Принцип работы электронного счетчика электроэнергии

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

Индукционные

Наверное, всем знакомы счетчики, которые имеют вращающийся диск.

Схема работы — проста и понятна, чем выше скорость вращения этого колесика, тем, соответственно, больше идет расход электроэнергии.

Чтобы определить показания израсходованной энергии – достаточно посмотреть на обозначения, которые находятся на специальных крутящихся барабанах.

Такие счетчики имеют следующий принцип работы:

1. Внутри устройства есть 2 катушки – первая это катушка напряжения, а вторая токовая. Магнитные потоки, которые они образуют, проникают через алюминиевый диск. А потоки, идущие от токовой катушки, проникают по несколько раз. В результате этого образуются электромеханические силы, которые собственно и вращают этот диск.

2. После вращения дисковая ось начинает взаимодействие уже с самим счетным механизмом, которым является червячная передача.А уже непосредственно от неё поступает информация на сами цифровые барабаны, которые мы видим на счетчике.

   В зависимости от скорости вращения диска, зависит и мощность сигнала — чем она больше, тем выше мощность, а соответственно больший расход энергии.

3. В те моменты, когда потребляемая мощность снижается, начинает действовать магнит торможения. Именно за счет постоянного взаимодействия его с вихревыми потоками и происходит уменьшение частоты вращения диска.В этом случае магнит является источником электромеханической силы, которая имеет противоположную направленность кручения диска, что и уменьшает его скорость, и может его полностью остановить.

Это интересно: используя данный счетчик, еще с советских времен были придуманы способы для «отмотки» электроэнергии. В этих случаях происходит уменьшение показателей на информационном табло электросчетчика, но использование таких способов является противозаконным.

Но со временем их вытесняют более современные и имеющие меньше недостатков электронные электросчетчики. Так, к примеру, индукционные счетчики электроэнергии имеют определенную погрешность в показаниях, за счет своих физических свойств.

Принцип работы и схема подключения

Принцип работы счетчика основан на непосредственном измерении напряжения и тока: вся информация о потребляемой мощности подается в индикатор и сохраняется в памяти устройства.

Как устроен электронный счетчик электроэнергии

Электронный электросчетчик имеет следующие преимущества:

• Позволяет более точно считывать информацию, тем самым предотвращая большую погрешности измерения электроэнергии.
• Его размер намного меньше механического.
• Он может автоматически переключаться между тарифами без необходимости присутствия хозяина. Это существенно экономит средства.
• Электронная модель проверяется каждые 4-16 лет. Это необходимо для проверки правильности исчисления. Проверка выполняется в рамках правил для обеспечения согласованности измерений.

Помимо преимуществ имеются и некоторые недостатки. К ним относятся более высокие затраты на приобретение самого приборов и их ненадежность: несмотря на гарантию производителя, электронные модели приходится заменять чаще, чем механические модели. Последние работают в течение десятилетий, потому что их устройство очень простое, и ломаться, по сути, нечему.

Напряжение тока внутри счетчика преобразуется в электрические импульсы. Их количество варьируется в зависимости от входной энергии. То есть чем больше потребляемая мощность, тем больше импульсов получает и считает устройство.

Электронный счетчик вместе со счетным устройством имеет дисплей, который показывает изменения в потреблении тока, максимальных и минимальных значениях и других данных, требуемых владельцем.

Стандартная схема счетчика на три фазы

Для понимания принципов работы 3-х фазного счетчика в сети с номинальной мощностью от 15 кВт стоит разобраться в его конструкции. Стандартный аппарат состоит из таких частей:

• разборный корпус;
• две обмотки – напряжения и токовой;
• алюминиевый диск;
• магнитный стопор диска;
• червячная передача;
• счетное устройство.

Аналоговые модели

Трехфазный электросчетчик трансформаторного включения

Электрическая энергия проходит через токовую катушку, создавая электромагнитное поле. Далее образуется вихревой ток, который обеспечивает вращение алюминиевого диска. Сила кручения передается через червячную передачу за счетный механизм, фиксирующий расход электричества.

Предлагаем ознакомиться В расцветающем дереве

Чем выше нагрузка на катушку, тем быстрее отсчитываются киловатты.

Электронные модели

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.

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.

Принцип работы и технические характеристики

Типы электронных водомеров:

1. Тахеометрические с импульсным выходом. Такие электронные приборы, кроме стандартного экрана, имеют выход, передающий электрические импульсы. Каждый импульс равен определенному количеству жидкости, прошедшей через водомер. Одни модели позволяют снимать показания только на самом водомере. Другие оборудованы  цифровым выходом, на основном счетчике экрана нет.
2. Цифровой счетчик расхода воды с электронным жидкокристаллическим табло и импульсным выходом. Такие приборы точнее, чем обычные, но требуют подачи электричества.
3. Беспроводные счетчики воды. На таких электронных приборах нет собственного дисплея, они передают данные сразу на выносной. Это удобно, так как такой экран можно установить в любом подходящем месте. Также существуют модели, передающие данные сразу в интернет.
4. Цифровой водомер с датчиком температуры. Такой прибор учитывает воду по нескольким тарифам. Существуют двухтарифные и четырехтарифные модели. Первые считают воду, температура которой ниже 40°С, по тарифу холодной воды, всю остальную по тарифам горячей воды. Четырехтарифные разделяют температуру жидкости на четыре тарифа: холодная (ниже 40°С), теплая (от 40 до 44°С – 70% от тарифа горячей воды), почти горячая (44-49°С – 90% тарифа) и горячая – свыше 50°С.

При таком учете можно добиться значительной экономии и не платить за горячую воду, если ее температура не соответствует нормам.

С электронными водомерами удобно снимать показания, поскольку они передаются дистанционно, на любое сопряженное со счетчиком устройство. Импульсный выход водосчетчика позволяет подключить к нему как проводное устройство для преобразования и передачи данных, так и беспроводной аналог.

Современные модели передают данные со счетчика через wi-fi сразу в интернет. Оттуда уже их можно посмотреть на любом устройстве, подключенном к сети. Можно передавать данные непосредственно поставщику услуг и оплачивать их через интернет.

Есть одноструйные и многоструйные водомеры. Многоструйные считаются по всем показателям лучше одноструйных, кроме цены. Они точны и не подвержены воздействию гидроудара.

Не обязательно устанавливать водомер, условный проход которого равен условному проходу трубопровода. Можно установить счетчик размером поменьше, главное, чтобы он пропускал нужное количество воды. Так как небольшие счетчики дешевле, то можно сэкономить.

Электронные счетчики воды по размеру такие же, как механические, поэтому их можно поставить на место обычного водомера без переоборудования места установки. Для подачи напряжения на прибор учета проводится отдельный провод. Если в модели предусмотрено автономное питание, то можно использовать его.

При наличии дополнительного оборудования – контроллера, сумматора, передатчика данных, электроклапана — все-таки понадобится внешнее питание. При этом нужна защита от поражения электрическим током, так как все приборы находятся в условиях повышенной влажности. Для этого в электрическую цепь можно установить устройство защитного отключения (УЗО).

Принцип работы счетчиков на воду для квартир

Принцип работы счетчиков сводится к следующему: поток крутит крыльчатку либо турбину, крутящий момент от которых передается на вал. Далее устройство (механическое либо электронное) считает число совершенных оборотов и определяет тем самым объем потребленной воды.

Выше описан общий принцип работы распространенных моделей водосчетчиков. Импульсные устройства функционируют по-другому. У таких моделей показания считает герконовый датчик, который генерирует импульсы при каждом обороте вала.

Есть также электромагнитные модели, которые продуцируют магнитное поле. Учет потребления ресурсов производится с помощью датчиков, которые анализируют электродвижущую силу, создаваемую потоком, и таким образом определяют объем расхода воды. Приборы данного типа отличаются повышенной точностью, но дороги в обслуживании. Поэтому электромагнитные водосчетчики устанавливаются на промышленных объектах либо в многоквартирных домах.

Устройство счетчика электроэнергии с автоматической передачей данных

Устройство подобных электросчетчиков схоже с обычными и включает в себя:

• измерительные трансформаторы;
• клеммную колодку;
• электронную плату.

Последняя предназначена для подключения информационно-измерительной системы. А вот на устройстве стоит остановиться подробнее. Рассмотрим, из чего она состоит.

…а сегодня их все чаще можно встретить на месте квартирных

Телеметрический выход: назначение

Телеметрический выход счетчика – это своеобразный порт, через который прибор учета подключается к персональному компьютеру или оборудованию дистанционной передачи данных. Сегодня производитель предлагает даже аналоговые устройства, оснащенные телеметрическим выходом, а значит и возможностью автоматической передачи данных.

Микроконтроллер: что это такое и для чего служит

Это устройство оцифровывает входной сигнал, идущий от трансформатора, обрабатывает информацию и принимает команды органов управления. От него же зависит и работа жидкокристаллического дисплея.

Мнение эксперта
Игорь Мармазов
Инженер-проектировщик ЭС, ЭМ, ЭО (электроснабжение, электрооборудование, внутреннее освещение) ООО «АСП Северо-Запад»

“Микроконтроллер ограничивает мощность тока, который подается в квартиру или вовсе отключать напряжение по достижении оплаченного порога даже без команды через интернет. Такое происходит, если по договору с энергосбытовой компанией, подача электроэнергии лимитирована.”

Этот счетчик СТК-3-10 позволяет оплатить электроэнергию из дома смарт-картой

Существуют модели, микроконтроллер которых отвечает за считывание данных с пластиковых смарт-карт, которые можно пополнить с обычной банковской карточки (к примеру, СТК-3-10 или СТК-1-10). Электросчетчик, оборудованный подобным контроллером, дает возможность оплатить электроэнергию моментально, не выходя из дома.

Система контроля: принцип действия

Автоматизированные системы контроля выполняют следующие функции:

• собирают данные по расходу за установленный промежуток времени (час, сутки, неделя, месяц);
• обработав полученную информацию, формируют отчет по потребленной энергии;
• прогнозируют возможный расход (это помогает потребителю, если составлен договор на предоплатную систему расчета).

Обмен информацией между счетчиком и поставщиком электроэнергии происходит при помощи системы передачи данных. От ее функционала и запрограммированных в микроконтроллере функций зависит, будет ли устройство само передавать информацию о потребляемом электричестве или для дистанционного снятия показаний электросчетчика владельцу придется в определенные дни нажимать кнопку прибора передачи электроэнергии.

Довольно неудобно, особенно пожилым, ежемесячно переписывать данные и передавать их самостоятельно

Радиомодуль: для чего он нужен и какую роль выполняет

Радиомодулем оборудуются не все приборы учета электроэнергии. Такие устройства чаще используют обслуживающие организации для снятия показаний с общедомовых электросчетчиков. Двусторонняя связь здесь производится по радиоканалу. Дальность сопряжения до 10 километров. В остальном электросчетчик с радиомодулем не отличается от тех, которые работают через интернет по проводной связи, Wi-Fi или счетчиков электроэнергии с сим-картой, поддерживающих связь через сотового оператора.

Радиомодуль способен передавать информацию со счетчика на расстояние до 10 км
Статья по теме:

Какой счетчик электроэнергии лучше поставить в квартире

В данном обзоре мы рассмотрим типы конструкций, на что необходимо обратить внимание при выборе, популярные модели и производителей, средние цены, рекомендации специалистов

Такие устройства мгновенно передают информацию о попытке вскрытия, коротком замыкании или других внештатных ситуациях. Как и приборы учета, передающие данные через интернет, они оснащены батареей для автономного питания, а значит информация об отключении и всех последующих действий будут отображаться в компьютере контролирующей организации.

Проверка на воровство электроэнергии

Если проверка показала, что счетчик считает затраченную энергию верно, но он все равно накручивает много больше, чем могут потребить ваши электроприборы дома, то у вас появился вор. Кто-то из соседей подключился к вашей электроцепи: и вы оплачиваете за него минимум часть энергии, которую тратит он. В худшем случае – вы полностью рассчитываетесь за него. Как же определить, воруют ли вашу электроэнергию? А если да, то кто?

Самый простой способ проверки

Этот способ подходит только для тех электросчетчиков, в которых точно отсутствует самоход:

• Отключите в доме свет и все электроприборы, включая холодильник;
• Выньте все вилки из розеток (чувствительные счетчики могут «видеть» их);
• Подойдите к счетчику и смотрите в течение 10 минут.

В идеале крутить он не должен. Но допускается 1 оборот в 5-10 минут. Если же вы уверены в исправности электрического счетчика (самохода нет), а он все равно накручивает энергию, то у вас появился вор. Но этим способом вы не сможете узнать, кто он.

Сравнение реальной и замеренной мощности

Это более точный метод, как проверить счетчик электроэнергии на воровство. В разделе о проверке показаний вы уже научились измерять фактическую и расчетную работы с помощью мультиметра и клещей. Этот способ аналогичен, только сравнивать нужно не работу, а мощности: мощность реальная (замеренная на фазе) и мощность всех работающих в данный момент электроприборов.

Пример:

• Во всем доме работают только: стиральная машинка (на кухне) 2 кВт, холодильник (на кухне) 0,3 кВт и горят 7 ламп накаливания (жилые комнаты) по 100 Вт (в переводе на кВт это 0,1);
• Суммарная мощность составляет: 2+0,3+0,1*7=3 кВт. Это мощность, которая нужна для питания ваших приборов;
• Замерьте силу тока и напряжение на фазе, умножьте их друг на друга и разделите на тысячу. Если замеры показали 20А и 220В. Их произведение – 4400. А если поделить на 1000 – то 4,4 кВт.

Теперь сравните суммарную мощность приборов и реально потребляемую: 4,4-3=1,2 кВт кто-то расходует за вас, а вы платите. Чтобы определить, кто бы мог воровать энергию, изучите сквозные и скрытые розетки, через которые могут подключаться соседи.