Urządzenie i zasada działania liczników energii elektrycznej

Pierwsze urządzenia do pomiaru energii elektrycznej pojawiły się w XIX wieku. Można to wyjaśnić masowymi badaniami elektromagnetyzmu prowadzonymi przez naukowców. Obecnie liczniki energii elektrycznej są podzielone na kilka typów i są instalowane we wszystkich pomieszczeniach, w których ludzie zużywają energię elektryczną. Jego głównym zadaniem jest stabilizacja, a przy prawidłowym użytkowaniu minimalizacja rachunków za media.

Klasyfikacja urządzeń pomiarowych energii elektrycznej

Wszystkie liczniki energii elektrycznej są klasyfikowane według typu w zależności od rodzaju połączenia, cech konstrukcyjnych i mierzonych wartości. Urządzenia dzielą się na bezpośrednio podłączone do linii elektroenergetycznej oraz urządzenia, które są podłączone do obwodu elektrycznego za pomocą transformatorów pomiarowych.

W zależności od cech konstrukcyjnych liczniki elektryczne dzielą się na następujące typy:

• Elektromechaniczne lub indukcyjne. Zasada działania miernika elektrycznego jest następująca: na ruchomą część wykonaną z materiału przewodzącego bezpośrednio oddziałuje pole magnetyczne, które tworzą stacjonarne cewki przewodzące. Ruchoma część to dysk, a cewki wytwarzają prądy napędzające ten dysk. Ilość zużytego zasobu jest wprost proporcjonalna do liczby obrotów tego dysku.

  

• Statyczne lub elektroniczne urządzenie pomiarowe. Zasada działania elektronicznego licznika energii elektrycznej jest następująca: elektroniczne, są półprzewodnikowe, części są podatne na działanie napięcia i prądu przemiennego, który wytwarza impulsy na wyjściu, których liczba jest równa objętości mierzonego zasobu energii. Takie urządzenie do pomiaru energii elektrycznej umożliwia pomiar energii czynnej poprzez przetwarzanie sygnałów napięciowych i analogowych na impulsy zliczające.
• Hybrydowe typy urządzeń pomiarowych są dość rzadkie. Specyfika miernika elektrycznego polega na podobieństwie konstrukcji urządzeń mechanicznych i elektronicznych.

Liczniki elektryczne są podzielone na kilka typów zgodnie ze zmierzonymi wartościami i liczbą taryf. W pierwszym przypadku urządzenia pomiarowe są jednofazowe i trójfazowe, w drugim jedno- i dwutaryfowe.

Urządzenie i zasada działania licznika energii elektrycznej

W celu rejestracji poboru mocy czynnej prądu przemiennego w czasie rzeczywistym i ciągłym wymagane jest zainstalowanie jednofazowych lub trójfazowych urządzeń pomiarowych indukcyjnych. Jeśli ważny jest pomiar prądu stałego, który jest powszechny na kolei i wszystkich rodzajach transportu elektrycznego, instalowane są elektrodynamiczne urządzenia pomiarowe.

Indukcyjne liczniki elektryczne są wyposażone w tarczę wykonaną z aluminium, gdy zasób jest zużywany, ten ruchomy element obraca się z powodu przepływów wirowych wytwarzanych przez cewki indukcyjne. W tym przypadku występują dwie różne siły - pole magnetyczne cewek indukcyjnych i pole magnetyczne prądów wirowych. Powstałe prądy płyną w równoległym obwodzie obciążenia. Każda cewka jest wyposażona w rdzeń namagnesowany prądem przemiennym. Ekspozycja na ciągły prąd przemienny powoduje ciągłą zmianę biegunów elektromagnesów. Prowadzi to do przejścia między nimi pola magnetycznego. To on ciągnie za sobą aluminiowy krążek, tworząc obrót.

Prędkość obrotu dysku jest wprost proporcjonalna do wielkości prądów w obu cewkach. W produkcji liczników energii elektrycznej stosuje się proste techniki łączenia z mechaniki, dzięki którym obracający się dysk jest powiązany z cyfrowymi odczytami na panelu.

Rachunek zużycia opiera się na napięciu i prądzie przewodzenia. Wszystkie dane trafiają do wskaźnika, w zaawansowanych modelach dane są przechowywane w pamięci urządzenia.

W ostatnich latach coraz częściej wybiera się elektroniczne konstrukcje dwutaryfowe. Stale rosnące zapotrzebowanie można wyjaśnić poniższą listą zalet:

• Urządzenia dokładniej odczytują informacje, co pomaga obniżyć rachunki za media.
• W porównaniu z mechanicznymi licznikami energii elektrycznej są kompaktowe i bardziej atrakcyjne z wyglądu.
• Automatycznie przełączają się na stawki dzienne i nocne, nie jest wymagany żaden udział człowieka. Już na etapie produkcji urządzenie zaprogramowane jest na dwa przedziały czasowe - od 07:00 do 23:00 oraz od 23:00 do 07:00.
• Ulepszone modele należy sprawdzać raz na 5-16 lat. Taka kontrola jest wymagana dla poprawności księgowania i naliczania środków. Weryfikacji powinna dokonać firma dostarczająca energię.

Pierwsza kontrola działania urządzenia jest przeprowadzana w fabryce, data musi być wskazana w dołączonej dokumentacji.

Wśród wad dwutaryfowych urządzeń pomiarowych podkreślają wysoki koszt i ich zawodność w porównaniu z mechanicznymi odpowiednikami. Jak pokazuje praktyka, modele elektroniczne częściej zawodzą.

Schemat ideowy licznika elektrycznego

Schemat działania wszystkich typów urządzeń elektrycznych nie ma zasadniczych różnic, wszystkie są podobne.

Do pomiaru mocy wykorzystuje się kilka prostych czujników:

• Czujniki napięcia, których działanie oparte jest na znanym układzie dzielnika.
• Czujniki prądu oparte na zwykłym boczniku, przez który przechodzi faza sieci elektrycznej.

Sygnał rejestrowany przez te czujniki jest niewielki, dlatego wymaga wzmocnienia za pomocą wzmacniaczy elektronicznych. Następnie przeprowadzane jest przetwarzanie analogowo-cyfrowe w celu przekształcenia sygnałów i ich zwielokrotnienia.

Kolejne kroki to filtrowanie zdigitalizowanego sygnału i wyświetlanie danych na wyświetlaczu przyrządu:

• integracja;
• wskazanie;
• przekazywanie obliczeń;
• transformacja.

W tym schemacie zastosowane czujniki wejściowe nie są w stanie zapewnić pomiarów wysokiej klasy dokładności wektorowej, a co za tym idzie obliczeń mocy.

Jeżeli wymagana jest wysoka dokładność pomiaru, obwód jest dodatkowo wyposażony w specjalne przekładniki przyrządowe.

Jeśli, dla porównania, rozważymy zasadniczy schemat działania jednofazowego elektronicznego urządzenia pomiarowego, w nim VT jest dodatkowo połączony z zerem i fazą, a CT jest integralną częścią pęknięcia przewodu fazowego. Ponieważ sygnały pochodzą z dwóch transformatorów, nie jest wymagane dodatkowe wzmocnienie sygnału. Wszystkie dalsze przekształcenia wykonuje mikrokontroler, który steruje wyświetlaczem, pamięcią o dostępie swobodnym oraz przekaźnikiem elektronicznym. Sygnał wyjściowy może być dalej przesyłany przez pamięć RAM do kanału danych.