Назначение, устройство, принцип работы счетчиков электрической энергии

Назначение, устройство, принцип работы

Для учета электрической энергии, выработанной на станциях и переданной потребителям, применяют счетчики электрической энергии. Их устанавливают на шинах генераторного напряжения, на отходящих линиях и на стороне НН понизительных подстанций потребителей. Для учета активной энергии применяют однофазные типов СО, СОУ или трехфазные индукционной системы типов САЗ (САЗУ), а для реактивной энергии — счетчики типов СР4 (СР4У). В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С — счетчик, О — однофазный, А — активной энергии, Р — реактивной энергии, У — универсальный, 3 и 4 — для трех- и четырехпроводных сетей.
Обмотки счетчиков рассчитаны на включение непосредственна в сеть и через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Счетчики для непосредственного включения изготовляются на 5, 10, 20, 30 и 50 А, а через трансформаторы тока — до 2000 А, вторичный номинальный ток счетчика при этом для всех случаев будет 5 А. Номинальные напряжения счетчиков для обмоток непосредственного включения: 127, 220 и 380 В, а через трансформаторы напряжения—100 В. При наличии трансформаторов счетчики можно подключать к шинам станций с рабочими напряжениями 500, 600 В или 3, 6, 10 и 35 кВ.
На однофазных трансформаторных подстанциях мощность 4 — 10 кВ-А, напряжением 6—10/0,23 кВ устанавливают счетчик активной энергии СО2М. Его присоединяют к трансформатору тока, установленному за однофазным трансформатором, поэтому он учитывает всю электроэнергию, проходящую через трансформатор. Счетчик имеет подогрев — тепловое сопротивление ПЭ-75.
На однотрансформаторных подстанциях потребителей напряжением 6—10/0,4 кВ, мощностью 100—250 кВ-А устанавливают трехфазные индукционные счетчики активной энергии типов СА4У или СА4И. Счетчики электроэнергии предназначены для четырехпроводной цепи и имеют семь выводов: по два для подключения к каждому из трех трансформаторов тока и один для подключения к нулевому проводу. Такие счетчики устанавливаются со стороны низкого напряжения силового трансформатора до шин, к которым подключены отходящие низковольтные линии, поэтому они учитывают всю электроэнергию, пропускаемую трансформатором.
Конструктивно механизм счетчика монтируется на литой стойке, расположенной в прямоугольном стальном или пластмассовом цоколе, закрывается пластмассовой крышкой. Универсальные счетчики имеют на лицевой стороне крышки съемный щиток и устройство для его опломбирования. Счетчики выпускаются, классом точности 2,0 за исключением счетчиков реактивной энергии непосредственного включения, которые имеют класс точности 3,0.
Устройство и принцип их работы рассмотрим на примере однофазного счетчика типа С0-2М (рисунок 1).
В пластмассовом корпусе расположен стальной сердечник 1, снабженный обмоткой напряжения. Она выполнена из большого числа витков провода малого диаметра и включается в цепь параллельно. Токовая обмотка 4 намотана на сердечник 5 и состоит из малого числа витков провода большого диаметра. Эта обмотка включается в цепь последовательно и рассчитана на номинальный ток 5 А. Между сердечниками имеется воздушный зазор, в котором может свободно вращаться алюминиевый диск 3, закрепленный на оси 2. Для регулировки счетчика служит установленный на стальной скобе постоянный магнит 7. Выводы обмоток подключаются к четырем клеммам б счетчика, которые закрываются крышкой и пломбируются.

Рисунок 1 – Электрический счетчик

При включении счетчика по его обмоткам текут токи, создающие магнитный поток в воздушном зазоре. Этот поток пересекает алюминиевый диск и индуктирует в нем вихревые токи. Взаимодействие токов в диске с магнитным потоком в обмотках вызывает появление механической силы, приводящей диск во вращение. Диск связан зубчатой передачей со счетным механизмом счетчика, дающим показания в кВт • ч.
В схеме включения однофазного счетчика (рисунок 2, а) фазный провод подключается к первой клемме Г (генераторный зажим), а нулевой провод — к третьей клемме Г. Провода, отходящие к электроприемникам, подключаются ко второй и четвертой клеммам, обозначенным буквой Н (нагрузка).
Для измерения расхода электроэнергии в трехфазных электроустановках можно воспользоваться тремя однофазными счетчиками, включенными в каждую фазу по схеме, приведенной на рисунок 2, б. При этом расход энергии определяется как сумма показаний трех счетчиков. Значительно удобнее, однако, пользоваться трехфазными счетчиками, которые представляют собой три однофазных счетчика, собранных в одном корпусе и имеющих общий счетный механизм.

Рисунок 2 – Схемы включения счетчиков:
а — однофазного, б — трёх однофазных в трёхфазную сеть, в — трехфазного

В схеме включения трехфазного трехэлементного счетчика типа СА4 (рисунок 2, в) три фазы подаются на зажимы Г, трехфазная нагрузка подключается на зажимы Н, а на зажимы О подается нулевой провод.
Схемы включения всегда приводятся на обратной стороне крышки счетчика любого типа, закрывающей контакты.
Токовая обмотка счетчика для установки в квартире рассчитана на номинальный ток 5 А, но в современных жилых домах имеются большие многокомнатные квартиры, которые потребляют значительно большую силу тока. В целом же по дому токовая нагрузка может доходить до нескольких сотен ампер. Ясно, что в цепь с такими токами счетчики непосредственно включать нельзя. Для понижения переменного электрического токи большой силы до значения, удобного для измерения стандартными измерительными приборами, предназначен трансформатор тока, или измерительный трансформатор.
Трансформатор тока типа ТК-20 (рисунок 3) имеет стальной сердечник 2 с обмотками. Первичная обмотка 3 с выводами Л1 и Л2 выполнена из провода большого сечения, рассчитанного на ток, который необходим для нормальной работы электроустановки. Вторичная обмотка 4 и выводы И1 и И2 вторичной обмотки подключены к клеммнику 1. Она имеет такое количество витков, чтобы при номинальном токе первичной обмотки в ней индуктировался ток 5 А.

Рисунок 3 – Трансформатор тока ТК-20

Трансформаторы тока выпускаются с разными коэффициентами трансформации: 10/5, 15/5, 20/5 А и применяются в зависимости от величины рабочего тока потребителя.
В настоящее время планируется введение в эксплуатацию систем автоматического учета потребления энергии. Создание таких систем стало возможным благодаря разработке электронных счетчиков. Например, счетчики электрической активной энергии электронные прямого включения типа «Энергия — 9» предназначены для учета электрической активной энергии в однофазных цепях переменного тока частотой 50 Гц, в зависимости от исполнения по одному или нескольким дифференцированным во времени тарифам.
Счетчики, в зависимости от исполнения, обеспечивают также:
— формирование базы данных, содержащей измерительную информацию;
— передачу интерфейсными каналами измерительной информации, хранимой в базе данных, устройствам учета электрической энергии высшего уровня.
Область применения счетчиков – учет электрической энергии на промышленных (мелкомоторных) предприятиях и в коммунально бытовой сфере в условиях применения дифференцированных во времени тарифов на электрическую энергию.
Счетчики, имеющие последовательный интерфейс и телеметрический импульсный выход могут быть применены в автоматизированных системах учета и контроля электрической энергии.

Схемы включения

В схеме включения однофазного счетчика совместно с трансформатором тока (рисунок 4, а) первичная обмотка трансформатора Л1 — Л2 включена последовательно в линейный провод с большим током, а токовая обмотка счетчика подключена ко вторичной обмотке трансформатора тока (выводы И1 — И2). Как и в обычной схеме, обмотка напряжения должна быть подключена к фазному и нулевому проводу. С этой целью на схеме между выводами Л1 и И1 сделана перемычка, а третий зажим счетчика соединен с нулевым проводом.
Схемы включения трех однофазных, а также одного трехфазного счетчика совместно с трансформаторами тока приведены на рисунок 4, 6, в.
В случае, если счетчик работает с трансформатором тока, для определения действительного расхода электроэнергии необходимо расход, показанный счетчиком, умножить на коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

Рисунок 4 – Схемы включения счетчиков с трансформаторами тока:
а — однофазного, б—трехфазного, в — трех однофазных в трехфазную сеть

90000 Electric Meters | Energy | Analog Devices 90001 90002 The ADE7978, the ADE7933 / ADE7932, and ADE7923 form a chipset dedicated to measuring 3-phase electrical energy using shunts as current sensors. The ADE7933 / ADE7932 are isolated, 3-channel sigma-delta analog-to-digital converters (Σ-Δ ADCs) for polyphase energy metering applications that use shunt current sensors. 90003 90002 The ADE7923 is a nonisolated, 3-channel Σ-Δ ADC for the neutral line that uses a shunt current sensor.The ADE7932 features two ADCs, and the ADE7933 and ADE7923 feature three ADCs. 90003 90002 One channel is dedicated to measuring the voltage across the shunt when a shunt is used for current sensing. This channel provides a signal-to-noise ratio (SNR) of 67 dB over a 3.3 kHz signal bandwidth. Up to two additional channels are dedicated to measuring voltages, which are usually sensed using resistor dividers. 90003 90002 The unused voltage channels on the neutral ADE7923 can be used for auxiliary voltage measurements.These channels provide an SNR of 75 dB over a 3.3 kHz signal bandwidth. One voltage channel can be used to measure the temperature of the die via an internal sensor. The ADE7933 and ADE7923 include three channels: one current channel and two voltage channels. The ADE7932 includes one current channel and one voltage channel, but is otherwise identical to the ADE7933. 90003 90002 The ADE7933 / ADE7932 include isoPower 90011 ® 90012, an integrated, isolated dc-to-dc converter. Based on the Analog Devices, Inc., iCoupler 90011 ® 90012 technology, the dc-to-dc converter provides the regulated power required by the first stage of the ADCs at a 3.3 V input supply. The ADE7933 / ADE7932 eliminate the need for an external dc-to-dc isolation block. The iCoupler chip scale transformer technology is used to isolate the logic signals between the first and second stages of the ADC. The result is a small form factor, total isolation solution. The ADE7923 is the nonisolated version of the ADE7933 that can be used for neutral current measurement when isolation from the neutral line is not required.90003 90002 The ADE7933 / ADE7932 and ADE7923 contain a digital interface that is specially designed to interface with the ADE7978. Using this interface, the ADE7978 accesses the ADC outputs and configuration settings of the ADE7933 / ADE7932 and ADE7923. 90003 90002 The ADE7933 / ADE7932 are available in a 20-lead, Pb-free, widebody SOIC package with increased creepage. The ADE7923 is available in a similar 20-lead, Pb-free, wide-body SOIC package without the increased creepage. 90003 90002 The ADE7978 is a high accuracy, 3-phase electrical energy measurement IC with serial interfaces and three flexible pulse outputs.The ADE7978 can interface with up to four ADE7933 / ADE7932 and ADE7923 devices. The ADE7978 incorporates all the signal processing required to perform total (fundamental and harmonic) active, reactive, and apparent energy measurement and rms calculations, as well as fundamental-only active and reactive energy measurement and rms calculations. A fixed function digital signal processor (DSP) executes this signal processing. 90003 90002 The ADE7978 measures the active, reactive, and apparent energy in various 3-phase configurations, such as wye or delta services, with both three and four wires.The ADE7978 provides system calibration features for each phase, gain calibration, and optional offset correction. Phase compensation is also available, but it is not necessary because the currents are sensed using shunts. The CF1, CF2, and CF3 logic outputs provide a wide selection of power information: total active, reactive, and apparent powers; the sum of the current rms values; and fundamental active and reactive powers. 90003 90002 The ADE7978 incorporates power quality measurements, such as short duration low or high voltage detection, short duration high current variations, line voltage period measurement, and angles between phase voltages and currents.Two serial interfaces, SPI and I 90011 2 90012 C, can be used to communicate with the ADE7978. A dedicated high speed interface-the high speed data capture (HSDC) port-can be used in conjunction with I 90011 2 90012 C to provide access to the ADC outputs and real-time power information. The ADE7978 also has two interrupt request pins, IRQ0 and IRQ1, to indicate that an enabled interrupt event has occurred. The ADE7978 is available in a 28-lead, Pb-free LFCSP package. 90003 90002 90031 Applications 90032 90003 90034 90035 Shunt-based polyphase meters 90036 90035 Power quality monitoring 90036 90035 Solar inverters 90036 90035 Process monitoring 90036 90035 Protective devices Isolated sensor interfaces 90036 90035 Industrial PLCs 90036 90047 .90000 D-I-Y (The Bad Way): How to Hack your Electric Meter 90001 90002 (90003 WARNING !!!! 90004 90005 Doing the electric meter «hacking» methods stated herein is PUNISHABLE under existing laws. 90006) 90007 90002 Tampering the electric meter is not new or at least in our lifetime we heard it once. There are many ways to hack or tamper our meter in order to get a cut on our electricity bill. But most if not all forms of tampering the electrical meter are considered illegal. Thus, tampering our electric meter is punishable under RA 7832 (RA 7832 Anti-Electricity Pilferage Act of 1994) which provides for both fine and imprisonment up to 20 years.90007 90002 The various ways of electricity theft ranges from actual tampering of the electric meter to using devices that electronically or electrically slows down or even stops the meter. The following «hacking» methods are the most commonly-known but prohibited under Philippine Law. 90007 90002 90003 USING A MAGNET 90004 90015 The electric meter is an electro-mechanical induction device. It uses electricity (90005 consumes about 2 watts to operate itself 90006), moving parts (90005 like the aluminum dial 90006), and an electromagnetic (induction) motor.The electric meter uses eddy current to regulate the rotation of the dial in accordance with the actual consumption of electricity. 90007 90002 Hence the meter uses electromagnetism (induction) it is also possible to interfere its movement by using magnets. The magnets of considerable sizes should be placed directly at the sides of the meter. Here’s a video clip on how to use a magnet to hack an electric meter. 90007 90023 90024 90002 90003 BORED HOLE & NEEDLE 90004 90015 This method involves direct tampering by boring hole or holes anywhere in the meter’s plastic casing.The tiny hole is then inserted with a needle which will stop or slows down the spinning aluminum dial. This tampering method can be easily spotted by the meter readers of the power company. 90007 90002 90003 SALT & SUGAR 90004 90015 Salt can enhance the conductivity of water while sugar is not. See 90003 demo 90004 about it. But the properties of salt and sugar have nothing to do about tampering electric meter. Salt and sugar are placed or slip through the slit of the electric meter to distract the spinning dial.Worst, ants will swamp inside the meter for the thirst of sugar. 🙂 90007 90002 90003 BREAKING THE SEAL 90004 90015 If putting a magnet and filling in salt & sugar on your electric meter is not enough, a breaking in is possible by cutting or removing the seal that locks the meter from tampering. This will lead to the next method- using a jumper. 90007 90002 90003 JUMPING ALL THE WAY TO VECO 90004 90015 Using a jumper to skip the electric meter is an old-fashioned tampering method but it’s the easiest.It’s done by disconnecting the line after the meter and instead connect it directly to the service line of VECO (Visayan Electric Company). This tampering method is easily detected by authorities. 90007 90002 90003 TURNING THE METER UPSIDE, DOWN 90004 90015 If enough of the aforementioned is not enough, then turning your meter upside down could be a way to stop the meter. But this is very obvious and will be short-lived because the company’s meter reader shall call the maintenance to fix it.90007 90002 90003 REVERSING THE METER 90004 90015 The meter can be stopped from running or even reverse its motion to reduce the actual consumption reading. This can be done by using the so-called CURRENT REVERSING TRANSFORMER which are sold in the form of a power-saving device. Someone told me of a bulb which has almost no effect on the electric meter. Somewhere inside that bulb maybe a current reversing transformer. 90007 90002 90003 DC LOAD 90004 90015 The most sophisticated way which i could not decipher is the use of a rectified DC load to prevent eddy current production in the meter.This will slows down or stop the meter. However, i have not seen a demo on how to do this. 90007 90002 I had a discussion on electric meter tampering during my radio show- «90003 90005 Pangutana 90006 90004» last Sunday (Dec, 11) over DyAB1512 and here’s the audio clip: 90015 90007 90002 Again, the use of the aforementioned methods of hacking the electric meter is PUNISHABLE by Philippine laws. There are ways to reduce your electricity bill by not risking yourself to jail and damage your reputation.VECO has these 90003 tips 90004 and also this 90003 appeal 90004 to us consumers. 90007 90075 Like this: 90076 90002 Like Loading … 90007 90002 90075 90005 Related 90006 90076 90007 .90000 Electric Meter | Article about Electric Meter by The Free Dictionary 90001 90002 (or electricity meter), an electrical measuring instrument that totalizes the electric energy fed into a network by a generating station or consumed by users over a given time period. The type of measurement performed by electric meters places them among the integrating measuring instruments. Meters for DC circuits use permanent-magnet, moving-iron, electrolytic, or electrodynamometer systems. Induction mechanisms, which record the consumption of both active and reactive power, are the most common system for AC circuits.Meters of all types except electrolytic are miniature electric motors; therefore, they are often called motor-type meters. 90003 90002 The principal difference between electric meters and pointer or luminous indicating instruments is that the moving part in a meter is not restrained by a spring and therefore can rotate freely, with each revolution corresponding to a predetermined value of the quantity being measured. 90003 90002 The design of an induction electric meter for single-phase alternating current is shown in Figure 1.The current and voltage circuits of the meter are connected in series and in parallel, respectively, with the circuit being monitored. Current flowing through the circuits induces alternating magnetic fluxes Ф 90007 90008 u 90009 90010 and Ф 90007 90008 I 90009 90010 in the electromagnets. A torque proportional to the power 90007 P 90010 arises as a result of the interaction of the flux Ф 90007 90008 u 90009 90010 and the eddy currents induced in the disk by the flux Ф 90007 90008 I 90009 90010.The number of revolutions of the moving element during the time interval 90007 t 90010 is proportional to the energy 90027. The result of the measurement, usually expressed in kilowatt-hours, is displayed on a counter connected to the axis of the disk by a worm drive. 90003 90029 90002 90031 Figure 1 90032. Single-phase induction meter for 50 hertz alternating current: (Ф 90007 90008 u 90009 90010) flux induced by current in voltage circuit (in parallel with load), (Ф 90007 90008 I 90009 90010) flux induced by load current, (1) electromagnet in series (current) circuit, (2) metal strip for regulating phase angle between fluxes Ф 90007 90008 u 90009 90010 and Ф 90007 90008 I 90009 90010 (3) electromagnet in parallel (voltage) circuit, (4) mechanical counter, ( 5) drag magnet (permanent magnet that produces the retarding torque necessary to obtain unambiguous readings), (6) aluminum disk, (7) load (for example, incandescent lamps) 90003 90002 DC meters are used to record the consumption of electric power by electrified railroad cars and by electrolytic cells, and to measure the amount of electricity (in ampere-hours) flowing through a battery during charging.AC instruments are used in residences, and also to record the consumption of electricity by electric motors, lighting networks, and municipal facilities. The measurement accuracy of electric meters is 1-2.5 percent. 90003 90002 90053 REFERENCES 90054 90007 Elektricheskie izmereniia: Sredstva i melody izmerenii. 90010 Edited by E. G. Shramkov. Moscow, 1972. 90057 Shkurin, G. P. 90007 Spravochnik po elektro- i elektronnoizmeritel’nym ​​priboram. 90010 Moscow, 1972. 90057 Kasatkin, A. S. 90007 Elektrotekhnika, 90010 3rd ed.Moscow, 1973. 90003.