Принцип работы электронного счетчика электроэнергии – советы электрика

Уютная и комфортная жизнь ныне означает не только полный холодильник или погреб продуктов, но еще тепло среды обитания, ее освещение, наличие доступной воды и удобство использования элементарных вещей. К примеру, разведение огня в целях приготовления пищи. Все названое, на текущий момент обеспечивается энергоносителями — горячей водой в батареях, электричеством, газовым топливом в колонках и плитах.

Добыча названых элементов и доставка их конечному потребителю, в жизни обывателя возлагается на сторонние организации. Последнее автоматически назначает цену энергоносителю, связанную непосредственно с обслуживанием транспортной структуры и не конечной стоимостью изначального получения ресурса.

Решение вопроса о затраченном количестве того или иного элемента обеспечения, возлагается на различные счетчики, которые в зависимости от объема потребления электричества, тепла, воды или газа, производят учет расхода. Впоследствии названая информация становится основой предъявляемых счетов конечному потребителю.

В теле статьи будет рассмотрен принцип работы электросчетчика, как наиболее распространенного прибора учета. Он используется практически во всем жизненном пространстве человека, определяя затраченную энергию бытовыми приборами, освещением или промышленным оборудованием.

Разновидности

Разные счетчики:

Существует много градаций, по которым различают приборы учета электроэнергии. Среди них:

1. На какую линию рассчитано устройство — одно или трехфазную.
2. Внутренний механизм — индукционный или полностью электронный.
3. Метод подключения к нагрузке — прямой или через токовый трансформатор.
4. Класс точности.
5. Учет одного или нескольких тарифов.
6. Функциональные возможности по снятию показаний — только непосредственное или комбинированное с удаленным. Сюда же относится и возможность контроля работы прибора с отдельного пульта управления.

Менее важным различием электросчетчиков, но использующихся в некоторых документах, можно назвать потребляемую мощность самим прибором учета. Он тоже расходует определенное количество энергии, необходимой для его работы.

Тем не менее, основополагающим различием стоит считать конструктивные особенности — индукционного типа электрический счетчик либо полностью электронный. От названого фактора зависит класс точности прибора, его функциональные возможности и количество учитываемых тарифов.

Индукционный счетчик «изнутри»:

В сущности, индукционные счетчики просты, дешевы и надежны. Их основа — механика и электрика. К сожалению, названный фактор вводит и определенные ограничения на возможности устройства. К примеру, без сильного усложнения конструкции, от прибора нельзя получить больших сервисных функций.

Электронные структурно сложнее и могут выполнять множество дополнительных действий, таких как отправка показаний удаленным образом, отключение линии потребления с пульта находящегося вдали от прибора, ведение нескольких тарифов цены электроэнергии в зависимости от времени суток. Кроме того, они обладают большей точностью, в отличие от предыдущего варианта прибора учета. И еще один фактор, которым безусловно хороши электронные счетчики — возможность ретроспективы. Суть ее в хранении показаний за несколько отчетных периодов. И названая информация легко доступна к получению, от конкретного устройства.

Потребление энергии в зависимости от времени суток:

Основа цифрового электросчетчика — полностью электронная схема, без движущихся механических элементов. В ней несколько микросхем, трансформаторы тока и миниатюрный компьютер управляющий всем перечисленным хозяйством. Последний называется микроконтроллером. Всё монтируется на единую плату еще на заводе, что исключает повреждение связей элементов в процессе эксплуатации.

Программное обеспечение

Программное обеспечение трехфазных электросчетчиков торговой марки Пульсар включает:

• внутреннее ПО — интегрированная память оборудования программируется на этапе его производства;
• внешнее ПО — программный модуль ElectroMeterConfig.exe устанавливается на внешнее оборудование (ПК, ноутбук) для настройки и поверки электросчетчиков.

Уровень защиты программного обеспечения от несанкционированной коррекции данных соответствует нормативу Р 50.2.077–2014 и определяется как «средний».

Что учитывает прибор учета

Вне зависимости от того, как устроен электросчетчик, он в своей основе измеряет мощность потребителя, в зависимости от которой и производится расчет количества затраченной энергии за конкретный период времени. Сам показатель сопротивления (нагрузки) в сетях переменного тока, бывает активным и реактивным. А в корне суммы квадратов значений обоих видов потребления (формула — P=√ ((U I cosθ)2+ (U I sinθ)2) он дает полную мощность нагрузки цепи. Разница показателей в том, что при активной мощности выполняется какая-либо работа, а при реактивной, энергия впустую циркулирует между связанными элементами сети. Последний фактор возникает в тех случаях, когда к цепям переменного тока подключен конденсатор или катушка трансформатора.

Из-за своего устройства индукционные счетчики способны определять или активную нагрузку, или только реактивную, что использовалось некоторыми недобросовестными потребителями для искажения показаний в приборах учета старых моделей. Электронные оперируют обеими характеристиками, вычисляя полную мощность по специальной формуле, используя в качестве основы текущие характеристики нагрузки сети.

Функциональные возможности

Помимо измерения показателей расхода электроэнергии, трехфазные счетчики Пульсар демонстрируют целый ряд дополнительных функциональных возможностей:

• измерение показателей качества электроэнергии (по параметрам отклонения от нормы напряжения и частоты);
• измерение характеристик электрической сети (активная, реактивная, полная мощность, коэффициент мощности, ток, напряжение, частота сети);
• ведение часового, суточного, месячного архива;
• ведение журнала событий.

Показания выводятся на жидкокристаллический дисплей, могут передаваться на центральный сервер по цифровому каналу связи. Показатели мощности, качества электроэнергии, а также журнал событий можно считать только с использованием цифрового канала связи.

Индукционные счетчики

Внутреннее строение индукционного счетчика:

Основой функциональности у названых счетчиков служит физический закон магнитной индукции. В конструкции, для создания эффекта используются два электромагнита разной формы и ориентации относительно друг друга, для каждой фазы потребителя. Один из них подключен непосредственно к питанию сети, а второй в разрыв линии нагрузки. Генерируемые ими поля инициируют возникновение вихревых токов на диске из проводящего металла, за счет которых последний и приводится в движение, совершая обороты вокруг своей оси. Причем чем сильнее нагрузка на линию, к которой подключен один из генераторов поля, тем больше электронов скапливается на подвижном элементе, отчего он и вращается быстрее. В целях ограничения момента движения, — чтобы скорость не стала равна применяемой в электродвигателе — используется установленный рядом с поверхностью алюминиевого диска постоянный магнит.

Классическая схема:

На приведенном изображении видны магнитные поля, циркулирующие в процессе работы прибора. Они обозначены ФI, ФU1 и ФU2. Остальные элементы схемы указаны цифрами. Под номером 1 с обмоткой, отмеченной 2, идет электромагнит наведения. Якорь второго маркирован 3 с силовой линией 4, подключаемой к нагрузке. За 6 закреплен алюминиевый проводящий диск, 7 — ось, на которой он находится. 8 — редуктор, передающий вращательный момент на счетный механизм 9.

Устройство электросчетчика аналогичного плана настолько простое, что индукционные приборы учета электроэнергии изготавливались и применялись еще в 19 веке.

Электронные счетчики

В своем большинстве, электронные приборы учета не содержат движущихся механических частей. Исключением выступают некоторые виды табло, показания которых изменяются за счет работы шагового электродвигателя, приводящего в действие соответствующие шестерни внутреннего редуктора[Ю.П.1] .

Механическое табло:

Разрабатывались и даже выходили на рынок гибридные варианты приборов учета, содержащие дополнительную функциональность, интегрированную с обычным индукционным счетчиком. Речь идет о системах связи, хранения и удаленного управления. Они не прижились по причине слишком высокой сложности работы, приводящей к снижению общей надежности устройства.

Более простым вариантом стало изготовление прибора учета целиком с использованием электронных компонентов, в число которых входит и «умная» управляющая часть в лице микроконтроллера. Последний, мало того, что выполняет названные функции, так еще и обеспечивает много дополнительных возможностей. К примеру, делает расчет полной мощности нагрузки, используя поступающие данные об активных и реактивных затратах тока от соответствующих датчиков.

Блок-схема внутреннего устройства электронного счетчика:

Для каждой фазы используется своя комбинация трансформаторов тока и напряжения с сенсорами, показания которых поступают на вход микросхемы аналого-цифрового преобразователя, откуда уже в виде кодовых последовательностей идут в микроконтроллер. В свою очередь, он подсчитывает затраченный ток, выводя результат в киловатт-часах. Полученные значения отправляются дальше — на устройство отображения и систему связи (при наличии). Также происходит постоянное сохранение вычисленной информации в энергонезависимую память. Причем в определенные, указанные настройками периоды, микроконтроллер помещает суммарно накопленное потребление в отдельные ячейки, что позволяет получить график мощностей нагрузки за определенные промежутки времени.

Также на «умную» часть прибора учета ложится управление линией, ведущей к конечным клиентским устройствам электронного электросчетчика. Он может по удаленной или прямой команде отключить потребителей или выполнить действие в разрезе условия ограничения мощности. То есть, когда потребление на линии будет больше установленного предела. Названую функциональность обеспечивает непосредственно подключаемое к микроконтроллеру реле, управляющее разрывом линии питания клиентских устройств.

Внутренности электронного счетчика:

Схема электросчетчика в упрощенном варианте, представленном еще в устройстве от Texas Instruments, выглядит следующим образом:

На ней видны все основные элементы, включая трансформатор тока, о, цифровое табло и обязательный тактовый генератор, нужный всем видам микроконтроллеров. Именно последний и задает скорость работы и время реакции у логической части.

В сущности, любой существующий электронный счетчик электроэнергии построен на тех же элементах, которые и указаны в приведенном приборе. Конечно с тем условием, что у разных производителей будет отличаться элементарная база и могут быть добавлены некоторые компоненты, расширяющие конечную функциональность.

Как устроен электросчетчик

Устройство однофазного электрического счетчика прямого включения Энергомера сейчас будет хорошо видно на фотографиях. Напоминаю, его внешний вид — на первом фото статьи.

Счетчик мне достался исправный, мне его подарили, поскольку там, где он стоял, сменился собственник помещения, и нового владельца обязали поменять счетчик.

На счетчике обычно стоят 2 пломбы, одна защищает от несанкционированного доступа клеммы счетчика, вторая — электронную схему счетчика. Этих пломб на моём счетчике уже нет.

Рассмотрим подробнее клеммы.

Клеммы зажимные, хорошо держат зачищенный провод на всём его протяжении.

Теперь самое интересное — вскрываем корпус счетчика:

Счетчик Энергомера цэ6807п. Снятая передняя панель

Счетчик энергомера. Снятая крышка, фото 2

Достаём потроха внутренности, и видим, что схема электросчётчика состоит их трёх основных частей:

Это 1) шаговый двигатель, на оси которого закреплены циферки, 2) плата с контроллером и 3) входные клеммы. Как видно, всё китайское (надеюсь, кроме клемм), поэтому и цена такому счетчику 650-750 руб.

Кстати, не видел, но в Меркурии производство компонентов — российское. Кто подтвердит?

Клеммы и плата с контроллером. Всё перевёрнуто, поэтому фазные клеммы счетчика — справа, нулевые — слева, не так как мы привыкли видеть.

Белый и зеленый проводочки — это выход измерительного шунта. Того самого шунта, на котором «оседает» напряжение, пропорциональное току через фазные клеммы. Это напряжение поступает на входы платы КТ1 и КТ2 и подается на обработку контроллеру.

Также с фазной клеммы берется питание для контроллера, это желтый проводок. Питание — бестрансформаторное, через конденсатор, выпрямитель и стабилизатор 5VDC.

Нулевая клемма используется для того, чтобы брать второй полюс для питания счетчика. А ещё для того, чтобы обеспечить соединение, и чтобы ограничить злоумышленные схемы включения счетчика.

С выхода платы контроллера через точки М1.1 и М1.2 поступают импульсы на шаговый двигатель. Тот самый, который тормозят с помощью магнита. Частота импульсов пропорциональна току, и дополнительно индицируется светодиодом.

Про шаговый двигатель рассказано у меня в блоге в статье про .

Этот светодиод используют для проверки и поверки счетчика. Подсчитывают количество импульсов за (например) 5 минут, и смотрят на правильность показаний на передней панели.

В контроллере зашита программа, которая вырабатывает импульсы для работы шагового двигателя.

Кстати, программу можно изменить, умельцы это делают. Тем самым можно уменьшить показания счетчика на 30 — 50%.

Вот фото печатной платы счетчика немного крупнее:

Преимущества и недостатки конкретных видов приборов учета

Главное преимущество импульсных приборов учета: их простота, надежность и низкая цена. На этом плюсы оканчиваются. Механика изначально подвержена сторонним воздействиям и не обеспечивает нужного уровня точности. Не говоря уже о функциональном объеме. Главным из последнего можно назвать отсутствие автоматической передачи данных оператору-поставщику энергоносителя. Требуется непосредственное участие людей в процедуре съема показаний, отключении или активации устройства.

Снятие показаний работниками ЖКХ:

У электронного счетчика нет таких проблем. Отсутствуют движущиеся части, сложнее компоновка, наличествуют внутренние логические элементы. Все названое позволяет производить контроль работы счетчика удаленно, получая информацию о текущих показаниях в режиме онлайн и управлять самой подачей энергии потребителям. Последние две функции нужны не только управляющим компаниям, но и позволяют интегрировать прибор учета в систему «умного» дома, с целью предоставления информации потребителю. Который в свою очередь, может, к примеру, при условии наличия нужного программного обеспечения, выполнять не только контроль ситуации в общем, но и оплачивать счета в автоматическом режиме.

Кроме названых плюсов, можно вспомнить и о том, что физические принципы, заложенные в основу того, как работают счетчики аналогичного плана, не дадут осуществить искажение поступающих данных от устройств потребления методами, применяемыми в отношении импульсных приборов учета.

У цифровых счетчиков есть и минусы. В сущности, выход любого из элементов схемы приведет к его полной неработоспособности, что достаточно актуально из-за низкого качества применяемых деталей. На практике срок эксплуатации электронного счетчика ниже, чем у индукционного.

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.

Заниматься ремонтом цифрового счетчика должны только сотрудники компании энергосбережения. Пользователь обращается в инстанцию для получения разрешения на проверку и замену аппарата.

Подключение прибора учета электроэнергии

Рассмотрев функциональные принципы работы электронного счетчика, пора перейти к практической части. Речь пойдет о том, как производится правильная установка одно- и трехфазного прибора учета.

Схема монтажа в существующую энергосеть, непосредственно указана на корпусе устройства или его документации. Она различна для сетей 220 В и 380 В (соответственно — одной или трех фаз). В общем виде электросчетчик, вне зависимости от его вида (электронный или индукционный), — в том случае, если он предназначен для работы на одной фазе — подключается по следующей схеме:

Монтаж трехфазного счетчика электроэнергии, выполняется немного иначе:

Последовательность контактов разных моделей может отличаться.

Кроме того, есть частные случаи, когда электросчетчик соединяется с линией не напрямую, а через трансформаторы тока:

После установки прибора учета, (если конечно она не производится в интересах личной информативности) нужно обратиться к обслуживающему персоналу поставляющей электроэнергию организации. Последний выполнит проверку правильности соединения, снимет начальные показания прибора и зафиксирует его заводские данные. После проводится обязательное пломбирование устройства учета, с целью предотвращения последующего внесения изменений в схему подключения.

Критерии подбора

Один из критериев выбора электросчетчика — количество тарифов
Перед покупкой устройства стоит обращать внимание на ряд параметров:

• Допустимая величина тока. Цифровые модели рассчитаны на ток 5-60А, что подходит для квартир и частных домов.
• Дата проверки. На трехфазном счетчике должна находится пломба не старше 1 года.
• Количество пломб. Первое опломбирование делают государственные органы – отметку проставляют на кожухе. Вторая пломба на зажимной крышке – от предприятия энергоснабжения.
• Опционал. Чем больше функций, тем дороже счетчик. Но внутренний тарификатор создает график нагрузки, а в журнале событий отмечается повышение и понижение напряжения в каждой фазе.
• Обслуживание и гарантии. Качественные модели имеют большой гарантийный период. Сервисный центр бренда есть в городе покупателя.
• Интервал проверки. Оптимально – от 10 до 16 лет.
• Интеграция с АСКУЭ. Показания автоматически передаются провайдеру.
• Фазность. Информация указывается на табло. Однофазный аппарат имеет маркировку 220 или 230 В, трехфазный – 220/380 В или 230/400 В.
• Количество тарифов. Двухтарифная схема исключает переплаты за электричество в ночное время.
• Способ монтажа. Цифровой аппарат крепится на винтах (корпус S или Ш) или дин-рейках (корпус R или P).

Продавец обязан поставить печать на приборе и записать его стартовые показания.

Примечания по классу точности

Ранее было упомянуто о классе точности электросчетчика. Обычно он указан на корпусе устройства и определяет, насколько последний чувствителен к линии потребления. Чем меньше значение, тем его показания точнее даже при малых нагрузках. Это и плюс, и минус прибора учета. Для контролирующих организаций – чем чувствительнее устройство, тем больше дохода. В отношении потребителей обратная картина. Никому не нужно, чтобы счетчик оценивал телевизор, микроволновую печь, стиральную машину или холодильник, находящиеся в режиме ожидания, когда они не выполняют никаких активных действий и расходуют только «каплю» электроэнергии.

Слева внизу на табло, в круге — класс точности устройства:

С практической стороны, нельзя устанавливать приборы учета ниже второго класса точности. Но такая чувствительность идеальна для бытовых целей. В случае организаций лучше использовать счетчик первого класса.

Схема установки

Проектируя современную электросеть, в первую очередь ее делают безопасной. По этой причине перед счетчиком ставится коммутатор в виде рубильника или автомата защиты.

С автоматом

Хороший вариант — двухполюсный автомат, защищающий проводку и бытовую технику от перегрузок. Если напряжение превысит допустимые нормы, автомат автоматически отключит питание. Сперва на автомат выводятся провода (идущие от столба), а от него они идут на счетчик. От автомата до электросчетчика не должно быть расстояния больше 10 метров.

Вам это будет интересно Электрогенератор Николы Тесла

Подключение с автоматом

С автоматом и противопожарным УЗО

Автомат защитит технику от перегрузки, но не будет реагировать на пробой изоляции или прикосновения человека к работающему проводу. За это отвечает устройство защитного отключения (УЗО). Чтобы защитить всю проводку, ставят общее УЗО.

Место установки — после счетчика. Выставляемый ток утечки — не меньше 100 мА. Устройство не зря называют противопожарным, так как оно обесточивает сеть при сильных токах утечки, что может привести к искрению и пожару. На УЗО заводят ноль и фазу. С выхода УЗО фаза подается на автомат, нейтраль — на шину. Ноль подается уже с этой шины.

С УЗО