Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Счетчики электрической энергии

1. История создания

История создания счётчиков связана с изобретениями электротехнических устройств XIX века. Самые разные исследователи независимо и беспрестанно изучали электромагнетизм, внося собственную лепту в создание и последующее развитие счётчиков электроэнергии. Вот лишь некоторые этапы продолжительного пути развития. Всплеск теоретических открытий в области явлений, устанавливающих связь между магнитными и электрическими свойствами вещества, уже в 1-й половине XIX века.

Во второй половине XIX века к авторам теоретических трудов присоединились практики. В течение непродолжительного периода времени были изобретены гидротурбина, счётчик, трансформатор тока, электродвигатель, динамо-машина, электрическая лампа. Как считали первооткрыватели, само время дарило просветление, позволяя почти в одно и то же время свершаться схожим открытиям в противоположных концах света. В этом был, к примеру, уверен создатель индукционного электрического счётчика Отто Титус Блати, венгр по происхождению, который также являлся соизобретателем трансформатора. Аньош Йедлик и Вернер фон Сименс, каждый в своё время, придумали динамо-машину. Что, в свою очередь, позволило превратить электричество в коммерческий продукт массового спроса. Развитие систем освещения потребовало применения устройств измерения и стандартизации учёта электроэнергии.

Развитие систем передачи электроэнергии по пути создания систем высокого напряжения тормозилось главным недостатком цепей постоянного тока - невозможностью преобразования одного уровня напряжения в другой. И давний спор сторонников распределительных сетей постоянного и переменного тока окончательно решился в пользу последних; этому также способствовало изобретение трансформатора (1885 год). Попытки решить задачу учёта электрической энергии переменного тока привели к целому ряду открытий. Созданию индукционных счётчиков электроэнергии предшествовало обнаружение эффекта вращающегося магнитного поля (Никола Тесла - 1883 год, Галилео Феррарис^[1] - 1885 год, Оливер Шелленбергер - 1888 год). Первый счётчик электроэнергии для переменного тока разработан Оливером Б. Шелленбергером в 1888 году. Уже в 1889 году запатентован «Электрический счётчик для переменных токов» венгра Отто Титуц Блати (для компании «Ganz»). А в 1894 году Шелленбергер по заказу компании Westinghouse создал индукционный счётчик ватт-часов. Счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа «А» появился в 1899 году, создатель Людвиг Гутман. Был дан старт непрерывным усовершенствованиям индукционных счётчиков электроэнергии. Счётчики, берущие начало от счётчика Блати и индукционных счётчиков Феррариса, вследствие великолепной надёжности и малой себестоимости, до сих пор массово изготовляются, именно с их помощью производят большую часть измерений электроэнергии.

2. Принцип работы

Для учёта активной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) - электродинамические счётчики. Число оборотов подвижной части прибора, пропорциональное количеству электроэнергии, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, - магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

3. Виды и типы

Для учёта активной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) - электродинамические счётчики. Число оборотов подвижной части прибора, пропорциональное количеству электроэнергии, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, - магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

4. Принцип действия и устройство счетчиков эл-ой энергии

С помощью электросчетчиков осуществляется учет израсходованной электрической энергии. Электросчетчики бывают индукционные и электронные.

Измерительный механизм индукционного однофазного счетчика электрической энергии (электроизмерительный прибор индукционной системы) состоит из двух электромагнитов, расположенных под углом 90° друг к другу, в магнитном поле которых находится легкий алюминиевый диск. Схема устройства счетчика электрической энергии показана на рисунке 1.

Для включения счетчика в цепь его токовую обмотку соединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения - параллельно. При прохождении по обмоткам индукционного счетчика переменного тока в сердечниках обмоток возникают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи.

Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов создает усилие, под действием которого диск вращается. Последний связан со счетным механизмом, учитывающим частоту вращения диска, т.е. расход электрической энергии.

Схема устройства счетчика электрической энергии: 1 - обмотка тока, 2 - обмотка напряжения, 3 - червячный механизм, 4 - счетный механизм, 5 - алюминиевый диск, б - магнит для притормаживания диска

Для учета потребленной электроэнергии в сетях переменного трехфазного тока применяются трехфазные индукционные электросчетчики, принцип действия которых аналогичен однофазным.

В настоящее время все более широкое применение получили электронные (цифровые) электросчетчики. Электронные счетчики обладают рядом преимуществ по сравнению с индукционными счетчиками:

- малые габаритные размеры,

- отсутствие вращающихся частей,

- возможность учета электроэнергии по нескольким тарифам,

- измерение суточных максимумов нагрузки,

- учет как активной, так и реактивной мощности,

- более высокий класс точности,

- возможность дистанционного учета электроэнергии.

Схема устройства электронного счетчика электроэнергии

В настоящее время учёт электроэнергии, в основном, производится по одному тарифу (то есть стоимость электроэнергии одинакова независимо от времени потребления). Однако, начинает вводится многотарифные системы оплаты, при которых стоимость электрической энергии различна по часам суток или по дням недели.

Указанный подход обеспечит более равномерное потребление электроэнергии потребителями и снижение максимальной нагрузки энергосистемы. Поэтому уже выпускаются электронные счётчики со встроенными часами, которые питаются от аккумуляторной батареи, что обеспечивает учёт электроэнергии по разным интервалам времени, задаваемым программно.

Как правило, электронные счётчики имеют жидкокристаллический индикатор, на котором отображаются потребляемая электроэнергия по каждому из тарифов, текущая потребляемая мощность, текущее время и дата и другие измеряемые прибором параметры.

5. Классификация и технические характеристики индукционных счетчиков

Различают однофазные и трехфазные счетчики. Однофазные счетчики применяются для учета электроэнергии у потребителей, питание которых осуществляется однофазным током (в основном, бытовых). Для учета электроэнергии трехфазного тока применяются трех фазные счетчики.

Трехфазные счетчики можно классифицировать следующим образом.

По роду измеряемой энергии - на счетчики активной и реактивной энергии.

В зависимости от схемы электроснабжения, для которой они предназначены, - на трехпроводные счетчики, работающие в сети без нулевого провода, и четырехпроводные, работающие в сети с нулевым проводом.

По способу включения счетчики можно разделить на 3 группы

- Счетчики непосредственного включения (прямого включения), включаются в сеть без измерительных трансформаторов. Такие счетчики выпускаются для сетей 0,4/0,23 кВ на токи до 100 А.

- Счетчики полукосвенного включения, своими токовыми обмотками включаются через трансформаторы тока. Обмотки напряжения включаются непосредственно в сеть. Область применения - сети до 1 кВ.

- Счетчики косвенного включения, включаются в сеть через трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Область применения - сети выше 1 кВ.

Счетчики косвенного включения изготовляются двух типов. Трансформаторные счетчики - предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие определенные наперед заданные коэффициенты трансформации. Эти счетчики имеют десятичный пересчетный коэффициент (10п). Трансформаторные универсальные счетчики - предназначены для включения через измерительные трансформаторы, имеющие любые коэффициенты трансформации. Для универсальных счетчиков пересчетный коэффициент определяется по коэффициентам трансформации установленных измерительных трансформаторов.

6. Обозначения электросчетчиков

магнетизм электрический счетчик энергия

В зависимости от назначения счетчику присваивается условное обозначение. В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С - счетчик; О - однофазный; Л - активной энергии; Р - реактивной энергии; У - универсальный; 3 или 4 для трех- или четырехпрводной сети.

Пример обозначения: СА4У - Трехфазный трансформаторный универсальный четырехпроводиый счетчик активной энергии.

Если па табличке счетчика поставлена буква М, это значит, что счетчик предназначен для работы и при отрицательных температурах (-15° - +25°С).

7. Электросчетчики специального назначения

Счетчики активной и реактивной энергии, снабженные дополнительными устройствами, относятся к счетчикам специального назначения. Перечислим некоторые из них.

Двухтарифные и многоторифные счетчики - применяются для учета электроэнергии, тариф на которую изменяется в зависимости от времени суток.

Счетчики с предварительной оплатой - применяются для учета электроэнергии бытовых потребителей, живущих в отдаленных и труднодоступных населенных пунктах.

Счетчики с указателем максимальной нагрузки - применяются для расчетов с потребителями по двухставочному тарифу (за израсходованную электроэнергию и максимальную нагрузку).

Телеизмерительные счетчики - служат для учета электроэнергии и дистанционной передачи показаний.

К счетчикам специального назначения относятся и образцовые счетчики, предназначенные для поверки счетчиков общего назначения.

8. Технические характеристики электросчетчиков

Техническая характеристика счетчика определяется следующими основными параметрами.

Номинальное напряжение и номинальный ток счетчиков - у трехфазных счетчиков указываются в виде произведения числа фаз на номинальные значения тока и напряжения, у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные напряжения. Например - 3/5 А; 3X380/220 В.

У трансформаторных счетчиков вместо номинальных тока и напряжения указываются номинальные коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов, для работы с которыми счетчик предназначен, например: 3X150/5 А. 3X6000/100 В.

На счетчиках, называемых перегрузочными, указывается значение максимального тока непосредственно после номинального, например 5 - 20 А.

Номинальное напряжение счетчиков прямого и полукосвенного включения должно соответствовать номинальному напряжению сети, а счетчиков косвенного включения - вторичному номинальному напряжению трансформаторов напряжения. Точно так же номинальный ток счетчика косвенного или полукосвенного включения должен соответствовать вторичному номинальному току трансформатора тока (5 или 1 А).

Счетчики допускают длительную перегрузку по току без нарушения правильности учета: трансформаторные и трансформаторные универсальные - 120%; счетчики прямого включения - 200% и более (в зависимости от типа)

Класс точности счетчика - это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах. Счетчики активной энергии должны изготавливаться классов точности 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; счетчики реактивной энергии - классов точности 1,5; 2,0; 3,0. Трансформаторные и трансформаторные универсальные счетчики учета активной и реактивной энергии должны быть класса точности 2,0 и более точные.

Класс точности устанавливается для условий работы, называемых нормальными. К ним относятся: прямое чередование фаз; равномерность и симметричность нагрузок по фазам; синусоидальность тока и напряжения (коэффициент линейных искажений не более 5%); номинальная частота (50 Гц±0,5%); номинальное напряжение (±1%); номинальная нагрузка; cos фи = l (для счетчиков активной энергии) и sin фи = 1 (для счетчиков реактивной энергии); температура окружающего воздуха 20°+3°С (для счетчиков внутренней установки); отсутствие внешних магнитных полей (индукция не более 0,5 мТл); вертикальное положение счетчика.

Передаточное число индукционного счетчика - это число оборотов его диска, соответствующее единице измеряемой энергии.

Например, 1 кВт-ч равен 450 оборотам диска. Передаточное число указывается на табличке счетчика.

Постоянная индукционного счетчика - это значение энергии, которое он измеряет за 1 оборот диска.

Чувствительность индукционного счетчика - определяется наименьшим значением тока (в процентах к номинальному) при номинальном напряжении и cos фи = l (sin фи = 1), который вызывает вращение диска без остановки. При этом допускается одновременное перемещение не более двух роликов счетного механизма.

Порог чувствительности не должен превышать: 0,4% - для счетчиков класса точности 0,5; 0,5%-для счетчиков классов точности 1,0; 1,5; 2 и 1,0% - для счетчиков класса точности 2,5 и 3,0

Емкость счетного механизма - определяется числом часов работы счетчика при номинальных напряжении и токе, по истечении которых счетчик дает первоначальные показания.

Собственное потребление мощности (активной и полной) обмотками счетчиков - ограничено стандартом. Так, для трансформаторных и трансформаторных универсальных счетчиков потребляемая мощность в каждой токовой цепи при номинальном токе не должна превышать 2,5 В-А для всех классов точности, кроме 0,5. Мощность, потребляемая одной обмоткой напряжения счетчиков до 250 В: для классов точности 0,5; 1; 1,5 - активная 3 Вт, полная 12 В-А, для классов точности 2,0; 2,5; 3,0 - соответственно 2 Вт и 8 В-А.

На табличках некоторых индукционных счетчиков имеется надпись «Со стопором» или «Обратный ход застопорен». Стопор препятствует вращению диска против направления, указанного стрелкой. Импортные счетчики могут иметь графическое условное обозначение стопора

9. Погрешности измерений электроэнергии, требования к измерительным трансформаторам

Выбор класса точности счетчиков зависит от назначения, способа включения и вида измеряемой энергии (активная или реактивная).

По назначению счетчики можно разделить на следующие категории: расчетные и предназначенные для технического (контрольного) учета, а по способу включения - на счетчики непосредственного включения и включающиеся через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Класс точности счетчиков непосредственного включения должен быть при измерении активной энергии не ниже 2,5, а при измерении реактивной - не ниже 3,0. Для расчетных счетчиков, включенных через измерительные трансформаторы, класс точности при измерении активной и реактивной энергии должен быть не менее 2,0, соответственно для счетчиков технического учета - не ниже 2,0 и 2,5

Измеряя большую мощность, рекомендуется применять расчетные счетчики активной мощности класса не ниже 1,0, реактивной - не ниже 1,5. При работе с расчетными счетчиками измерительные трансформаторы тока и напряжения должны иметь класс не ниже 0,5 (допускается использовать трансформаторы тока класса 1,0 при условии, что их действительная погрешность при нагрузке во вторичной цепи не более 0,4 Ом не превысит погрешности, допустимой для трансформаторов тока класса 0,5); для работы со счетчиками технического учета необходимо использовать трансформаторы класса не ниже 1,0

Нагрузка вторичных цепей измерительных трансформаторов не должна превышать номинальной для данного класса точности Исходя из этого ориентировочно принимают сопротивление соединительных проводов, подводимых к вторичной цепи трансформатора, не более 0,2 Ом. Рассчитанные из этих соображении наименьшие допусти-мые сечения соединительных проводов приведены в таблице.

Cчетчики непосредственного включения дают показания непосредственно в киловатт-часах или киловольт-ампер-часах реактивных.

Для счетчиков, включенных через измерительные трансформаторы тока и напряжения, и для универсальных трансформаторных счетчиков, предназначенных для включения через измерительные трансформаторы с любым коэффициентом трансформации, показания умножают на коэффициент k=kт х kн, где kт и kн - коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Показания трансформаторных счетчиков, предназначенных для включения через измерительные трансформаторы с заданным коэффициентом трансформации, на коэффициент не умножают. Если такой счетчик включить через измерительные трансформаторы с коэффициентами трансформации отличными от заданных, то его показания умножают на

При включении счетчиков через трансформаторы тока категорически запрещается устанавливать предохранители во вторичной цепи трансформаторов. Корпуса, а также вторичные (одноименные) зажимы трансформаторов тока и напряжения рекомендуется заземлять.

Размещено на Allbest.ru