Принцип работы электронных электросчетчиков

Классификация

Отечественные и зарубежные производители выпускают огромный ассортимент электросчетчиков. Разобраться поможет классификация устройств по следующим признакам:

• принципу работы (индукционные и электронные);
• количеству фаз или классу напряжения (одно,- и трехфазные);
• способу подключения (напрямую и через измерительные трансформаторы);
• количеству тарифов (одно-, двух,- и трехтарифные);
• типу тарификатора (внешний и внутренний);
• классу точности (0,2s; 0,2; 0,5s; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5);
• измеряемому току (базовый, стартовый и максимальный);
• типу интерфейсов (импульсный, ИК порт, RS 232, RS 485, волоконно-оптическую линию связи, CAN, PLC-модем и GSM).

Работа защитных переключателей

Чтобы правильно подключить устройство, необходимо понять принцип его работы.

Изделие состоит из корпуса, клемм, системы управления, устройства связи, дугогасительной камеры.

Контактная пара, расположенная на полюсе автомата, имеет дугогасительную камеру, которая контролирует напряжение. Камера состоит из пластин, охлаждающих электрическую дугу, возникающую при нарушениях.

В автоматах для счетчика может быть установлено несколько пар контактов. Двуполюсный выключатель имеет 2 пары контактов, движущуюся и неподвижную, и оснащен индикатором включения.

Магнитный расцепитель состоит из катушки, которая подключена последовательно к контактам. При аварии сердечник в катушке двигается под влиянием магнита и размыкает контакты.

Вызывает перегрузку в электросети превышенная общая мощность подключенных устройств. Поэтому к цепи подключаются автоматы для электросчетчика, которые отключаются при величине тока больше расчетной. Определяют необходимую величину, складывая мощность приборов, которые будут подключены в сеть, и делят полученное число на 220. Это и есть показатель перегрузки. Именно такую величину должен выдерживать провод.

Расчет величины, при которой выключится автомат в случае короткого замыкания, производят при строительстве здания, тогда же выбирают тип защитного устройства.

Основные характеристики цифровых счетчиков

На территории РФ приборы начали применять с момента приватизации энергетической отрасли и подорожания электричества. Электронные устройства обладают рядом положительных характеристик:

• точность показаний при быстрой перемене напряжения или его снижении;
• учет электроэнергии по нескольким тарифам;
• подсчет различных типов энергии с помощью одного аппарата;
• одновременно замеряется мощность, количество и качество энергоресурсов;
• хранение данных в памяти и наличие к ним пользовательского доступа;
• предотвращение несанкционированного доступа и хищения электричества;
• дистанционное снятие показаний и предварительный подсчет потерь;
• совместимость с автоматическими сервисами коммерческого учета электроэнергии.

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).

Подключение через ТТ

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

Конструкция счетчика зависит от принципа его работы и осуществляемых функций. Индукционный однофазный счетчик используется в однофазных переменных сетях и состоит из следующих частей:

• корпуса составного;
• двух обмоток: токовой и напряжения;
• двух магнитопроводов: обмотки тока и обмотки напряжения;
• противополюса;
• диска алюминиевого;
• механизма червячного типа;
• механизма счетного;
• магнита постоянного, служащего для торможения диска;
• оси, на которой закреплены счетный механизм, червячная передача и алюминиевый диск.

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:

• кожух защитный;
• трансформаторы измерительные тока и напряжения;
• преобразователь;
• микроконтроллера, являющиеся органом управления и передачи информации на дисплей;
• колодка клеммная для подсоединения эл. проводов.

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:

• активное потребление;
• реактивное потребление;
• действующие значения напряжения и тока;
• частоту в каждой фазе.

Все это позволило создать многотарифные счетчики для подсчета потребления электроэнергии в разное время суток, по дням недели или сезонам.

Надежность показаний и необходимость ремонта

Качественный цифровой электросчетчик отличается высокой точностью. Проверить параметры без нарушения целостности корпуса и пломб можно так:

1. После прекращения подачи напряжения индикатор останавливается. Если учет продолжается – устройство неисправно.
2. Счетчик всегда жужжит при работе, о неполадках свидетельствует самоход.
3. Показания искажаются при отключении всех бытовых приборов. Обязательно проверяется наличие самохода.

Тестирования лучше производить ночью, в условиях минимальной нагрузки на электросеть. Если самохода нет, импульсы индикатора отсутствуют на протяжении 15 минут. Импульс, возникший, когда подключение не произведено, означает поломку.

Потребители и профессиональные электрики рекомендуют несколько устройств.

Меркурий 201.8

Прочный бюджетный прибор с разрешением ЖК-экрана 7 разряда и классом точности 1. Рассчитан на сеть с напряжением 220-230 В и силой тока 5-80 А. Исправно работает в условиях жары и мороза при влажности до 90 %. Оснащен:

• модульным корпусом;
• измерительным токовым конвертером;
• винтовыми клеммами;
• светодиодной подсветкой зоны показаний.

Нева М. Т.123

Аппарат с рабочим напряжением 230 В и номинальным током 5 А. Гарантия изготовителя – 30 лет. Предназначен для измерения:

• частоты напряжения в сети;
• активной мощности электролинии;
• показателей токового напряжения и силы.

Модель имеет 1 класс точности, может устанавливаться в офисах, домах, торговых залах и квартирах.

Класс точности модели – 1. Она не подвергается климатическим, электромагнитным и механическим повреждениям. Устройство рассчитано на силу тока 5-60 А, рабочее напряжение 220-230 В. Может работать без сбоев при температуре от -45 до 70 градусов и влажности 98 %. Дополнительные возможности:

• шпунт;
• память энергонезависимого типа;
• интерфейсы связи;
• пользовательское перепрограммирование;
• вывод данных за нужный период времени;
• снятие информации без напряжения.

В память счетчика нельзя внести корректировки.

Трехфазный счетчик в электрощитке

Действующие нормативы устанавливают требование использовать при мощности потребителей от 15 до 20 кВт многофазные приборы учета. При данном показателе величина тока в цепи достигает 70 А, что недопустимо для квартир.

Трехфазная система является универсальной, поскольку обеспечивает безопасность эксплуатации бытовой техники, снижает температурную нагрузку на провод и предотвращает травматизм человека.

Устройство и принцип работы

Для учёта электрической энергии постоянного тока выпускают приборы постоянной величины, которые применяют только на предприятиях, эксплуатирующих мощное оборудование. Они выпускаются небольшими партиями и в бытовых целях не применяются.

Синусоидальной гармонической формы приборы переменного тока выпускают для учёта энергии с однофазной и трёхфазной системой напряжения.

К основным элементам, которые находятся внутри корпуса аппарата, относится:

• клеммная колодка;
• панель жидкокристаллического дисплея (ЖКИ);
• органы передачи информации и управления работой;
• измерительные трансформаторы;
• печатная плата с твердосплавными элементами;
• защитный кожух.

Внутренний алгоритм работы однофазных и трёхфазных приборов одинаковый. Через трансформаторные датчики поступают сигналы на входы микросхемы — преобразователя. С выхода микросхемы частотный сигнал поступает на вход микроконтроллера. Он складывает все пришедшие импульсы для получения количества энергии в киловатт-час.

Накопленная энергия записывается во флеш-память и выводится на монитор. Если напряжение в сети исчезает, то в памяти сохраняется информация о накопленной энергии. Она считывается микроконтроллером, а затем выводится на индикатор после восстановления напряжения. Счёт прибор продолжает с этой величины.

Для такого алгоритма нужно менее одного килобайта памяти микроконтроллера. Дисплей может быть 6−8-разрядный 7-сегментный ЖКИ и управляется контроллером.

Устройство и принцип работы

Прибор состоит из трёх одинаковых узлов (справа), цепей питания и микроконтроллера

Измерительный аппарат совместим с однофазными и трехфазными цепями переменного тока. Его конструкция представлена:

• корпусом из термостойкого пластика или металла с клеммной колодкой;
• дисплеем – ЖК-индикатором, где отображаются данные и время, или механическим;
• источником запитки электронной схемы;
• токовым трансформатором – выполняет функции измерителя;
• микроконтроллером, преобразующим сигнал на входе в электрические величины;
• телеметрическим выходом для интеграции с АСКУЭ;

• часами – позволяют отслеживать реальное время и даты;

  Внешний вид электронного электросчетчика

• супервизором – отслеживает колебания напряжения на входе и подает команду сброса микроконтроллеру, когда напряжение выключается либо включается;
• системой управления;
• оптическим портом, позволяющим снимать показания устройства.

Принцип работы цифрового счетчика электроэнергии заключается в прямом замере напряжения и тока. Он оцифровывает информацию, передавая ее на индикатор и сохраняя в памяти. Импульсы входных электронных твердотелых элементов создают под воздействием тока напряжения. Количество импульсов зависит от активности энергии.

Конструкция счетчика зависит от принципа его работы и осуществляемых функций. Индукционный однофазный счетчик используется в однофазных переменных сетях и состоит из следующих частей:

• корпуса составного;
• двух обмоток: токовой и напряжения;
• двух магнитопроводов: обмотки тока и обмотки напряжения;
• противополюса;
• диска алюминиевого;
• механизма червячного типа;
• механизма счетного;
• магнита постоянного, служащего для торможения диска;
• оси, на которой закреплены счетный механизм, червячная передача и алюминиевый диск.

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 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:

• кожух защитный;
• трансформаторы измерительные тока и напряжения;
• преобразователь;
• микроконтроллера, являющиеся органом управления и передачи информации на дисплей;
• колодка клеммная для подсоединения эл. проводов.

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:

• активное потребление;
• реактивное потребление;
• действующие значения напряжения и тока;
• частоту в каждой фазе.

Электросчётчик с дистанционным снятием показаний: особенности, назначение и преимущества

Приборы учёта электроэнергии, оснащённые системой удалённой передачи данных, отлично подойдут тем, кто не желает тратить время на снятие показаний, высчитывание потреблённых киловатт и суммы, которую нужно заплатить за них, а также стояние в очередях в кассу. При установке счётчика с удалённой передачей данных поставщик получает необходимую информацию о потреблённой клиентом электроэнергии в автоматическом режиме без человеческого участия. Подобные приборы также помогают мониторить уровень потребления электроэнергии и на основании полученных данных корректировать свою работу, добиваясь большей эффективности.

С новыми счётчиками высчитывание потреблённых киловатт и заполнение квитанций уходит в прошлое

Назначение информационно-измерительных систем

Системы, специально разработанные для сбора информации о показателях приборов учёта, осуществляют передачу данных поставщику услуги посредством всемирной сети Интернет. Считывание необходимой информации и последующая отправка данных на сервер энергокомпании-поставщика осуществляется посредством специального программного обеспечения. Функционирование подобных систем полностью автоматизировано.

Счётчики электроэнергии с передачей данных применяются для автоматизации таких процессов, как сбор и отсылка информации поставщику, а также анализ уровня энергопотребления. Задействование информационно-измерительных систем в работе энергетических компаний-поставщиков позволяет не только получить данные о потребляемой электроэнергии, но и приобрести ряд возможностей, ранее недоступных при использовании традиционных приборов учёта. К таким возможностям можно отнести следующее:

• приборы учёта теперь работают в нескольких тарифных режимах;
• потребитель может быть отключён или подключён к системе энергоснабжения удалённо;
• более тесное и эффективное сотрудничество с потребителем, на основании условий договора;
• передача предупреждающих уведомлений, которые точно дойдут до потребителя;
• эффективный анализ полученных данных для более эффективной работы и т.п.

Чтобы снять показания, достаточно нажать всего одну кнопку

Статья по теме:

Преимущества и недостатки системы автоматической передачи данных

Установив у себя дома электрический счётчик с дистанционным снятием показаний, даже рядовой потребитель электроэнергии получает ряд неоспоримых преимуществ. К достоинствам информационно-измерительных систем следует отнести следующее:

1. Помощь в решении споров между потребителем и поставщиком. Поскольку есть возможность ежедневного снятия показаний, то можно исключить конфликты, которые возникают при проблемах с квитанциями или в случае нерегулярной передаче данных абонентом.
2. Контроль данных счётчика, установленного, например, в гараже, на даче или в квартире, сдаваемой в аренду.
3. Высокая точность расчётов при переключении с одного тарифа на другой. В том случае если показания по дате изменения тарифов отсутствуют, то поставщик электроэнергии осуществляет начисления за предоставленную услугу, опираясь на среднее значение. Традиционно, расчёты выполняются в пользу энергокомпании, а подобные приборы учёта помогают избежать таких недоразумений.
4. Возможность дистанционного управления работой электросчётчика позволяет использовать его в системе «умный дом» для предварительного включения обогревательного контура в квартире или доме. Посредством смартфона с установленной специальной программой можно включить систему обогрева за несколько часов до прихода домой.
5. Безопасность. В том случае если владелец квартиры или дома забыл выключить электроприборы, то можно обесточить жильё удалённо, отключив прибор учёта со своего смартфона или компьютера.
6. Практичность. Пользователь теперь может не тратить время на снятие показаний, передачу данных поставщику и оплату потреблённой электроэнергии.

Индукционные счётчики электроэнергии всё больше вытесняются электронными приборами

Преимущества и недостатки по сравнению с традиционным учётом

Без средств автоматизации эффективный учёт электрической энергии становится невозможным.

«Армия» счётчиков, с которой нужно снять показания, или получение такого же количества звонков от абонентов – это сложно. Затем нужно занести бесконечный поток цифр в компьютер, обработать их, распечатать квитанции и снова разослать. И при этом не ошибиться.

Для чего выполнять такой гигантский объём работы малоэффективными методами, когда существуют АСКУЭ? Конечно, незачем. Пользователями автоматизированной системы учёта уже стали:

• Многоквартирные дома.
• Коттеджные поселки (там устанавливают счетчики АСКУЭ с пультом на столбе).
• Населённые пункты сельской местности.
• Садоводческие товарищества.
• Гаражные кооперативы.
• Сельскохозяйственные сообщества.
• Промышленные предприятия.
• Организации коммунального профиля.
• Строительные фирмы.

А в условиях сурового климата, больших расстояний, труднодоступности отдельных объектов учёта, система просто безальтернативна.

АСКУЭ обладает множеством достоинств:

• Постоянный сбор информации от приборов учёта с накоплением и обработкой на сервере, отображаемой на экране монитора.
• Точный учёт потребляемой электроэнергии.
• Автоматический контроль уровня энергопотребления в соответствии с заданными параметрами, с возможностью удалённого воздействия.
• Длительное сохранение накопленной информации в удобном формате.
• Возможность оперативной диагностики данных.
• Быстрое получение сведений о расходовании электроэнергии за любой период времени.
• Удобство анализа структуры энергопотребления с целью её последующей оптимизации.
• Выявление хищения из-за безучётного потребления, несанкционированного доступа, паразитного подключения, обмана приборов учёта с помощью технических средств. Обмануть счетчик АСКУЭ практически невозможно. Находятся умельцы, которые перепрошивают такие счетчики, но новая система обнаружит обман с помощью специальных алгоритмов.
• Мгновенная фиксация отклонения параметров питающей сети, что позволяет оперативно выявлять аварийные ситуации.
• Прогнозирование уровня потребления на необходимую перспективу.

К недостаткам автоматизированной системы учёта относятся:

• Высокая стоимость, компенсируемая быстрой окупаемостью.
• Риски механических повреждений участков сети.
• Нестабильность сигнала в случае сильных электромагнитных воздействий или возникновения условий экранирования приборов учёта.
• Информационная уязвимость передаваемых данных.

Несмотря на недостатки, система достаточно удобна, что подтверждает опыт её эксплуатации. А выявленные недостатки могут быть устранены на стадии проектирования конкретной АСКУЭ.

Обозначение показателей цифрового счетчика

На основании данных электронного счетчика определяется несколько показаний:

• Энергозатраты за конкретный временной период. Понадобится вычесть из конечных показаний начальные. При необходимости расчетные данные умножают на коэффициент трансформации;
• Подключение бытовой техники и освещения в определенный момент. Устанавливается по загоранию/выключению светового индикатора.
• Параметры мощности, величины проходящего тока, процессы перегрузки сети и счетчика.

Цифровые приборы можно запрограммировать на дневную и ночную тарификацию. Для этого достаточно выбрать время подсчета.