5. 5. Вимірювання енергії Електронні лічильники

 

Вимірювання енергії електронними лічильниками засновані на перетворенні аналогових вхідних сигналів змінного струму і напруги в лічильний імпульс або код.

На рис. 9 представлена структурна схема електронного лічильника, заснованого на амплітудній і широтно-імпульсній модуляції.

 

Рис. 9. Структурна схема електронного лічильника

У цьому лічильнику відсутні механічні обертові частини, тим самим виключається тертя. В результаті вдається досягти кращих метрологічних характеристик: похибки вимірювань, порогу чутливості, самоходу лічильника і ін

У ряді електронних лічильників замість рахункового механізму барабанного типу застосовують індикатор на рідких кристалах. Застосування спеціалізованих великих інтегральних схем (ВІС), мікропроцесорів дозволило створити багатофункціональні лічильники. Вони вимірюють активну і реактивну енергію, а також струм, напругу, cos φ, контролюють і запам'ятовують графіки навантажень, відображують на індикаторі інформацію про схему включення лічильника та ін В Укаїні використовують електронні лічильники, не повною мірою задовольняють вимогам експлуатації, таким як:

надійність і пилевологонепроникність корпусу;

надійність електронних елементів схеми і якість збірки лічильників;

захищеність від комутаційних і грозових перенапруг, особливо в розподільних мережах напругою 380/220 В;

захищеність від несанкціонованого доступу і зміни схеми включення лічильника.

 

6.Точность вимірювань електричної енергії лічильників

 

Точність вимірювань електричної енергії лічильником можна оцінити похибкою лічильника, яка визначається його систематичною складовою, порогом чутливості, самоходом, точністю регулювання внутрішнього кута, додатковими похибками.

Похибка лічильника δ _з залежить від значень струму і cos φ. Залежність похибки від струму і cos φ називають навантажувальною характеристикою лічильника.

На рис. 10 зображені навантажувальні характеристики двох індукційних лічильників (1 і 2) типу СА3У-И670М, 100 В, 3 × 5 А, клас точності 2. Ці характеристики отримані при перевірці лічильників на установці типу МК6801 класу точності 0,05, при cos φ = 1, частоті змінного струму 50 Гц і струмах навантаження від 25 мА до 4 А.

 

 

Рис. 10. Навантажувальні характеристики індукційних лічильників типу СА3У-670М (100 В, 5А, клас точності 2)

 

В експлуатації при підключенні з низьким cos φ (менше 0,5) і малими струмами навантаження (менше 0,5 А) при перевірці еталонним лічильником типу ЦЕ6806П спостерігалися плюсові похибки вимірювань електроенергії індукційними лічильниками до +30 %. Також у цих же режимах окремі лічильники дають від’ємні похибки до - 8 %. Такий великий розкид пояснюється багато в чому регулюванням компенсації тертя в індукційному лічильнику.Характеристика 2 на рис. 10 показує, що компенсації тертя немає.

 

 

cos φ = l; φ = 0 cos φ = l; φ = 0
I , А	0,025	0,0	0,1	0,25	0,5	1	2	4
Р , Вт	4,4	8,6	17,3	43,3	86,6	174,2	342	694
δ з лічильника 1	+17	+8,7	+3,5	0	-0,3	-0,3	-0,4	-0,3
% лічильника 2	- -	-6	-4	-3	-2	-0,9	0,0	+0,5

 

На рис. 11 зображені навантажувальні характеристики електронного трифазного лічильника типу СЭТЗа-01-02 (100 В, 3 × 5 А, клас точності 1), отримані при перевірці лічильника на повірочній установки типу МК6801 класу точності 0,05, в режимах, близьких до експлуатаційних. Крива на рис. 11 при cos φ = 0,17 відповідає режиму холостого ходу силового трансформатора. При зміні струму і cos φ в широких діапазонах похибка лічильника δ _з не виходить за допустимі межі класу точності.

 

 

Рис. 11. Навантажувальні характеристики електронного лічильника типу СЭТ3а-01-02 (100 В, 5 А, клас точності 1)

 

 

 

cosφ = l; φ = 0
I, А	0,025	0,05	0,1	0,25	0,5	1	2	4
Р, Вт	4,3	8,6	17	43,3	86	185	360	680
δс,%	-0,03	-0,16	-0,15	-0,19	-0,18	-0,17	-0,24	-0,20
cosφ = 0,5; φ = 60º
Р, Вт	-	4,4	8,6	21,7	43	92	166	342
δс,%	-	0,16	0,12	0,05	0,02	-0,04	-0,14	-0,20
cosφ = 0,17; φ = 80º
Р, Вт	-	-	3,0	7,3	14,5	29	57	110
δс,%	-	-	0,74	0,59	0,46	0,35	0,04	-0,34

 

Поріг чутливості - найменше значення потужності, при якій лічильник вимірює електричну енергію. Для індукційного лічильника класу точності 2 з номінальним струмом 5 А межа порога чутливості по струму складає 25 мА при cos φ = 1. Для електронного лічильника він значно менше і практично

Точність вимірювань електричної енергії лічильником досягає 1-5 мА. Поріг чутливості лічильника може оцінюватися по похибки вимірювань на струмі 25 мА і cos φ = 1 за допомогою еталонного лічильника типу ЦЭ6806П.

Самохід. При включенні лічильника на напругу 80 - 110% номінального (при U _ном - 220 В від 176 до 242 В) з відключеними струмовими колами диск індукційного лічильника не повинен здійснити більше одного повного обороту за час спостереження 10 хв. Для електронного лічильника не повинні мигати індикатори основного і повірочного передавальних пристроїв.

Причини, що викликають самохід індукційного лічильника в експлуатації:

зворотний порядок чергування фаз напруги;

відсутність напруги на одній з фаз на клемної колодки лічильника;

різні значення фазних напруг на клемної колодки трифазного лічильника, наприклад U _A = 220 В, U _B = 240 В, U _C = 260 В;

схема включення трифазного лічильника виконана з суміщеними ланцюгами струму і напруги;

 неправильне регулювання лічильника.

Точність регулювання внутрішнього кута індукційного лічильника активної енергії перевіряється на стенді при номінальному струмі, напрузі і cos φ = 0 для кутів фазового зсуву 90 і 270 °. При цьому лічильник не повинен вимірювати енергію.

Схеми вмикання однофазних лічильників електричної енергії

 

Для вимірювань електричної енергії в однофазних мережах змінного струму застосовують різні типи лічильників як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва.

Схема включення однофазного лічильника зображена на рис. 12 , а. Обов'язковою вимогою при включенні лічильника є дотримання полярності підключення як по струму, так і за напругою.

На рис. 12, б зображена схема включення індукційного лічильника зі зворотним полярністю в струмового кола. В даному випадку зміна напрямку струму в колі створює від’мний обертаючий момент, і диск лічильника буде обертатися у зворотній бік. Електронний однофазний лічильник в цьому випадку енергію не вимірює, і миготіння індикаторів не спостерігається. Нові типи електронних однофазних лічильників вимірюють електроенергію незалежно від полярності підключення струмового ланцюга.

Включення однофазного лічильника з зворотною полярністю по напрузі і струму показано на рис. 12, в. В даному випадку фази струму і напруги одночасно змінюються на 180 °, а кут фазового зсуву залишається колишнім. Тому лічильник вимірює електроенергію відповідно до свого класу точності. На практиці використання схеми включення лічильника за рис. 12 в не допускається, оскільки вона дозволяє використовувати електроенергію без обліку.

В даний час на заводах - виробниках лічильників з метою запобігання крадіжкам електричної енергії передбачається установка на однофазних індукційних лічильниках:

• стопора зворотного ходу;

• другої (дублюючої) перемички для подачі напруги на котушку, розташовуючи її всередині корпусу;

• другої струмової котушки в колі нульового проводу.

 

Рис. 12. Схеми включення і векторні діаграми однофазного лічильника (а), індукційного однофазного лічильника з зворотною полярністю в струмовому колі (б) і однофазного лічильника з зворотною полярністю в колі струму і напруги (в)

 

Крім того, кожух лічильника виконується прозорим.

На Ленінградському електромеханічному заводі випускаються індукційні лічильники типу СО-ЕЕ6705 (220 В, 10-40 А) з стопором зворотного ходу. Схема включення лічильника суттєво відрізняється від типової тим, що на клеми 1 і 3 виведені кінці струмової котушки. Мережеві проводи Ф (фаза) і 0 підключаються на клеми 1 і 4 (рис. 13 ).

 

Рис. 13. Схема включення лічильника типу СО-ЕЕ6705

 

У ВАТ «Концерн Енергоміра» (м. Ставрополь) і на інших заводах-виробниках випускаються однофазні і трифазні електронні лічильники, які вимірюють електроенергію незалежно від полярності включення струмового ланцюга. Це досягається застосуванням спеціально розробленої БІС перетворювача потужності. У результаті цього лічильник захищений від застосування фазосдвигающих пристроїв в електроустановках напругою 380/220 В.