3.3. Электросчетчики
До 70-х годов 20-го века все выпускаемые электросчетчики были индукционными (или электромеханическими). Принцип работы индукционного счетчика был предложен в 1887 году Галилео Феррарисом, а первый счетчик Шукерта-Рааба появился в свет 1895 году. С этою момента и нужно вести отсчет жизненного цикла традиционного электромеханического электросчетчика. В основе его конструкции и принципа действия лежит взаимодействие проводящего металлического диска с двумя магнитными потоками, создаваемыми обмотками катушек тока и напряжения. При этом действующий на диск механический момент вращения, возникающий при таком взаимодействии, а, следовательно, и скорость вращения диска в каждый момент времени пропорциональны произведению величин тока и напряжения, поданных на обмотки катушек, то есть мгновенной электрической мощности. Следовательно, и количество оборотов, совершенных диском за определенный временной интервал будет пропорционально электрической мощности, интегрированной на этом временном интервале, то есть электрической энергии.
Основной проблемой электромеханических счетчиков во все времена было трение в движущихся частях. Первым главным элементом улучшения, направленным против трения, были двухкамниевые, а затем и магнитные опоры оси диска, впервые примененные в 1950 году фирмой «Джненерал-Электрик» (США). Использование достижений в области создания электротехнических и конструкционных материалов позволило электромеханическому электросчетчику дожить до настоящего времени и не потерять своей значимости. Разработанный и сконструированный в 1999 году в компании «АББ Митеринг Система» (Великобритания) индукционный электросчетчик «Интегра» (J11) стал первым в мире электроизмерительным прибором, для которого установлен межповерочный интервал в 20 лет.
Тем не менее, индукционные электросчетчики имеют ряд существенных недостатков:
относительно невысокий класс точности, как правило, не превышающий 2,0 для электросчетчиков, выпускаемых в России;
строгие требования по пространственному расположению и рабочим температурам;
влияние на их работу электромагнитных полей;
индивидуальная настройка каждого счетчика при выпуске из производства.
Бурное развитие микроэлектроники привело в 80-х годах 20 века к появлению принципиально нового класса электросчетчиков - электронных или статических, которые имеют более высокую точность и значительно проще в производстве. Сложную функцию аналого-цифрового преобразования (превращение значений измеряемых величин тока и напряжения в далее обрабатываемые цифры) выполняют в них микросхемы, которые обеспечивают высокую точность преобразования (до нескольких сотых долей процента) в широком диапазоне входных сигналов. Эти элементы серийно производятся и свободно продаются, а роль производителя счетчиков сводится к тому, чтобы выполнить монтаж электронных компонентов не печатную платы и обеспечить необходимые (и, как правило, несложные) регулировки. В связи с появлением и использованием микропроцессоров и больших интегральных схем электронной памяти электронные электросчетчики стали постепенно превращаться в счетчики «интеллектуальные», обеспечивающие выполнение кроме функции интегрального измерения электрической энергии ряда дополнительных функций по обработке и хранению измерительной информации, а также по передаче этой информации во внешний мир без вмешательства человека.
Постоянное снижение стоимости электронных компонентов ведет, естественно, и к снижению стоимости электронных счетчиков, цена которых на сегодняшний день сопоставима, а для некоторых моделей даже ниже цены счетчиков индукционных. А с учетом многофункциональности современных электронных счетчиков такой основной параметр, как соотношение «цена-качество» у них существенно выше, чем у индукционных счетчиков.
В совокупности приборов, составляющих измерительный комплекс учета электроэнергии переменного тока, электросчетчик является наиболее сложным элементом и характеризуется следующими параметрами:
видом измеряемой электроэнергии и направлением учета (активная или реактивная, в прямом и обратном направлении);
принципом измерений (индукционный, гибридный или электронный);
номинальными величинами входных токов и напряжений;
количеством фаз в точке учета;
классом точности;
интерфейсом дистанционного съема информации
рабочими условиями эксплуатации (температурой и влажностью) межповерочным интервалом (4-16 лет);
схемой включения (трех- или четырех проводная, трансформаторная или прямая);
порогом чувствительности (минимальное значение тока в процентах от номинального, при котором счетчик начинает работать (0,5% для индукционных и 0,05 процента – для высокоточных электронных);
максимальные токи (120-600 процентов для индукционных, 200-1000 процентов для электронных);
полная потребляемая мощность по цепям напряжения и тока (3-6 и 0,6 ВА для индукционных и 1-3 и 0,05-1 ВА для электронных);
дополнительными функциональными особенностями (наличие внутренних часов, многотарифность и т.д.);
программируемостью, то есть возможностью пользователя задавать выполнение различных функций.
Анализ современного парка электросчетчиков переменного тока различных изготовителей позволяет ввести их общую классификацию, представленную на Рисунке 2.
Дополнительно к рассмотренной общей классификации на Рисунке 3 приведена более детальная классификация трехфазных счетчиков переменного тока.
На все выпускаемые в России счётчики распространяются требования следующих нормативных документов:
ГОСТ 6570-75. Счетчики электрической активной и реактивной электроэнергии индукционные. Общие технические условия;
ГОСТ 26035-83. Счетчики электрической энергии переменного тока электронные. Общие технические условия;
ГОСТ 30206-94. Статические счетчики ватт-часов переменного тока (классы точности 0,2S и 0,5S);
сохранность хода часов в течение года при отсутствии фазных напряжений и сохранность учетной информации без ограничения времени.
Рисунок
2 – Общая классификация электросчетчиков
переменного тока
То есть, это счетчик уже совершенно нового поколения (интеллектуальный счетчик), который позволяет пользователю программировать его функции, хранит накопленную измерительную информацию и самостоятельно общается с внешним миром, будучи использован в качестве первичного прибора в автоматизированной системе учета.
Электросчетчик ЦЭ 6823. То же, что и предыдущий счетчик, но с возможностью измерения энергии в 2-х направлениях. Классы точности уже 0,5; 1,0; и 2,0. Счетчик выпускается в 44-х модификациях, которые отличаются номинальными значениями токов и напряжений, классом точности и внешним интерфейсом.
Рисунок 3 – Классификация трехфазных электросчетчиков переменного тока
Дополнительные функции:
учет электроэнергии в двух направлениях;
раздельный четырех тарифный учет и индикация измеренной электроэнергии за текущие и двое прошедших суток, за текущий и два предыдущих месяца, в часы льготных, полупиковых и пиковых тарифов;
регистрация суточного графика получасовых мощностей за текущие и двое предыдущих суток;
регистрация максимумов мощностей в каждой заданной суточной зоне за текущий и два прошедших месяца со временем и датой;
задание до двенадцати сезонов;
задание коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения.
Электросчетчик ЦЭ 6850. Измеряет активную и реактивную энергию в двух направлениях.
Есть счетчики попроще, с электромеханическими отсчетными устройствами, одно- и двух тарифные, прямого и трансформаторного включения. Надо отметить, что ставропольские счетчики отечественной разработки. Межповерочный интервал ставропольских счетчиков от 6-и до 8-и лет.
Следующая фирма «Эльстер – Метроника» (до недавнего времени АББ ВЭИ Метроника». Фирма была создана как совместное производство всемирно известного электротехнического
концерна АББ и Московского электротехнического института для производства электросчетчиков «Альфа» разработки АББ и начинала работать по «отверточной технологии». За восемь лет номенклатура выпускаемых изделий возросла во много раз. Теперь фирма выпускает не только электросчетчики, но и теплосчетчики, промышленные контроллеры, программное обеспечение для создания высокоуровневых АИИС и т.д.
Рассмотрим один из выпускаемых электросчетчиков EA02RALX-P4-BN-4:
ЕА – электросчетчик серии «ЕвроАльфа»;
02 – класс точности 0,2S;
RA – измерение до 4-х величин (активной и реактивной электроэнергии в прямом и обратном направлениях);
L – многотарифность и хранение графика нагрузки;
X – расширенная память для хранения графика нагрузки. Объем памяти увеличивается до 128 кB. При этом глубина хранения при усреднении мощности на 30-минутном интервале для четырех канального счетчика составляет 366 дней.
Р4 (P1, P2, РЗ) – дополнительная плата с двумя группами по четыре полупроводниковых реле (импульсные выходы);
В интерфейс RS-485 (возможны варианты: С – ИРПС «токовая петля», S – RS-232 модемный, S1 – RS-232 активный);
N – управление нагрузкой (F - переключение тарифов других счетчиков);
4 (3) – включение по 4-х проводной схеме (3-элементный счетчик).
По существу, это 4 счетчика в одном приборе. Стоимость такого счетчика составляет около 25 000 рублей. Тем не менее, это наиболее качественные и продвинутые счетчики, выпускаемые в России. Бывают трансформаторного и прямого включения. Класс точности 0,2; 0,5; 1,0. Рабочий диапазон температур от минус 40 до плюс 60оС. Межповерочный интервал – 8 лет.
Примерно с такими же характеристиками выпускаются на «Нижегородском заводе им.Фрунзе» электросчетчики СЭТ – 4ТМ.02. Однако, стоимость нижегородского счетчика примерно в 2 раза ниже.
И, наконец, об электросчетчиках, выпускаемых в Екатеринбурге. Фирма называется «Искра-Урал» и основана на базе приборостроительного завода. Совместное производство со словенской фирмой «Искра». Выпускаются трехфазные индукционные счетчики активной энергии (Т31, Т37) класса точности 2,0. Одно- и двух тарифные с внешним тарификатором.
Это далеко не полный перечень электросчетчиков, включенный в Госреестр средств измерений РФ. Помимо отечественных счетчиков туда включено много импортных приборов, разрешенных для коммерческого учета электроэнергии. Однако, следует помнить, что стоимость зарубежных приборов при тех же самых показателях превышает стоимость отечественных приборов не в проценты, а в разы.
Следует помнить еще об одном. Качественный учет электрической энергии определяется не только электросчетчиком, но электросчетчиком совместно с измерительными трансформаторами и цепями. Можно поставить дорогой и высокоточный электросчетчик и не получить требуемой точности измерений из-за низкой точности измерительных трансформаторов. И если за счетчиками у нас как-то следят, то о трансформаторах забывают сразу после их установки. Если же говорить о качестве технического учета, то оно определяется не только точностью измерений, но во многом оперативностью и количеством информации (глубиной учета), и без использования автоматизированных систем здесь уже не обойтись.