Как устроен и работает электронный счетчик электроэнергии

Основное назначение этого прибора сводится к постоянному измерению потребляемой мощности контролируемого участка электрической схемы и отображению ее величины в удобном для человека виде. Элементная база использует твердотельные электронные компоненты, работающие на полупроводниках или микропроцессорных конструкциях.

Такие приборы выпускают для работы с цепями тока:

1. постоянной величины;

2. синусоидальной гармонической формы.

Приборы учета электроэнергии постоянного тока работают только на промышленных предприятиях, эксплуатирующих мощное оборудование с большим потреблением постоянной мощности (электрифицированный железнодорожный транспорт, электромобили…). В бытовых целях они не используются, выпускаются ограниченными партиями. Поэтому в дальнейшем материале этой статьи их рассматривать не будем, хотя принцип их работы отличается от моделей, работающих на переменном токе, в основном конструкцией датчиков тока и напряжения.

Электронные счетчики мощности переменного тока изготавливаются для учета энергии электрических устройств:

1. с однофазной системой напряжения;

2. в трехфазных цепях.

Конструкция электронного счетчика

Вся элементная база располагается внутри корпуса, снабженного:

клеммной колодкой для подключения электрических проводов;

панелью ЖКИ дисплея;

органами управления работой и передачи информации от прибора;

печатной платой с твердотельными элементами;

Внешний вид и основные пользовательские настройки одной из многочисленных моделей подобных устройств, выпускаемых на предприятиях республики Беларусь, представлен на картинке.

Работоспособность такого электросчетчика подтверждается:

нанесенным клеймом поверителя, подтверждающим прохождение метрологической поверки прибора на испытательном стенде и оценке его характеристик в пределах заявленного производителем класса точности;

ненарушенной пломбой предприятия энергонадзора, ответственного за правильное подключение счетчика к электрической схеме.

Внутренний вид плат подобного прибора показан на картинке.

Здесь нет никаких движущихся и индукционных механизмов. А наличие трех встроенных трансформаторов тока, используемых в качестве датчиков с таким же количеством явно просматриваемых каналов на монтажной плате, свидетельствуют о трехфазной работе этого устройства.

Электротехнические процессы, учитываемые электронным счетчиком

Работа внутренних алгоритмов трехфазных или однофазных конструкций происходит по одним и тем же законам, за исключением того, что в 3-х фазном, более сложном устройстве, идет геометрическое суммирование величин каждого из трех составляющих каналов.

Поэтому принципы работы электронного счетчика будем преимущественно рассматривать на примере однофазной модели. Для этого вспомним основные законы электротехники, связанные с мощностью.

Ее полная величина определяется составляющими:

реактивной (суммы индуктивной и емкостной нагрузок).

Ток, протекающий по общей цепи однофазной сети, одинаков на всех участках, а падение напряжения на каждом ее элементе зависит от вида сопротивления и его величины. На активном сопротивлении оно совпадает с вектором проходящего тока по направлению, а на реактивном отклоняется в сторону. Причем на индуктивности оно опережает ток по углу, а на емкости — отстает.

Электронные счетчики способны учитывать и отображать полную мощность и ее активную и реактивную величину. Для этого производятся замеры векторов тока с напряжением, подведенных на его вход. По значению отклонения угла между этими входящими величинами определяется и рассчитывается характер нагрузки, предоставляется информация обо всех ее составляющих.

В различных конструкциях электронных счетчиков набор функций неодинаков и может значительно отличаться своим назначением. Этим они кардинально выделяются от своих индукционных аналогов, которые работают на основе взаимодействия электромагнитных полей и сил индукции, вызывающих вращение тонкого алюминиевого диска. Конструктивно они способны замерять только активную или реактивную мощность в однофазной либо трехфазной цепи, а значение полной — приходится вычислять отдельно вручную.

Принцип измерения мощности электронным счетчиком

Схема работы простого прибора учета с выходными преобразователями показана на рисунке.

В нем для замера мощности используются простые датчики:

тока на основе обычного шунта, через который пропускается фаза цепи;

напряжения, работающего по схеме широко известного делителя.

Сигнал, снимаемый таким датчиками, мал и его увеличивают с помощью электронных усилителей тока и напряжения, после которых происходит аналогово-цифровая обработка для дальнейшего преобразования сигналов и их перемножения с целью получения величины, пропорциональной значению потребляемой мощности.

Далее производится фильтрация оцифрованного сигнала и вывод на устройства:

Применяемые в этом схеме входные датчики электрических величин не обеспечивают измерения с высоким классом точности векторов тока и напряжения, а, соответственно, и расчет мощности. Эта функция лучше реализуется измерительными трансформаторами.

Схема работы однофазного электронного счетчика

В ней измерительный ТТ включен в разрыв фазного провода потребителя, а ТН подключен к фазе и нулю.

Сигналы с обоих трансформаторов не нуждаются в усилении и направляются по своим каналам на блок АЦП, осуществляющий преобразование их в цифровой код мощности и частоты. Дальнейшие преобразования выполняет микроконтроллер, осуществляющий управление:

ОЗУ — оперативным запоминающим устройством.

Через ОЗУ выходной сигнал может передаваться дальше в канал информации, например, с помощью оптического порта.

Функциональные возможности электронных счетчиков

Низкая погрешность измерения мощности, оцениваемая классом точности 0,5 S или 02 S разрешает эксплуатировать эти приборы в целях коммерческого учета использованной электроэнергии.

Конструкции, предназначенные для замеров в трехфазных схемах, могут работать в трех или четырехпроводных электрических цепях.

Электронный счетчик может непосредственно подключаться к действующему оборудованию или иметь конструкцию, позволяющую использовать промежуточные, например, высоковольтные измерительные трансформаторы. В последнем случае, как правило, осуществляется автоматический перерасчет измеряемых вторичных величин в первичные значения тока, напряжения и мощности, включая активную и реактивную составляющие.

Счетчик фиксирует направление полной мощности со всеми ее составляющими в прямом и обратном направлении, хранит эту информацию с привязкой ко времени. При этом пользователю можно снимать показания энергии по ее приращению за определенный период времени, например, текущие или выбранные из календаря сутки, месяц или год либо — накоплению на определенное назначенное время.

Фиксация значений активной и реактивной мощности за определенный период, например, 3 или 30 минут, как и быстрый вызов ее максимальных значений в течение месяца значительно облегчает анализ работы энергетического оборудования.

В любой момент можно просмотреть мгновенные показатели активного и реактивного потребления, действующего тока, напряжения, частоты в каждой фазе.

Наличие функции многотарифного учета энергии с использованием нескольких каналов передачи информации расширяет условия коммерческого применения. При этом создаются тарифы для определенного времени, например, каждого получаса выходного либо рабочего дня по сезонам или месяцам года.

Для удобства работы пользователя на дисплее выводится рабочее меню, между пунктами которого можно перемещаться, используя рядом расположенные органы управления.

Электронный счетчик электроэнергии позволяет не только считывать информацию непосредственно с дисплея, но и просматривать ее через удаленный компьютер, а также осуществлять ввод дополнительных данных или их программирование через оптический порт.

Защита информации

Установка пломб на счетчик производится в два этапа:

1. на первом уровне доступ внутрь корпуса прибора запрещается службой технического контроля завода после изготовления счетчика и прохождения им государственной поверки;

2. на втором уровне пломбирования блокируется доступ к клеммам и подключенным проводам представителем энергоснабжающей организации или энергонадзора.

Все события снятия и установки крышки оборудованы сигнализацией, срабатывание которой фиксируется в памяти журнала событий с привязкой ко времени и дате.

Система паролей предусматривает ограничение пользователей к доступу информации и может содержать до пяти ограничений.

Нулевой уровень полностью снимает ограничения и позволяет просматривать все данные местно или удаленно, синхронизировать время, корректировать показания.

Первый уровень пароля дополнительного доступа предоставляется работникам монтажной или эксплуатационной организации систем АСКУЭ для наладки оборудования и записи параметров, не оказывающих влияние на коммерческие характеристики.

Второй уровень пароля основного доступа назначается ответственным работником энергонадзора на счетчике, прошедшем наладку и полностью подготовленном к работе.

Третий уровень основного доступа дается работникам энергонадзора, осуществляющим снятие и установку крышки со счетчика для доступа к его клеммным зажимам или проведению удаленных операций через оптический порт.

Четвертый уровень предоставляет возможности установки аппаратных ключей на плату, удаление всех установленных пломб и возможность работы через оптический порт для усовершенствования конфигурации, замены калибровочных коэффициентов.

Приведенный перечень возможностей, которыми обладает электронный счетчик электроэнергии, является общим, обзорным. Он может выставляться индивидуально и отличаться даже на каждой модели одного производителя.

Источник

Электронный цифровой счётчик для учёта электроэнергии

Измерить количество энергии на участке электрической сети за какой-то промежуток времени — вот основная задача электрического счётчика. Существует немало приборов учёта — с оборотными дисками и современные электронные счётчики электроэнергии. Домашнему мастеру о таких приборах нужно знать только одно; без него нельзя. Вмешиваться в работу или устанавливать его самостоятельно запрещено.

Устройство и принцип работы

Для учёта электрической энергии постоянного тока выпускают приборы постоянной величины, которые применяют только на предприятиях, эксплуатирующих мощное оборудование. Они выпускаются небольшими партиями и в бытовых целях не применяются.

Синусоидальной гармонической формы приборы переменного тока выпускают для учёта энергии с однофазной и трёхфазной системой напряжения.

К основным элементам, которые находятся внутри корпуса аппарата, относится:

• клеммная колодка;
• панель жидкокристаллического дисплея (ЖКИ);
• органы передачи информации и управления работой;
• измерительные трансформаторы;
• печатная плата с твердосплавными элементами;
• защитный кожух.

Внутренний алгоритм работы однофазных и трёхфазных приборов одинаковый. Через трансформаторные датчики поступают сигналы на входы микросхемы — преобразователя. С выхода микросхемы частотный сигнал поступает на вход микроконтроллера. Он складывает все пришедшие импульсы для получения количества энергии в киловатт-час.

Накопленная энергия записывается во флеш-память и выводится на монитор. Если напряжение в сети исчезает, то в памяти сохраняется информация о накопленной энергии. Она считывается микроконтроллером, а затем выводится на индикатор после восстановления напряжения. Счёт прибор продолжает с этой величины.

Для такого алгоритма нужно менее одного килобайта памяти микроконтроллера. Дисплей может быть 6−8-разрядный 7-сегментный ЖКИ и управляется контроллером.

Характеристика электронного счетчика

Первые электронные приборы учёта были созданы в 70-х годах в Европе. Предпосылкой их создания стало развитие электроники и реализация более сложных задач, чем учёт энергии.

Появление таких устройств в 90-х годах в России стимулировалось подорожанием энергии, приватизацией и реструктуризацией электроэнергетики, появлением различных собственников. В таких условиях заводы-производители начали осваивать производство электронных счётчиков.

Преимущества электронных моделей неоспоримы:

• в условиях быстропеременных и низких нагрузок сохраняется высокий класс точности;
• возможность работать по различным тарифам;
• разные виды энергии можно учитывать одним прибором, в том числе в двух направлениях;
• возможно измерение показателей мощности, качества и количества энергии;
• допустимо длительное хранение данных учёта и доступа к ним;
• можно фиксировать несанкционированный доступ и случаи хищения электрической энергии;
• возможность дистанционно снимать показатели с использованием различных интерфейсов;
• можно рассчитывать потери;
• вероятность создания современных АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учёта электрической энергии).

К декларируемым преимуществам можно отнести защищенность приборов от традиционных методов хищения электрической энергии и до 16 лет срок межповерочного интервала.

Сегодня электронные приборы дороже индукционных счётчиков электроэнергии.

Обеспечение надёжности и ремонт

Прибор должен обладать определённым значением точности. Проверить её можно в специальных электротехнических лабораториях, которые имеют право проводить проверку и пломбировку счётчиков. Можно оценить работу устройства и в домашних условиях:

1. При отключении нагрузки световой индикатор прибора должен остановиться. Если он продолжает свой счёт, то устройство неисправно и начался самоход. Лучше это делать ночью, когда сеть минимально нагружена, а все электробытовые приборы отключены.
2. Появление заметного жужжания устройства не считается признаком неисправности, если не обнаруживается при этом самоход.
3. Искажения показаний прибора, обнаруженные при получении счёта за потреблённую электрическую энергию. Например, показания счётчика за июнь составили 100 кВт. В июле вся семья на месяц выехала в отпуск, отключив электробытовые приборы, а по данным счёта, расход электрической энергии составил 60 кВт. Наличие самохода в таком случае нужно проверить обязательно.

При отсутствии самохода световой индикатор не должен показать в течение 15 минут более одного импульса. Итак, если обнаружены импульсы при отсутствии нагрузки, это говорит о неисправности внутри счётчика, его необходимо сдать в ремонт.

Чтобы сдать прибор в ремонт, необходимо вызвать представителя энергосберегающей компании, получить предписание на поверку устройства или его замену.

Определение показателей прибора

По данным электрического счётчика можно установить ряд необходимых показателей:

1. Расход энергии за определённый промежуток времени. Для этого от конечных показаний счётчика вычитают начальные показания. В зависимости от типа прибора эти расчётные данные могут умножаться на коэффициент трансформации трансформаторного тока.
2. Факт включения на данный момент каких-либо электрических приборов или ламп в сеть квартиры. Если световой индикатор не считает, значит, всё выключено.
3. Мощность включённых приборов.
4. Проходящую через счётчик величину тока.
5. Перегрузку в сети или на самом счётчике.

Достоинством электронных счётчиков является также то, что они производятся как под один тариф, так и под несколько.

Выбор оптимального варианта

Российские компании выпускают устройства, аналогичные зарубежным предприятиям. Их стоимость значительно ниже, а качество не уступает европейским лидерам. Все электросчётчики должны соответствовать ГОСТу Р 52320−2005, что подтверждаться паспортом прибора.

Риск получать неверные результаты о потреблённой энергии возникает при покупке моделей малоизвестных производителей. Если они выйдут из строя, может возникнуть проблема, связанная с их ремонтом. В то время как известные компании имеют сервисные центры.

Выбирать устройство для квартир нужно классом точности до 2.0 и не менее 50 А должна быть сила тока. От 10 до 16 лет — оптимальный межповерочный интервал для прибора.

В технической документации на прибор ставиться печать, которая подтверждает пройденную на предприятии проверку на точность и работоспособность, указывается дата этой проверки. При продаже устройства продавец записывает начальные показания прибора. На электросчётчик ставится государственная пломба, на которой фиксируется год и квартал прохождения теста .

Перед покупкой электронного счётчика в энергосберегающей компании нужно уточнить, какие модели разрешены к использованию. Некоторые компании требуют приобретать приборы учёта, которые могут быть подключены к системе АСКУЭ. В этом случае показания устройства поступают поставщику энергии в автоматическом режиме.

Лучшие аппараты учета

Срок эксплуатации прибора и экономия средств зависят от правильного выбора электронного счётчика. По отзывам покупателей, сомнения не вызывают такие производители измерительной электротехники:

1. Инкотекс. Это российская компания, которая входит в мощный холдинг и на протяжении 15 лет выпускает модели под маркой «Меркурий». По продажам эта компания занимает первое место в России.
2. Тайпит. Фирма находится в Санкт-Петербурге, основана в 1999 году и производит электросчётчики модели «Нева» и прочие измерительные устройства.
3. Энергомера. Это молодая фирма, которая зарегистрирована в 2010 году и является крупнейшим производителем счётчиков электрической энергии на российском рынке.

Все аппараты этих производителей ценятся как потребителями, так и профессионалами.

Меркурий

Модель Меркурий 201.8 — современный прибор учёта с 7-разрядным ЖКИ. Класс его точности при измерении активной энергии составляет 1.0, напряжение колеблется в диапазоне от 220 В до 230 В, а сила тока от 5 А до 80 А. Эти устройства могут работать при температуре от -45 ºС до +75 ºС, при максимальной влажности до 90%.

Модульный корпус, измерительный преобразователь тока и винтовые клеммы — всё это особенности аппарата. Дополнительным элементом аппарата является светодиодная подсветка, которая очень удобная для считывания показателей.

Срок эксплуатации этих моделей 30 лет, а между ревизиями 16 лет. Эти приборы просты в монтаже, компактны и имеют минимальный вес. У них высокий класс точности, хороший запас прочности и бюджетная стоимость.

Удобный и красивый цифровой прибор Нева М. Т. 123 пользуется спросом не только в домах и квартирах, но и в торговых залах, офисах и на предприятиях.

Этим устройством можно измерять:

• частоту сетевого напряжения;
• активную мощность;
• напряжение и силу тока.

Все модели отличаются многофункциональностью, точностью измерения электрической энергии, надёжностью, качеством материалов, из которого они изготавливаются, и выгодной ценой.

Рабочее напряжение — 230 В, номинальный ток — 5 А, а гарантийный срок — 30 лет.

Энергомера

Энергомера CE102M S7 145-JV — это модель с классом точности 1.0, устойчива к воздействиям климатического, электромагнитного и механического типа.

• сила тока — 5 (60) А;
• напряжение — 220 (230) В;
• температура функционирования — -45 ºС (+70 ºС);
• влажность — 98%.

Дополнительными возможностями прибора учёта являются: энергонезависимая память, наличие шунта, интерфейс связи, индикация информации за определённый промежуток времени. Аппарат компактный, удобен в пользовании, его легко перепрограммировать. С устройства можно снять информацию без наличия напряжения, его память защищена от попыток внесения изменений. Этот счётчик широко используется в помещениях с большим количеством электрических точек.

Источник