Устройство и принцип действия счетчиков электроэнергии

Виды счетчиков электроэнергии

Классификация приборов учета электрической энергии осуществляется в зависимости от следующих параметров:

• тип подключения;
• измеряемая величина;
• особенности конструкции.

Рассмотрим каждый из пунктов отдельно. По типу подключения счетчики подразделяются на два основных вида:

• устройства с прямым включением в силовую цепь;
• счётчики, подключаемые к силовой цепи посредством измерительных трансформаторов (так называемое «трансформаторное включение»).

Первый тип приборов предназначен для бытового учета, в то время как трансформаторы необходимы для крупных зданий и предприятий, потребляющих ток большой силы (более 100 ампер).

В зависимости от измеряемой величины приборы учета электроэнергии подразделяются на следующие типы:

• однофазные (для тока 220В с частотой 50Гц);
• трехфазные (для тока 380В с частотой 50Гц).

Стоит отметить, что современные трехфазные счетчики, имеющие электронную конструкцию, способны производить и однофазный учет.

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют три группы устройств для учета электрической энергии:

• Индукционные (электромеханические электросчетчики). Приборы, работа которых основана на действии электромагнитного поля. Неподвижные проводники в форме катушек, через которые проходит ток, создают магнитные импульсы. Они приводят в движение специальный механизм, который представляет собой подвижный вращающийся диск. Количество потребляемой электрической энергии в индукционных устройствах вычисляется по количеству оборотов этого диска.
• Электронные (статические электросчетчики). Принцип работы этих устройств выглядит следующим образом: твердотельный измерительный элемент преобразует входящие аналоговые сигналы переменного тока и напряжения в счетные импульсы, число которых и показывает значение измеряемой активной энергии. Счетный механизм имеет электромеханический или электронный тип конструкции и, помимо измерительного элемента, включает в себя устройство для хранения полученных значений и дисплей для вывода результатов.
• Гибридные устройства. Модели этой группы представляют собой промежуточный вариант. Они оборудованы цифровым интерфейсом, но измерения в них производятся с помощью электромеханического метода. В настоящее время данные устройства встречаются нечасто, так как уступают электронным электросчетчикам в цене и функциональности.

Доработка электросчетчика

Заводской счетчик электроэнергии не получится остановить при помощи пульта, обязательно требуется его предварительная доработка. Полученный в результате умный счетчик внешне выглядит как оригинальный прибор учета. Выявить несоответствие будет сложно даже после разборки корпуса.

Модели счетчиков электронного типа оснащены микропроцессорами. В этом случае учетное оборудование дорабатывается путем установки контроллера для блокировки штатной цепи.

Для переделки электросчетчика проводится ряд действий:

• снимаются пломбы и голограммы, установленные заводом-изготовителем;
• разделяются две половины крышки корпуса;
• устанавливается дополнительный контроллер;
• собирается корпус;
• восстанавливаются пломбы.

Таким образом, отключение конкретного счетчика возможно только собственным ПДУ, не влияющим на другие приборы.

Какими бывают электрические счетчики

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.

Плюсы и минусы электронных приборов

К положительным сторонам можно отнести:

• многотарифность;
• возможность ведения учета в двух направлениях;
• легкий доступ к данным;
• возможность долговременного хранения данных об потреблении электроэнергии;
• на экран выводится мощность и объем потребляемой энергии;
• высокий класс точности;
• фиксация всех попыток несанкционированного хищения электричества;
• возможность получить данные счетчика дистанционно;
• незначительные габариты.

Что касается недостатков таких устройств, то их крайне мало:

• высокая чувствительность к колебаниям напряжения;
• повышенная цена в сравнении с индукционными;
• сложность, а зачастую и невозможность ремонта.

Смотрите видео, в котором специалист разъясняет особенности устройств различных типов счетчиков электроэнергии:

Классификация электросчетчиков по способам подключения

В зависимости от схемы подсоединения к сети электропитания, различают такие типы приборов учета:

• прямого подключения — соединяются с электросетью напрямую. Устанавливаются на объектах с небольшой общей мощностью электрооборудования;
• полукосвенного подключения. Обмотки напряжения подсоединяются к электросети напрямую. Обмотки электротока подсоединяются к сети через трансформаторы. Рекомендованы для эксплуатации на объектах совокупной мощностью до 3 МВт (общедомовые электросчетчики многоквартирных зданий, супермаркеты, торговые и развлекательные центры, предприятия, поселки);
• косвенного — соединяются с электросетью исключительно через трансформаторы. Устанавливаются на электроподстанциях.

Установка

Трехфазные приборы заметно отличаются от однофазных электрических счётчиков, и способны функционировать в условиях значительной мощности электросети.

Однофазный прибор может эксплуатироваться при номинальной мощности не выше 10 кВт.

Трехфазные приборы учёта пригодны для использования в условиях номинальной мощности в 15 кВт и более.

Такие приборы учёта относятся к категории многофункциональных, поэтому применяются не только в бытовой сети, но и при выполнении контроля трехфазных двигателей.

Однофазные

Самым простым вариантом является однофазное подключение, выполняемое посредством кабелей и нагрузки. Провода «заземление», «фаза» и «ноль» должны подключаться на вход электросчётчика и выход из прибора учёта. Перед электросчётчиком требуется установить устройство автоматического выключения, что сделает эксплуатацию максимально безопасной и удобной.

Конструкцией стандартного электросчетчика предусмотрено наличие шины, представленной обычной медной планкой. Фиксация планки осуществляется диэлектрическими зажимами. По всей длине проделаны отверстия, позволяющие легко подводить и надежно крепить все электрические кабели.

Схема подключения однофазного счетчика

Стандартная пошаговая схема самостоятельного подключения однофазного индукционного счётчика электроэнергии:

• установка и фиксация прибора учёта в щиток;
• установка выключателей на DIN-рейке и фиксация при помощи подпружиненной защелки;
• установка шин заземляющего и защитного типа на DIN-рейке или изоляторах щитка;
• подключение нагрузки на выключатели и последующее соединение автомата со счетчиком;
• подключение электросчётчика;
• подключение «фазы» на нижние зажимы выключателя, соединение нулевой шины с кабелем «ноль» и проводов заземления с заземляющей шиной;
• установка перемычек на зажимы;
• подключение электрического счетчика на нагрузку;
• отключение подачи электричества, соединение провода «ноль» с третьей клеммой прибора учёта и подключение кабеля «фаза» на первую клемму.

На заключительном этапе проверяется работоспособность установленного оборудования на минимальной и максимальной нагрузке.

Обязательно нужно обратиться в организацию энергосбыта для того, чтобы установленный самостоятельно прибор учёта электрической энергии был проверен, а затем опломбирован специалистами.

Трехфазные

Трехфазный прибор учёта расходуемой электроэнергии принято относить к категории более безопасных счётчиков, что обусловлено разделением потребителей на отдельные группы. Такой тип электросчетчика способен измерять не только активную, но и реактивную энергию с учётом потокового направления.

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

Стандартная трёхфазная модель имеет восемь клемм, поэтому подключение осуществляется в следующем порядке:

• подключение общесетевых кабелей с одинаковой цветовой маркировкой на первую, третью, пятую и седьмую клеммы;
• подключение квартирных кабелей с одинаковой цветовой маркировкой на вторую, четвертую, шестую и восьмую клеммы.

В процессе самостоятельной установки в обязательном порядке должна соблюдаться схема, учитывающая подключение входных кабелей посредством четырёхполюсника от вводного автомата.

После выполнения установки, прибор учёта обязательно должен пломбироваться и ставиться на учет специалистами энергоснабжающей компании, которые фиксируют стартовые показания счетчика и выдают разрешение на эксплуатацию.

Снятие показаний

Общие показатели расхода электрической энергии определяются на шкале значений всеми цифрами, расположенными до запятой. Последнее число, которое выделяется рамкой красного цвета, отображает десятые доли одного киловатта, и при выполнении расчётов не учитывается.

Оплата счёта за израсходованное количество кВт осуществляется в соответствии с тарифами, которые устанавливаются в каждом регионе индивидуально.

Безусловно, индукционные счетчики имеют большой ресурс эксплуатации и на их работоспособность не оказывают влияния как скачки напряжения в сети, так и качество передаваемого тока, но сэкономить на оплате электроэнергии за счёт многотарифной системы расчёта, увы, не получится.

Схема подключения электрического счетчика

Наглядная схема подключения однофазного электрического счетчика в стандартных электрощитах следующая:

схема подключения однофазного электрического счетчика

Примечание: фаза «А» обозначена желтым цветом, фаза «В» — зеленым, фаза «С» — красным, нулевой провод «N» — синим цветом, заземляющий проводник «PЕ» — желто-зеленым. Вместо пакетного выключателя может быть установлен двухполюсный автомат. Схема подключения индукционного счетчика не отличается от схемы подключения электронного.

Наглядная схема подключения трехфазного электрического счетчика прямого включения в четырехпроводной сети напряжением 380 вольт:

схема подключения трехфазного электрического счетчика

Примечание: фаза «А» обозначена желтым цветом, фаза «В» — зеленым, фаза «С» — красным, нулевой провод «N» — синим цветом, заземляющий проводник «PЕ» — желто-зеленым.

Обязательно соблюдение прямого порядка чередования фаз напряжений на колодке зажимов счетчика. Определяется фазоуказателем или прибором ВАФ. Прямой порядок чередования фаз напряжений — АВС, ВСА, САВ (по часовой стрелке).

Обратный порядок чередования фаз напряжений — АСВ, СВА, ВАС, создает дополнительную погрешность и вызывает самоход индукционного счетчика активной энергии. Счетчик реактивной энергии при обратном порядке чередования фаз напряжений и нагрузки вращается в обратную сторону.

Устройство индукционного счетчика

Индукционный счетчик состоит из двух основных электромагнитов, они расположены между собой под острым углом в 90 градусов напротив друг друга. В магнитном поле находиться алюминиевый диск, именно он и показывает нам расход энергии.

Чтобы включить счетчик в цепь, необходимо его токовую обмотку соединить со всеми электроприемниками последовательно. Обмотка напряжения подключается параллельно. Во время прохождения электрического тока по обмоткам индукционного счетчика в сердечниках возникают переменные магнитные потоки, оно пронизывают алюминиевый диск и индуцируют в нем так называемые вихревые токи. Будет интересно узнать, какой счетчик лучше поставить в доме.

Вихревые токи взаимодействуют с магнитными потоками и создают усилия, с помощью которого и начинает крутиться диск. Диск непосредственно связан со стандартным счетным механизмом. В зависимости от частоты вращения диска и происходит учет потребляемой электрической энергии.

Следующим образом выглядит схема устройства электрического счетчика.

Сделаем небольшую расшифровку:

1. Обмотки тока.
2. Обмотки напряжения.
3. Механизм червячный.
4. Механизм счетный.
5. Диск из алюминия.
6. Магнит, который притормаживает работу диска.

Схему выше мы с вами уже рассмотрели, теперь посмотрите, как выглядит электрический счетчик в разрезе (вживую).

Если потребляемая электроэнергия большая, тогда используются трехфазные индукционные счетчики, принцип их работы схожий с однофазным.
Смотрите видео, как устроен электрический счетчик.

Реклама:Счетчики с пультом дистанционного отключения (пломбы, галограммы, паспорт, безупречное качество) —napulte.com

Устройства “экономии” электроэнергии —k-r-m.ru

Существуют три основных вида электросчетчиков:

Индукционные или механические. Они наиболее простые и дешевые, но, имеют ряд недостатков, это большая погрешность, отсутствие возможности тарификации измерений, отсутствие возможности дистанционного снятия показаний.

Гибридные счетчики электроэнергии. В них используется цифровой интерфейс, индукционная или электрическая измерительная часть и механическое счетное устройство.

Электронные (цифровые) счетчики дороже, но имеют ряд преимуществ. Они обладают высокой точностью измерения, удобный интерфейс отображения (ЖКИ дисплей) и удобный набор функций, срок службы счетчиков составляет 30 лет. В электронных счетчиках есть возможность установки разных тарифов, и возможность включения в общую систему (сеть АСКУЭ) с возможностью дистанционного снятия показаний. Как правило, такие счетчики обладают автокорректировкой по температуре.

Какие электросчетчики лучше?

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.

Когда действительно стоит менять

• 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.

Достоинства и недостатки механических приборов

• 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.

• 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.

Достоинства и недостатки электронных приборов

• 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.

• 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.

{SOURCE}

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.

Виды счетчиков

Счетчики механические — более старые модели, поэтому именно в таких приборах возникает больше поломок. Это связано, прежде всего, с износом механизма и особенностей конструкции. Такой тип приборов еще называют индукционными. Механический счетчик состоит из таких частей:

• токовой катушки;
• катушки напряжения;
• диска;
• счетного механизма;
• постоянного магнита.

Все эти элементы компактно установлены в корпус, выполненный из диэлектрического материала.

Конструкция электронного счетчика значительно отличается от индукционного и содержит в себе всего несколько печатных плах с электронным табло. Они значительно компактнее и имеют меньший вес.

Виды счётчиков

Ассортимент приборов учёта подразделяется на разные виды.

• Электромагнитные конструкции функционируют благодаря взаимодействию движущегося потока воды с магнитным полем. Образуется так называемая индукция, с которой снимают данные учётные приборы. Скорость данного процесса пропорциональна течению воды. Такими моделями в основном оснащаются промышленные объекты.

• Тахометрические устройства осуществляют подсчёт воды благодаря особенному размещению вращательного элемента, который оказавшись в самом эпицентре потока (в трубе) позволяет производить учёт количества проходящей по трубопроводу жидкости.

• Ультразвуковые модели учитывают текущую воду в водопроводной трубе благодаря акустическому эффекту прибора.

• Вихревые счётчики функционируют с помощью рабочего элемента, который размещается в просвет трубопровода. При воздействии на него потока воды возникают вихри. За основу подсчёта берётся показатель пропорциональности частоты вихрей к скорости потока.

Приборы учёта воды делятся также на раздельные модели, которые предназначаются отдельно для горячей и холодной воды, а также компактные устройства, снимающие показания одновременно с двух водопроводов (с холодной и горячей водой).

Это становится возможным благодаря оснащению устройства термодатчиком. Цена совмещённых моделей на порядок выше раздельных счётчиков, что обусловлено исключительно удобным монтажом и эксплуатацией. Других преимуществ данный вид не имеет.

Система допуска к паролям

В современных приборах предусмотрена функция, позволяющая ограничить права потребителей в допуске к оборудованию и его настройкам. Возможности пользователей определяются уровнем пароля.

Нулевой уровень устанавливается для возможности просмотра и снятия показаний непосредственно на счетчике или дистанционно, а также для синхронизации по времени и корректирования данных. Такое право предоставляется тем, кто имеет допуск на работу и обслуживание прибора, установленного у потребителя.

Первый уровень допуска позволяет осуществлять наладочные работы на месте монтажа прибора и вносить в оперативную память изменения настроек, параметров работы. Все вносимые изменения не должны влиять на критерии коммерческой эксплуатации.

Вторым уровнем допуска предусмотрена возможность сбора информации с учётного прибора сотрудникам энергонадзорных органов после того, как он установлен и подготовлен к вводу в эксплуатацию.

Счетчики электроэнергии — необходимое оборудование в бытовых и промышленных условиях, позволяющее наладить правильную и стабильную работу сетей, своевременно определять неполадки и осуществлять контроль над объёмами потребления энергоресурса.

https://youtube.com/watch?v=nENCY1YWa9w

Принципиальная схема электросчетчика

Принципиальная схема счетчика электроэнергии на микросхеме AD7755

Схема работы всех видов электрических приборов не имеет принципиальных отличий, все они похожи.

Для замера мощности задействовано несколько простых датчиков:

• Датчики напряжения, работа которых основывается на схеме известного делителя.
• Датчики тока на основе обыкновенного шунта, сквозь который проходит фаза электрической магистрали.

Сигнал, который фиксируется этими датчиками, мал, поэтому его требуется усиливать при помощи электронных усилителей. Потом осуществляется аналогово-цифровая обработка для трансформации сигналов и их перемножения.

Следующие этапы – фильтрация оцифрованного сигнала и вывод на дисплей прибора данных:

• интегрирования;
• индикации;
• передачи вычислений;
• преобразование.

В этой схеме используемые входные датчики не способны обеспечить измерения высокого класса точности векторов, следовательно, и расчет мощности.

Если в сравнении рассматривать принципиальную схему работы однофазного электронного прибора учета, в ней дополнительно ТН подсоединен к нулю и фазе, а ТТ – неотъемлемая составляющая разрыва фазного провода. Поскольку сигналы поступают из двух трансформаторов, дополнительное усиление сигнала не требуется. Все дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, он осуществляет управление дисплеем, оперативным запоминающим устройством и электронным реле. Выходной сигнал через ОЗУ может дальше передаваться в информационный канал.