Презентация по электротехнике на тему "Измерение электрической энергии"

Измерение электрической энергии

План лекции: 1. Способы измерения. 2. Создание счетчиков. 3. Принцип действия и устройство счетчиков. 4. Классификация счетчиков электроэнергии. 5. Индукционные и электронные приборы учета  электроэнергии. 6. Виды и типы счетчиков. 7. Требования к приборам учета электроэнергии. 8. Ферродинамические счетчики.

1. Способы измерения Для  электрической  учета  применяют  энергии,  получаемой  потребителями  или  отдаваемой  источниками  счетчики  электрической  энергии.  Счетчик  электрической  энергии по принципу своего действия аналогичен  ваттметру.  Однако  в  отличие  от  ваттметров  создающей  вместо  противодействующий  момент,  счетчиках  подобное  предусматривают  электромагнитному  создающее  тормозящее  усилие,  пропорциональное  частоте  вращения подвижной системы. устройство,  демпферу,  спиральной  тока,  пружины,  в

При  включении  прибора  в  электрическую  цепь  возникающий  вращающий  момент  будет  вызывать  не  отклонение  подвижной  системы  на  некоторый  угол,  а  вращение  ее  с  определенной  частотой. Наибольшее  распространение  получили  ферродинамические  и  индукционные  счетчики;  первые  применяют  в  цепях  постоянного  тока,  вторые  –  в  цепях  переменного  тока.  Счетчики  в  электрической  электрические  цепи  постоянного  и  переменного  тока так же, как и ваттметры. энергии  включают

2. Создание счетчиков Самые  и  разные  беспрестанно  История  создания  счётчиков  связана  с  изобретениями  электротехнических  устройств  XIX века.  исследователи  независимо  изучали  электромагнетизм,  внося  собственную  лепту  в  создание  и  последующее  развитие  счётчиков  электроэнергии.  Вот  лишь  некоторые  этапы  продолжительного  пути  развития.  Всплеск  теоретических  открытий  в  области  явлений,  устанавливающих  связь  между  магнитными  и  электрическими свойствами вещества, уже в 1­й  половине XIX века.

Попытки  решить  задачу  учёта  электрической  энергии  переменного  тока  привели  к  целому  ряду  открытий.  Созданию  индукционных  счётчиков  электроэнергии  предшествовало  обнаружение  эффекта  вращающегося  магнитного  поля  (Никола Тесла –  1883 год,  Галилео  Феррарис –  1885  год,  Оливер Шелленбергер –  1888  год). Первый счётчик электроэнергии для переменного  тока разработан Оливером Б. Шелленбергером в 1888  году.  Уже  в  1889  году  запатентован  «Электрический  счётчик  для  переменных  токов»  венгра  Отто  Титуц  Блати  (для  компании  «Ganz»).  А  в  1894  году  Шелленбергер  по  заказу  компании  Westinghouse  создал  индукционный  счётчик  ватт­часов.  Счётчик  ватт­часов  активной  энергии  переменного  тока  типа  «А» появился в 1899 году, создатель Людвиг Гутман.

Был  дан  старт  непрерывным  усовершенствованиям  индукционных  счётчиков  электроэнергии.  Счётчики,  берущие  начало  от  счётчика  Блати  и  индукционных  счётчиков  Феррариса, вследствие великолепной надёжности  и  малой  себестоимости,  до  сих  пор  массово  изготовляются, именно с их помощью производят  большую часть измерений электроэнергии.

Принцип действия и устройство счетчиков С  помощью  электросчетчиков  осуществляется  учет  энергии.  израсходованной  Электросчетчики  и  электронные.  электрической  бывают  индукционные  Рис. 1. Схема устройства счетчика электрической энергии:  1 – обмотка тока; 2 – обмотка напряжения; 3 – червячный  механизм; 4 – счетный механизм; 5 – алюминиевый диск;  6 – магнит для притормаживания диска

электрической  Измерительный механизм индукционного однофазного  счетчика  энергии  (электроизмерительный прибор индукционной системы)  состоит  из  двух  электромагнитов,  расположенных  под  углом  90°  друг  к  другу,  в  магнитном  поле  которых  находится легкий алюминиевый диск. Схема устройства  счетчика электрической энергии показана на рис. 1. 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  возникают  переменные  магнитные  потоки,  которые,  пронизывая  алюминиевый  диск, индуцируют в нем вихревые токи. сердечниках  обмоток

Рис. 2. Устройство индукционного счетчика 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.

тока  частей;  возможность  электронные  трехфазного  индукционные  Для  учета  потребленной  электроэнергии  в  сетях  переменного  применяются  трехфазные  электросчетчики,  принцип действия которых аналогичен однофазным.  В  настоящее  время  все  более  широкое  применение  (цифровые)  получили  электросчетчики.  Электронные  счетчики  обладают  рядом преимуществ по сравнению с индукционными  счетчиками:  малые  габаритные  размеры;  отсутствие  вращающихся  учета  электроэнергии  по  нескольким  тарифам;  измерение  суточных  максимумов  нагрузки;  учет  как  активной,  так  и  реактивной  мощности;  более  высокий  класс  учета  точности;  электроэнергии. возможность  дистанционного

Рис. 3. Схема устройства электронного счетчика  электроэнергии В  настоящее  время  учёт  электроэнергии,  в  основном, производится по одному тарифу. Однако  начинает, вводится многотарифные системы оплаты,  при  которых  стоимость  электрической  энергии  различна по часам суток или по дням недели.

4. Классификация счетчиков электроэнергии цепь; силовую  в  1.  По  типу  подключения:  счетчики  прямого  включения  счётчики  трансформаторного  включения,  подключаемые  к  силовой  цепи  через  специальные  измерительные  трансформаторы.  2.  По  измеряемым  (измерение  переменного  тока  220В,  50Гц);  трехфазные.  3.  –  электросчетчики,  в  которых  магнитное  поле  неподвижных  токопроводящих  катушек  влияет  на  подвижный элемент из проводящего материала; величинам:  однофазные    индукционные  конструкции:  По

электронные  (статический  электросчетчик)  –  электросчетчики,  в  которых  переменный  ток  и  напряжение  воздействуют  на  твердотельные  (электронные) элементы для создания на выходе  импульсов,  число  которых  пропорционально  измеряемой  гибридные  счётчики  электроэнергии  –  редко  используемый  цифровым  промежуточный  интерфейсом,  частью  типа,  индукционного  механическим вычислительным устройством. вариант  с  измерительной  электронного  активной  энергии;  или

5. Индукционные и электронные приборы учета электроэнергии Отсутствие  возможности  В  последнее  время  индукционные  счётчики  электроэнергии  становятся  менее  популярны  и  постепенно  вытесняются  с  рынка электронными счетчиками вследствие их недостатков: автоматического  1.  дистанционного снятия показаний. 2. Однотарифность. 3. Большие погрешности учёта. 4. Плохая защита от хищения электроэнергии. 5. Низкая функциональность. 6.  Неудобства  в  установке  и  эксплуатации  по  сравнению  с  современными электронными приборами.

по  словами,  периодов  достоинством  Основным  электронных  электросчетчиков  является  возможность  учета  электроэнергии  дифференцированным  тарифам  (одно­,  двух­  и  более  тарифный).  Другими  счетчики  данного  типа  способны  запоминать  и  показывать  количество  использованной электроэнергии в зависимости от  запрограммированных  времени.  Многотарифный учет достигается за счет набора  счетных  механизмов,  каждый  из  которых  работает  в  установленные  интервалы  времени,  соответствующие  тарифам.  Электронные электросчетчики значительно более  долговечны,  имеют  больший  межповерочный  период (4­16 лет). различным

6. Виды и типы счетчиков Импульсный  электросчётчик  с  электромеханическим  счётным  механизмом,  работающим  от  шагового  электромагнитного привода. По  типу  подключения  все  счетчики  разделяют  на  приборы  прямого  включения  в  силовую  цепь  и  приборы  включения,  подключаемые  к  силовой  цепи  через  специальные  измерительные трансформаторы. электросчетчики  По  разделяют  на  однофазные  (измерение  переменного  тока  220 В,  50 Гц)  и  трехфазные  (380 В,  50 Гц).  Все  современные  счетчики  поддерживают однофазный учёт. трансформаторного  измеряемым  величинам  электронные  трехфазные

Рис. 4. Модели трехфазных                            счетчиков в  котором  магнитное  конструкции:  индукционным  По  (электромеханическим  электросчетчиком)  называется  электросчетчик,  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  оборотов  диска  в  этом  случае  потребленной  прямо  электроэнергии. пропорционально

Электронным  переменный ток  (статическим  электросчетчиком) называется электросчетчик, в  котором  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  счетный  импульс.  Измерительный  электронного  электросчетчика служит для создания на выходе  импульсов,  число  которых  пропорционально  измеряемой активной энергии. и  в  элемент

Рис. 5. Современный многотарифный счётчик является  возможность  достоинствами  Основными  электронных  электросчетчиков  учёта  электроэнергии  по  дифференцированным  тарифам  (одно­,  двух­  и  более  тарифный),  то  есть  возможность  запоминать  и  показывать  количество  использованной  электроэнергии  от  времени,  запрограммированных  многотарифный  учёт  достигается  за  счет  набора  счетных  механизмов,  каждый  из  которых  работает  в  установленные  интервалы  времени,  соответствующие  различным тарифам.  зависимости  в  периодов

Гибридные  счётчики  электроэнергии   –  редко  используемый промежуточный вариант с цифровым  интерфейсом,  частью  индукционного  типа,  механическим вычислительным устройством. измерительной  или  электронного    Рис. 6. Устройство классического электросчётчика            Рис. 7. Счётчики электроэнергии с АСКУЭ             (особенностью таких счётчиков является            подключение дополнительного кабеля для              передачи данных на частоте 30­70 кГц и                        пронумерованные пломбы)

Для  учёта  активной  и  реактивной  электроэнергии  переменного  тока  служат  индукционные  одно­  и  трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии  постоянного  тока  –  электродинамические  счётчики.  оборотов  Число  прибора,  пропорциональное  электроэнергии,  регистрируется счётным механизмом. подвижной  количеству  части  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.

7. Требования к приборам учета электроэнергии К  основным  требованиям,  предъявляемым  к  приборам  учёта  электрической  энергии,  можно  отнести  класс  точности,  «тарифность»  и  межповерочный интервал. Класс  точности.  Один  из  основных  технических  параметров  электросчетчика.  Он  показывает  погрешности измерений прибора. До середины 90­х  годов  все  устанавливаемые  в  жилых  домах  электросчетчики  имели  класс  точности  2,5  (т.е.  максимально  допустимый  уровень  погрешности  этих приборов составлял 2,5%).

по  одному  в  недавно  быту,  «Тарифность».  Важным  техническим  параметром  Ещё  электросчетчика.  все  совсем  электросчетчики,  применяемые  были  однотарифными,  т.е.  осуществляли  учет  электрической  энергии  тарифу.  Функциональные  возможности  современных  счетчиков  позволяют  вести  учет электроэнергии по зонам суток и даже по временам  года, позволяя значительно экономить электроэнергию и  разгрузить  электросети  в  пиковые  часы,  за  счёт  так  называемой «стирки ночью». Двухтарифный  счетчик  электричества  способен  вести  раздельный  учет  в  различное  время  суток.  В  настоящее  время,  одним  из  способов  экономить  на  счетах  за  электричество  является  двухтарифная  система  учета  электроэнергии.

Двухтарифные  счетчики  дают  возможность  платить  за  энергию  меньше:  в  установленное  время  они  автоматически  переключаются  на  ночной  тариф,  который  существенно  ниже  дневного.  Ночной  тариф  дает возможность существенно сократить расходы на  оплату  электроэнергии.  К  самым  «продвинутым»  моделям  электросчётчиков  можно  применить  любую  тарифную  политику.  Например,  если  энергетики  решат  то  владельцы  воспользоваться  ими  электросчетчиков,  поддерживать  несколько тарифов.  электроэнергии  Двухтарифная  выгодна, как потребителям, так и всей энергосистеме  в равной степени. по  смогут  выходным,  система  учета  сделать  скидки  лишь  способных

момент,  когда  Межповерочный  интервал.  С  течением  времени  детали  электросчётчика  изнашиваются,  и  класс  точности  электросчетчика  неизбежно  меняется.  Наступает  электросчетчик  необходимо  повторно  проверить  на  точность  его  показаний.  Период  с  момента  первичной  проверки  (обычно  с  даты  изготовления)  до  следующей  проверки  называется  межповерочным  интервалом  (МПИ).  Исчисляется  МПИ  в  годах  и  указывается  в  паспорте  электросчетчика.  Обычно  электронные  счетчики значительно уступают в длительности МПИ  по  сравнению  с индукционными  счетчиками, потому  что  комплектация,  используемая  в  большинстве  отечественных  электронных  счетчиков,  состоит  из  деталей,  которых  производитель не нормирует. стабильность  параметров

8. Ферродинамические Наибольшее  счетчики распространение  получили  ферродинамические  и  индукционные  счетчики;  первые  применяют  в  цепях  постоянного  тока,  вторые  –  в  цепях  переменного  тока.  Счетчики  электрической  в  электрические  цепи  постоянного  и  переменного  тока так же, как и ваттметры. энергии  включают                Рис. 8. Ферродинамический              счетчик электрической энергии

Ферродинамический  счетчик  (рис.  36.8)  устанавливают  на  ЭПС  постоянного  тока.  Он  имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную  6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на  две части, которые охватывают ферромагнитный  сердечник  5  (обычно  из  пермаллоя).  Последний  позволяет  создать  в  приборе  сильное  магнитное  поле  и  значительный  вращающий  момент,  обеспечивающий  нормальную  работу  счетчика  в  условиях  тряски  и  вибраций.  Применение  пермаллоя  уменьшению  погрешности  от  гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма  узкую петлю гистерезиса). способствует  счетного  механизма  2

подключена  параллельно,  а  в  результате  1  –  последовательно  Ферродинамический  счетчик  работает  принципиально  как  двигатель  постоянного  тока,  обмотка  якоря  которого  обмотка  возбуждения  с  потребителем  электроэнергии.  Якорь  вращается  в  воздушном  зазоре  между  полюсами  сердечника.  Тормозной  момент  потока  создается  постоянного  магнита  токами,  возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении. Для компенсации влияния момента трения и уменьшения  прибора  благодаря  в  этому  ферродинамических  устанавливают  компенсационную  катушку  или  в  магнитном  поле  неподвижной (токовой), катушки помещают лепесток из  пермаллоя,  высокую  магнитную  проницаемость при малой напряженности поля. взаимодействия  вихревыми  с  погрешности  счетчиках  который  имеет

между  щетками  При  работе  счетчика  на  ЭПС  возможны  сильные толчки и удары, при которых щетки могут  отскакивать  от  коллекторных  пластин.  При  этом  под  щетками  будет  возникать  искрение.  Для  его  предотвращения  включают  конденсатор  С  и  резистор  R1.  Компенсация  температурной  погрешности  осуществляется  с  помощью  термистора  Rт  (полупроводникового  зависит  от  прибора,  сопротивление  которого  температуры).  Он  с  добавочным резистором R2 параллельно подвижной  катушке.  Чтобы  уменьшить  влияние  тряски  и  вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на  ЭПС на резинометаллических амортизаторах. включается  совместно

Контрольные вопросы: 1. Каковы основные способы измерения. 2. Каково устройство счетчика электрической  энергии? 3. В чем заключается классификация счетчиков? 4. Какие классы точности имеют счетчики  электрической энергии? 5. Перечислите основные достоинства электронных  счетчиков. 6. Какие счетчики называются гибридными? 7. В отличие ферродинамического счетчика от  индукционного по конструкции и принципу действия?