Счётчики электроэнергии

Электрический счётчик – электроизмерительный прибор, который предназначен для учёта потреблённой электрической энергии переменного тока в киловатт-часах. В настоящее время производятся однофазные и трёхфазные счётчики, индукционные или электронные – однотарифные, двухтарифные, трёхтарифные (многотарифные). Счётчики выпускаются на напряжение до 380 В. Токовые обмотки рассчитаны на токи до 40 А. При бóльших значениях применяются измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Рисунок 33 – Индукционный счётчик электроэнергии

Принцип действия индукционного счётчика основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуцированных этими магнитными потоками в подвижном алюминиевом диске. На рисунке 33 в упрощённом виде показано устройство индукционного счётчика и схема его подключения. Он состоит
из двух электромагнитов
1 и 5, сердечники которых набраны из тонких листов электротехнической стали, алюминиевого диска 3, закреплённого на оси подвижной части, постоянного магнита 4, счётного механизма 2 и других узлов.

Электромагнит 1 имеет обмотку из тонкого медного провода с числом витков порядка 8–12 тысяч, включённую параллельно нагрузке. Электромагнит 5 имеет обмотку с небольшим числом витков, выполненную из медного сравнительно толстого провода и включённую последовательно с нагрузкой цепи Z. В диске возникают вихревые токи и вращающий момент. Значение вращающего момента зависит от взаимодействия магнитных потоков и от угла сдвига фаз между ними.

Для того чтобы показания счётчика соответствовали энергии, потребляемой нагрузкой, его вращающий момент должен быть пропорционален активной мощности переменного тока . Выполнение этого условия достигается конструкцией электромагнита 1 и регулировкой электромагнита 5 на который накладывают короткозамкнутые витки и обмотку, замкнутую на резистор R, который выполнен в виде петли с перемещающимся контактом.

Противодействующий тормозной момент возникает при движении алюминиевого диска 3 в поле постоянного магнита 4. Он пропорционален скорости вращения. Под действием вращающего момента диск начинает вращаться с ускорением, что увеличивает тормозной момент до тех пор, пока моменты не уравновесят друг друга, и вращение не станет равномерным. Таким образом, происходит умножение напряжения электромагнита 1 на ток электромагнита 5 с учётом сдвига фаз и суммирование во времени. Отсчёт энергии производится по показаниям счётного механизма 2, градуированного в киловатт-часах.

На лицевой стороне счётчика указывается число оборотов диска, соответствующее 1 кВт×ч электроэнергии.

Например, 1 кВт×ч – 1250 оборотов диска. Постоянная счётчика с – это энергия, приходящаяся на 1 оборот диска

с = 1 кВт×ч / 1250 = 1000 × 3600 / 1250 = 2880 Вт×с, т. е. Дж.

Например, время одного оборота диска t = 6 секунд. Мощность потребителя

Р = с / t = 2880 / 6 = 480 Вт.

Однофазный индукционный счётчик изображён на рисунке 34, а. Кроме однофазных индукционных счётчиков промышленностью выпускаются также трёхфазные. Трёхфазные счётчики представляют собой, фактически, три (трёхэлементные) или два (двухэлементные) счётчика, объединенных одной осью вращения. Двухэлементные счётчики применяют при измерении энергии в трёхпроводных трёхфазных цепях, а трёхэлементные – в четырёхпроводных цепях (с нулевым проводом).

В отличие от индукционных электронные счётчики электроэнергии (рисунок 34, б) построены на основе микросхем, не содержат вращающихся частей и производят преобразование сигналов, поступающих с измерительных элементов, в пропорциональные величины мощности и энергии. Электронные счётчики электроэнергии отличаются более высокой точностью и надёжностью по сравнению с индукционными электросчётчиками.

 

а)                                        б)

Рисунок 34 – Счётчики электроэнергии:

  а – индукционный; б – электронный

В соответствии с ГОСТ 6570–96 счётчики активной энергии должны выпускаться классов точности 0,5; 1,0; 2,0 и 2,5 (с 01.07.97 выпуск счётчиков класса 2,5 прекращён). Цифра показывает предел основной погрешности, %.