Категории

Счетчики электрической энергии: какие бывают и для чего нужны?

Дата

04 января 2024

Счетчики электрической энергии — приборы, позволяющие измерять расход электроэнергии. Данные устройства могут использоваться для сетей с переменным или постоянным током, а измерение осуществляется в кВт·ч или А·ч соответственно. Такие приборы устанавливаются во всех местах, где необходимо осуществлять учёт потребления электроэнергии: в жилых домах и квартирах, офисных помещениях, магазинах и торговых центрах, государственных учреждениях, промышленных предприятиях и т. д.

Какова конструкция и принцип действия приборов, какие виды устройств бывают? Об этом и поговорим дальше.

Принцип действия электрических счетчиков

С конструктивной точки зрения счетчик электричества схож с асинхронным двигателем, в котором значение вращающего момента прямо пропорционально количеству электрической энергии, зарегистрированной счетным механизмом (зависит от мощности потребителей). Создание вращающегося поля счетчика осуществляется при помощи двух магнитных потоков, первый из которых пропорционален напряжению потребителей, а второй — току.

Конструкция счетчика состоит из двух обмоток. Первая присоединена непосредственно к электросети, вторая предназначена для пропускания тока потребителя. Поскольку вращение диска осуществляется относительно поля постоянных магнитов, в нем индуцируется ток, который зависит от скорости вращения. Данный ток всегда направлен в противоположную сторону (на торможение диска), благодаря чему он схож с механической нагрузкой асинхронных двигателей.

Но такая «нагрузка» не способна остановить диск, поскольку уменьшение количества оборотов будет способствовать уменьшению тормозящего усилия. В результате обеспечивается равновесие вращающего момента (пропорционально мощности потребителей) и тормозящего момента (пропорционально скорости, с которой вращается диск). Из этого следует, что скорость вращения прямо пропорциональна силе тока I и напряжению U, а также обратно пропорциональна косинусу фазового сдвига — это и представляет собой активную мощность.

Внутренний диск связан со счетными механизмами посредством механической передачи. При этом повышение переменного тока и напряжения влияет на свойства твердотельных (электронных) элементов, вследствие чего на выходе создаются импульсы, количество которых прямо пропорционально значению активной энергии.

Разновидности счетчиков

Стандартные счетчики электрической энергии классифицируют по разным признакам: тип измеряемой величины, способ подключения, тип конструкции. Исходя из варианта подключения, устройства для учёта потребления электроэнергии могут подключаться к силовой цепи напрямую или через специальный трансформатор.

В зависимости от измеряемых величин, можно выделить такие счётчики:

Однофазный однотарифный. Такие устройства подключаются непосредственно к электросети и позволяют вести однотарифный учёт потребления активной энергии. Данные модели обычно применяются при обустройстве двухпроводной цепи переменного тока напряжением 220В и частотой 50 Гц.
Однофазный многотарифный. Такие приборы измеряют активную и реактивную энергию в двух направлениях (прямое, обратное), благодаря чему они позволяют организовать многотарифный учёт в стандартной двухпроводной цепи переменного тока. Такой однофазный счетчик может иметь специальные интерфейсы связи для автономной работы или в составе информационно-измерительных систем, осуществляющих коммерческий учёт электроэнергии.
Трёхфазный однотарифный. Такие счетчики позволяют вести однотарифный учёт потребления электроэнергии, в трехфазной трех- или четырехпроводной цепи переменного тока напряжением 380В и частотой 50 Гц. Данные устройства обычно подключаются через измерительный трансформатор, но иногда их подсоединяют и напрямую.
Трехфазный многотарифный. Эти приборы позволяют измерять активную и реактивную энергию в двух направлениях, организовывать многотарифный учёт в трехфазной цепи.

Отметим, что подавляющее большинство современных электронных трехфазных счетчиков поддерживают работу для однофазного учета потребления электроэнергии. К тому же существуют специальные модели, позволяющие измерять ток напряжением 100 вольт. Такие устройства подключают к высоковольтным цепям (с напряжением более 660 вольт) исключительно через трансформаторы.

Конструктивные особенности счетчиков

Исходя из типа конструкции, устройства для учёта потребления электроэнергии подразделяются на индукционные, электронные и гибридные. В индукционных (электромеханических) моделях магнитное поле неподвижной токопроводящей катушки оказывает влияние на подвижные элементы из токопроводящих материалов.

Подвижные элементы — это диски, по которым протекает ток, индуцированный магнитным полем. Объем потребляемой электроэнергии в данных устройствах прямо пропорционален количеству полных оборотов диска.

Популярность индукционных (механических) счетчиков постоянно снижается, а все из-за следующих недостатков: отсутствует возможность дистанционно автоматически снимать показания, работа только в однотарифном режиме, высокая погрешность измерений, низкая степень защиты от кражи электроэнергии, ограниченная функциональность.

В электронных (статических) электросчетчиках изменение переменного тока и напряжения влияет на свойства твердотельных (электронных) элементов, что и создает на выходе импульсы в количестве, пропорциональном измеряемой электроэнергии. То есть главный принцип их действия основан на том, что аналоговые входные сигналы тока и напряжения преобразуются в счётные импульсы. В данном случае счетным механизмом выступают электромеханические или электронные устройства с блоками памяти и дисплеем, на котором отображаются полученные данные.

Основным достоинством электронных моделей является возможность использования в качестве счетчика для разных тарифов. Это обеспечивается за счёт того, что устройство запоминает и отображает объём потребляемой электроэнергии по запрограммированному графику: каждый счётный механизм работает по установленному интервалу времени, которые соответствуют определенным тарифам. Немаловажным преимуществом электронных моделей также является более длительный срок службы, высокая надежность, максимальная точность измерений.

Существуют также гибридные электросчетчики, которые имеют в конструкции цифровой дисплей, индукционную или электронную измерительную часть, механические вычислительные устройства.