Для учета потребленной электроэнергии используются электросчетчики. Объемы электрической энергии измеряются в киловатт – часах, (кВт*ч) которые насчитываются прибором учета в процессе потребления мощности.
Электрический счетчик учета электроэнергии имеется в каждом доме, но большинство людей не знают, как он работает и как устроен. В ниже приведенной статье будет дано объяснение принципа работы электросчетчика.
Из законов школьного курса физики известно, что электрическая мощность (P) прямо пропорциональна напряжению (U) и силе тока (I) в цепи: P=U*I.
Данный принцип используетсяв ваттметрах, где электромагнитное взаимодействие двух катушек (напряжения и тока) создает момент силы, отклоняющей стрелку прибора пропорционально текущей электрической мощности. Если мощность остается неизменной в течение некоего периода, то умножив показания ваттметра на данное время (часы), можно получить количество потребленной электроэнергии (кВт*ч).
Ваттметр — прибор для измерения мощности
Естественно, что при постоянно меняющихся нагрузках отслеживать показания ваттметра с секундомером было бы крайне непрактично. Поэтому придумали прибор (электросчетчик), где момент силы, возникающий от электромагнитного взаимодействия катушек напряжения и тока, используется для вращения привода счетного механизма. Теоретически можно считать, что напряжение в сети не меняется, значит, изменение силы электромагнитного взаимодействия катушек прямо пропорционально зависит от тока подключенной нагрузки.
Индукционный счетчик — вид изнутри
В качестве привода счетного механизма в счетчиках используется алюминиевый диск, где катушками напряжения и тока индуцируются вихревые токи, электромагнитное поле которых взаимодействует с магнитными полями данных катушек, создавая момент силы.
Поэтому электромагнитные механические счетчики еще называют индукционными . В индукционном электросчетчике магнитопроводы катушек тока и напряжения размещены под углом 90º и образуют зазор, в котором размещен алюминиевый диск, что позволяет создавать в нем момент силы для его вращения.
Устройство индукционного электросчетчика
Из школьной физики известно, что сила, постоянно воздействующая на тело без помех, заставляет его ускоряться до бесконечности. Таким образом, в идеальном механизме счетчика (без трения) постоянная мощность раскрутила бы диск до бесконечных оборотов. Поэтому в устройстве электросчетчика имеется постоянный магнит для торможения алюминиевого диска привода счетного устройства.
Поскольку алюминий является немагнитным металлом, сила торможения зависит только от скорости вращения диска. Правильная настройка баланса между ускоряющей диск силой и тормозным моментом позволяет установить зависимость вращения привода счетного механизма только от потребляемой мощности и устранить самоход и вращение в обратную сторону. По данному принципу работают индукционные однофазные и трехфазные счетчики электрической энергии, у которых на одном валу имеется два алюминиевых диска.
Трехфазный индукционный электросчетчик
Описанное выше устройство счетного механизма используется в различных моделях счетчиков электроэнергии на протяжении многих десятилетий благодаря простоте и надежности конструкции. Катушка напряжения, имеющая много витков, намотанная тонким проводом, диаметром 0,06 – 0,12 мм имеет большую стойкость к длительным перенапряжениям – очень часто однофазные электросчетчики находились под напряжением почти 380В из-за обрыва ноля, но в последствии продолжали исправно работать.
Токовая катушка имеет несколько витков с поперечным сечением, достаточным для того, чтобы выдерживать ток кратковременного короткого замыкания. Поскольку в индукционных электросчетчиках нет других электротехнических элементов и радиодеталей, они очень устойчивы к всплескам напряжения и электромагнитным влияниям разрядов молний. Простой и дешевый счетный механизм, состоящий из червячной передачи на валу алюминиевого диска и цифрового барабана, позволяет индукционным счетчикам исправно служить на протяжении десятилетий в сложных климатических условиях.
Несложное устройство счетного механизма индукционного электросчетчика
Из-за несовершенной конструкции, трения и старения механизмов индукционные электросчетчики имеют существенные недостатки:
Пломба на устаревшем индукционном электросчетчике является единственной защитой от несанкционированного доступа внутрь корпуса
Большинство описанных выше недостатков индукционных счетчиков на руку их владельцам, так как учет электроэнергии происходит с погрешностью, выгодной для получателя. Придумано множество способов обмана индукционного счетчика. Поэтому многие поставщики электрической энергии стараются заменить устаревшие убыточные для них электросчетчики на новые более точные гибридные или электронные счетчики электроэнергии у своих потребителей. В некоторых странах производится бесплатная замена устаревших индуктивных электросчетчиков в принудительном порядке.
Устаревшие и убыточные для поставщиков электроэнергии индукционные счетчики активно выводятся из эксплуатации
В электронных счетчиках электроэнергии потребляемая мощность рассчитывается по аналогичному принципу умножения силы тока и напряжения. Но, в отличие от индукционных счетчиков, где умножение происходило за счет составления электромагнитных потоков катушек тока и напряжения, в электронных электросчетчиках происходит преобразование в импульсы сигналов от датчиков. Данные импульсы суммируются в электронном счетном устройстве, или поступают на электромеханический привод цифрового барабана (гибридный счетчик).
Гибридный электросчетчик с электронной платой и механическим цифровым барабаном
Электронный счетчик электроэнергии имеет трансформаторы тока в силовой цепи и датчики напряжения. От данных датчиков сигналы поступают в преобразователь показателей силы тока и напряжения, где формируются импульсы с частотой, зависящей от учитываемой счетчиком мощности. Счетные импульсы поступают на микроконтроллер, формирующий поток цифровых данных, которые выводятся на дисплей, записываются в память, передаются через порты связи.
Плата электронного счетчика с датчиками — встроенными трансформаторами тока (ТТ)
Счетный импульс можно увидеть по миганию светодиода на табло электросчетчика. Рядом со светодиодом указывается число импульсов в киловатт*час для данного счетчика. Если имеется обозначение 1000 imp/kWt, то одна вспышка светодиода означает тысячную долю одного киловатт*час электроэнергии. Иногда пользователи считают вспышки за определенное время, если у них есть сомнения в правильности показаний своего счетчика.
Благодаря электронному устройству счетчика он имеет намного больше возможностей и функций, которые невозможно реализовать при помощи механического индуктивного электросчетчика:
Электронный счетчик в распределительном щите
Большинство приведенных выше функций являются бесполезными для обычного пользователя, а для мошенников значительно затрудняют воровство электроэнергии. Но для поставщиков электроэнергии учет при помощи электронных электросчетчиков позволяет избежать значительных убытков и хищения электричества, а также вводить и использовать дистанционный прием данных.
Поскольку электронные счетчики имеют меньшую погрешность, они ведут намного более точный учет электроэнергии, чем индукционные электросчетчики, считавшие киловатт*часы с выгодой для потребителя. Поэтому у пользователей, перешедших на электронные счетчики, есть жалобы и подозрения на умышленно неправильную работу их электросчетчиков, ведь раньше им доводилось платить меньше.
С точки зрения потребителя электроэнергии высокая точность и малая погрешность является недостатком, хотя электронный счетчик показывает реальное количество электроэнергии
Устройство электронного счетчика намного сложнее, чем индукционного, поэтому он является менее надежным , и имеется множество жалоб от пользователей, вынужденных менять за свой счет электросчетчики, которые перегорают по разным причинам. Большое количество полупроводниковых элементов в электронном счетчике делает его уязвимым от различного рода перенапряжений, ведь для питания схемы используется сетевое напряжение.
Сложная электронная плата счетчика уязвима от всплесков напряжения
Сложное устройство электронного счетчика и большое количество порой ненужных функций делает такой электросчетчик более дорогим, чем обычный индукционный. При этом, в случае поломки, электронные счетчики практически не ремонтируют, так как их необходимо отправлять на завод-изготовитель, где должен осуществляться трудоемкий процесс проверки каждого узла электросчетчика на предмет выявления неисправностей или отклонений. Скрупулезная проверка с последующей повторной сертификацией обходится очень дорого, поэтому электронные счетчики не подлежат ремонту.
Приветствую Вас, посетители сайта сайт. Из этой статьи вы подробно узнаете об внутреннем устройстве однофазного индукционного счетчика электрической энергии.
Электросчетчик- это стационарный прибор, предназначенный для ведения учета потребленной электроэнергии из сети, измеряемой в кВт∙ч.
Электросчетчик имеет две обмотки- напряжения 1 и тока 4, намотанных встречно на два разделенных магнитопровода (сердечника), расположенных перпендикулярно друг к другу. Обмотки с магнитопроводами представляют собой электромагниты. Между сердечниками находится алюминиевый диск 5, насаженный на ось, которая посредством червячной передачи 2 соединена со счетным устройством. Постоянный магнит 3 останавливает алюминиевый диск при выключенной нагрузке.
Вся нагрузка потребителей проходит через токовую обмотку, т.к. она включена последовательно, поэтому выполнена проводом сечением до 6 мм кв. (т.е. предельно допустимый ток электросчетчика) небольшим количеством витков и малым входным сопротивлением. Катушка напряжения подключена параллельно(выводы L и N) и намотана проводом сечением от 0,09 до 0,016 мм.кв. с числом витков 9000-11000.
При протекании переменного электрического тока по обмотке 4 и напряжения в обмотке 1 вокруг них появляются магнитные потоки Ф1 Ф2, которые усиливаются с помощью сердечников. Магнитные потоки пересекают края диска, наводя в нем вихревые токи, порождающие магнитные поля, а следовательно, и магнитные потоки. Взаимодействие последних с основными магнитными потоками приводит к вращению алюминиевого диска и,в свою очередь, счетного механизма.
Количество оборотов диска за единицу времени-нами потребляемая электроэнергия! Чем быстрее вращается диск, тем большее идет потребление электричества!
Для учета трехфазной нагрузки потребителей используются трехфазные индукционные счетчики, аналогичной конструкции.
В качестве расчетных приборов учета активной энергии используются однофазные и (или) трехфазные счетчики двух типов: индукционные и статические счетчики ватт-часов (электронные).
В настоящее время достаточно большое число установленных расчетных счетчиков активной и реактивной энергии - индукционные. Манипулируя расчетными параметрами таких счетчиков, схемами их подключения к сетям и различными способами подсчета потребляемой электроэнергии, можно осуществлять хищения электроэнергии в различных (и даже регулируемых) объемах.
Индукционным называется счетчик, в котором 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.
Принцип действия индукционного счетчика электрической энергии основан на принципе действия двухобмоточного асинхронного ЭД. Ротором является алюминиевый диск, который свободно вращается в двух магнитных зазорах катушек тока и напряжения. В одной катушке намагничивающая сила создается током нагрузки потребителя, во второй катушке намагничивающая сила пропорциональна величине напряжения питающей сети. Катушки напряжения и тока смещены в пространстве на 90 о и создают вращающееся магнитное поле, которое приводит во вращение алюминиевый диск. Движение диска передается на счетное устройство через передающую шестерню. Количество оборотов диска пропорционально количеству электрической энергии, протекающей в нагрузке.
Параллельная цепь индукционного счетчика электрической энергии состоит из П-образного сердечника и Т-образной перемычки, на которую одета катушка напряжения. Соединение катушки напряжения с сетью происходит через шунтовую перемычку.
Последовательная цепь (токовая катушка) состоит из П-образного сердечника и катушки. Соединена непосредственно с током нагрузки.
Наиболее точные показания счетчика наблюдаются в диапазоне 20-80% I ном. Номинальный ток не превышает, как правило, 5А.
Трехфазные счетчики отличаются количеством токовых обмоток и обмоток напряжения.
Бытовой однофазный счетчик U=220В, I ном =5А при нагрузках до 25Вт обладает зоной нечувствительности.
В однофазных сетях реактивная электрическая энергия не измеряется.
После изготовления счетчики проходят двойной метрологический контроль: органами технического контроля предприятия-изготовителя и органами технического контроля Госстандарта. После проверки счетчик опломбируется:
На нижний винт ставится пломба технического контроля предприятия-изготовителя;
На верхний винт устанавливается пломба органа Госстандарта.
В трехпроводных сетях с изолированной нейтралью трансформатора применяются трехпроводные двухэлементные счетчики типов САЗ(непосредственного включения или трансформаторные трехпроводные) и САЗУ (трансформаторные универсальные трехпроводные).
В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью трансформатора применяются четырехпроводные трехэлементные счетчики типов СА4 (непосредственного включения или трансформаторные четырехпроводные) и СА4У (трансформаторные универсальные четырехпроводные). В последние годы наблюдается тенденция перехода с индукционных счетчиков на статические счетчики ватт-часов (электронные).
В соответствии с ГОСТ индукционные счетчики должны давать показания расхода энергии в киловатт-часах (киловар-часах) непосредственно или при умножении показания счетного механизма на 10 n где п - целое число.
Счетчики электрической энергии характеризуются тремя основными расчетными параметрами: постоянной счетчика С, коэффициентом счетчика К ипередаточным числом счетчика А.
Постоянной счетчика С называется количество единиц электроэнергии (число ватт-секунд, ватт-часов или киловатт-часов), приходящихся на один оборот диска прибора. Постоянной статического (электронного) счетчика называется значение, выражающее соотношение между энергией, учитываемой счетчиком, и числом импульсов на испытательном стенде. Постоянная электронного счетчика выражается либо в импульсах на киловатт-час (имп/кВт-ч), либо в ватт-часах на импульс (Вт·ч/имп).
Коэффициентом счетчика К называется число, на которое нужно умножить показания счетчика для получения фактического расхода электроэнергии (кВт·ч).
Передаточным числам счетчика А называется число оборотов диска, соответствующее 1 кВт-ч. Передаточное число, как правило, указывается на табличке счетчика, например: 1 кВт-ч = 1500 оборотов диска.
Постоянная С индукционного счетчика и его передаточное число А взаимосвязаны:
Счетчики для однофазных сетей, или однофазные счетчики применяются в основном на вводах в индивидуальные дома или в квартиры в многоквартирных домах. Схема счетчика показана на рис. 1.
Рис.1. Схема включения однофазного счетчика.
Измерительная система счетчика содержит токовую обмотку 1 и обмотку напряжения 2. По токовой обмотке проходит потребляемый ток, а обмотка напряжения подключается на напряжение между проводами сети. На счетчике имеются зажимы для присоединения проводов, идущих от сети питания, и проводов в сеть потребителя. Обычно фазный провод присоединяется к зажиму 1, тогда нулевой должен присоединяться только к зажиму 3 (или 4), а не 2, потому что в последнем случае токовая обмотка окажется под напряжением, на которое она не рассчитана, и выйдет из строя. Тогда получается назначение зажимов: вход - 1 и 3, выход - 2 и 4. На счетчике под стеклом на панели имеется прорезь для цифр счетного механизма и надписи о данных счетчика, например, счетчик однофазный СО-И446, 220 В, 5...17 А, год изготовления, заводской номер.
Трехфазный индукционный электросчетчик можно рассматривать как два или три однофазных прибора, смонтированных в одном корпусе. Счетчики такого типа, как правило, однотарифные, изготовлены как стационарные с непосредственным включением или через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Трехфазные счетчики применяются в электроустановках, где используется трехфазный ток, а также на вводе установок, где используется однофазный ток, но подводятся три фазы, например, в жилых домах и учреждениях. На рис.2 показана схема счетчика, предназначенного для включения с трансформаторами тока в четырехпроводную сеть. Как видно из схемы, токовые обмотки счетчика присоединяются ко вторичным обмоткам трансформатора тока через зажимы 1 и 3, 4 и 6, 7 и 9. Зажимы 1, 4, 7 присоединяются к фазам и к первым выводам обмоток напряжения, вторые выводы которых соединены вместе и присоединяются к нулевому проводу.
Рис.2 Схема включения трехфазного счетчика.
Могут быть трехфазные счетчики для непосредственного включения, а также счетчики для включения с трансформаторами тока и напряжения. Счетчики непосредственного включения изготовляются на ток 5, 10, 20, 30, 50 А, а счетчики с трансформаторами тока, у которых первичный ток может быть различной величины в пределах от 10 до 10 000 А, вторичный ток - 5 А, изготовляются на ток 5 А.
Трехфазные счетчики, как и однофазные, имеют защиту от несанкционированного отбора электроэнергии. Смонтированы стопоры обратного хода, устанавливаются нестандартные винты, которые снимаются только специальным инструментом.
Трехфазные счетчики можно использовать как многотарифные или в автоматизированных системах учета.
Условия надежной работы счетчиков
Устройства, содержащие счетчики, должны устанавливаться в сухих помещениях, не содержащих агрессивных примесей в воздухе, с температурой в зимнее время не ниже 0 С. Счетчики не разрешается устанавливать в помещения, где температура часто может быть выше +40 С. В зимнее время разрешается подогрев счетчиков электрическими нагревателями, но так, чтобы температура у счетчиков была не выше +20 С.
Электросчетчик – прибор, необходимый для учета электроэнергии в быту и на производстве.
В зависимости от принципа работы он подразделяется на индукционный и электронный. В этой статье поговорим об индукционном счетчике.
Устройство индукционного счетчика. (Для увеличения нажмите) У индукционного счетчика имеется две катушки: тока и напряжения. Токовая катушка подключается последовательно, а катушка напряжения – параллельно.
Эти две катушки образуют электромагнитный поток. У токовой катушки он пропорционален силе тока, у катушки напряжения – сетевому напряжению.
Электромагнитное поле вращает алюминиевый диск, который с помощью зубчатой и червячной передачи соединяется со счетным механизмом и приводит его в действие. При работе счетчика наблюдается такая закономерность: «чем выше потребляемая мощность, тем быстрее вращается диск по оси».
Для начала нужно определиться с местом крепления прибора и приобрести необходимые инструменты.
В магазинах продают как полные комплекты для установки счетчика, так и отдельные детали. Выбор материалов зависит от модели прибора и от особенностей подключения.
Расположение счетчика обязательно вертикальное. Местом крепления может быть деревянный (металлический) лист или специальный защищенный короб. Прибор обязательно должен находиться в зоне свободного визуального контроля.
Перед установкой следует изучить общую схему электропроводки. Это позволит правильно определить тип и количество автоматических выключателей, а также мощность групп потребителей.
Схема подключения однофазного счетчика. (Для увеличения нажмите) Однофазные счетчики работают без подключения различных трансформаторов. Потребители электроэнергии питаются от одной фазы.
Такие счетчики устанавливают в жилых домах и небольших помещениях.
На аппарате имеются 4 клеммы. Они соединяются с общей электросетью и подают электроэнергию в дом.
Для установки счетчика необходимо:
Обратите внимание: обычно фазный провод имеет красный цвет. Проверить это можно с помощью индикаторной отвертки, если лампочка (индикатор) загорелась, значит это фаза.
Схема подключения трехфазного счетчика. (Для увеличения нажмите) Трехфазные счетчики считаются наиболее безопасными, так как потребители электроэнергии разделены на группы. Они предназначены для больших жилых и производственных помещений.
Такие счетчики измеряют активную и реактивную энергии, а также направление потоков. На приборе расположено 8 клемм.
Чтобы установить счетчик нужно:
Учет расхода потребляемой электрической энергии на объектах любой формы собственности осуществляется с помощью электросчетчиков. Правильный выбор прибора отражается на экономии электроэнергии, что является первостепенной задачей в настоящее время. Ни один объект не будет включен к сетям энергопоставляющих компаний без установки электросчетчика. Правила его выбора, места установки и подключения регламентируются нормативно-технической документацией, среди которых ПУЭ занимает основное место. Каждый домовладелец оформляет договор на подключение к сетям, где модель счетчика должна быть обязательно указана. Это необходимо для того, чтобы осуществлять поверку счетчика, периодичность которой для каждой модели устанавливается предприятием-изготовителем.
Счетчик для учета электроэнергии
О течественные и зарубежные производители выпускают огромный ассортимент электросчетчиков. Разобраться поможет классификация устройств по следующим признакам:
Конструкция счетчика зависит от принципа его работы и осуществляемых функций. Индукционный однофазный счетчик используется в однофазных переменных сетях и состоит из следующих частей:
Схематическое устройство однофазного электросчетчика индукционного типа
Принцип работы устройства заключается в следующем. 2 электромагнита представляют измерительный механизм счетчика. Они расположены под углом 90° друг к другу. В магнитном поле этих электромагнитов находится диск, выполненный из алюминия. Счетчик включается в работу путем подсоединения с электроприемниками токовой обмотки последовательно, а с электроприемниками напряжения – параллельно. При прохождении переменного тока по обмоткам в сердечниках возникают магнитные потоки переменной величины. Они пронизывают диск, в результате чего индуцируют вихревые токи. При взаимодействии последних с магнитными потоками создается усилие, которое вращает диск. Он, в свою очередь, связан со счетным механизмом, который учитывает частоту вращения диска. Цифры, расположенные на счетном механизме фиксируют расход электрической энергии.
При увеличении тока нагрузки возникает больший вращающий момент, что заставляет диск вращаться быстрее.
Принцип работы трехфазных индукционных счетчиков аналогичен выше описанному счетчику, с той лишь разницей, что их используют в трехфазных сетях переменного тока.
Вид спереди трехфазного индукционного электросчетчика со снятой крышкой
Вид сбоку со снятой задней частью корпуса трехфазного индукционного счетчика
С развитием электронных технологий появились счетчики учета расхода электроэнергии электронного типа. Принцип действия их довольно прост. Специальный преобразователь входные аналоговые сигналы с датчиков тока и напряжения преобразует в цифровой импульсный код. Он подается на микроконтроллер, который фиксирует количество потребляемой электроэнергии на дисплее изделия. Отсюда основными частями электронного счетчика являются:
Работа однофазных и трехфазных электронных счетчиков осуществляется по одним и тем же законам, с той лишь разницей, что в 3-хфазном осуществляется суммирование величин каждого из трех каналов.
Структурная схема работы однофазного счетчика электронного типа
Из схемы видно, что трансформатор тока включен в разрыв фазного провода, а трансформатор напряжения подключен к нулю и фазе. Сигналы величины тока и напряжения с помощью преобразователя преобразуются в мощность и частоту в цифровом виде, в дальнейшем микроконтроллер управляет оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), электронным реле и дисплеем, на котором отражается цифровая информация, фиксирующая расход электроэнергии на подключенном к счетчику объекте. ОЗУ в некоторых моделях может играть роль передатчика информации, что дает возможность контролировать работу счетчика на расстоянии.
Электронные счетчики для замеров расхода электроэнергии в трехфазных схемах, могут работать как в трех,- так и четырехпроводных цепях. Устройства хранят информацию с привязкой ко времени. Показания можно снимать за определенный период времени и фиксировать следующие показатели:
Все это позволило создать многотарифные счетчики для подсчета потребления электроэнергии в разное время суток, по дням недели или сезонам.
Из чего состоит и как работает счетчик потребления электроэнергии, расскажет видео ниже.
Разобравшись в устройстве электросчетчиков, с уверенностью можно сказать, что электронные аналоги намного лучше индукционных, они более точно отражают информацию, ее удобно считывать и просматривать, при необходимости дистанционно. Единственное преимущество индукционных счетчиков – это их цена, которая гораздо ниже, чем у электронных моделей.
