Содержание
Поставщикам электроэнергии, а также пользователям необходим контроль за мощностью потребления. В каждом выбранном участке цепи отдельный счетчик непрерывно измеряет киловатт-часы, после чего показания используются для расчета по тарифам за электроэнергию. Из этого материала вы узнаете, какая схема электросчетчика применяется в современных устройствах, какие электротехнические процессы учитываются при замерах.
Счетчики для цепей постоянного тока устанавливают только в условиях мощной промышленности, где есть соответствующее оборудование. Для индивидуальных потребностей домовладельцев подходят электронные счетчики мощности переменного тока. Они отличаются по типу измерения входных величин: электросчетчики бывают с измерительными датчиками, а также со встроенными трансформаторами измерения тока и напряжения.
Кроме прочего, нас интересует принцип работы электросчетчика в однофазных и трехфазных цепях.
Конструктивные особенности электросчетчика
В основе современного счетчика электроэнергии лежат электронные твердотельные компоненты на микропроцессорах или полупроводниках. Внутренние элементы находятся в корпусе, а сам корпус снабжен защитным кожухом, панелью ЖКИ-дисплея, управляющими частями, измерительными трансформаторами, клеммной колодкой для включения проводки, печатной платой с твердотельными элементами.
Любое устройство электросчетчика принимается в эксплуатацию при соблюдении корректного опломбирования:
- Энергонадзор ставит пломбу для защиты электронной схемы счетчика электроэнергии от несанкционированного доступа.
- Еще ранее, на производстве, поверитель наносит клеймо соответствия метрологическим стандартам, оценивает класс точности — отвечает ли указанная производителем характеристика истине.
В настоящее время устройство счетчика электроэнергии не предполагает наличия индукционных/движущихся механизмов. На монтажной плате можно рассмотреть токовые трансформаторы (один или несколько). От этого зависит количество каналов измерения, которые способен контролировать счетчик. В зависимости от этого и выбирают приборы с однофазным или трехфазным назначением.
Электротехнические процессы при замерах
Алгоритмы измерений в 1-фазных и 3-фазных моделях примерно одинаковы. Кроме того факта, что трехфазные счетчики объединяют показатели по всем трем каналам измерений. Принцип работы электросчетчика основан на электротехнических законах, относящихся к расчету мощности.
Чтобы узнать полную величину мощности, необходимо знать активную (полезную) и реактивную составляющие. Реактивную часть мы получим, если сложим индуктивную и емкостную нагрузку. По общей цепи 1-фазной сети течет ток, одинаковый на всех участках. Напряжение может снижаться на каждом отдельном элементе цепи в зависимости от вида и значения сопротивления. В случае с активным сопротивлением вектор проходящего тока по направлению будет таким же. На реактивном сопротивлении наблюдаются отклонения в сторону. Сопротивление на емкости отстает от тока по углу, а на индуктивности — опережает.
Полезные формулы:
- полная мощность S = UI;
- активная мощность P = UI·cosϕ;
- Q = UI·sinϕ;
где U — напряжение, I — сила тока.
Современное устройство счетчика электроэнергии позволяет измерять и показывать как полную мощность, так и ее активную/реактивную величину. Все, что для этого нужно — измерить вектор тока на входе и напряжение. Характер нагрузки будет определен по отклонению угла между измеренными входящими величинами.
Для передачи показаний в энергокомпанию берется только расход активной энергии.
Многим интересно, как работает электросчетчик современной конструкции по сравнению с индукционным аналогом. Последний работает по принципу взаимодействия электромагнитных полей и индукционных сил, стимулирующих вращение тонкого металлического диска. В старых дисковых счетчиках конструкция имеет существенный недостаток: активную или реактивную мощность измерить получается, а вот полную приходится высчитывать вручную.
Вот очень подробный разбор устройства индукционного счетчика в формате видео:
Принцип и схема работы
Выше мы упоминали, что счетчики электроэнергии электронного типа могут быть с измерительными датчиками и со встроенными трансформаторами для измерения тока и напряжения. В каждом случае принципиальная схема электросчетчика будет отличаться.
Представляем структурную схему однофазного электронного устройства учета со встроенными трансформаторами-измерителями:
Кратко опишем, как работает электросчетчик такого типа:
- Трансформаторы тока и напряжения передают сигналы через преобразователь на микроконтроллер.
- Микроконтроллер обрабатывает полученные данные.
- Микроконтроллер задает команды дисплею на вывод информации, электронному реле для коммутации внутренней схемы электросчетчика, а также ОЗУ (оперативно-запоминающему устройству) для связи с оптопортом, чтобы впоследствии передать теххарактеристики по каналам связи.
А вот как устроена структурная схема счетчика электроэнергии с измерительными датчиками:
Подобное устройство счетчика электроэнергии базируется на датчиках тока (обычный шунт, через который проходит вся нагрузка силовой схемы) и датчиках напряжения (функционирует по принципу простого делителя).
Сигналы от датчиков очень малы, поэтому в этой схеме применяют усиление на основе высокоточной электронной схемы. Сигналы поступают на блоки амплитудно-цифрового преобразование, а дальше — перемножаются, фильтруются и выводятся для интегрирования, индикации, трансформации и передачи пользователям.
Счетчики с датчиками чуть проигрывают в точности, однако вписываются в технические требования. Кроме того, они универсально подходят для цепей и переменного, и постоянного тока.
Видео об устройстве счетчика
Обзор устройства счетчика электроэнергии на примере популярного Меркурия 230.
