приборов учета электроэнергии.

В настоящее время на отечественном строительном рынке представлено большое количество видов приборов учета электроэнергии, которые в зависимости от принципа их действия классифицируют по типу подключения, измеряемым величинам, конструкции. По типу подключения:

– счетчики прямого включения в силовую цепь;

– счётчики трансформаторного включения, подключаемые к силовой цепи через специальные измерительные трансформаторы.

По измеряемым величинам:

– однофазные (измерение переменного тока 220В, 50Гц);

– трехфазные (380В, 50Гц).

Современные электронные трехфазные счетчики поддерживают однофазный учет.

По конструкции:

1). Индукционные (электромеханические электросчетчики) - электросчетчики, в которых магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество потребленной электроэнергии, в этом случае, прямо пропорционально числу оборотов диска.

2). Электронные (статический электросчетчик) - электросчетчики, в которых переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Другими словами, измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей.

3) Гибридные счётчики электроэнергии - редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

Требования к приборам учета электроэнергии.

К основным требованиям, предъявляемым к приборам учёта электрической энергии, можно отнести класс точности, «тарифность» и межповерочный интервал.

Класс точности.

Один из основных технических параметров электросчетчика. Он показывает погрешности измерений прибора. До середины 90-х годов все устанавливаемые в жилых домах электросчетчики имели класс точности 2,5 (т.е. максимально допустимый уровень погрешности этих приборов составлял 2,5%). В 1996 году был введен новый стандарт точности приборов учета, используемых в бытовом секторе – 2,0. Именно это стало толчком к повсеместной замене индукционных счетчиков на более точные, с классом точности 2,0.

«Тарифность».

Важным техническим параметром электросчетчика. Ещё совсем недавно все электросчетчики, применяемые в быту, были однотарифными, т.е. осуществляли учет электрической энергии по одному тарифу. Функциональные возможности современных счетчиков позволяют вести учет электроэнергии по зонам суток и даже по временам года, позволяя значительно экономить электроэнергию и разгрузить электросети в пиковые часы, за счёт так называемой «стирки ночью». Двухтарифный счетчик электричества способен вести раздельный учет в различное время суток. В настоящее время, одним из способов экономить на счетах за электричество является двухтарифная система учета электроэнергии.

Межповерочный интервал.

С течением времени детали электросчётчика изнашиваются, и класс точности электросчетчика неизбежно меняется. Наступает момент, когда электросчетчик необходимо повторно проверить на точность его показаний. Период с момента первичной проверки (обычно с даты изготовления) до следующей проверки называется межповерочным интервалом (МПИ). Исчисляется МПИ в годах и указывается в паспорте электросчетчика. Обычно электронные счетчики значительно уступают в длительности МПИ по сравнению с индукционными счетчиками, потому что комплектация, используемая в большинстве отечественных электронных счетчиков, состоит из деталей, стабильность параметров которых производитель не нормирует.

 

Поскольку приборы учета энергии и энергоресурсов являются средствами измерения, то применять можно только приборы, занесенные в государственный реестр средств измерения.  Для населения установлено требование по применению электрических счётчиков классом точности не ниже 2.0. Поэтому все старые электросчётчики с классом точности 2.5 и менее в настоящее время изымаются из оборота. Правилами функционирования розничных рынков электрической энергии, утверждёнными Правительством РФ (постановление № 530 от 31.08.2006) установлены требования к классам точности приборов учёта электрической энергии для разных групп потребителей. 

Электромеханические счетчики электроэнергии.

Индукционный (электромеханический) электросчетчик — измерительная ваттметровая система, интегрирующее электроизмерительное устройство.  В последнее время индукционные (механические) счётчики электроэнергии становятся менее популярны и постепенно вытесняются с рынка электронными счетчиками вследствие их недостатков: отсутствие возможности автоматического дистанционного снятия показаний, однотарифность, большие погрешности учёта, плохая защита от хищения электроэнергии, низкая функциональность, неудобства в установке и эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами.

Электронные и цифровые счетчики электроэнергии.

Электронные счетчики по сравнению с индукционными точнее и значительно проще в производстве. Важным достоинством этих электросчетчиков является возможность учета электроэнергии по дифференцированным тарифам (одно-, двух- и более тарифный). Другими словами, счетчики данного типа способны запоминать и показывать количество использованной электроэнергии в зависимости от запрограммированных периодов времени. Электронные электросчетчики значительно более долговечны, имеют больший межповерочный период (4-16 лет). Электронный счетчик электроэнергии имеет низкий порог чувствительности, более высокую точность измерения потребляемой энергии. Метрологические требования к датчикам тока значительно возросли с введением ГОСТов 30206-94 и 30207-94. 

Выбор электросчетчиков.

Выбор счетчиков, предлагаемых современными производителями и отличающимися друг от друга своими возможностями и техническими параметрами, довольно обширен, однако все их можно разделить на два основных вида: индукционные и электронные. Индукционные (или электромеханические) наиболее распространены в настоящее время, однако, по сравнению с электронными, они являются устаревшими. К их основным преимуществам можно отнести более низкую стоимость и более длительный межпроверочный интервал. Однако цена между ними и электронными счетчиками с небольшим количеством функций не очень заметна. Особенно высокая стоимость отличает многотарифные электросчетчики, способные не только вести учет расхода электроэнергии, но и имеющие другие функции. Любые, даже самые простые, электросчетчики отличает высокоточность и компактность. В настоящее время стандарт точности приборов учёта для бытовых нужд составляет 2,0, тогда как класс точности электросчетчика равняется 0,2-0,5 S. Электронные электросчетчики, поддерживающие многотарифность, позволяют вести учет электроэнергии при использовании многотарифной системы расчетов. Однако если вы не имеете возможности ее применения, нет необходимости приобретать счетчик с данной функцией. Небольшой электронный электросчетчик с плоской формой и отсутствием выступающих частей может быть легко помещен в модульный щит на DIN-рейку. Погрешности измерения.

Нарушения учета могут быть вызваны следующими причинами:

-  несоблюдение нормальных условий работы счетчика; 

- неисправность счетчика; неисправность измерительных трансформаторов; 

- повышенная нагрузка измерительных трансформаторов; 

- повышенное падение напряжения в цепях напряжения; 

- неправильная схема включения счетчика; 

- неисправность элементов вторичных цепей.

Несинусоидальная форма тока в основном определяется электроприемниками с нелинейной характеристикой. К ним, в частности, относятся газоразрядные лампы, выпрямительные установки, сварочные агрегаты и др. Измерение электроэнергии при наличии высших гармоник производится с погрешностью, знак которой может быть как положительным, так и отрицательным. При отклонении частоты на 1 Гц погрешность счетчика может достигать 0,5%. Существенное изменение погрешности счетчика возникает при отклонении напряжения от номинального более чем на 10%. Обычно приходится считаться с влиянием пониженного напряжения. При нагрузке счетчика менее 30% снижение напряжения приводит к изменению погрешности в отрицательную сторону из-за ослабления действия компенсатора трения. При нагрузках более 30% снижение напряжения приводит к изменению погрешности уже в положительную сторону. Это происходит из-за уменьшения тормозящего действия рабочего потока цени напряжения. Нагрузочная характеристика электромеханического счетчика зависит от тока нагрузки. Диск счетчика начинает вращаться при нагрузке 0,5—1%. Однако в области нагрузок до 5% счетчик работает неустойчиво. В диапазоне 5—10% счетчик работает с положительной погрешностью, объясняемой перекомненсацией (компенсационный момент превышает момент трения). При дальнейшем увеличении нагрузки до 20% погрешность счетчика становится отрицательной из-за изменения магнитной проницаемости стали при малых токах последовательной обмотки. Обслуживание приборов учета электроэнергии. Все существующие электросчетчики подлежат периодической государственной поверке, срок которой указан в техническом паспорте электросчетчика, а также в госреестре средств измерений. Межповерочный интервал – это период, в течение которого завод-изготовитель гарантирует правильную работу счетчика в заданном классе точности.

Межповерочный интервал для современных электронных счетчиков, выпускаемых с 2000 г.:

-  для однофазных – 16 лет;

-  для трехфазных – от 6 до 10 лет.

Для индукционных счетчиков, изготовленных с 1979 г. до 2000 г. межповерочный интервал составляет:

-  для однофазных – 16 лет;

- для трехфазных – 4 года.

Поверенные расчетные счетчики должны иметь на корпусе пломбу государственного поверителя, на которой указано его клеймо и дата поверки. При приемке в эксплуатацию клемная крышка счетчика пломбируется энергоснабжающей организацией. Если электросчетчик не был введен в эксплуатацию, то в соответствии с Правилами устройства электроустановок, утвержденными Приказом Минэнерго России №204 от 08.07.02 г., электросчетчик подлежит повторной поверке: 1-фазный в течение 2 лет; 3-фазный в течение 12 месяцев. Замену и поверку расчетных приборов осуществляет собственник электросчетчиков по согласованию с энергоснабжающей организацией.