Устройство счётчика электроэнергии с автоматической передачей данных
Типичные компоненты измерительного прибора
На снимке отмечен экономный дисплей на жидких кристаллах (1). Для упрощения считывания показаний в тёмное время суток его дополняют встроенной подсветкой. Рядом находятся контрольные сигнализаторы питания, поломок электросчётчика. Здесь для внесения данных установлена цифровая панель (2). Чтобы предотвратить несанкционированные действия, крепления корпуса пломбируют в нескольких местах (3). В нижней части обозначены клеммы (4), через которые электросчётчик включают в цепь сети питания.
Также применяют блоки управления с меньшим количеством кнопок для перемещения по меню в нескольких направлениях и подтверждения выбранной операции
Технология измерений
Электросчётчики, передающие показания, выпускают в модификациях для двух- и трёхфазных сетей переменного тока. Общие принципы измерения в том и другом варианте одинаковые. Однако в многофазной технике применяют специальные блоки для суммирования показаний нескольких каналов.
Электрические компоненты, определяющие потребляемую мощность
Чтобы измерение было корректным, надо учитывать активную и реактивную составляющую.
Соотношения токов и напряжений
Если взять для примера однофазную цепь, можно отметить неизменность тока на всех участках. Однако напряжение изменяется не только от величины и типа сопротивления. На активном (1) – вектора совпадают, на реактивных (2 и 3) – отклоняются. На рисунке видно опережение/отставание по углу дли индуктивной/ёмкостной нагрузки, соответственно.
Как работает электросчётчик с дистанционным снятием показаний
Принципиальная схема электронного измерителя
Для оперативного получения данных используют простые решения:
- делители напряжения,
- шунтовые датчики тока.
В том и другом варианте на выходе появляется сигнал с небольшой амплитудой, поэтому применяют соответствующие усилители. После преобразования в цифровую форму выполняется перемножение. Фильтром устраняют помехи, после чего сигнал выводят на устройства индикации, обрабатывают для хранения и передачи.
Схема однофазного электросчётчика, передающего показания
В современных приборах применяют трансформаторы, которые увеличивают сигналы без применения усилителей. После преобразования в цифровую форму они поступают в микроконтроллер для последующей обработки. Её выполняют в соответствии с алгоритмом, заданным определённым программным обеспечением электросчётчика. Исходная информация накапливается во встроенном запоминающем устройстве, передаётся блоками удалённым потребителям с применением беспроводных технологий.
Через микроконтроллер управляющими сигналами активизируют электронное реле. Им подают напряжение/отключают сеть питания. При необходимости данные можно вывести на дисплей электросчётчика. Они сохраняются в памяти с «привязкой» по времени, что упрощает контроль и анализ. Указанный на принципиальной схеме универсальный оптический порт – это телеметрический выход счётчика. Его используют для подключения передающих и других периферийных устройств. Через него вносят изменения настроек, обновляют базовое программное обеспечение.
Защитные функции
Типовой электросчётчик, передающий показания, опломбирован дважды. Первый уровень защиты устанавливает производитель. Он предотвращает вскрытие корпуса и доступ к функциональным блокам. При нарушении – владелец теряет официальные гарантии.
Второй уровень предотвращает включение дополнительных устройств в цепь питания. Эти пломбы устанавливают сотрудники Энергонадзора/снабжающего предприятия. В некоторых моделях устанавливают встроенные датчики, которые фиксируют вскрытие пломб. Соответствующие действия записываются автоматически с отметкой времени во встроенной памяти. Они передаются по беспроводной сети с применением протокола, заданного настройками.
Современные электросчётчики, передающие показания,оснащают специальной системой парольного доступа с распределением по уровням:
- Самый низкий, 4-й, позволяет выполнять калибровку и некоторые другие настройки через оптический порт.
- Вторым и третьим пользуются работники надзорных организаций.
- Первый предоставляют монтажникам.
- Нулевой открывает доступ ко всем функциям электросчётчика с возможностью любых изменений в базе данных.
Как передать показания электросчетчиков с автоматизированной системой
Процесс отсылки данных осуществляется без участия абонента. На него возлагается лишь обязанность передачи первого показателя. Эти данные необходимо сообщать до тех пор, пока производитель не вышлет уведомление о том, что больше нет необходимости в этом. Замер расхода электроэнергии в подобных счетчиках осуществляется каждый час. Один раз в сутки полученная информация отправляется в контролирующую организацию. В некоторых моделях используется мобильная связь.
Как работают счетчики электроэнергии, передающие показания автоматически
Простейшие системы автоматизированной передачи данных осуществляют свою работу поэтапно:
- Сбор информации.
- Транспортировка данных.
- Анализ полученной информации, ее дальнейшее хранение.
В роли главных участников первого этапа выступают устройства, выполняющие замер параметров системы, и непосредственно сами электросчетчики. К категории измерительных устройств относятся всевозможные датчики, которые подключены к системе посредством аналоговых цифровых преобразователей или оснащены выходом, используемым для подключения интерфейса.
Автоматизированная система собирает данные, анализирует их и сохраняет на сервере
Линия интерфейса, используемая для передачи информационного сигнала, имеет входное сопротивление 12 Ом. Поскольку мощностные возможности передатчика ограничены, подобные ограничения налагаются и на количество устройств-приемников, которые подключаются к этой линии. Максимальное число датчиков, на которое рассчитана работа приемника, составляет 32 шт.
На втором этапе в работу вступают контроллеры, транспортирующие сигнал между линиями интерфейса. Данная процедура необходима для считывания информации контроллером или персональным компьютером. Если в соединении задействовано более 32 датчиков, то в системе устанавливаются концентраторы.
На третьем этапе задействован сервер, ПК и контроллер, которые собирают данные, анализируют их и сохраняют. Система обязательно должна иметь соответствующее программное обеспечение, позволяющее выполнять ее настройку.
Для передачи показателей удаленно используются как электронные, так и индукционные устройства
Электросчетчики индукционного типа и автоматические системы передачи данных
Для передачи показателей в дистанционном режиме могут применяться не только электронные приборы. Индукционные устройства, маркируемые буквой «Д», оснащены телеметрическим выходом. По сути, этот выход представляет собой импульсный датчик. К категории подобных устройств можно отнести модель СРЗУ-И670Д. За счет импульсного датчика в рамках двухпроводной линии связи осуществляется передача информации в систему, собирающую и обрабатывающую данные. Информация содержит данные по активной электроэнергии, которая проходит черед прибор.
Источником импульсов является измерительный трансформатор. Он излучает магнитный поток, пересекающий металлический сектор, насаженного на ось алюминиевого диска. Далее осуществляется передача этих импульсов на схему датчика, а после этого на линию связи, которая питает этот датчик.
На импульсном датчике установлена фотосветодиодная головка. Она представляет собой пару, состоящую из светодиода и фотодиода. Датчик внутри электросчетчика имеет специфичное расположение. Устройство установлено так, чтобы головка была повернута в сторону алюминиевого диска. Светодиод излучает сигнал, который отражается диском, а затем его принимает фотодиод. Затемненный сектор на диске обеспечивает прерывистость сигнала.
Эти прерывания отслеживаются электронной схемой, преобразовываются и подаются на линию связи в виде последовательности импульсов. Затем их получает приемное устройство, выполняет подсчет количества за определенный период времени и отображает результат на дисплей.
Для электросчетчиков с дистанционным считыванием данных необходимо бесперебойное подключения к сети
Почему выгодны именно электронные счетчики при передаче показаний за свет
Теоретически описанная ранее система с индукционным счетчиком возможна, однако на практике в ней нет смысла. Подобные приборы постепенно изымаются из эксплуатации и заменяются электронными. Исключением являются локально размещенное учетное оборудование.
Электронные устройства в отношении создания автоматизированных систем передачи показаний обладают значительными преимуществами, которые обуславливаются информационной составляющей и обширными сервисными возможностями.
Законодательство об умных счетчиках учета электроэнергии
19 декабря 2018 года в Госдуме в третьем чтении приняли закон об «умных счетчиках», который предусматривает стремительное развитие в России интеллектуальных систем учета электроэнергии. Законопроект постоянно усовершенствуется в виде поправок.
Текст закона об умных счетчиках электроэнергии гласит о том, что, начиная с 1 июля 2020 года, по мере выхода из строя старых счетчиков на электроэнергию они будут заменяться интеллектуальными учетными приборами. Согласно законодательству РФ обычные счетчики для учета электроэнергии должны устанавливать сами потребители.
Потребитель не несет ответственности за покупку, установку и содержание умного счетчика
В обязательном порядке интеллектуальные приборы будут вводиться в эксплуатацию с 2021 года. Их монтаж, замена, настройка, проверка – работа поставщиков и сетевых компаний. Самостоятельной заменой обычных счетчиков на интеллектуальные приборы придется заниматься лишь только крупным компаниям и предприятиям.
Потребитель не несет ответственности за покупку, установку и дальнейшее содержание счетчика. Только в том случае потребитель обязан следить за целостностью прибора, если учетное устройство размещено внутри помещения или в пределах собственного земельного участка.
Выполнение всех положений закона позволит улучшить качество поставляемой энергии, повысить надежность поставок и увеличить экономию электроэнергии
Закон об умных счетчиках учета электроэнергии: несколько интересных моментов
Стоимость умных приборов очень высокая. Откуда же финансы на их массовую закупку? Закон гласит, что эти затраты сбытовые организации включат в тариф. Предприниматели и предприятия будут оснащены приборами за счет будущей экономии, которая предполагается после запуска системы. Относительно того, какие именно счетчики энергии будут использоваться, окончательного решения нет. Скорее всего, это будут устройства отечественного производства.
Статья по теме:
Цена умного счетчика составляет около 12 тысяч рублей. Точная стоимость пока неизвестна, так как Министерство еще не определилось в наборе требований к прибору. Кроме того, некоторые модели уже установленных простых счетчиков можно усовершенствовать с помощью специальных контроллеров.
Закон об умных счетчиках электроэнергии предусматривает меры наказания, применяемые к злостным должникам, – дистанционное отключение от сети. В законе имеет место следующая норма: если с первого дня 2023 года не была произведена замена устройства на новый интеллектуальный прибор, то с гарантирующего поставщика взыскивается штраф. В том случае, если сбытовая организация не устранила замечания, абонент вовсе освобождается от уплаты за потребленную электроэнергию. Эта норма предусмотрена с целью стимуляции к установке интеллектуальных счетчиков электрической энергии.
Умный счетчик стоит около 12-15 тысяч рублей
Существует мнение, что данный закон является началом высококачественного учета, который повысит дисциплину оплаты в крупных предприятиях, а для обычных граждан сократит затраты.
Почему не стоит использовать индукционные счётчики
Во-первых, использование индукционных приборов учёта и контроля ограничено законодательством. Такие счётчики постепенно выводятся из оборота. Поэтому говорить о том, что их можно использовать для передачи данных дистанционно, нет необходимости.
Во-вторых, электронные аналоги имеют многочисленные характеристики, связанные с их возможностями в плане информационной составляющей. Они оснащены микропроцессорами, которые и выполняют все предназначенные для счётчиков функции.
В-третьих, отключение или включение индукционных приборов невозможно дистанционно.В этом плане электронные значительно лучше.
Трехфазные
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:
- Подключить провода одинакового цвета из общей сети к клеммам № 1,3,5,7.
- Подсоединить провода одинакового цвета из квартирной сети к клеммам № 2,4,6,8.
- Соблюдать схему установки, которая учитывает подключение входных проводов с помощью четырехполюсного вводного автомата. Кроме этого на схеме изображена установка однополюсных автоматов для каждой группы потребителей.
Принцип действия индуктивного электросчетчика
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
Преимущества и недостатки индукционных электросчетчиков
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:
- низкий класс точности;
- большая погрешность, увеличивающаяся при небольших токах нагрузки;
- значительное собственное потребление электроэнергии;
- отсутствие учета реактивной энергии у бытовых счетчиков;
- учет электрической энергии происходит только в одном направлении;
- отсутствует защита от взлома, вмешательства в работу и хищения электроэнергии.
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
Сроки замены
Застройщикам следует помнить, что умные счётчики обязательно должны устанавливаться в новостройках уже с 1-го января 2021 года. Если данное требование не выполнено, дом не пройдет проверку приёмной комиссией, и объект не получится ввести в эксплуатацию.
Следующий этап модернизации начнётся с января 2022 года. Начиная с этой даты, все вводимые в эксплуатацию приборы учета электроэнергии должны быть интеллектуальными. Фактически, в этом году с рынка должны исчезнуть все счётчики старого образца.
На какой срок затянется замена старых счетчиков новыми, пока неизвестно. Однако исходя из действующей трактовки закона, большую часть счётчиков предполагается заменить в течение 5-лет.
Электронный счетчик открывает новые возможности
Как только данные счетчика становятся доступны в электронной форме, к нему можно добавить функцию передачи данных. Это позволит использовать технологию удаленного снятия показаний счетчика (Automatic Meter Reading, AMR) для обращения к датчику по каналу связи. Разнообразные архитектуры систем, разработанные для удаленного снятия показаний, можно разделить на три большие категории: со считыванием проходящим мимо сотрудником компании, со считыванием с проезжающего мимо автомобиля и сетевые. Система, работающая по принципу считывания с проезжающего автомобиля, показана на рис. 3.
Рис. 3. Снятие показаний счетчиков с проезжающего автомобиля
В данном случае обслуживающая компания посылает фургон, на котором установлено устройство беспроводного сбора данных. Автомобиль объезжает район, считывая информацию. В подобной системе количество счетчиков, показания которых можно снять при помощи одного фургона за день, увеличивается в пять раз по сравнению с системой, основанной на удаленном считывании проходящим мимо сотрудником компании, и более чем в десять раз по сравнению с ручным сбором показаний. В сетевой системе данные со счетчиков направляются в фиксированное устройство сбора данных, которое обычно располагается на столбе в конце улицы или квартала. Оно, в свою очередь, посылает собранные показания в обслуживающую компанию по широкополосному каналу или по сотовой связи.
Что такое “умные” счетчики?
Коммунальные службы уже давно предлагают счетчики, которые измеряют потребление энергии, но они не всегда настолько точны и надежны, насколько могли бы быть. Если ваша коммунальная служба ежемесячно отправляет к вам домой считыватель показаний счетчика, вас могут ждать сюрпризы, когда придет время оплачивать счет. Вам может быть выставлен счет за больше электроэнергии, чем вы использовали, потому что считыватель счетчика не получил точных показаний.
Интеллектуальный счетчик энергии — это цифровое устройство, которое предоставляет точные данные о потреблении энергии. По сравнению с традиционными счетчиками в вашем доме, интеллектуальные счетчики электроэнергии более эффективны. Потому что они отправляют информацию в вашу коммунальную службу каждые 15 минут до одного часа. Они устраняют необходимость в считывателях счетчиков и сокращают затраты на рабочую силу, поскольку они не приходят к вам домой каждый месяц.
Управление энергетической информации США недавно опубликовало данные своего последнего исследования счетчиков электроэнергии в коммерческих и жилых помещениях, согласно которым более 90 миллионов жилых домов оснащены передовой инфраструктурой учета. Согласно отчету Guidehouse Insights, почти две трети этих счетчиков имеют интеллектуальные возможности.
Интеллектуальные счетчики энергии обычно устанавливаются внутри домов или предприятий в рамках программы повышения энергоэффективности. Но они также могут быть установлены снаружи зданий на уличных фонарях или опорах электропередач для отслеживания энергопотребления в жилых помещениях. В любом случае они передают информацию по радиоволнам на приемник, подключенный к серверу вашей местной энергетической компании (или напрямую в их систему, если вы используете один из их онлайн-порталов).
Как узнать, есть ли у меня умные счетчики?
Умные счетчики были установлены в домах по всей территории Соединенных Штатов с января 2009 года. Если с тех пор ваш счетчик электроэнергии был заменен цифровым счетчиком, скорее всего, это интеллектуальный электрический счетчик.
интеллектуальные счетчики выглядят так же, как обычные счетчики, но имеют ЖК-дисплей, который легче читать и понимать. На дисплее также отображается другая информация. Например, сколько энергии потребляет каждое устройство в вашем доме и сколько вы потратили на топливо в прошлом месяце. Некоторые интеллектуальные счетчики энергии включают RFID-чип которые работники коммунальных служб могут прочитать, чтобы получить информацию о вашем потреблении энергии.
Если нет, стоит проверить в вашей коммунальной компании, не заменили ли они уже ваш старый счетчик на тот, который записывает данные. Вы также можете уточнить у них, есть ли какой-либо другой способ узнать, установлен ли у вас дома интеллектуальный счетчик энергии, например, проверив раздел примечаний в вашем ежемесячном счете за коммунальные услуги, чтобы узнать, что это так.
Кто должен менять счетчики электроэнергии?
Ответ на этот вопрос зависит от причин замены прибора. Кто бы ни был организатором этого мероприятия, узнайте новый номер счетчика электроэнергии. Владелец устройства сам организовывает замену устройства в таких случаях:
- истечение срока эксплуатации оборудования;
- поломка или кража прибора;
- истечение сроков проверки счетчика.
Счетчик потребления электроэнергии заменяется компанией-поставщиком в таких ситуациях:
- модернизация энергосистемы, осуществляемая по ее же инициативе;
- плановая замена оборудования.
Не стоит пытаться обмануть счетчик электроэнергии – современное устройство отличается высокой точностью, защитой от хищений энергии. В случае неудачной попытки незаконно сэкономить на оплате услуг энергопоставщика можно заработать немалый штраф. Эффективный способ минимизации расходов – правильный выбор прибора с учетом расхода электричества и особенностей его потребления.
