Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

Назначение и принцип работы

Электрический учет устроен на прямом измерении напряжения и тока: вся информация о потреблении электричества подается на индикатор и сохраняется в памяти устройства.

При этом, устройство обладает рядом преимуществ:

  1. Оно позволяет точнее считывать информацию, что препятствует краже электроэнергии.
  2. Обладает меньшими размерами по сравнению с механическими.
  3. Может автоматически переключаться по разным тарифам, не требуя присутствия человека, что позволяет экономить деньги.
  4. Электронные модели проверяют раз в 4-16 лет. Это необходимо для проверки правильности начислений. Проверкой занимается Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Примите к сведению: первая проверка проводится на заводе – ее дата указывается в паспорте прибора.

Одновременно с достоинствами обычно выделяют некоторые недостатки. К ним относят более высокую стоимость и их ненадежность: несмотря на уверения производителей, электронные модели приходится менять чаще механических. Последние способны работать несколько десятков лет, так как в них практически нечему ломаться.

Принципиальная схема электронного счетчика. (Для увеличения нажмите)

Подсчет электричества производится за счет преобразования сигналов тока и напряжения, «входящих» в прибор, в импульс, который он и подсчитывает.

Число последних при этом изменяется в соответствии с поступающей энергией. То есть, чем больше электричества будет израсходовано, тем больше импульса получит устройство и посчитает.

Вместе с подсчитывающим устройством электронный счетчик имеет дисплей, на котором отражаются изменения в потреблении тока, максимальное и минимальное значения, текущий тариф и другие необходимые хозяевам данные.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

Возможно, Вас заинтересует статья о

двухтарифных счетчиках электроэнергии

.

Статью о том, как снять показания с трехтарифного электросчетчика, читайте здесь.

Существует несколько видов учетных приборов. Их можно классифицировать:

  • по принципу работы (бывает двухтарифный однофазный счетчик и однотарифный)
  • устройства для учета электроэнергии с индукционным типом работы и электронным.
электронный прибор типа NIK 2102
Фото — электронный прибор типа NIK 2102

У индукционного количество поступающего тока в сеть измеряется при помощи обмоток. Они расположены прямо к специальным электроприемникам, при этом параллельно к обмоткам напряжения, благодаря чему возбуждаются при наименьшем воздействии. Когда электрический ток начинает поступать по этим обмоткам, происходит возбуждение магнитного поля, которое способствует возникновению вихревых токов.

индукционный СОЛО
Фото — индукционный СОЛО

Вместе с алюминиевым диском запускается в действие стрелочный механизм, который считает количество вращений диска и, соответственно, затраченные киловатты активной энергии. Главным недостатком системы является её большой размер, в большинстве случаев этот учетник значительно больше более привычных электронных.

Сейчас гораздо чаще, чем индукционный, можно встретить автоматический учетник. Он представляет собой статический микропроцессорный прибор. Главными действующими частями в нем является электронное реле и микроконтроллер. Контакты реле подключатся к проводам локальной электрической сети. При поступлении тока, его количество учитывается при помощи контрольных приборов и микроконтроллера. В сравнении с индукционными приспособлениями, самый просто электронный электросчетчик имеет следующие преимущества:

  1. Небольшие размеры, благодаря чему его можно устанавливать даже в маленький шкаф на din-рейку;
  2. Лучший показатель точности показаний. Во многом это зависит от микроконтроллера. Обращаем внимание, что в индукционном устройстве с этой целью применяется алюминиевый диск и механическое устройство;
  3. Статический вариант не имеет вращающихся частей, в отличие от устройства с магнитом, образующим МП;
  4. Электронный прибор может быть не только однотарифный и двухтарифный, но и трехтарифный. Это особенно удобно для контроля затрачиваемой энергии при производственных работах.
двухтарифный НИК 2104
Фото — двухтарифный НИК 2104

Естественно, у него есть и свои недостатки. Например, стоимость стандартного однофазного электронного счетчика электроэнергии значительно выше, чем индукционного. Стоит отметить, что у него более сложный монтаж из-за наличия микросхем.

Электрический счетчик предназначен для учета пройденного через него количества электроэнергии, которая измеряется в Вт/ч (ватт в час). Иными словами, по показаниям счетчика вы узнаете, сколько должны заплатить энергетикам за использованную электроэнергию.

Поскольку 1 Вт – единица не особо большая, в быту принято применять ее с кратной приставкой «кило», а количество электроэнергии в киловаттах, умноженных на часы (1 кВт/ч = 1000 Вт/ч). Практически все бытовые электросчетчики переменного тока оперируют именно такой величиной.

Разберемся, как работает счетчик. Независимо от типа все приборы учета используют принцип магнитной индукции, которая тем сильнее, чем выше питающее напряжение и ток, протекающий через прибор. Что касается типов электросчетчиков, то их три варианта:

  1. Механические. Их еще называют индукционными. Имеют две катушки – токовую и напряжения. В поле катушек помещен металлический (обычно алюминиевый) диск, в котором наводятся вихревые токи, заставляющие этот диск вращаться. Чем выше питающее напряжение и ток, тем сильнее поле и выше скорость вращения диска. Учет электроэнергии в этом случае производится при помощи механического счетного устройства – колесиков и шестеренок, связанных с диском.
  2. Электронные. В этих конструкциях тоже используются ток и напряжение, но их величины преобразуются в импульсы, количество которых в единицу времени зависит от потребляемой энергии. Эти импульсы поступают на электронную схему подсчета, данные заносятся в память и выводятся на цифровой дисплей.
  3. Электронно-механические. Количество энергии в этих устройствах также преобразуется в импульсы, но последние поступают на шаговый двигатель, приводящий в действие обычное механическое счетное устройство.

Слева направо: механический (индукционный), электронный и электронно-механический счетчик электроэнергии

Электронные электросчетчики

По принципу работы счетного механизма эти устройства бывают трех типов:

  1. Механические – в их основе шестеренчатый редуктор, который приводит в движение тот самый загадочный вращающийся диск.
  2. Электронные – подсчет ведет генератор импульсов, результаты отображаются на жидкокристаллическом дисплее.
  3. Гибридные – генератор импульсов работает в паре с шаговым электродвигателем, аналогичным тем, что работают в кварцевых часах. Результаты выдаются тем же способом, что и у механических приборов – цифрами на разрядных кольцах, приводимых в движение шестеренчатым редуктором.

Самое интересное в том, что принцип работы электросчетчика основан на одном и том же явлении – электромагнитной индукции.

Приборы учета с вращающимся диском нередко преподносятся как нечто архаичное и подлежащее замене. Энергоснабжающие организации могут просто вынуждать потребителей делать это, аргументируя тем, что электронные точнее. Но, поскольку дьявол кроется в деталях, давайте попробуем разобраться в том, стоит ли идти на поводу у монополистов.

  • Если класс точности менее 2,5. Он указан на лицевой панели прибора – цифра в кружке.
  • Количество целочисленных разрядов в показаниях менее пяти. Дробный разряд указывается кольцом красного цвета и его значение не учитывается.
  • Если прибор рассчитан на токи менее 30 ампер.
Предлагаем ознакомиться  Газонокосилка ручная принцип работы

Недостатки:

  • Невысокая точность измерений.
  • Большие габариты и вес, выглядят малоэстетично.
  • Могут шуметь.
  • Нельзя учитывать расход по многотарифному плану.
  • Для снятия показаний приходится лезть под потолок – неудобно и рискованно.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

Достоинства:

  • Учитывают только активную, полезную составляющую электрической энергии.
  • Не реагируют на потребителей мощностью менее 25 ват (например, светодиодные лампы).
  • Спокойно переносят перегрузки в сети, не выходят из строя в грозу.
  • Относительно дешевы.

Положительные качества:

  • Высокая точность измерений.
  • Малые габариты и вес.
  • Можно установить модель, учитывающую несколько суточных тарифов.
  • Есть возможность (при наличии блоков GPRS и Wi-Fi) снимать показания дистанционно и даже автоматически их отправлять поставщику.

Недостатки:

  • Учитывают не только полезную активную, но и реактивную, паразитную, составляющую электроэнергии.
  • Чувствительны к качеству поставляемого электричества, могут выходить из строя в грозу.
  • Хороший электронный счетчик электроэнергии не может стоить дешево.

Зная устройство, а также достоинства и недостатки приборов учета электрической энергии, вы без труда можете решить, стоит ли вам менять имеющийся, а если приобретать, то какой именно. Можно сказать точно, что счетчики с вращающимся диском не стоит считать архаикой и отказываться от них. Для сельской местности – это оптимальный вариант.

Имеется в виду нормальный законопослушный прибор, а не со встроенными особенностями типа пультов ДУ. Тут все будет зависеть от количества фаз, типа счетчика и его функционала. Самый простой однотарифный электронно-механический однофазный счетчик стоит относительно немного – в районе 700-800 р.

Но практически любая дополнительная функция повышает стоимость весьма существенно. Второй тариф, к примеру, запросто может эту сумму удвоить.

Из всего вышесказанного несложно сделать вывод – к выбору электросчетчика нужно подходить максимально ответственно. Любая невостребованная вами функция – немалая копеечка, выброшенная на ветер. А как говорится, если нет разницы, зачем платить больше?

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.

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.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

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;

Недостатки:

  • 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;

Преимущества и недостатки типов

Несмотря на одно назначение, счетчики различных типов сильно различаются не только по конструкции, но и по функционалу. Для того чтобы правильно выбрать прибор учета в каждой конкретной ситуации, необходимо эти различия знать:

  1. Механические. Просты по конструкции, долговечны, имеют невысокую стоимость. К недостаткам можно отнести однотарифность, низкую точность, плохую защиту от саботажа (краж), невозможность дистанционного управления и передачи данных. Устанавливаться они должны строго вертикально и не любят пыли, поскольку начинают неизбежно «врать».
  2. Электронные и электронно-механические. Имеют широкий функционал, высокую точность, хорошую защиту от саботажа. Возможны многотарифность, накопление и дистанционная передача данных, учет реактивной энергии. Поверять такие устройства нужно не чаще чем раз в 4-15 лет. К недостаткам чисто электронных типов можно отнести невозможность их работы при минусовых температурах (замерзает ЖК-дисплей).
Предлагаем ознакомиться  Беляши с грибами

И все-таки оно нагревается!

Наиболее наглядно устройство электросчетчика видно на примере однофазного бытового устройства механического типа. Его принципиальная схема приведена на рисунке ниже.

  1. Ш-образный сердечник
  2. П-образный сердечник
  3. Редуктор
  4. Постоянный магнит
  5. Диск

К клеммам 1 и 2, в которые зажимается фазный провод, подключена катушка с небольшим количеством витков, установленная на П-образный металлический сердечник. Она называется токовой, поскольку включение последовательное. К клемме 1 также подключен еще один провод, идущий на другую катушку с большим количеством витков и установленную на Ш-образный металлический сердечник.

Место соединения разъемное, крепежом является винт, называемый «винт напряжения», поскольку второй конец катушки соединен с клеммой 3, к которой подключается нулевой провод и соединение параллельное. Сердечники катушек расположены под углом 900 друг к другу, а в разрыве между ними находится край алюминиевого диска.

При прохождении переменного электрического тока через катушки в сердечниках наводится пульсирующее магнитное поле. Их произведением является вихревой магнитный поток, вращающийся всегда в одну сторону. По закону электромагнитной индукции этот вихрь наводит электрический ток в алюминиевом диске и понуждает его вращаться вслед за собой.

Все это очень напоминает устройство асинхронного однофазного электродвигателя с пусковой и рабочей обмотками. Различие только в том, что счетчик электроэнергии является измерительной машиной, поэтому для точности показаний в нем надо исключить все факторы, которые могут их изменить.

Например, момент инерции. Именно поэтому ротор, роль которого играет диск, выполняется из алюминия – наиболее легкого электропроводящего материала, не подверженного вторичному намагничиванию. Дисковидная форма выбрана по той причине, что побочным явлением электромагнитной индукции является нагревание металлов так называемыми токами Фуко.

В проводниках плоской формы они быстрее затухают. Это свойство используется, например, в высоковольтных трансформаторах большой мощности, первичная обмотка которых выполняется проводником прямоугольного сечения.

Вторым отличием механического счетчика от асинхронного двигателя является наличие в его конструкции тормоза – постоянного магнита, расположенного у края диска. Он нужен для того, чтобы вращение было равномерным, без ускорения, а остановка происходила мгновенно, без выбега. Положение этого магнита можно менять, меняя величину электрической мощности, на которую устройство не реагирует. Обычной заводской настройкой является 25 Вт.

Диск насажен на ось, на одном конце которой находится червячная шестерня. Через нее и приводится в действие редуктор счетного механизма. Смена положений обмоток действительно может привести к реверсированию. Для этого надо лишь изменить порядок подключения: фазу подать на клемму 3 и снять ее с четвертой. Для борьбы с мошенничеством в редукторе установлен храповой механизм, блокирующий вращение в обратную сторону.

Трехфазные счетные механические устройства устроены подобным же образом. Но есть тонкости: если схема построена с глухозаземленной нейтралью – фазы на выходе силового трансформатора подстанции соединены звездой и линия состоит из трех проводников, то в счетчике два диска на одной оси. А при обычном для линий до 1000 вольт соединении треугольником и наличии отдельной нейтрали (четыре провода) дисков три. При этом подсчет расхода электрической мощности ведется в любом случае, даже если задействована хотя бы одна фаза.

Принцип действия электронного счетчика основан на использовании второго, скорее побочного действия электромагнитной индукции – нагревании проводников. Температурные датчики – это могут быть термопары или терморезисторы, преобразуют тепло в электрический сигнал, который играет роль управляющего воздействия.

Подавляющее большинство электронных счетных устройств строятся на микросхемах серий МРС 3905, 3906 или 3909. Принципиально они состоят из трех модулей:

  1. Двух операционных усилителей (аналог катушек тока и напряжения).
  2. Генератора незатухающих колебаний, имеющего собственный блок питания и подключенного к одной из фаз.
  3. Счетчика импульсов.

Операционные усилители работают в паре с термодатчиками и подают электрический управляющий сигнал на генератор незатухающих колебаний, частота которых меняется в зависимости от его величины.

Если показания электросчетчика выводятся на жидкокристаллический дисплей, то количество импульсов за единицу времени учитывается отдельной микросхемой, преобразующей его в кодовый сигнал. При использовании механических редукторов импульсы поступают непосредственно на шаговый двигатель. Чем выше частота их следования, тем быстрее он вращается.

В трехфазных приборах электрического учета таких управляющих микросхем три, а в однофазных – одна.

Основные критерии выбора

На сегодняшний день ассортимент электросчетчиков настолько широк, что несложно и потеряться. Различные типы и мощности, классы точности, цены, в конце концов. Но выбирать все равно придется самому, поскольку консультироваться не у кого. Энергетикам и продавцам безразличны ваши расходы и проблемы.

Главное – им удобно и выгодно. Советоваться с соседом тоже бесполезно – велика вероятность, что он не разбирается в этом вопросе, но никогда в этом не признается. В лучшем случае посоветует то, что сам купил.

Выбор по типу

Тут сразу стоит оговориться – несмотря на всю привлекательность механических электросчетчиков, приобретать их не стоит. Ни новых, ни подержанных. Во-первых, их точность и защита от саботажа не отвечают сегодняшним требованиям энергетических компаний, и электрики просто откажутся его устанавливать. Даже если вы произведете установку такого устройства своими силами (дело нехитрое для любого рядового электромонтера-самоучки), то вам его никто не опломбирует.

Во-вторых, такой счетчик, даже полностью исправный, просто не пройдет очередную поверку по точности. Оставшийся выбор невелик – электронный или электронно-механический. Если вы живете в холодной климатической зоне или собрались устанавливать прибор учета на улице (в частных домах такое требование не редкость), то не стоит брать устройство с электронным дисплеем.

Предлагаем ознакомиться  Лейкоз у крупного рогатого скота

Все они выполнены по технологии ЖК и уже при нулевой температуре тухнут, хотя, отогревшись, полностью восстанавливают работоспособность.

Функционал счетчика

На функциональность стоит обратить особое внимание, поскольку от этого напрямую зависит ваш бюджет. Сделав неправильный выбор, вы либо сильно переплатите за бесполезные для вас, но весьма дорогостоящие функции, либо будете вынуждены через год-два, а то и сразу же покупать новое устройство. На что стоит обратить внимание:

  • Многотарифность. Электросчетчик может считать количество энергии в одном режиме, а может переключаться между двумя и более тарифами. Если ваш поставщик поддерживает, к примеру, ночной тариф, и вы можете этим воспользоваться, то имеет смысл взять многотарифный прибор. Но если тариф один или ночью вы предпочитаете спать, а холодильник все равно работает круглые сутки, то смысла переплачивать за эту функцию нет. Не нужен он и в том случае, если разница между ночным и дневным тарифами невелика – установка более дорогого устройства просто не окупится.
  • Дистанционная передача данных. Тут тоже все упирается в возможности и требования поставщика энергии. Если он снимает показания дистанционно, а не использует для этой цели контролеров, то может потребовать установку счетчика с возможностью дистанционного управления. Кстати, по этой же линии электросеть сможет отключить вашу квартиру или дом за неуплату. Для вас, конечно, эта функция бесполезна, но прежде чем идти в магазин, стоит уточнить у энергетиков, не является ли дистанционная передача показаний обязательной.

Количество фаз

Существуют однофазные и трехфазные приборы учета. Первые нередко называют двухфазными, но это неверно – таких счетчиков не существует, поскольку сетей с двумя фазами просто нет. Если ваша квартира получает питание по двум проводам, то достаточно обычного однофазного электросчетчика. Но если вы пользуетесь трехфазным оборудованием, то придется купить многофазный прибор, хотя он и стоит много дороже.

Тут выбор зависит от потребляемой вами мощности. Если у вас обычная квартира, то общая мощность электроприборов едва ли будет превышать 10 кВт. При напряжении в 220 В это будет соответствовать току в 45 А.

В этом случае счетчика на 50-60 А (указывается на корпусе и в сопроводительной документации) более чем достаточно. Если вы решаете вопрос, какой электросчетчик лучше поставить в частный дом, в котором несколько бойлеров и даже есть своя мастерская, то, возможно, ответом на него будет стоамперный прибор учета.

Этот счетчик выдерживает ток до 50 А и может работать с нагрузкой, потребляющей до 11 кВт

Согласно существующим правилам, погрешность измерения приборами учета не должна превышать 2%. Именно по этой причине энергетики в обязательном порядке осуществляют замену механических счетчиков электронными. Сегодня существуют приборы с погрешностью и 2, и 1.5, и 1 и даже 0.5%.

Во-первых, чем выше точность, тем дороже счетчик. Во-вторых, чем выше погрешность прибора, тем ниже его чувствительность. Если, к примеру, счетчик с точностью 2-2.5% не «увидит» зарядное устройство вашего мобильника, то высокоточный прибор не только посчитает электроэнергию, потраченную компьютером или телевизором в ждущем режиме, но и может реагировать на ток утечки в электропроводке!

Вполне понятно, какой счетчик электроэнергии лучше поставить в квартире — с максимально допустимой энергетиками погрешностью. Он и стоит дешевле, и платить за электроэнергию вы будете чуть меньше.

Чудо-приборы с пультами ДУ

Как это ни дико выглядит, но в Интернете и даже в реальных магазинах можно встретить электросчетчик… с пультом дистанционного управления. При помощи этого пульта вы можете дистанционно останавливать прибор или заставлять считать по другому тарифу.

На пороге контролер? Одно нажатие на брелок в кармане, и счетчик в норме. Не жизнь, а малина! Трудно сказать, как организации, клепающие такую продукцию, сосуществуют с законом, да это и не суть важно. Вопрос в другом: нужен лично вам такой прибор учета или нет?

Как заявляет производитель, и счетчики, и пломбы на них внешне ничем не отличаются от оригинальных. Но по заявлениям самих работников энергонадзора, они эти счетчики вычисляют влет. Причем как визуально, так и при помощи специальной аппаратуры, умещающейся в кармане. Штрафы в нашей стране за хищение электроэнергии жуткие – можете сами узнать в том же Интернете.

В случае вашего «провала» энергетики снимут с вас последние штаны и, в общем, будут не так уж и неправы. Но предположим, что электрики шутят и выявить подобный прибор не в состоянии.

Средний межповерочный интервал электросчетчика – 5 лет. По истечении этого срока у вас два варианта. Первый – нужно этот счетчик у самого себя украсть, написать заявление о хищении и отправляться в магазин за новым.

Промежуток времени между «кражей» и установкой нового прибора энергетиками вам придется, ясное дело, сидеть без света. Ну и если полиция найдет вора, то он (то есть вы) будет отвечать за ложное заявление. Второй вариант – сдать это чудо техники на поверку. Но если электрики не имеют права вскрывать кожух электросчетчика, то поверочная организация разберет его до винтика и ваш волшебный выключатель, конечно, вычислит.

Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

Все это безобразие будет отражено в протоколе поверки, сам протокол сперва попадет в руки вашим поставщикам электроэнергии, а после и в суд. Суд, в свою очередь, накрутит по полной программе, так что штраф за 5 лет хищений вы будете выплачивать полжизни. Вот и думайте – покупать такой счетчик, который, кстати, стоит раза в 2-3 дороже обычного, или не стоит.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector