Urządzenia do pomiaru energii elektrycznej - rodzaje i typy, główne cechy

Energia elektryczna jest przesyłana na duże odległości między różnymi stanami, jest dystrybuowana i zużywana w najbardziej nieoczekiwanych miejscach i ilościach. Wszystkie te procesy wymagają automatycznego rozliczania przepustowości i wykonywanych przez nich prac. Stan systemu energetycznego stale się zmienia. Konieczna jest analiza i kompetentne zarządzanie głównymi parametrami technicznymi.

Pomiar bieżącej mocy jest przypisany do watomierzy, których jednostka miary wynosi 1 wat, a praca wykonywana przez określony czas jest przypisana do mierników, które uwzględniają liczbę watów na godzinę.

W zależności od uwzględnionej ilości energii urządzenia działają w jednostkach kilo-, mega-, gigo- lub tera. Pozwala to na:

• za pomocą jednego głównego licznika znajdującego się na stacji elektroenergetycznej zapewniającej zasilanie dużemu nowoczesnemu miastu w celu oceny terabajtów kilowatogodzin spędzonych na zużyciu wszystkich mieszkań i przedsiębiorstw produkcyjnych administracyjnego centrum przemysłowego i mieszkalnego;

• duża liczba urządzeń zainstalowanych w każdym mieszkaniu lub produkcji uwzględnia ich indywidualne zużycie.

Watomierze i liczniki działają dzięki informacjom o stanie wektorów prądu i napięcia w obwodzie mocy, który jest do nich stale dostarczany, który jest dostarczany przez odpowiednie czujniki - transformatory pomiarowe w obwodach prądu przemiennego lub przekształtniki prądu stałego.

Zasada działania dowolnego licznika może być przedstawiona w uproszczonym schemacie blokowym składającym się z:

• obwody wejściowe i wyjściowe;

• obwody wewnętrzne.

Liczniki energii elektrycznej są podzielone na dwie duże grupy działające w sieciach:

1. napięcie prądu przemiennego o częstotliwości przemysłowej;

2. Prąd stały.

Pierwsza kategoria tych urządzeń jest najliczniejsza. Wraz z nią rozpoczynamy krótki przegląd różnych modeli.

Mierniki mocy AC

Ta klasa liczników według projektu jest podzielona na trzy typy:

1. indukcja, działająca od końca XIX wieku;

2. urządzenia elektroniczne, które pojawiły się nie tak dawno temu;

3) produkty hybrydowe łączące technologię cyfrową z indukcyjną lub elektryczną częścią pomiarową i mechanicznym urządzeniem pomiarowym w swojej konstrukcji.

Indukcyjne urządzenia pomiarowe

Zasada działania takiego licznika opiera się na oddziaływaniu pól magnetycznych. utworzonych przez elektromagnesy cewki prądowej osadzonej w obwodzie obciążenia oraz cewki napięcia połączonej równolegle z obwodem napięcia zasilania.

Tworzą całkowity strumień magnetyczny proporcjonalny do wartości mocy przepływającej przez miernik. W polu jego działania znajduje się cienka aluminiowa tarcza zamontowana w łożysku obrotowym. Reaguje na wielkość i kierunek utworzonego pola siły i obraca się wokół własnej osi.

Prędkość i kierunek ruchu tego dysku odpowiadają wartości zastosowanej mocy. Jest z nim połączony schemat kinematyczny, składający się z układu kół zębatych i kół ze wskaźnikami cyfrowymi, które wskazują liczbę zakończonych obrotów, działając jako prosty mechanizm zliczania.

Miernik indukcyjny jednofazowy, cechy urządzenia

Konstrukcja najpopularniejszego miernika indukcyjnego, przeznaczonego do jednofazowej sieci zasilania prądem przemiennym, jest pokazana na zdjęciu w postaci niezmontowanej, składającej się z dwóch połączonych zdjęć.

Wszystkie główne jednostki technologiczne są oznaczone wskaźnikami, a schemat elektryczny połączeń wewnętrznych, obwodów wejściowych i wyjściowych pokazano na poniższym rysunku.

Śruba napięciowa zamontowana pod pokrywą musi być zawsze dokręcona podczas pracy miernika. Używają go wyłącznie pracownicy laboratoriów elektrycznych podczas wykonywania specjalnych operacji technologicznych - sprawdzania urządzenia.

O urządzeniu wcześniej opisano tutaj zasadę działania i cechy działania liczników elektrycznych:

Jak prawidłowo podłączyć licznik energii elektrycznej

Jak pobierać odczyty z licznika energii elektrycznej

Mierniki indukcyjne tego typu skutecznie modyfikują swoje zasoby w budynkach mieszkalnych i mieszkaniach ludzi. Są one połączone w rozdzielnicach zgodnie ze standardowym schematem za pomocą wyłączników jednobiegunowych i przełącznika pakietów.

Cechy konstrukcyjne trójfazowego miernika indukcyjnego

Urządzenie tego urządzenia pomiarowego jest w pełni zgodne z modelami jednofazowymi, z tym wyjątkiem, że pola magnetyczne wytwarzane przez cewki prądów i napięć wszystkich trzech faz obwodu mocy obwodu mocy uczestniczą w tworzeniu całkowitego strumienia magnetycznego wpływającego na obrót dysku aluminiowego.

Z tego powodu liczba części w obudowie jest zwiększona i są one gęstsze. Aluminiowy dysk jest również podwojony. Schemat połączeń cewek prądowych i napięciowych jest wykonywany zgodnie z poprzednią opcją podłączenia, ale biorąc pod uwagę sumę strumieni magnetycznych z każdego z nich.

Ten sam efekt można osiągnąć, jeśli zamiast jednego miernika trójfazowego, urządzenia jednofazowe są zawarte w każdej fazie systemu. Jednak w tym przypadku będziesz musiał poradzić sobie z ręcznym dodawaniem ich wyników. W trójfazowym mierniku indukcyjnym operacja ta jest wykonywana automatycznie przez jeden mechanizm zliczający.

Trójfazowe mierniki indukcyjne można wykonać w dwóch typach do podłączenia:

1. natychmiast do obwodów zasilania, których moc należy wziąć pod uwagę;

2. poprzez pośrednie przekładniki do pomiaru napięcia i prądu.

Urządzenia pierwszego typu są stosowane w obwodach mocy 0,4 kV z obciążeniami, które nie mogą wyrządzić szkody licznikowi przy ich niewielkim stopniu uszkodzenia. Pracują w garażach, małych warsztatach, domach prywatnych i nazywane są licznikami bezpośredniego połączenia.

Schemat obwodów elektrycznych takiego urządzenia w tablicy rozdzielczej pokazano na następnym zdjęciu.

Wszystkie inne indukcyjne urządzenia pomiarowe działają bezpośrednio poprzez oddzielne pomiary przekładników prądowych lub napięciowych, w zależności od specyficznych warunków systemu zasilania lub ich wspólnego użytkowania.

Wygląd panelu starego miernika indukcyjnego podobnego typu (SAZU-IT) pokazano na zdjęciu.

Działa w obwodach wtórnych z pomiarowymi przekładnikami prądowymi o wartości nominalnej 5 amperów i przekładnikami napięciowymi - 100 woltów między fazami.

Litera „A” w nazwie typu urządzenia „SAZU” oznacza, że ​​urządzenie zaprojektowano tak, aby uwzględniało aktywny składnik całkowitej mocy. Pomiary składnika reaktywnego uczestniczącego w innych typach urządzeń, zawierające literę „P”. Są oznaczone symbolem „SRZU-IT”.

Powyższy przykład z oznaczeniem trójfazowych mierników indukcyjnych wskazuje, że ich konstrukcja nie może uwzględniać całkowitej mocy zużytej na pracę. Aby określić jego wartość, konieczne jest wykonanie odczytów z liczników energii czynnej i biernej oraz wykonanie obliczeń matematycznych zgodnie z przygotowanymi tabelami lub wzorami.

Proces ten wymaga udziału dużej liczby osób, nie wyklucza częstych błędów i jest pracochłonny. Nowe technologie i urządzenia pomiarowe pracujące na elementach półprzewodnikowych chronią go przed tym.

Stare mierniki indukcyjne prawie przestały być produkowane na skalę przemysłową. Po prostu modyfikują swoje zasoby w ramach działającego sprzętu elektrycznego. Nie są już używane w nowo zainstalowanych i uruchomionych kompleksach, ale instalowane są nowe, nowoczesne modele.

Elektroniczne urządzenia pomiarowe

Aby zastąpić mierniki indukcyjne, obecnie produkowanych jest wiele urządzeń elektronicznych zaprojektowanych do pracy w sieci domowej lub w ramach kompleksów pomiarowych złożonych urządzeń przemysłowych, które zużywają ogromną moc.

W swojej pracy stale analizują stan aktywnych i biernych składników pełnej mocy w oparciu o wykresy wektorowe prądów i napięć. Za ich pomocą obliczana jest całkowita moc, a wszystkie wartości są zapisywane w pamięci urządzenia. Z niego możesz przeglądać te dane we właściwym czasie.

Dwa rodzaje wspólnych elektronicznych systemów księgowych

W zależności od rodzaju pomiaru złożonych wielkości wejściowych mierniki elektroniczne wytwarzają:

• z wbudowanymi transformatorami pomiarowymi prądu i napięcia;

• z czujnikami pomiarowymi.

Urządzenia ze zintegrowanymi transformatorami pomiarowymi

Schemat ideowy elektronicznego miernika jednofazowego pokazanego na zdjęciu.

Mikrokontroler przetwarza sygnały z przekładników prądowych i napięciowych przez przetwornik i wydaje odpowiednie polecenia w celu:

• wyświetlacz z wyświetlaczem informacyjnym;

• przekaźnik elektroniczny przełączający obwód wewnętrzny;

• RAM RAM, który ma połączenie informacyjne z portem optycznym do przesyłania parametrów technicznych przez kanały komunikacyjne.

Urządzenia ze zintegrowanymi czujnikami

To kolejna konstrukcja miernika elektronicznego. Jej obwód działa w oparciu o czujniki:

• prąd składający się ze zwykłego bocznika, przez który przepływa całe obciążenie obwodu mocy;

• napięcie działające na zasadzie prostego dzielnika.

Sygnały prądu i napięcia pochodzące z tych czujników są bardzo małe. Dlatego są one wzmacniane przez specjalne urządzenie oparte na bardzo precyzyjnym obwodzie elektronicznym i podawane do cyfrowych jednostek przetwarzających amplitudę. Następnie sygnały są mnożone, filtrowane i wysyłane do odpowiednich urządzeń w celu integracji, wyświetlania, konwersji i dalszej transmisji do różnych użytkowników.

Liczniki działające na tej zasadzie mają nieco niższą klasę dokładności, ale są w pełni zgodne ze standardami i wymaganiami technicznymi.

Zasada stosowania czujników prądu i napięcia zamiast transformatorów pomiarowych umożliwia tworzenie urządzeń pomiarowych dla obwodów nie tylko prądu przemiennego, ale także stałego, co znacznie rozszerza ich możliwości operacyjne.

Na tej podstawie zaczęły pojawiać się konstrukcje mierników, które można stosować w obu typach systemów zasilania prądem stałym i zmiennym.

Taryfa nowoczesnych urządzeń pomiarowych

Ze względu na możliwość zaprogramowania algorytmu działania licznik elektroniczny może uwzględniać zużycie energii w zależności od pory dnia. Powoduje to zainteresowanie ludności zmniejszeniem zużycia energii elektrycznej w najbardziej intensywnych „szczytowych” godzinach, a tym samym odciążeniem organizacji dostarczających energię.

Wśród elektronicznych urządzeń pomiarowych są modele, które mają różne możliwości systemu taryfowego. Największe możliwości posiadają liczniki, które umożliwiają elastyczne przeprogramowanie urządzenia pomiarowego do zmiany taryf sieci elektrycznych z uwzględnieniem pory roku, wakacji, różnych rabatów w weekendy.

Działanie liczników energii elektrycznej zgodnie z systemem taryfowym jest korzystne dla konsumentów - oszczędza się pieniądze na płacenie za energię elektryczną i na organizacje dostarczające energię - obciążenie szczytowe jest zmniejszone.

Zobacz także na ten temat:

Jak jest ustawiony i działa elektroniczny licznik energii elektrycznej?

Cechy konstrukcyjne przemysłowych urządzeń pomiarowych do obwodów wysokiego napięcia

Jako przykład takiego urządzenia rozważ białoruską markę Gran-Electro SS-301.

Ma wiele przydatnych funkcji dla użytkowników. Podobnie jak zwykłe domowe urządzenia dozujące, jest on uszczelniany i okresowo kalibrowany.

Wewnątrz obudowy nie ma ruchomych elementów mechanicznych. Cała praca opiera się na wykorzystaniu płytek elektronicznych i technologii mikroprocesorowej. Transformatory pomiarowe zajmują się przetwarzaniem wejściowych sygnałów prądowych.

Urządzenia te zwracają szczególną uwagę na niezawodność i ochronę bezpieczeństwa informacji. Aby to zachować, wprowadza się:

1. dwupoziomowy system do uszczelniania płyt wewnętrznych;

2. pięciopoziomowy schemat organizacji dostępu do haseł.

System napełniania odbywa się w dwóch etapach:

1. dostęp do korpusu tego licznika jest natychmiast ograniczony w fabryce po zakończeniu testów technicznych i weryfikacji stanu wraz z wykonaniem protokołu;

2. Dostęp do przewodów podłączeniowych do zacisków jest blokowany przez przedstawicieli nadzoru energetycznego lub przedsiębiorstwa energetycznego.

Ponadto w algorytmie działania urządzenia znajduje się operacja technologiczna, która naprawia w elektronicznej pamięci urządzenia wszystkie zdarzenia związane z usunięciem i montażem osłony bloku zacisków z dokładnym powiązaniem według daty i godziny.

Program kontroli dostępu do hasła

System pozwala różnicować uprawnienia użytkowników urządzenia, rozdzielać je zgodnie z dostępem do ustawień miernika poprzez tworzenie poziomów:

• zero, zapewniając usunięcie ograniczeń w zakresie przeglądania danych lokalnie lub zdalnie, synchronizacji czasu, korekty wskazań. Prawo przyznaje się autoryzowanym użytkownikom urządzenia;

• pierwszy, który pozwala skonfigurować sprzęt w miejscu instalacji i zapisać w pamięci operacyjnej ustawienia parametrów operacyjnych, które nie wpływają na cechy komercyjne;

• drugi, umożliwiający dostęp do informacji o urządzeniu przedstawicielom nadzoru energetycznego po jego dostosowaniu i przygotowaniu do uruchomienia;

• trzeci, który daje prawo do zdjęcia i zainstalowania osłony z bloku terminala w celu uzyskania dostępu do terminali lub portu optycznego;

• po czwarte, umożliwiając dostęp do płyt urządzeń w celu instalowania lub wymiany kluczy sprzętowych, usuwania wszystkich uszczelek, wykonywania pracy z portem optycznym, ulepszania konfiguracji, kalibrowania współczynników korekcji.

Sposoby łączenia liczników przemysłowych w przedsiębiorstwach energetycznych

Do pracy urządzeń pomiarowych powstają rozgałęzione obwody wtórne łańcuchów pomiarowych za pomocą precyzyjnych przekładników prądowych i napięciowych.

Na zdjęciu pokazano niewielki fragment takiego obwodu dla obwodów prądowych miernika Gran-Electro SS-301. Został zaczerpnięty z dokumentacji roboczej.

Dla tego samego miernika fragment połączonych obwodów napięcia pokazano poniżej.

Łączenie urządzeń pomiarowych w zunifikowany system zautomatyzowanego systemu pomiarowego i sterowania

System automatycznej kontroli i pomiaru energii elektrycznej zaczął się szybko rozwijać dzięki możliwościom liczników elektronicznych i opracowaniu metod zdalnego przesyłania informacji. Aby podłączyć urządzenia pomiarowe systemu indukcyjnego, opracowano specjalne czujniki.

Głównym celem systemu ASKUE jest szybkie zbieranie informacji w jednym centrum kontroli. Jednocześnie odbiera strumienie danych od wszystkich konsumentów istniejących podstacji. Zawierają informacje o zagadnieniach zużytej i dostarczonej mocy z możliwością analizy metod jej wytwarzania i dystrybucji, obliczania kosztów i rozliczania wskaźników ekonomicznych.

Aby rozwiązać problemy organizacyjne systemu ASKUE, zapewniono:

• instalacja precyzyjnych urządzeń pomiarowych w miejscach pomiaru energii elektrycznej

• transfer informacji z nich odbywa się za pomocą sygnałów cyfrowych z wykorzystaniem „sumatorów” z pamięcią o swobodnym dostępie;

• organizacja systemu komunikacji za pośrednictwem kanałów przewodowych i radiowych;

• wdrożenie schematu przetwarzania otrzymanych informacji.

Liczniki prądu stałego

Modele liczników tej klasy rejestrują energię w różnych trybach technologicznych, ale najczęściej są one stosowane na wyposażeniu taboru elektrycznego transportu miejskiego i na kolei.

Są tworzone na podstawie układu elektrodynamicznego.

Główną zasadą działania takich liczników jest oddziaływanie sił strumienia magnetycznego utworzonego przez dwie cewki:

1. pierwszy jest ustalony na stałe;

2. drugi ma zdolność do obracania się pod wpływem strumienia magnetycznego, którego wielkość jest proporcjonalnie zależna od wartości prądu przepływającego wzdłuż obwodu.

Parametry obrotowe cewki są przekazywane do mechanizmu zliczającego i są uwzględniane przez zużycie energii elektrycznej.

Zobacz także: Sposoby oszczędzania energii elektrycznej w mieszkaniu i prywatnym domu