Измерение и учёт электрической энергии

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Златоусте Факультет «Техники и технологии» Кафедра «Электрооборудование и автоматизация

производственных процессов»

Измерение и учёт электрической энергии

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Златоуст 2014

План

Введение

История возникновения приборов учёта и измерения электрической энергии

Счётчики электрической энергии

Виды и типы счётчиков электрической энергии

Устройство счётчиков электрической энергии

Будущее учёта электрической энергии

Использованная литература

Введение

В настоящее время электрическая энергия стала неотъемлемой частью жизни человека. Трудно представить жизнь в современном обществе без неё.

Электрические приборы, используемые людьми ежедневно, потребляют значительное количество электрической энергии, для выработки которой расходуются природные ресурсы. Чтобы рационально использовать их необходимо измерять количество электроэнергии, используемой каждым человеком и пресекать незаконное её использование.

Для измерения электрической энергии существует единица измерения Джоуль, это единица измерения работы в Международной системе единиц (СИ), он обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер.

Но более широкое распространение получила единица измерения Киловатт-час (кВт*ч). Один Киловатт-час равен 3,6*106 Джоулям. Это внесистемная единица измерения количества произведенной или потреблённой энергии, а также выполненной работы. Используется преимущественно для измерения потребления электроэнергии в быту, народном хозяйстве и для измерения выработки электроэнергии в электроэнергетике. Измерение электрической энергии обычно производят с помощью устройств, называемых счётчики электрической энергии.

История возникновения приборов учёта и измерения электрической энергии

Девятнадцатый век принёс множество величайших изобретений и открытий в области электричества и электроснабжения. Как говорил английский математик и философ Альфред Норд Вайтхэд, главным открытием века было изобретение метода изобретений. Вырабатывать электроэнергию в больших количествах стало возможным с созданием динамо-машины. Одной из первых областей использования электричества стало освещение. С началом массовых продаж такого нового продукта, как электроэнергия, появилась необходимость определения его цены.

Первый счетчик электроэнергии, основанный на измерении часов работы лампы, изобрел Самюэль Гардинер. Принцип работы данного счетчика заключался в том, что электроэнергия, подававшаяся в точку нагрузки и лампы, подключенные к счетчику, контролировались одним выключателем. Со временем, с появлением лампы Эдисона и разветвленных цепей освещения, счетчик перестали применять.

Томас Эдисон утверждал, что электроэнергию нужно продавать как газ, широко используемый в те времена для освещения. Счетчик Эдисона основан на электрохимическом эффекте тока. В счетчике установлена электролитическая ячейка, в нее непосредственно перед началом измерений помещалась точно взвешенная пластинка меди. Проходящий через электролит ток вызывал осаждение меди, что и отражало количество электричества прошедшего через медную пластинку. Использование такого счетчика позволяло выставлять счета на оплату в кубических футах газа.

Другой принцип конструкции счетчиков был основан на создании движения (колебания или вращения) соразмерного энергии, запускающей счетный механизм для отображения измерений. Принцип работы маятникового считка описали американцы Вильям Эдвард и Джон Пери еще в 1881 году. В счетчике к источнику напряжения подключались два маятника с катушками. Токовые катушки с противоположными обмотками размешались под маятниками. В результате взаимодействия катушек маятник с электрической нагрузкой двигался медленнее, чем маятник без нагрузки. Получаемая таким образом разность хода передавалась счетному механизму. Каждую минуту маятники менялись ролями для компенсации разницы в исходной частоте колебаний. Существенным недостатком маятникового счетчика являлось то, что его можно было применять исключительно в сетях постоянного тока.

С развитием систем переменного тока и созданием Люсьеном Голаром и Джоном Диксоном «вторичного генератора», предшественника современного трансформатора, мыслителям девятнадцатого века пришлось решить принципиально новую задачу - измерение электроэнергии переменного тока.

Так, в 1885 году итальянский ученый Галилео Феррарис сделал немаловажное открытие, заключающееся в том, что два разных по фазе поля переменного тока могут вращать сплошной ротор, к примеру, диск или цилиндр. Через три года Шелленбергер, также открывший эффект вращающихся полей, создал прибор учета электроэнергии переменного тока. В его счетчике не было элемента напряжения, для учета коэффициента мощности, поэтому он не годился для работы с электродвигателями. Однако данные открытия стали основой в создании индукционных двигателей и счетчиков. В 1889 году электрический счётчик для переменных токов был запатентован венгром Отто Титуц Блати.

В последующие годы индукционный счетчик претерпел множество изменений и усовершенствований, а к двадцатому столетию и вовсе были разработаны трехфазные индукционные счетчики с двумя или тремя системами измерения. Такие счетчики до сих пор производятся и добросовестно выполняют свою работу по учету электроэнергии.

С появлением в 70-х годах двадцатого века первых аналоговых и цифровых интегральных микросхем толчок в развитии получили и счетчики электрической энергии. Тогда использовались стационарные счетчики, основанные на принципе времяимпульсного умножения. В данное время в электросчетчиках применяются новейшие электронные технологии с цифровой обработкой сигналов и встроенным программным обеспечением. Развитие приборов учета электроэнергии не прекращается, вместе с чем меняются принципы и правила проведения электромонтажных работ по их установке, а также методы электроизмерений для обеспечения надежной и качественной работы электрооборудования.

Счётчики электрической энергии.

Счётчики электроэнергии с АСКУЭ. Особенностью таких счётчиков является подключение дополнительного кабеля для передачи данных на частоте 30-70кГц и пронумерованные пломбы.

Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) - электродинамические счётчики. Количество электроэнергии, пропорциональное числу оборотов подвижной части прибора, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, - магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа, переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

Виды и типы счётчиков электрической энергии

Счетчики электроэнергии можно классифицировать по типу измеряемых величин, типу подключения и по типу конструкции.

По типу подключения все счетчики разделяют на приборы прямого включения в силовую цепь и приборы трансформаторного включения, подключаемые к силовой цепи через специальные измерительные трансформаторы.

По измеряемым величинам электросчетчики разделяют на однофазные (измерение переменного тока 220В, 50Гц) и трехфазные (380В, 50Гц). Все современные электронные трехфазные счетчики поддерживают однофазный учет. Также существуют трехфазные счетчики для измерения тока напряжением в 100В, которые применяются только с трансформаторами тока в высоковольтных (напряжением выше 660В) цепях.

По конструкции: индукционным (электромеханическим электросчетчиком) называется электросчетчик, 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. Количество потребленной электроэнергии, в этом случае, прямо пропорционально числу оборотов диска.

Индукционные (механические) счётчики электроэнергии постоянно вытесняются с рынка электронными счетчиками из-за отдельных недостатков: отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учёта, плохая защита от краж электроэнергии, дороговизна, а также низкой функциональности, неудобства в установке и эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами.

Электронным (статическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. То есть измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей.

Основными достоинствами электронных электросчетчиков является возможность учета электроэнергии по дифференцированным тарифам (одно-, двух- и более тарифный), то есть возможность запоминать и показывать количество использованной электроэнергии в зависимости от запрограммированных периодов времени, многотарифный учет достигается за счет набора счетных механизмов, каждый из которых работает в установленные интервалы времени, соответствующие различным тарифам. Электронные электросчетчики значительно долговечнее, имеют больший межповерочный период (4-16 лет).

Гибридные счётчики электроэнергии - редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

Устройство счётчиков электрической энергии

Измерительный механизм индукционного однофазного счетчика электрической энергии (электроизмерительный прибор индукционной системы) состоит из двухэлектромагнитов, расположенных под углом 90° друг к другу, в магнитном поле которых находится легкий алюминиевый диск. Схема устройства счетчика электрической энергии показана на рисунке 1.

Рис. 1. Схема устройства индукционного счетчика электрической энергии: 1 - обмотка тока, 2 - обмотка напряжения, 3 - червячный механизм, 4 - счетный механизм, 5 - алюминиевый диск, б - магнит для притормаживания диска.

измерение электрическая энергия счетчик

Для включения счетчика в цепь его токовую обмотку соединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения - параллельно. При прохождении по обмоткам индукционного счетчика переменного тока в сердечниках обмоток возникают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи.

Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов создает усилие, под действием которого диск вращается. Последний связан со счетным механизмом, учитывающим частоту вращения диска, т.е. расход электрической энергии.

В настоящее время все более широкое применение получили электронные (цифровые) электросчетчики. Электронные счетчики обладают рядом преимуществ по сравнению с индукционными счетчиками: малые габаритные размеры, отсутствие вращающихся частей, возможность учета электроэнергии по нескольким тарифам, измерение суточных максимумов нагрузки, учет как активной, так и реактивной мощности, более высокий класс точности, возможность дистанционного учета электроэнергии.

<#"285" src="doc_zip2.jpg" />

Рис. 2 Схема устройства счетчика электронного электрической энергии

В электронном электросчетчике преобразователь преобразует входные аналоговые сигналы с датчиков тока и напряжения в цифровой импульсный код. Этот код подается на микроконтроллер, где расшифровывается и рассчитывается, а далее выдает количество потребляемой электроэнергии на дисплей электросчетчика.

Как правило, электронные счётчики имеют жидкокристаллический индикатор, на котором отображаются потребляемая электроэнергия по каждому из тарифов, текущая потребляемая мощность, текущее время и дата и другие измеряемые прибором параметры.

Будущее учёта электрической энергии

В настоящее время учёт электроэнергии, в основном, производится по одному тарифу (то есть стоимость электроэнергии одинакова независимо от времени потребления). Однако, начинает вводится многотарифные системы оплаты, при которых стоимость электрической энергии различна по часам суток или по дням недели.

Указанный подход обеспечит более равномерное потребление электроэнергии потребителями и снижение максимальной нагрузки энергосистемы. Поэтому уже выпускаются электронные счётчики со встроенными часами, которые питаются от аккумуляторной батареи, что обеспечивает учёт электроэнергии по разным интервалам времени, задаваемым программно.

Использованная литература

1. ГОСТ Р 52320-2005 Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Общие требования. Испытания и условия испытаний. Часть 11. Счетчики электрической энергии

. Счётчик электрический - статья из Большой советской энциклопедии

. Фомин В.Н. Квалиметрия. Управление качеством. Сертификация. - М.: Ассоциация авторов и издателей «ТАНДЕМ». Изд-во «ЭКМОС»,2002.

Больше работ по теме: