Уютная и комфортная жизнь теперь означает не только полный холодильник или погреб, но и тепло жилой среды, ее освещение, наличие доступной воды и удобство использования основных вещей. Например, развести огонь для приготовления пищи. Все вышеперечисленное в настоящее время снабжается источниками энергии – горячей водой в батареях, электричеством, топливным газом в колонках и печах.
Извлечение названных элементов и их доставка конечному потребителю, в жизни непрофессионала, поручаются сторонним организациям. Последний автоматически присваивает энергоносителю цену, непосредственно связанную с обслуживанием транспортной конструкции, а не конечную стоимость первоначального получения ресурса.
Решение проблемы израсходованного количества того или иного элемента безопасности закрепляется за различными счетчиками, которые в зависимости от объема потребления электроэнергии, тепла, воды или газа фиксируют потребление. Впоследствии именная информация становится основой счетов, предъявляемых конечному потребителю.
В основной части статьи будет рассмотрен принцип работы электросчетчика, как самого распространенного прибора учета. Он используется практически во всем жилом пространстве человека, определяя энергию, расходуемую бытовой техникой, освещением или промышленным оборудованием.
Разнообразие
Различные счетчики:
Существует множество градаций, по которым различают приборы учета электроэнергии. Между ними:
- На какую линию рассчитано устройство: однофазное или трехфазное.
- Внутренний механизм – индукционный или полностью электронный.
- Способ подключения к нагрузке – прямой или через трансформатор тока.
- Класс точности.
- Учет одного или нескольких тарифов.
- Функции чтения – только прямое или в сочетании с дистанционным управлением. Сюда также входит возможность управлять работой устройства с отдельной панели управления.
Менее важным различием между счетчиками электроэнергии, но используемым в некоторых документах, можно назвать энергопотребление самого счетчика. Также он тратит определенное количество энергии, необходимой для его работы.
Однако ключевым отличием следует считать конструктивные особенности – электросчетчик индукционный или полностью электронный. Класс точности прибора, его функциональность и количество учитываемых тарифов зависят от указанного фактора.
Индукционный счетчик «изнутри»:
По сути, индукционные счетчики просты, недороги и надежны. В их основе лежит механика и электротехника. К сожалению, названный фактор также накладывает некоторые ограничения на возможности устройства. Например, без значительного усложнения конструкции получить от устройства большие сервисные функции невозможно.
Электронные имеют более сложную конструкцию и могут выполнять множество дополнительных действий, таких как удаленная отправка показаний, отключение линии потребления от удаленной панели управления, расположенной далеко от устройства, поддержание большего количества тарифов на электроэнергию в зависимости от часа день. Кроме того, они более точны, чем предыдущая версия измерителя. И еще один фактор, почему электронные счетчики определенно полезны, – это возможность ретроспективно. Его суть заключается в запоминании показаний за разные учетные периоды. И названная информация легко доступна для получения с конкретного устройства.
Расход энергии в зависимости от времени суток:
Основа цифрового счетчика электроэнергии – это полностью электронная схема без движущихся механических элементов. Он содержит несколько микросхем, трансформаторы тока и миниатюрный компьютер, который управляет всей упомянутой выше экономикой. Последний называется микроконтроллером. В заводских условиях все смонтировано на единой плате, что исключает повреждение соединений элементов в процессе эксплуатации.
Что учитывает счетчик
Независимо от того, как устроен счетчик электроэнергии, он в основном измеряет мощность потребителя, в зависимости от которого рассчитывается количество энергии, потребляемой за определенный период времени. Сам индикатор сопротивления (нагрузки) в сетях переменного тока бывает активным и реактивным. А в корне суммы квадратов значений обоих видов потребления (формула – P = √ ((UI cosθ) 2+ (UI sinθ) 2) дает полную мощность схемы нагрузки и с учетом реактивной энергии , энергия бесполезно циркулирует между подключенными элементами сети, последний фактор возникает в тех случаях, когда катушка конденсатора или трансформатора подключена к цепям переменного тока.
Индукционные счетчики благодаря своей конструкции способны определять активную нагрузку или просто реактивную нагрузку, что использовалось некоторыми недобросовестными потребителями для искажения показаний в измерительных приборах старых моделей. Электроника работает с обеими характеристиками, рассчитывая общую мощность по определенной формуле, взяв за основу текущие характеристики нагрузки сети.
Индукционные счетчики
Внутреннее устройство индукционного счетчика:
В основе функционирования названных счетчиков лежит физический закон магнитной индукции. В конструкции для создания эффекта используются два электромагнита разной формы и ориентации относительно друг друга, для каждой ступени потребителя. Один из них подключается непосредственно к электросети, а второй подключается к разрыву линии нагрузки. Создаваемые ими поля инициируют возникновение на проводящем металлическом диске вихревых токов, за счет которых последний приводится в движение, совершая вращения вокруг своей оси. Кроме того, чем сильнее нагрузка на линию, к которой подключен один из генераторов поля, тем больше электронов накапливается на движущемся элементе, поэтому он быстрее вращается. Чтобы ограничить момент движения – чтобы скорость не стала такой же, как у электродвигателя, – используется постоянный магнит, установленный у поверхности алюминиевого диска.
Классическая схема:
На изображении выше показаны магнитные поля, циркулирующие во время работы устройства. Они обозначаются ФI, ФU1 и ФU2. Остальные элементы схемы обозначены цифрами. Под номером 1 с обмоткой, обозначенной цифрой 2, стоит ведущий электромагнит. Якорь второго имеет маркировку 3 с линией питания 4, подключенной к нагрузке. Алюминиевый токопроводящий диск закреплен в точке 6, а 7 – это ось, на которой он расположен. 8 – редуктор, передающий крутящий момент на счетный механизм 9.
Устройство электросчетчика аналогичного этажа настолько простое, что индукционные электросчетчики были изготовлены и использовались еще в 19 веке.
Электронные счетчики
По большей части электронные измерительные устройства не содержат движущихся механических частей. Исключениями являются некоторые типы дисплеев, показания которых изменяются из-за работы шагового двигателя, который приводит в действие соответствующие шестерни внутреннего редуктора [YP.1] .
Механическое табло:
Были разработаны и даже вышли на рынок гибридные версии приборов учета, содержащие дополнительные функции, интегрированные с обычным индукционным счетчиком. Это системы связи, архивирования и дистанционного управления. Они не прижились из-за слишком высокой сложности работы, что привело к снижению общей надежности устройства.
Более простым вариантом было изготовление измерительного устройства, полностью состоящего из электронных компонентов, в том числе «умного» элемента управления в лице микроконтроллера. Последний не только выполняет названные функции, но и предоставляет множество дополнительных возможностей. Например, он рассчитывает полную мощность нагрузки, используя входные данные об активном и реактивном потреблении тока от соответствующих датчиков.
Блок-схема внутреннего устройства электронного счетчика:
Для каждой фазы используется своя комбинация трансформаторов тока и напряжения с датчиками, показания которых поступают на вход микросхемы аналого-цифрового преобразователя, откуда отправляются в микроконтроллер в виде кодовых последовательностей. В свою очередь, он рассчитывает потребляемый ток, отображая результат в киловатт-часах. Полученные значения отправляются дальше – на устройство отображения и в систему связи (если есть). Кроме того, рассчитанная информация постоянно хранится в энергонезависимой памяти. Кроме того, в определенные периоды, указанные в настройках, микроконтроллер помещает общее накопленное потребление в отдельные ячейки, что позволяет получить график нагрузочных мощностей за определенные периоды времени.
Кроме того, «умная» часть прибора учета отвечает за управление линией, ведущей к устройствам конечного потребителя электронного счетчика электроэнергии. Он может отключать потребителей по дистанционной или прямой команде или выполнять действие в контексте условия ограничения мощности. Это когда потребление на линии больше установленного лимита. Эта функция обеспечивается реле, подключенным непосредственно к микроконтроллеру, которое контролирует прерывание линии питания клиентских устройств.
Внутри электронного счетчика:
Схема электросчетчика в упрощенном варианте, представленная в приборе Texas Instruments, выглядит так:
На нем видны все основные элементы, включая трансформатор тока с маркировкой «CT», цифровой дисплей и обязательный тактовый генератор, необходимый для всех типов микроконтроллеров. Именно последний задает скорость и время реакции логической части.
По сути, любой существующий электронный счетчик электроэнергии построен на тех же элементах, что и в данном приборе. Конечно, при условии, что у разных производителей разные элементарные базы и некоторые компоненты могут быть добавлены для расширения конечной функциональности.
Преимущества и недостатки конкретных типов измерительных приборов
Главное достоинство импульсных измерителей – их простота, надежность и невысокая цена. Вот где заканчиваются профи. Механика изначально подвержена внешним воздействиям и не обеспечивает требуемого уровня точности. Не говоря уже о функциональном объеме. Основным из последних является отсутствие автоматической передачи данных оператору-поставщику энергоносителя. Это требует непосредственного участия людей в процедуре чтения, отключения или включения устройства.
Показания операторов ЖКХ:
У электронного счетчика этих проблем нет. Движущихся частей нет, компоновка более сложная, есть внутренние логические вентили. Все вышеперечисленное позволяет удаленно контролировать работу счетчика, получать информацию о текущих показаниях в режиме онлайн и проверять саму подачу энергии потребителям. Последние две функции нужны не только управляющим компаниям, но и позволяют интегрировать прибор учета в систему «умный» дом для предоставления информации потребителю. Что, в свою очередь, может, например, при наличии необходимого программного обеспечения не только отслеживать ситуацию в целом, но и автоматически оплачивать счета.
Помимо преимуществ, упомянутых выше, можно помнить, что физические принципы, лежащие в основе работы счетчиков аналогичного плана, не позволят искажать поступающие данные от устройств потребителей с методами, используемыми по отношению к устройствам измерения импульсов.
У цифровых счетчиков тоже есть недостатки. В основном вывод любого из элементов схемы приведет к ее полной неработоспособности, что немаловажно из-за низкого качества используемых деталей. На практике срок службы электронного счетчика меньше, чем у индукционного счетчика.
Подключение счетчика электроэнергии
Учитывая принципы работы электронного счетчика, пора переходить к практической части. В нем будет рассказано, как производится правильная установка однофазного и трехфазного счетчика.
Схема установки в существующей электросети указывается непосредственно на корпусе прибора или в документации к нему. Он отличается для сетей 220 В и 380 В (соответственно – одна или три фазы). Как правило, электросчетчик, независимо от его типа (электронный или индукционный), если он предназначен для работы от одной фазы, подключается по следующей схеме:
Установка трехфазного счетчика электроэнергии осуществляется несколько иначе:
Последовательность контактов может варьироваться от модели к модели.
Кроме того, бывают особые случаи, когда электросчетчик подключается не напрямую к линии, а через трансформаторы тока:
После установки счетчика (если, конечно, это сделано в интересах содержания личной информации) нужно обратиться к обслуживающему персоналу электроснабжающей организации. Последний проверит правильность подключения, снимет первоначальные показания прибора и исправит заводские данные. После этого проводится обязательная пломбировка прибора учета во избежание последующих изменений схемы подключения.
Примечания к точному курсу
Ранее упоминался класс точности счетчика электроэнергии. Обычно он указывается на корпусе устройства и определяет, насколько устройство чувствительно к линии потребления. Чем ниже значение, тем точнее его показания даже при малых нагрузках. Это и плюс, и минус счетчика. Для регулирующих организаций, чем чувствительнее устройство, тем выше доход. Для потребителей картина обратная. Никому не нужен счетчик, чтобы оценивать телевизор, микроволновую печь, стиральную машину или холодильник, находящийся в режиме ожидания, когда он не выполняет никакой активной работы и потребляет лишь «каплю» электроэнергии.
Слева внизу на плате, в кружке – класс точности прибора:
С практической точки зрения измерительные приборы не могут быть установлены ниже второго класса точности. Но такая чувствительность идеальна для домашних целей. В случае организаций лучше всего использовать первоклассный счетчик.
