Преимущества и недостатки электронных счетчиков. Область применения электронных счетчиков.

На смену электромеханическим счётчикам индукционного типа приходят электронные (статические) счётчики, которые не имеют недостатков индукционных счетчиков (не приспособлены для дистанционной передачи показаний на диспетчерский пункт, потребляют много энергии (мощность цепи тока достигает 0,2 Вт,а цепи напряжения 0,3 Вт), трудно реализовать многотарифный учет электроэнергии, сложность конструкции и технологии изготовления, подверженность механическим повреждениям и износу).

Преимущества электронных счетчиков:

- обеспечивают более высокую точность измерений (классы точности 0,2 S и 0,5 S);

- высокая надежность работы;

- потребляют для своей работы меньше электрической энергии;

- обладают дополнительными функциями;

- меньше возможности хищения электрической энергии;

- способны работать в широком диапазоне частот, начиная от 0 Гц, то есть не только в цепях переменного (разных частот), но и постоянного тока.

Недостатки электронных счетчиков:

- высокая стоимость;

- сложность схемы;

- слабая защищенность от грозовых и коммутационных перенапряжений.

В зависимости от построения и используемых компонентов, счётчики измеряют: активную, реактивную и полную мощности; энергию, соответствующую указанным мощностям; параметры напряжения сети и тока нагрузки.

Используется два принципа построения электронных счетчиков электрической энергии:

1 - с аналоговым преобразованием активной мощности в постоянное напряжение;

2 - с аналого-цифровым преобразованием мгновенных значений силы тока и напряжения и последующим вычислением мощности и энергии с использованием микропроцессорной техники.

В России серийно выпускаются и применяются счетчики обоих типов.

4.5. Принцип работы, элементная база электронного счетчика с аналоговым преобразователем

Принцип действия электронного счетчика электрической энергии с аналоговым преобразованием активной мощности поясняется упрощенной функциональной схемой (рис.3.1.1).

Рисунок 3.1.1. Упрощенная функциональная схема счетчика с аналоговым преобразованием активной мощности

Коробка зажимов счетчика в простейшем случае содержит 8 зажимов. Зажимы 3 и 5 включаются последовательно с нагрузкой (в фазный провод). Зажимы 6 - 7 подключаются в разрыв второго (нулевого) провода. Напряжение нагрузки поступает на один из входов аналогового умножителя А. С вторичной обмотки трансформатора тока ТА в аналоговый умножитель поступает ток, сила которого пропорциональна силе тока нагрузки.

На выходе умножителя получается напряжение Uw, пропорциональное активной мощности нагрузки.

Принцип действия аналоговых умножителей основан на использовании нелинейных элементов, имеющих квадратическую зависимость падения напряжения от силы протекающего по ним тока. Схема, поясняющая принцип действия умножителя, используемого в счетчиках и электронных ваттметрах, приведена на рисунке 3.1.2.

Рисунок 3.1.2. Схема, поясняющая принцип действия умножителя, используемого в счетчиках и электронных ваттметрах. Стрелками показаны направления векторов падений напряжения на элементах схемы.

Вторичный ток трансформатора ТА, пропорциональный току нагрузки I, создает на резисторах R3, R4 равные друг другу падения напряжения , пропорциональные току нагрузки. На сопротивлении R1 имеется напряжение , пропорциональное напряжению U нагрузки.

На нелинейный элемент RV1 поступает напряжение

На нелинейный элемент RV2 поступает напряжение

Падения напряжений на резисторах R5, R6 пропорциональны токам, протекающим через нелинейные элементы RV1, RV2 соответственно. Эти токи пропорциональны квадратам напряжений . Напряжение равно разности падений напряжений на резисторах R5, R6, т.е.:

Напряжение Uw выпрямляется выпрямительным устройством VS. Среднее значение Uw выпрямленного напряжения Uw

Отсюда следует, что постоянное напряжение Uw пропорционально активной мощности нагрузки.

Напряжение Uw поступает на вход преобразователя UZ постоянного напряжения в частоту следования импульсов. На выходе преобразователя UZ получается последовательность импульсов, частота fw следования которых пропорциональна активной мощности нагрузки.

Выходные импульсы преобразователя UZ поступают на вход счетчика импульсов - делителя частоты следования импульсов. У счетчика имеется три выхода. На выходе «2°» импульсы появляются с частотой в 2 раза меньшей, чем на входе счетчика импульсов, на выходе «23» частота в 16 раз меньше, чем на входе, на выходе «28» частота в 512 раз меньше, чем на входе. Импульсы с выхода «28» поступают на шаговый двигатель М, который вращает барабанный счетный механизм, похожий на счетный механизм обычного индукционного счетчика электрической энергии.

На лицевой панели счетчика имеется отсчетное устройство барабанного типа, подобное отсчетному устройству электромеханического индукционного счетчика, и три сигнальных светодиода («лампочки»). Отсчетное устройство показывает количество электрической энергии, потребленной нагрузкой, в киловатт-часах. По показаниям отсчетного устройства определяют количество электрической энергии, израсходованной потребителем.

Светодиод «СЕТЬ» сигнализирует о поступлении на счетчик сетевого напряжения.

Светодиод, обозначенный буквой «А», мигает с частотой импульсов, поступающих с выхода «23 » счетчика импульсов.

Светодиод, обозначенный буквой «В», мигает с частотой импульсов, поступающих с выхода «2°» счетчика импульсов.

Рядом со светодиодами «А» и «В» указаны значения передаточного числа счетчика. Например, у счетчика ЦЭ6807-1 указано А=500 имп./кВт-час, В=8000 имп./кВт-час. Это означает, что одному киловатт-часу энергии соответствует 500 вспышек светодиода «А», или 8000 вспышек светодиода «В».

Кроме этого, на щитке счетчика указываются: номинальные напряжение и частота сети (220 В, 50 Гц); минимальное (5 А) и максимальное (50 А) значения силы тока, протекающего через счетчик, для которых гарантируется погрешность, соответствующая классу точности. Класс точности счетчика равен пределу допускаемой основной относительной погрешности счетчика, выраженному в процентах.

Импульсы с выхода «2°» используются для поверки и калибровки счетчика. Сигналы с этого выхода выведены на зажим 8 коробки зажимов счетчика.

Импульсы с выхода «23» используются для передачи показаний счетчика на диспетчерский пункт. Сигналы с этого выхода выведены на зажим 1 коробки зажимов счетчика.

Схема включения счетчика с дистанционной передачей результатов счета приведена на рисунке 3.1.3.

Рисунок 3.1.3. Схема включения счетчика ЦЭ6807-1 с дистанционной передачей результатов счета

Счетчик подключается к сети питания (генератор) и к нагрузке, потребление энергии которой подлежит измерению, по той же схеме, что обычный индукционный счетчик. Для передачи результатов работы счетчика на диспетчерский пункт используются зажимы 1 и 2. На диспетчерском пункте устанавливается вспомогательный источник постоянного напряжения БП, выходное напряжение которого может быть любым в пределах от 5 до 15 В (обычно - 10 В), и добавочное сопротивление R, значение которого рассчитывается по формуле:

где UБП - напряжение источника БП, IЛ - ток в линии, выбираемый любым в пределах от 2 до 15 мА (чем больше ток IЛ , тем выше помехоустойчивость передачи данных).

При поверке счетчика собирается схема, подобная изображенной на рисунке 3.1.3. Только провод от добавочного резистора вспомогательного источника питания отключается от зажима 1 и подключается к зажиму 8. По эталонным приборам и показаниям счетчика импульсов рассчитывают фактическое значение передаточного числа «В»

Счетчики, подобные рассмотренному, выпускаются однотарифными и двухтарифными. Переключение тарифов выполняется дистанционно, подачей сигнала постоянного напряжения на зажим 7. Изменение тарифа выполняется путем изменения коэффициента пересчета счетчика импульсов.

Счетчики, построенные по рассмотренной схеме, обладают сравнительно невысокой точностью. Это обусловлено свойствами принятой схемы аналогового преобразователя мощности в постоянное напряжение. Обычно класс точности таких счетчиков бывает не менее 1,5. Бытовые счетчики выпускаются с классом точности 2,0. Тем самым рассмотренные счетчики практически не имеют преимущества в точности учета электроэнергии по сравнению с индукционными счетчиками.

Большим недостатком счетчика, построенного по схеме рисунок 3.1.1., является наличие электромеханического счетного механизма с шаговым двигателем, надежность которого существенно меньше, чем остальной электронной части схемы. После пребывания счетчика в среде с высокой влажностью при отрицательных температурах часто наступает отказ шагового двигателя. При этом внешне счетчик работоспособен: светодиод «Сеть» сигнализирует о наличии напряжения, светодиоды «А» и «В» мигают с частотой, пропорциональной мощности нагрузки. Если предусмотрена дистанционная передача показаний, то на диспетчерский пункт поступает информация о потребляемой энергии. Однако показания счетного механизма остаются неизменными. Если передача данных на диспетчерский пункт не предусмотрена, информация об энергии, затраченной потребителем, теряется.