Принцип работы счетчиков электроэнергии

Любой электрический счетчик активной энергии работает по принципу, описанному формулой: P=UIcosφ. Для учета реактивной энергии используется выражение: Q=UIsinφ. Активная мощность P является частью полной мощности S без учета ее реактивной составляющей Q.

Соотношение активной и реактивной части описывается треугольником мощностей, определяется соотношением: S=(P2+Q2) (См. рис. 1).

Напряжение U и ток I выражаются векторными величинами в вольтах и амперах, расположенными в комплексной плоскости под углом , определяющем сдвиг фаз (См. рис. 2).

История развития приборов учета электроэнергии определила первоначальное появление более сотни лет назад конструкций индукционных счетчиков, а в последние два десятилетия разработаны и внедряются устройства на полупроводниковой базе, которые называют статическими.

При совмещении различных комбинаций элементов этих разработок выпускаются гибридные модели.

Для технической реализации учета мощности используются устройства, измеряющие мгновенные величины тока и напряжения. Ими выступают:

в счетчиках индукционного типа:

• токовая катушка, через которую пропускается ток нагрузки;
  
• катушка напряжения - на нее подается разность потенциалов сети.
  

в современных статических счетчиках:

• токовый шунт, включенный последовательно с током нагрузки;
  
• резистивный делитель напряжения для пропорционального выделения части входного сигнала.
  

В конструкции старых приборов индукционного типа, которые преобладают в эксплуатации, применена аналоговая система обработки сигналов. У обеих катушек счетчика формируется электромагнитное поле, которое объединяется магнитопроводом.

Суммирующий магнитный поток от катушек воздействует на индукционный элемент – тонкий алюминиевый диск, который вращается в подшипниках. Число оборотов диска соответствует потребленной мощности, отображается цифровым указателем счетчика.

У новых статических приборов используется технология цифровых схем, построенная на полупроводниковой базе, которую по старинке еще называют твердотельными элементами. Она определяет работу:

• преобразователя аналоговых величин в сигналы цифрового вида, пропорционально потребляемой мощности;
  
• микроконтроллера, обеспечивающего обработку сигналов с выводом информации на выходные устройства.
  

Ток с шунта и напряжение от делителя замеряются измерительными устройствами, оцифровываются и обрабатываются логической схемой по заранее определенному алгоритму, называемому программой. После окончания вычислений мгновенные значения мощности записываются в память устройства с выводом на информационное табло для считывания.

У всех конструкций счетчиков ток и напряжение подводятся на вход устройства с определенной полярностью, соответствующей направлению векторов. При ее нарушении прибор выдает искаженную информацию.

Счетчики выпускаются для замера однофазных и трехфазных мощностей нагрузок. Подключение фазного и нулевого питающих проводов и нагрузки потребителя достаточно для работы однофазных устройств. Выделение значений тока и напряжения производится за счет внутренних соединений в приборе.

У трехфазных счетчиков используются отдельные клеммники для подключения токовых цепей и цепей напряжения каждой фазы к трем отдельным каналам обработки сигналов.

Возможности автоматизации цифровых схем и достижения полупроводниковых технологий в области создания микропроцессорных устройств обусловили выпуск большого ассортимента статических приборов разными производителями.

Они отличаются компонентами полупроводниковой базы, алгоритмами обработки сигналов, конструкцией корпуса и техническими характеристиками.

Статические приборы учета отмечаются высокими классами точности и обеспечивают возможности:

• автоматического дистанционного снятия показаний;
  
• измерения различных параметров сети, включая величины тока, напряжения, частоты и мощности;
  
• учета активной и реактивной составляющих энергии;
  
• учета направления мощности, как к потребителю, так и от него;
  
• ведения архивов потребления энергии за определенное время (сутки, неделя, месяц);
  
• использования в системах АСКУЭ (автоматизированных системах контроля и управления электроэнергии);
  
• повышенной защиты от краж электричества;
  
• удобства в установке и эксплуатации;
  
• многотарифности, которая позволяет определять мощность потребления в разное время суток, что значительно экономит денежные средства;
  
• пользования журналом событий из оперативной памяти устройства для просмотра истории энергопотребления;
  
• повышенной надежности и увеличения межповерочного интервала до полутора десятилетий.

Для измерения больших мощностей высоковольтного оборудования используются промежуточные измерительныетрансформаторы напряжения и тока с высоким классом точности. Они пропорционально уменьшают измеряемые величины вторичного линейного напряжения до 100 вольт и токов до 1 или 5 ампер.

После замера мощности современные счетчики автоматически пересчитывают показания с учетом коэффициентов трансформации в первичных или вторичных величинах.