Лічильник електричної енергії

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Типовий індукційний лічильник

Лічи́льник електри́чної ене́ргії (лічильник електроенергії, електричний лічильник, електролічильник) — електричний контрольний прилад, засіб обліку спожитої електричної енергії змінного або постійного струму.

Історія створення електричних лічильників[ред. | ред. код]

Лічильник годин роботи ламп[ред. | ред. код]

На завершальному етапі другої промислової революції, з винаходом динамо-машини (Аньош Йедлик в 1861 р., Вернер фон Сіменс в 1867 р.) з'явилася можливість виробляти електроенергію у великих кількостях. Першою областю масового застосування електрики стало освітлення. Коли цей новий продукт — електроенергію — почали продавати, виникла потреба визначити ціну. Проте було незрозуміло, в яких одиницях слід вести облік і які принципи вимірювання були б найзручнішими.

Перші електролічильники

Першим електролічильником став лічильник годин роботи лампи Самюеля Гардінера (США), запатентований в 1872 році. Він виміроював час, протягом якого електроенергія подавалася в точку надходження, а усі лампи, підключені до цього лічильника, контролювалися одним вимикачем. З появою електричної лампочки Едісона стало практикуватися розгалуження кіл освітлення, і такий лічильник вийшов з ужитку.

Самописці споживання е/е[ред. | ред. код]

Електролічильник доктора Арона
Файл:First kilowatt-hour meter.jpg
Перший електролічильник. Розроблений Отто Bláthy

Перший точний, самописець споживання електроенергії розробив та запатентував в 1883 року доктор Герман Арон. Компанія General Electric представила перший зразок на комерційній основі у Великій Британії 1888 року.

Основа для створення індукційних лічильників[ред. | ред. код]

1885 року італієць Галілео Ферраріс (1847—1897) зробив важливе відкриття, що два поля змінного струму, які не збігаються за фазою, можуть змусити обертатися суцільний ротор, такий як диск, або циліндр. 1888 року, незалежно від нього, американець хорватського походження Нікола Тесла (1857—1943) теж виявив явище обертання електричного поля. Ці відкриття стали основою для створення індукційних двигунів і відкрили шлях індукційним лічильникам.

Електричний лічильник для змінних струмів[ред. | ред. код]

1889 року угорець Отто Тітус Блаті (1860—1939), працюючи на завод «Ганц» (Ganz) в м. Будапешт, Угорщина, запатентував свій «Електричний лічильник для змінних струмів» (патент Німеччини № 52.793, патент США № 423.210).

Як ідеться у патенті, "Цей лічильник, по суті, складається з металевого обертового тіла, такого як диск або циліндр, на який діють два магнітних поля, зміщені по фазі один відносно одного. Цей зсув фаз є результатом того, що одне поле створюється головним струмом, у той час як інше поле, утворюється за рахунок котушки з великою самоіндукцією, шунтуючої ті точки електричного кола, між якими вимірюється споживана енергія. Однак магнітні поля не перетинаються в тілі обертання, як в добре відомому механізмі Ферраріс, а проходять крізь різні його частини, незалежно одне від одного ".

З таким пристроєм Блаті вдалося досягти внутрішнього зміщення фаз майже рівно на 90 °, тому лічильник відображав ват-години більш -менш коректно. У лічильнику використовувався гальмівний електромагніт для забезпечення широкого діапазону вимірювань, а також був передбачений циклометричний регістр. У тому ж році компанія «Ganz» приступила до виробництва. Перші лічильники кріпилися на дерев'яній основі, роблячи 240 обертів на хвилину, і важили 23 кг. До 1914 року вага знизилася до 2,6 кг.

1894 року Олівер Блекбурн Шелленбергер (1860—1898) розробив лічильник ват-годин індукційного типу для компанії «Вестінгхаус». У ньому котушки струму і напруги розташовувалися на протилежних боках диску, і два постійних магніти сповільнювали рух цього диску. Цей лічильник також був великим і важким, вагою в 41 фунт. У нього був барабанний рахунковий механізм.

Удосконалення[ред. | ред. код]

У наступні роки було досягнуто багато удосконалень:

  • зменшення ваги і габаритів,
  • розширення діапазону навантаження,
  • компенсація зміни коефіцієнту навантаження, напруги і температури,
  • усунення тертя шляхом заміни підп'ятників на кульковальниці, а потім на подвійні камені і магнітні вальниці,
  • а також продовження терміну стабільної роботи за рахунок поліпшення якісних характеристик гальмівних електромагнітів і видалення масла з опори і рахункового механізму.

Ближче до рубежу сторіч було розроблено трифазні індукційні лічильники, які використовують дві або три системи вимірювання, установлені на одному, двох або трьох дисках.

Електронні лічильники[ред. | ред. код]

З розвитком технологій і зниженням цін на напівпровідникові компоненти стало можливим створення електронного лічильника, що працював з використанням вимірювальних трансформаторів або шунтів. Спочатку такі прилади використовували той же лічильний механізм що і індукційні лічильники, але з часом з'явилась можливість виготовляти їх з рідкокристалевим дисплеєм.

Такі прилади могли мати більш високу точність, були краще захищені від крадіжок, дозволяли вести багатотарифний облік електроенергії а також мали менше обмежень до використання (більші діапазони робочих температур та відсутність обмеження до кута нахилу лічильника). З часом у цих приладах з'явилась можливість дистанційної передачі показів. Загалом це призвело до поступового зменшення долі індукційних лічильників у комерційному секторі.

Типовий електронний лічильник. У цьому випадку — Меридіан, Київ

Одиниця вимірювання[ред. | ред. код]

Загальноприйнятою одиницею вимірювання електроенергії є кіловат-година, яка дорівнює сумі енергії, яка використовується за навантаження в один кіловат протягом одної години, або 3600000 Дж.

Види[ред. | ред. код]

Сучасні електролічильники
Сучасний двотарифний лічильник

ЛІчильники поділються на категорії:

За принципом роботи вимірювального лічильника: механічні (індукційні), електромеханічні (електронний обчислювальний механізм і механічне табло), та електричні (лічильники з рідкокристалічним дисплеем).

За кількістю фаз: однофазні і трифазні лічильники. Однофазні лічильники застосовуються для обліку електроенергії у споживачів, живлення яких здійснюється однофазним струмом (в основному, побутових). Для обліку електроенергії трифазного струму застосовуються трифазні лічильники.

За родом вимірюваної енергії: ті що вимірюють лише активну енегрію, а також ті що вимірюють активну і реактивну енергію.

Циферблат типового механічного лічильника

Трифазні лічильники також класифікуються за схемою підключення: чотирипровідні - три фазних дроти і нуль, а також трипровідні - лише три фазних дроти (ця технологія застаріла і виходить з вжитку в розвинених країнах).

За вимірювальним механізмом: індукційний механізм, використання внутрішніх вимірювальних трансформаторів або використання вимірювальних шунтів.

За способом підключення до мережі: лічильники прямого включення - ті що беруть струм і напругу напряму з мережі, лічильники комбінованого включення - ті що беруть напругу з мережі , а струм з вимірювальних трансформаторів, а також лічильники трансформаторного включення - вони беруть струм і напругу з окремих трансформаторів.

За номінальною напругою: в залежності від призначення, зазвичай від 57,7 В для лічильників трансформаторного включення до 240 В для лічильників прямого підключення.

За максимальним струмом: від 5 А для лічильників трансформаторного підключення до 160 А для лічильників прямого підключення.

За можливістю передавати покази та вести багатотарифний облік: звичайні лічильники та розумні лічильники.

За класом точності обліку електроенергії: лічильники активної енергії можуть мати класи точності 0,2s; 0,2; 0,5s; 0,5; 1,0; 2,0 , а лічильники реактивної енергії — на класи 1; 1,5; 2,0 і 3,0. Клас точності лічильника визначає допустиму відносну похибку лічильника у відсотках за нормальних умов роботи.

Електролічильники спеціального призначення[ред. | ред. код]

Лічильники активної та реактивної енергії, забезпечені додатковими пристроями, відносяться до лічильників спеціального призначення. Двох тарифні і багато тарифні лічильники — застосовуються для обліку електроенергії, тариф на яку змінюється в залежності від часу доби. Лічильники з попередньою оплатою — Застосовуються для обліку електроенергії побутових споживачів, що живуть, як правило, у віддалених і важкодоступних населених пунктах. Лічильники з фіксацією максимального навантаження — застосовуються для розрахунків зі споживачами за двох-ставковим тарифом (за спожиту електроенергію і максимальне навантаження). Зразкові лічильники — (еталони) прилади обліку електричної електроенергії, за допомогою яких здійснюється повірка лічильників загального призначення. Лічильники з вбудованим захисним реле - можуть відключити споживача в аварійний ситуації (надвисока напруга або коротке замикання) або за неуплату. За можливістю вести облік електроенергії в обох напрямках окремо - використовується як для обліку електроенергії між двома об'єктами кожен з яких може як генерувати так і споживати енергію, наприклад між двома областями, між двома країнами, на межі звичайних електростанцій або "зелених" джерел енергії підключених до загальної мережі.

Конструкція та принцип дії індукційних електролічильників[ред. | ред. код]

Принцип дії індукційних приладів обліку полягає у взаємодії магнітного поля напругової та струмової котушок з вихровими струмами, що наводяться цими полями в алюмінієвому диску.

Thomson electricity meter. Підключення струмових і напругових кіл електролічильника

Вісь приладу з'єднана з лічильним механізмом, який вимірює частоту обертання диска. Частота обертання диску пропорційна потужності навантаження, а кількість обертів пропорційна кількості електричної енергії, що проходить крізь прилад. Передавальне число лічильного механізму підібрано так, що покази лічильника відповідають кількості використаної електроенергії, вираженій у кВт • год. Цифра, що показує десяті частини кВт • год, узята в кольорову рамку.

Корпус лічильника складається з пластмасового цоколя, до якого стяжними гвинтами прикріплений пластмасовий кожух. На лицьовій частині кожуха розміщується проріз, закритий герметично закріпленим оглядовим склом. Кожух електролічильника встановлюється на цоколь напрямними відмітинами у вигляді прямокутних штампованих опуклостей догори. Рухома частина лічильника являє собою алюмінієвий диск, ливарно закріплений на дюралевій осі. Обертання рухомої частини відбувається у напрямку від деталі, розташованої ліворуч, у напрямку праворуч. Рух диска передається на відліковий пристрій рахункового механізму через передавальну шестерню. Паралельне коло складається з П-подібної серцевини і Т-подібної перемички, на яку одягнена котушка напруги. З'єднання котушки напруги з мережею виконується через шунтову перетинку. Послідовне коло (котушка струму) складається з П-подібної серцевини і котушки. На паспортній таблиці (щитку) нанесено у графічній формі всю потрібну інформацію про даний тип електролічильника. Паспортна табличка кріпиться двома гвинтами з шайбами до шасі розрахункового механізму. На диску нанесено стробоскопічні знаки і колірна пляма для відліку частоти обертання диска. Рахунковий механізм складається з відлікового пристрою роликового типу з 5-7 барабанчиками, всі крім першого з яких — переривчастої дії. Передача руху від шестерні до цифрових барабанів здійснюється через черв'ячну передачу і шестерні. циферблат Трибки керують переміщенням роликових барабанів, виводячи цифрові значення у вікнах щитка (паспортної таблички) на повний розмір. Планки, розташовано по обидва боки обойми, утримують осі, на яких знаходяться ролики цифрових барабанів і трибки.

Системи дистанційного зчитування[ред. | ред. код]

Діючими в Україні Правилами користування електричної енергії визначено, що:

Автоматизована система комерційного обліку електричної енергії (АСКОЕ) — сукупність об'єднаних в єдину функціональну метрологічно оцінену систему локального устаткування збору й обробки даних засобів (засобу) обліку, каналів передачі інформації та пристроїв приймання, обробки, відображення та реєстрації інформації;

Локальне устаткування збору та обробки даних (ЛУЗОД) — улаштована задля розрахунків за спожиту електричну енергію, сукупність засобів обліку (або один засіб обліку), які забезпечують вимірювання, збір, накопичення, оброблення результатів вимірювань за відповідними періодами часу (формування первинної вимірювальної інформації) про обсяги і параметри потоків електричної енергії та значення споживаної потужності на окремій площадці вимірювання та мають інтерфейс передачі даних для роботи у складі автоматизованої системи комерційного обліку електричної енергії.

Захист лічильника від крадіжок електроенергії[ред. | ред. код]

Сучасні моделі індукційних електролічильників мають превентивні пристрої у вигляді стопорів зворотного ходу диска і реверсивні рахункові механізми. Облаштування рахункового механізму індукційного лічильника реверсивним пристроєм забезпечує повний облік витрати електроенергії, незалежно від напряму обертання диска. Стопор зворотного ходу унеможливлює обертання диску у зворотну сторону.

Відповідно до діючих в Україні Правил користування електричною енергією прилад обліку електроенергії повинен мати пломбу з відбитком повірочного тавра органів Національної метрологічної служби або логотипу енергопостачальника. Також використовуються одноразові пломби з унікальним номером, спеціальний пломбувальний трос, пломби-наклейки а також антимагнітні пломби.

Сучасні електронні лічильники можуть бути оснащені датчиками магнітного та електромагнітного полів а також датчиком вскриття корпусу. Лічильники з шунтовим вимірювальним елементом не сприйнятливі до впливу магнітного поля.

Крадіжка електроенергії[ред. | ред. код]

Крадіжка електроенергії є одним з серйозних чинників дестабілізації внутрішнього енергоринку. Існують три принципово різних групи способів розкрадань електроенергії: безоблікове споживання, зміна схеми підключення, вплив на лічильник. Також можливі комбінації цих трьох способів.

Безоблікове споживання електроенергії[ред. | ред. код]

До безоблікового споживання відносять всі способи при котрих споживання ведеться повз лічильник. Найрозповсюдженішим в Україні способом розкрадань електроенергії є так звані «Накиди» на виконану голим проводом повітряну лінію. Також до цього способу відносять шунтування струмових кіл лічильника (встановлення так званих «закороток»;«перемичок»).

Зміна схеми підключення[ред. | ред. код]

До зміни схеми підключення відносять :

  • інвертування фази струму навантаження;
  • заміна фазного й нульового проводів з подальшим заземленням нульового проводу;

Якщо лічильники включаються через вимірювальні трансформатори, можуть застосовуватися також:

  • відключення струмових кіл трансформаторів струму;
  • заміна нормальних запобіжників трансформаторів напруги на перегорілі тощо

Вплив на лічильник[ред. | ред. код]

Всі способи впливати на лічильник можна розділити на наступні категорії:

Механічні способи впливу на лічильник[ред. | ред. код]

Механічне втручання в роботу лічильника, що може приймати різні форми, включаючи: свердління отворів у корпусі, кришці або склі лічильника; вставка (в отвір) різних предметів типу плівки шириною 35 мм, голки тощо для того, щоб зупинити обертання диска або скинути показання лічильника; переміщення лічильника з нормального вертикального в напів-горизонтальне положення для того, щоб знизити швидкість обертання диска; самовільний зрив пломб, порушення в центруванні осі механізмів (шестерень) для запобігання повної реєстрації витрат електроенергії. Зазвичай механічне втручання залишає слід на лічильнику, але його важко виявити, якщо лічильник не буде повністю очищений від пилу і бруду й оглянуто досвідченим фахівцем. До механічного способу розкрадання електроенергії можна віднести досить широко розповсюджені в Україні зумисні пошкодження лічильників побутовими споживачами або розкрадання лічильників, встановлених на сходових клітках житлових будинків. Як показав аналіз, динаміка навмисних руйнувань і розкрадання лічильників практично збігається з настанням холодів за недостатнього централізованого опалення квартир.

Магнітні способи впливу на лічильник[ред. | ред. код]

Застосування потужних магнітів лічильника може вплинути на його робочі характеристики. Зокрема, можна при використанні індукційних лічильників за допомогою магніту уповільнити або зовсім зупинити обертання диску. Електронні лічильники у яких для вимірювання електроенергії використано вимірювальний трансформатор під дією магнітного поля знижують свої показники за рахунок насичення серцевини вимірювального трансформатору. Електронні лічильники, у яких для вимірювання електроенергії використано вимірювальний шунт, не реагують на вплив магнітним полем.

Вплив на лічильник високочастотним випромінювачем[ред. | ред. код]

Оскільки електронні лічильники не реагують на вплив магнітним полем або мають датчики які його фіксують, для впливу на них використовують генератори надвисокочастотного радіовипромінювання що можуть тимчасово вивести лічильник з ладу.

Відповідальність за розкрадання е/е[ред. | ред. код]

За розкрадання електроенергії передбачена цивільно-правова відповідальність (відшкодування нанесених збитків), адміністративна відповідальність (штраф), а також кримінальна відповідальність. Так, згідно статті 188 — 1 Кримінального кодексу України «Викрадення електричної або теплової енергії шляхом її самовільного використання» особа, що скоїла такий злочин, карається штрафом в розмірі від ста до двохсот неоподаткованих мінімумів громадян, або виправними роботами строком до двох років або обмеженням волі строком до трьох років. У разі вчинення таких дій повторно, або за попередньою змовою групою осіб, або якщо такі дії завдали шкоди у великих розмірах — позбавленням волі строком до 3 років.

Вимірювання середньої споживаної потужності лічильником е/е[ред. | ред. код]

Іноді у побуті буває потреба визначити споживану потужність певного приладу (електродвигуна/електрообігрівача/…). Якщо немає ватметра, можна скористатися лічильником електричної енергії, однак визначити вдасться лише середню споживану потужність за певний час. Для цього різницю показів лічильника за певний проміжок часу (спожиту енергію приладом) ділять на цей проміжок часу.

Українські виробники лічильників та офіційні представництва закордонних виробників[ред. | ред. код]

  1. НіК-Електроніка [1] [Архівовано 1 лютого 2014 у Wayback Machine.]
  2. Телекарт-Прилад[2]
  3. Елстер Україна. [3] [Архівовано 14 березня 2016 у Wayback Machine.]
  4. ВАТ «Меридіан» [4][недоступне посилання з липня 2019]
  5. ВО «Київприлад» [5]
  6. ДП "Новатор" [6] [Архівовано 1 квітня 2022 у Wayback Machine.]
  7. ТОВ «АДД-Енергія» [Архівовано 7 квітня 2014 у Wayback Machine.]

Див. також[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]

  • Електрорадіовимірювання. О. Р. Дверій. — Львів, 2011.
  • Індикаторні пломби: устрій, експлуатація та трасологічне дослідження. Левицький А.О. Казавчинський Д. Ю. — Одеса, 2012

Джерела[ред. | ред. код]