Приветствую Вас, посетители сайта сайт. Из этой статьи вы подробно узнаете об внутреннем устройстве однофазного индукционного счетчика электрической энергии.
Электросчетчик- это стационарный прибор, предназначенный для ведения учета потребленной электроэнергии из сети, измеряемой в кВт∙ч.
Классификация счетчиков:
- по конструктивному исполнению измерительного механизма подразделяются на индукционные и ;
- по роду измеряемого тока на постоянные и переменного;
- по количеству подключаемых фаз – одно- и трехфазные;
- по численности тарифов делятся на однотарифные и многотарифные;
- по способу подключения к сети — косвенного(подключение через измерительные трансформаторы) и прямого включения.
Устройство индукционного счетчика
Электросчетчик имеет две обмотки- напряжения 1 и тока 4, намотанных встречно на два разделенных магнитопровода (сердечника), расположенных перпендикулярно друг к другу. Обмотки с магнитопроводами представляют собой электромагниты. Между сердечниками находится алюминиевый диск 5, насаженный на ось, которая посредством червячной передачи 2 соединена со счетным устройством. Постоянный магнит 3 останавливает алюминиевый диск при выключенной нагрузке.
Вся нагрузка потребителей проходит через токовую обмотку, т.к. она включена последовательно, поэтому выполнена проводом сечением до 6 мм кв. (т.е. предельно допустимый ток электросчетчика) небольшим количеством витков и малым входным сопротивлением. Катушка напряжения подключена параллельно(выводы L и N) и намотана проводом сечением от 0,09 до 0,016 мм.кв. с числом витков 9000-11000.
При протекании переменного электрического тока по обмотке 4 и напряжения в обмотке 1 вокруг них появляются магнитные потоки Ф1 Ф2, которые усиливаются с помощью сердечников. Магнитные потоки пересекают края диска, наводя в нем вихревые токи, порождающие магнитные поля, а следовательно, и магнитные потоки. Взаимодействие последних с основными магнитными потоками приводит к вращению алюминиевого диска и,в свою очередь, счетного механизма.
Количество оборотов диска за единицу времени-нами потребляемая электроэнергия! Чем быстрее вращается диск, тем большее идет потребление электричества!
Для учета трехфазной нагрузки потребителей используются трехфазные индукционные счетчики, аналогичной конструкции.
Содержание:В каждую электрическую сеть квартиры или частного дома подключается электросчетчик, учитывающий потребленную электроэнергию. Отличительной особенностью данного прибора является его последовательное подключение. Это позволяет определять в полном объеме количество тока, проходящего через его обмотки. Принцип работы электросчетчика зависит от того, к какому типу относится тот или иной прибор.
Какие виды электросчетчиков бывают
В быту используются три вида счетчиков:
- Механические или индукционные, несмотря на простоту и дешевизну, они отличаются большими погрешностями, невозможностью тарификации и другими недостатками.
- Электрон ные счетчики обладают явными преимуществами в виде высокой точности, удобного интерфейса и многих других полезных функций.
- Третий вид приборов учета относится к гибридным устройствам, в которых имеется механическая и электрон ная часть. Они используются достаточно редко, поэтому более подробно следует рассмотреть два первых типа электросчетчиков.
Принцип работы индукционного счетчика
Еще совсем недавно индукционные счетчики были неотъемлемой частью электрических сетей в квартирах. Счетное устройство в этих приборах представлено вращающимся алюминиевым диском и цифровыми барабанами, отображающими показатели расхода электроэнергии в реальном времени.
Принцип действия подобных устройств достаточно простой. Электромагнитное поле, возникающее в катушках счетчика, взаимодействует с диском, выполняющим функцию подвижного токопроводящего элемента. В однофазном индукционном счетчике выполняется параллельное подключение одной из катушек к обмотке напряжения, которая служит сетью переменного тока. Другая катушка подключается последовательно на участке между обмоткой тока или нагрузкой и генератором электроэнергии.
Действие токов, протекающих по обмоткам, приводит к созданию переменных магнитных потоков, пересекающих вращающийся диск. Их величина составляет пропорцию между потребляемым током и входным напряжением. В соответствии с в самом диске происходит возникновение вихревых токов, протекающих по направлению магнитных потоков.
Вихревые токи и магнитные потоки начинают взаимодействовать между собой в диске. В результате, появляется электромеханическая сила, которая и приводит к созданию вращающегося момента. Таким образом, возникает пропорция между полученным вращающимся моментом и произведением двух магнитных потоков, возникающих в обмотках тока и напряжения, умноженных на синус сдвига фазы между ними.
Нормальная работа индукционного электросчетчика возможна только при условии фазового сдвига, равного 90 градусам. Такой сдвиг можно получить, разложив магнитный поток обмотки напряжения на две части. Получается, что диск прибора вращается с частотой, пропорциональной активно потребляемой мощности. Поэтому непосредственный расход электроэнергии будет находиться в пропорции с количеством оборотов диска. Полученные данные о потреблении передаются на механическое счетное устройство, ось которого связана с осью подвижного диска с помощью зубчатой передачи. Такая конструкция обеспечивает синхронное вращение обоих элементов.
Принцип работы электрон ного счетчика электроэнергии
До недавних пор все измерения потребленной электроэнергии осуществлялись с помощью индукционных счетчиков. Постепенно, с развитием микро электрон ики, произошел существенный сдвиг в деле совершенствования приборов учета и контроля потребляемой электроэнергии. Были созданы современные цифровые электрон ные системы управления с применением новейших микроконтроллеров. Это позволило многократно повысить точность измерений, а отсутствие механики значительно повысило надежность счетчика.
Для электрон ных электросчетчиков разработана специальная элементная база и методы обработки поступающей информации. После обработки цифровых данных стал возможен одновременный подсчет не только активной, но и реактивной мощности. Данный фактор приобретает важное значение при организации учета в трехфазных сетях. В результате, были созданы многотарифные электросчетчики, учитывающие накопленную энергию в течение определенного времени суток. Данные приборы способны автоматически определять тот или иной тариф.
Простейшая цифровая система на основе обычного микроконтроллера применяется в тех случаях, когда необходимо измерить импульсы, вывести информацию на дисплей и обеспечить защиту при аварийном сбое. Такие устройства являются цифровыми аналогами механических электросчетчиков. В этой системе поступление сигнала происходит через определенные трансформаторные датчики. Далее он идет на вход микросхемы-преобразователя.
Снятие частотного сигнала, поступающего на вход микроконтроллера, осуществляется на выходе микросхемы. Микроконтроллер подсчитывает все поступившие импульсы и преобразует их в полученное количество энергии (Вт*ч). Когда поступающие единицы накапливаются, их общее значение выводится на монитор и фиксируется во внутренней флэш-памяти на случай исчезновения напряжения в сети и других сбоев. Это позволяет вести непрерывный учет потребляемой электроэнергии.
Работает многотарифный электрон ный счетчик электроэнергии по собственному алгоритму. Последовательный интерфейс позволяет обмениваться информацией с внешним миром. С его помощью задаются тарифы, устанавливается и включается таймер времени, поступает информация о накопленной электроэнергии и т.д. Энергонезависимая оперативная память разделяется на 13 банков данных, сохраняющих информацию о количестве энергии, накопленной по разным тарифам. Первый банк учитывает всю энергию, накопленную от начала работы счетчика. В следующих 12 банках производится учет накоплений за 11 предыдущих месяцев и за текущий период.
Таким образом, принцип действия электросчетчика в электрон ном варианте, позволяет изменять тарифы в соответствии с заранее установленным расписанием. Через специальный разъем можно подключиться к прибору и выяснить объем электроэнергии, оплаченной потребителем.
Учет расхода потребляемой электрической энергии на объектах любой формы собственности осуществляется с помощью электросчетчиков. Правильный выбор прибора отражается на экономии электроэнергии, что является первостепенной задачей в настоящее время. Ни один объект не будет включен к сетям энергопоставляющих компаний без установки электросчетчика. Правила его выбора, места установки и подключения регламентируются нормативно-технической документацией, среди которых ПУЭ занимает основное место. Каждый домовладелец оформляет договор на подключение к сетям, где модель счетчика должна быть обязательно указана. Это необходимо для того, чтобы осуществлять поверку счетчика, периодичность которой для каждой модели устанавливается предприятием-изготовителем.
Счетчик для учета электроэнергии
Классификация
О течественные и зарубежные производители выпускают огромный ассортимент электросчетчиков. Разобраться поможет классификация устройств по следующим признакам:
- принципу работы (индукционные и электронные);
- количеству фаз или классу напряжения (одно,- и трехфазные);
- способу подключения (напрямую и через измерительные трансформаторы);
- количеству тарифов (одно-, двух,- и трехтарифные);
- типу тарификатора (внешний и внутренний);
- классу точности (0,2s; 0,2; 0,5s; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5);
- измеряемому току (базовый, стартовый и максимальный);
- типу интерфейсов (импульсный, ИК порт, RS 232, RS 485, волоконно-оптическую линию связи, CAN, PLC-модем и GSM).
Устройство и принцип работы
Конструкция счетчика зависит от принципа его работы и осуществляемых функций. Индукционный однофазный счетчик используется в однофазных переменных сетях и состоит из следующих частей:
- корпуса составного;
- двух обмоток: токовой и напряжения;
- двух магнитопроводов: обмотки тока и обмотки напряжения;
- противополюса;
- диска алюминиевого;
- механизма червячного типа;
- механизма счетного;
- магнита постоянного, служащего для торможения диска;
- оси, на которой закреплены счетный механизм, червячная передача и алюминиевый диск.
Схематическое устройство однофазного электросчетчика индукционного типа
Принцип работы устройства заключается в следующем. 2 электромагнита представляют измерительный механизм счетчика. Они расположены под углом 90° друг к другу. В магнитном поле этих электромагнитов находится диск, выполненный из алюминия. Счетчик включается в работу путем подсоединения с электроприемниками токовой обмотки последовательно, а с электроприемниками напряжения – параллельно. При прохождении переменного тока по обмоткам в сердечниках возникают магнитные потоки переменной величины. Они пронизывают диск, в результате чего индуцируют вихревые токи. При взаимодействии последних с магнитными потоками создается усилие, которое вращает диск. Он, в свою очередь, связан со счетным механизмом, который учитывает частоту вращения диска. Цифры, расположенные на счетном механизме фиксируют расход электрической энергии.
При увеличении тока нагрузки возникает больший вращающий момент, что заставляет диск вращаться быстрее.
Принцип работы трехфазных индукционных счетчиков аналогичен выше описанному счетчику, с той лишь разницей, что их используют в трехфазных сетях переменного тока.
Вид спереди трехфазного индукционного электросчетчика со снятой крышкой
Вид сбоку со снятой задней частью корпуса трехфазного индукционного счетчика
С развитием электронных технологий появились счетчики учета расхода электроэнергии электронного типа. Принцип действия их довольно прост. Специальный преобразователь входные аналоговые сигналы с датчиков тока и напряжения преобразует в цифровой импульсный код. Он подается на микроконтроллер, который фиксирует количество потребляемой электроэнергии на дисплее изделия. Отсюда основными частями электронного счетчика являются:
- кожух защитный;
- трансформаторы измерительные тока и напряжения;
- преобразователь;
- микроконтроллера, являющиеся органом управления и передачи информации на дисплей;
- колодка клеммная для подсоединения эл. проводов.
Работа однофазных и трехфазных электронных счетчиков осуществляется по одним и тем же законам, с той лишь разницей, что в 3-хфазном осуществляется суммирование величин каждого из трех каналов.
Структурная схема работы однофазного счетчика электронного типа
Из схемы видно, что трансформатор тока включен в разрыв фазного провода, а трансформатор напряжения подключен к нулю и фазе. Сигналы величины тока и напряжения с помощью преобразователя преобразуются в мощность и частоту в цифровом виде, в дальнейшем микроконтроллер управляет оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), электронным реле и дисплеем, на котором отражается цифровая информация, фиксирующая расход электроэнергии на подключенном к счетчику объекте. ОЗУ в некоторых моделях может играть роль передатчика информации, что дает возможность контролировать работу счетчика на расстоянии.
Электронные счетчики для замеров расхода электроэнергии в трехфазных схемах, могут работать как в трех,- так и четырехпроводных цепях. Устройства хранят информацию с привязкой ко времени. Показания можно снимать за определенный период времени и фиксировать следующие показатели:
- активное потребление;
- реактивное потребление;
- действующие значения напряжения и тока;
- частоту в каждой фазе.
Все это позволило создать многотарифные счетчики для подсчета потребления электроэнергии в разное время суток, по дням недели или сезонам.
Видео про счетчик
Из чего состоит и как работает счетчик потребления электроэнергии, расскажет видео ниже.
Разобравшись в устройстве электросчетчиков, с уверенностью можно сказать, что электронные аналоги намного лучше индукционных, они более точно отражают информацию, ее удобно считывать и просматривать, при необходимости дистанционно. Единственное преимущество индукционных счетчиков – это их цена, которая гораздо ниже, чем у электронных моделей.
В качестве расчетных приборов учета активной энергии используются однофазные и (или) трехфазные счетчики двух типов: индукционные и статические счетчики ватт-часов (электронные).
В настоящее время достаточно большое число установленных расчетных счетчиков активной и реактивной энергии - индукционные. Манипулируя расчетными параметрами таких счетчиков, схемами их подключения к сетям и различными способами подсчета потребляемой электроэнергии, можно осуществлять хищения электроэнергии в различных (и даже регулируемых) объемах.
Индукционным называется счетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек.
Принцип действия индукционного счетчика электрической энергии основан на принципе действия двухобмоточного асинхронного ЭД. Ротором является алюминиевый диск, который свободно вращается в двух магнитных зазорах катушек тока и напряжения. В одной катушке намагничивающая сила создается током нагрузки потребителя, во второй катушке намагничивающая сила пропорциональна величине напряжения питающей сети. Катушки напряжения и тока смещены в пространстве на 90 о и создают вращающееся магнитное поле, которое приводит во вращение алюминиевый диск. Движение диска передается на счетное устройство через передающую шестерню. Количество оборотов диска пропорционально количеству электрической энергии, протекающей в нагрузке.
Параллельная цепь индукционного счетчика электрической энергии состоит из П-образного сердечника и Т-образной перемычки, на которую одета катушка напряжения. Соединение катушки напряжения с сетью происходит через шунтовую перемычку.
Последовательная цепь (токовая катушка) состоит из П-образного сердечника и катушки. Соединена непосредственно с током нагрузки.
Наиболее точные показания счетчика наблюдаются в диапазоне 20-80% I ном. Номинальный ток не превышает, как правило, 5А.
Трехфазные счетчики отличаются количеством токовых обмоток и обмоток напряжения.
Бытовой однофазный счетчик U=220В, I ном =5А при нагрузках до 25Вт обладает зоной нечувствительности.
В однофазных сетях реактивная электрическая энергия не измеряется.
После изготовления счетчики проходят двойной метрологический контроль: органами технического контроля предприятия-изготовителя и органами технического контроля Госстандарта. После проверки счетчик опломбируется:
На нижний винт ставится пломба технического контроля предприятия-изготовителя;
На верхний винт устанавливается пломба органа Госстандарта.
В трехпроводных сетях с изолированной нейтралью трансформатора применяются трехпроводные двухэлементные счетчики типов САЗ(непосредственного включения или трансформаторные трехпроводные) и САЗУ (трансформаторные универсальные трехпроводные).
В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью трансформатора применяются четырехпроводные трехэлементные счетчики типов СА4 (непосредственного включения или трансформаторные четырехпроводные) и СА4У (трансформаторные универсальные четырехпроводные). В последние годы наблюдается тенденция перехода с индукционных счетчиков на статические счетчики ватт-часов (электронные).
В соответствии с ГОСТ индукционные счетчики должны давать показания расхода энергии в киловатт-часах (киловар-часах) непосредственно или при умножении показания счетного механизма на 10 n где п - целое число.
Счетчики электрической энергии характеризуются тремя основными расчетными параметрами: постоянной счетчика С, коэффициентом счетчика К ипередаточным числом счетчика А.
Постоянной счетчика С называется количество единиц электроэнергии (число ватт-секунд, ватт-часов или киловатт-часов), приходящихся на один оборот диска прибора. Постоянной статического (электронного) счетчика называется значение, выражающее соотношение между энергией, учитываемой счетчиком, и числом импульсов на испытательном стенде. Постоянная электронного счетчика выражается либо в импульсах на киловатт-час (имп/кВт-ч), либо в ватт-часах на импульс (Вт·ч/имп).
Коэффициентом счетчика К называется число, на которое нужно умножить показания счетчика для получения фактического расхода электроэнергии (кВт·ч).
Передаточным числам счетчика А называется число оборотов диска, соответствующее 1 кВт-ч. Передаточное число, как правило, указывается на табличке счетчика, например: 1 кВт-ч = 1500 оборотов диска.
Постоянная С индукционного счетчика и его передаточное число А взаимосвязаны:
Счетчики для однофазных сетей, или однофазные счетчики применяются в основном на вводах в индивидуальные дома или в квартиры в многоквартирных домах. Схема счетчика показана на рис. 1.
Рис.1. Схема включения однофазного счетчика.
Измерительная система счетчика содержит токовую обмотку 1 и обмотку напряжения 2. По токовой обмотке проходит потребляемый ток, а обмотка напряжения подключается на напряжение между проводами сети. На счетчике имеются зажимы для присоединения проводов, идущих от сети питания, и проводов в сеть потребителя. Обычно фазный провод присоединяется к зажиму 1, тогда нулевой должен присоединяться только к зажиму 3 (или 4), а не 2, потому что в последнем случае токовая обмотка окажется под напряжением, на которое она не рассчитана, и выйдет из строя. Тогда получается назначение зажимов: вход - 1 и 3, выход - 2 и 4. На счетчике под стеклом на панели имеется прорезь для цифр счетного механизма и надписи о данных счетчика, например, счетчик однофазный СО-И446, 220 В, 5...17 А, год изготовления, заводской номер.
Трехфазный индукционный электросчетчик можно рассматривать как два или три однофазных прибора, смонтированных в одном корпусе. Счетчики такого типа, как правило, однотарифные, изготовлены как стационарные с непосредственным включением или через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Трехфазные счетчики применяются в электроустановках, где используется трехфазный ток, а также на вводе установок, где используется однофазный ток, но подводятся три фазы, например, в жилых домах и учреждениях. На рис.2 показана схема счетчика, предназначенного для включения с трансформаторами тока в четырехпроводную сеть. Как видно из схемы, токовые обмотки счетчика присоединяются ко вторичным обмоткам трансформатора тока через зажимы 1 и 3, 4 и 6, 7 и 9. Зажимы 1, 4, 7 присоединяются к фазам и к первым выводам обмоток напряжения, вторые выводы которых соединены вместе и присоединяются к нулевому проводу.
Рис.2 Схема включения трехфазного счетчика.
Могут быть трехфазные счетчики для непосредственного включения, а также счетчики для включения с трансформаторами тока и напряжения. Счетчики непосредственного включения изготовляются на ток 5, 10, 20, 30, 50 А, а счетчики с трансформаторами тока, у которых первичный ток может быть различной величины в пределах от 10 до 10 000 А, вторичный ток - 5 А, изготовляются на ток 5 А.
Трехфазные счетчики, как и однофазные, имеют защиту от несанкционированного отбора электроэнергии. Смонтированы стопоры обратного хода, устанавливаются нестандартные винты, которые снимаются только специальным инструментом.
Трехфазные счетчики можно использовать как многотарифные или в автоматизированных системах учета.
Условия надежной работы счетчиков
Устройства, содержащие счетчики, должны устанавливаться в сухих помещениях, не содержащих агрессивных примесей в воздухе, с температурой в зимнее время не ниже 0 С. Счетчики не разрешается устанавливать в помещения, где температура часто может быть выше +40 С. В зимнее время разрешается подогрев счетчиков электрическими нагревателями, но так, чтобы температура у счетчиков была не выше +20 С.
