Бытовой счетчик электроэнергии: принцип работы и устройство, преимущества и недостатки различных типов оборудования

Виды счетчиков

Правила выбора и виды учетных приборов, допустимых к установке в частном жилье и на производстве, строго регламентируются действующими нормативными актами, включая ПУЭ.

Перед тем, как установить счетчик электроэнергии в квартире или цехе, каждый хозяин оформляет договор на его подключение к электросетям, в котором обязательно указывается выбранная модель.

Дополнительная информация. Знание типа и марки конкретного образца счётного устройства (электросчётчика) необходимо для того, чтобы своевременно провести его поверку, периодичность которой устанавливается для каждой модели индивидуально.

Производителями приборов этого класса освоен выпуск огромного количества различных моделей и типов промышленных и бытовых счетчиков энергии. Разобраться со всем многообразием учетных устройств можно лишь в том случае, если попытаться классифицировать их по тем или иным признакам, а именно:

• Заявленный принцип работы электросчетчика данной модели;
• Количество учитываемых фаз (фазность электрического прибора);
• Указываемый в паспорте класс точности;
• Способ снятия показаний (вариант подключения);
• Тарификация учета;
• Электрические параметры (ток и мощность прибора).

Согласно первому из этих признаков все учетные приборы делятся на индукционные счетчики (ИС) и электронные аппараты, а по второму – на однофазные и трёхфазные изделия. Кроме того, в соответствии со способом интегрирования в измеряемую цепь, они подразделяются на приборы прямого включения и устройства, подсоединяемые через специальные токовые трансформаторы – ТТ (смотрите фото ниже).

Подключение через ТТ

Точность различных образцов электросчётчиков может варьироваться от 0,2 до 2,5, а по наличию особых режимов снятия показаний они делятся на одно- 2-х и 3-х тарифные приборы. Электрические (токовые и мощностные) характеристики этих устройств выбираются, исходя из условий их эксплуатации.

Как самостоятельно выбрать счетчик для дома

Несмотря на кажущуюся сложность выбора для замены или установки нового электрического счетчика, домашнему электрику будет сделать это просто, если ознакомиться с основными критериями выбора.

Типы счетчиков по принципу работы

До недавних пор для учета расхода электроэнергии устанавливались только индукционные механические (электромеханические) счетчики. В них, потребляемый ток протекает через измерительную катушку медного провода, возбуждая магнитное поле. Это поле, воздействуя на диск, заставляет его вращаться со скоростью пропорциональной величине потребляемого тока. Через систему шестеренок вращательное движение передается на счетное устройство.

На смену электромеханическим счетчикам пришли гибридные, которые встречаются в двух конструктивных исполнениях: Индукционный электронный и Электронный механический.

В индукционном электронном счетчике, как и в механическом, имеется катушка, вращающая диск. Вращаясь, он воздействует на сенсор, который вырабатывает импульсы, поступающие на электронное устройство с цифровым дисплеем.

В электронном механическом счетчике все наоборот. Датчиком тока служит твердотельный элемент, как в статическом счетчике, а счетное устройство установлено механическое, как в индукционном счетчике.

В настоящее время вышеупомянутые счетчики вытесняются современными статическими счетчиками, не имеющие механических деталей. В качестве датчиков расхода электроэнергии в них применяется твердотельный электронный элемент, с которого сигнал подается на электронный блок с цифровым дисплеем.

Выбор счетчика по принципу работы

В таблице приведены основные технические характеристики счетчиков учета электрической энергии. Для установки в квартире или доме подойдет любой из них. Поэтому при выборе нужно исходить из объема и времени суток потребления электроэнергии.

Если в ночное время электроэнергия потребляется в незначительных объемах, то лучшим выбором будет Индукционный механический или Индукционный электронный счетчик, так как недорогой, надежный, долговечный и практически не потребуется нести затраты на его ремонт.

Стоит отметить, что индукционные счетчики, в отличии от электронных имеют меньшую чувствительность, и если ток потребления мал, например, включен только на зарядку сотовый телефон, то счетчик считать не будет.

Хотя Статические счетчики в два раза дороже и менее надежны, но если в ночное время суток потребляется более 30% электроэнергии, то они быстро себя окупают и дают хорошую экономию, так как в них заложена функция тарификации. Это когда есть возможность вести учет потребляемой электроэнергии в ночное и дневное время отдельно. Стоимость ночной электроэнергии существенно ниже.

Поставляющие электроэнергию компании тоже заинтересованы в установке статических электронных счетчиков по причине избыточных мощностей в ночное время и исключения снижения показаний индукционных счетчиков с помощью магнитов и укладкой в горизонтальное положение.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для частного жилья подойдет однофазный двухпроводный электрический счетчик любого принципа работы, рассчитанный на напряжение 220 В и ток 60 А (максимальная мощность определяется умножением величины тока на напряжение и составит 13,2 кВт).

Мощность потребления электроприборами

Теоретическую максимальную мощность, которая будет потребляться в случае включения одновременно всех электроприборов в квартире не сложно подсчитать по данным приведенной в таблице. Для этого нужно сложить мощности всех имеющихся электроприборов. Но такой случай маловероятен.

Для более точного расчета теоретической суммарной мощности потребления электроприборами ее нужно взять из этикеток или инструкций по эксплуатации на них. Мощность указывается в ваттах (Вт или VA) или киловаттах (кВт или кVA). 1 кВт=1000 Вт.

И все-таки оно вертится!

Наиболее наглядно устройство электросчетчика видно на примере однофазного бытового устройства механического типа. Его принципиальная схема приведена на рисунке ниже.

1. Ш-образный сердечник
2. П-образный сердечник
3. Редуктор
4. Постоянный магнит
5. Диск

К клеммам 1 и 2, в которые зажимается фазный провод, подключена катушка с небольшим количеством витков, установленная на П-образный металлический сердечник. Она называется токовой, поскольку включение последовательное. К клемме 1 также подключен еще один провод, идущий на другую катушку с большим количеством витков и установленную на Ш-образный металлический сердечник.

Место соединения разъемное, крепежом является винт, называемый «винт напряжения», поскольку второй конец катушки соединен с клеммой 3, к которой подключается нулевой провод и соединение параллельное. Сердечники катушек расположены под углом 900 друг к другу, а в разрыве между ними находится край алюминиевого диска.

При прохождении переменного электрического тока через катушки в сердечниках наводится пульсирующее магнитное поле. Их произведением является вихревой магнитный поток, вращающийся всегда в одну сторону. По закону электромагнитной индукции этот вихрь наводит электрический ток в алюминиевом диске и понуждает его вращаться вслед за собой.

Например, момент инерции. Именно поэтому ротор, роль которого играет диск, выполняется из алюминия – наиболее легкого электропроводящего материала, не подверженного вторичному намагничиванию. Дисковидная форма выбрана по той причине, что побочным явлением электромагнитной индукции является нагревание металлов так называемыми токами Фуко.

В проводниках плоской формы они быстрее затухают. Это свойство используется, например, в высоковольтных трансформаторах большой мощности, первичная обмотка которых выполняется проводником прямоугольного сечения.

Вторым отличием механического счетчика от асинхронного двигателя является наличие в его конструкции тормоза – постоянного магнита, расположенного у края диска. Он нужен для того, чтобы вращение было равномерным, без ускорения, а остановка происходила мгновенно, без выбега. Положение этого магнита можно менять, меняя величину электрической мощности, на которую устройство не реагирует. Обычной заводской настройкой является 25 Вт.

Диск насажен на ось, на одном конце которой находится червячная шестерня. Через нее и приводится в действие редуктор счетного механизма. Смена положений обмоток действительно может привести к реверсированию. Для этого надо лишь изменить порядок подключения: фазу подать на клемму 3 и снять ее с четвертой. Для борьбы с мошенничеством в редукторе установлен храповой механизм, блокирующий вращение в обратную сторону.

Трехфазные счетные механические устройства устроены подобным же образом. Но есть тонкости: если схема построена с глухозаземленной нейтралью – фазы на выходе силового трансформатора подстанции соединены звездой и линия состоит из трех проводников, то в счетчике два диска на одной оси. А при обычном для линий до 1000 вольт соединении треугольником и наличии отдельной нейтрали (четыре провода) дисков три. При этом подсчет расхода электрической мощности ведется в любом случае, даже если задействована хотя бы одна фаза.

Принцип действия электронного счетчика основан на использовании второго, скорее побочного действия электромагнитной индукции – нагревании проводников. Температурные датчики – это могут быть термопары или терморезисторы, преобразуют тепло в электрический сигнал, который играет роль управляющего воздействия.

Подавляющее большинство электронных счетных устройств строятся на микросхемах серий МРС 3905, 3906 или 3909. Принципиально они состоят из трех модулей:

1. Двух операционных усилителей (аналог катушек тока и напряжения).
2. Генератора незатухающих колебаний, имеющего собственный блок питания и подключенного к одной из фаз.
3. Счетчика импульсов.

Если показания электросчетчика выводятся на жидкокристаллический дисплей, то количество импульсов за единицу времени учитывается отдельной микросхемой, преобразующей его в кодовый сигнал. При использовании механических редукторов импульсы поступают непосредственно на шаговый двигатель. Чем выше частота их следования, тем быстрее он вращается.

В трехфазных приборах электрического учета таких управляющих микросхем три, а в однофазных – одна.

Требования для установки счетчика

Какие электросчетчики можно устанавливать по закону? Электросчетчик, подлежащий установке, обязательно должен фигурировать в списке устройств, что сертифицированы и обладают разрешением к использованию на территории нашей страны.

Отремонтировав устройство или осуществив замену прибора, следует пригласить представителя Энергосбыта, который опломбирует счетчик, проверит качество подключения и поставит устройство на учет. Также он должен составить акт приемки. В нем в обязательном порядке содержится информация о заводском номере изделия, показаниях на время приема в эксплуатацию, а, кроме того, указываются сведения о том, чей это прибор.

Пломбирование на счетчике осуществляется в двух местах. Первая пломба ставится сотрудниками метрологической службы, причем на клейме – дата проверки. Энергопоставляющей компанией ставится вторая пломба.

Место для установки прибора должно отвечать определенным требованиям:

1. Легкодоступность.
2. Удобство для снятия показаний.
3. Сухость.
4. Удобство возможного ремонта.

Определенная мощность и сила тока, что идет по электросетям потребителя, должна соответствовать самому электросчетчику. Класс точности нового прибора – не ниже второго.

Классификация приборов учета

В принципе, классифицировать счетчики электроэнергии (внутренней или наружной установки) можно по разным критериям. Вот только некоторые из них.

• По измеряемым параметрам разделение ведется на однофазный и трехфазный.
• По схеме подключения на прямые и через трансформатор. То есть, учитываются правила установки.
• По конструктивным особенностям на индукционные, электронные и гибридные.

Две первые позиции понятны, здесь нет необходимости разъяснять, по каким критериям проводится разделение. А вот с третье надо разобраться досконально. Итак, давайте разберемся в ней и определим, какой счётчик лучше.

Индукционный прибор учета

По сути, это традиционные электромеханические счетчики. В этой конструкции используется принцип действия магнитной индукции. То есть, в неподвижной катушке, через которую проходит электрический ток, образуется магнитное поле, которое будет влиять на подвижный элемент счетного механизма. Элемент изготовлен из токопроводящего материала, который собой представляет диск. Так вот магнитное поле будет влиять на него, и под его действием диск и будет вращаться. Чем больше тока проходит через катушку (имеется в виду сила тока), тем быстрее будет вращаться сам механизм. Отсюда, в принципе, и показания счетчика, которые будут прямопропорциональны количеству оборотов диска.

Правда, необходимо отметить, что такой учет электроэнергии постепенно уходит в небытие. Потому что индукционные приборы обладают рядом серьезных недостатков. Вот только некоторые из них:

• Они могут быть использованы только в однотарифных сетях.
• Нет возможности провести дистанционное снятие показания в автоматическом режиме.
• Слишком большие погрешности в показаниях, что недопустимо новыми стандартами и нормативами. Современные правила учета электрической энергии в этом плане очень жесткие.
• Есть возможность расхищать электроэнергию. Вариантов масса, жизнь это давно доказала.
• Небольшая функциональность прибора.

Созданные много десятков лет тому назад эти приборы учета не могут выдерживать тех нагрузок, которые присутствуют в современных домах и квартирах. Слишком много бытовой техники присутствует в наших жилищах.

Электронный счетчик

Это современная модель, которую еще называют статической. Это совершенно другая конструкция, в которой используются электронные элементы (твердотельные). Проходящий          по ним электрический ток (переменный) создает на этих элементах на выходе импульсы, которые преобразуются и отражаются на дисплее. Так вот количество этих импульсов прямопропорционально активной энергии, потребляемой сетью. Если сказать проще, то приборы этого типа преобразуют аналоговые сигналы напряжения и силы тока в цифровые.

В таких счетчиках механизм учёта может быть электромеханический или электронный. Первый тип обычно применяется в регионах с холодным климатом, если щит учета электроэнергии устанавливается на улице. Конечно, оба варианта в своих конструкциях имеют и дисплей, и запоминающееся устройство.

Эти современные модели обладают рядом достоинств, которых нет у индукционных счетчиков. А именно:

• Это многотарифность. Это стало возможным из-за того, что в приборе установлен набор счетных механизмов. Каждый блок включается в систему учета электроэнергии в определенный промежуток времени. Интервалы в свою очередь соответствуют различным тарифам.
• Долговечная эксплуатация, плюс повышение срока между проверками госстандарта.
• Устойчивость к разбросу токовых нагрузок в питающих сетях. Таким счетчикам нестрашны перегрузы.
• Безусловно, превосходный современный дизайн.
• Постепенное снижение стоимости до приемлемой в настоящее время.

Индукционные (механические) электросчётчики

Представляют собой группу хорошо известных счётчиков электроэнергии, оснащённых вращающимся колесиком, которое установлено внутри корпуса электроприбора. Чем быстрее оно вращается тем больше увеличивается расход энергии. Для вывода информации о показаниях счётчика используются специальные барабаны с цифрами.

Однофазный счетчик индукционного типа

Конструктивно индукционные счётчики состоят из следующих элементов:

• Катушки напряжений, служащей для ограничения уровня переменного тока. Защищает электронное устройство от негативных воздействий помех, создаваемых сторонними источниками, а также образует магнитный поток соразмерный напряжению;
• Токовой катушки, создающей уровень переменного магнитного потока, соразмерного току;
• Счётного механизма в виде червячной передачи;
• Алюминиевого диска;
• Постоянного магнита, создающего плавность хода диска.

Принцип работы индукционного энергомера

При подключении к сети катушки тока и напряжения создают магнитные потоки, которые проходят сквозь поверхность алюминиевого диска. Стоит отметить, что поток, создаваемый токовой катушкой, отличается от потока, который исходит от катушки напряжений своей U-образной формой за счёт чего пронизывает диск несколько раз. В результате воздействия потоков образуются силы электромеханического характера, приводящие в движение диск.

Д — диск, М — магнит, 2 — ось диска, верхняя катушка (напряжений), а нижняя токовая

Затем осевая сторона диска вступает во взаимодействие со счётным механизмом, изготовленным по червячному (зубчато-винтовому) принципу передачи, которая обеспечивает передачу необходимых информационных сигналов на цифровые барабаны.

Кольцо с зубчатым венцом сверху , которого надет «червяк», оснащенный крутящими элементами

Со временем уровень мощности сигнала снижается и в этот момент начинает работать постоянный магнит торможения, выравнивающий частотные колебания вращения диска. Это происходит в результате взаимодействия с потоками вихревого типа. В процессе своей работы магнит создаёт электромеханическую силу, являющуюся обратной кручению диска, что способствует снижению скорости диска или полной его остановки.

Представители этой группы устройств контроля и учёта электроэнергии широко применялись во времена Советского Союза, однако, и сейчас в большинстве квартир установлены подобные аппараты. Такая популярность и востребованность определяется простой конструкцией и невысокой стоимостью приборов.

Преимущества и недостатки счётчиков индукционного типа

Преимущества:

• Высокая надёжность;
• Большой эксплуатационный срок (около 20 лет);
• Высокая стабильность работы (отсутствие зависимости от перепада напряжения в сети);
• Невысокая стоимость.

Недостатки:

• Низкий класс точности (в пределах от 2 до 2,5 единиц);
• Высокий уровень потребления тока для самообеспечения;
• Возрастание погрешности показаний при малой нагрузке;
• Невозможность одновременного учёта активного и реактивного типа электроэнергии;
• Однонаправленный энергетический учёт;
• Большие габариты.

В процессе сбора информации о работоспособности и анализа недостатков индукционных счётчиков инженерами-конструкторами (энергетиками) был разработан более совершенный и надёжный вид приборов учёта электроэнергии, который получил название электронный.

Критерии подбора

Один из критериев выбора электросчетчика – количество тарифов

Перед покупкой устройства стоит обращать внимание на ряд параметров:

• Допустимая величина тока. Цифровые модели рассчитаны на ток 5-60А, что подходит для квартир и частных домов.
• Дата проверки. На трехфазном счетчике должна находится пломба не старше 1 года.
• Количество пломб. Первое опломбирование делают государственные органы – отметку проставляют на кожухе. Вторая пломба на зажимной крышке – от предприятия энергоснабжения.
• Опционал. Чем больше функций, тем дороже счетчик. Но внутренний тарификатор создает график нагрузки, а в журнале событий отмечается повышение и понижение напряжения в каждой фазе.
• Обслуживание и гарантии. Качественные модели имеют большой гарантийный период. Сервисный центр бренда есть в городе покупателя.
• Интервал проверки. Оптимально – от 10 до 16 лет.
• Интеграция с АСКУЭ. Показания автоматически передаются провайдеру.
• Фазность. Информация указывается на табло. Однофазный аппарат имеет маркировку 220 или 230 В, трехфазный – 220/380 В или 230/400 В.
• Количество тарифов. Двухтарифная схема исключает переплаты за электричество в ночное время.
• Способ монтажа. Цифровой аппарат крепится на винтах (корпус S или Ш) или дин-рейках (корпус R или P).

Как и когда будут ставить умные счетчики электроэнергии

Уже с 2019 умные счетчики будут появляться в жизни обычных людей. Главная задача интеллектуальных устройств – наладить максимально достоверный и точный учет потребления ресурсов, упростить пользователям процесс оплаты, а также вычислить недобросовестных потребителей.

Установка интеллектуальных систем не ударит по карману потребителя, так как замена счетчиков электроэнергии бесплатная. Статистические данные утверждают, что на территории Российской Федерации уже установлено около полумиллиона подобных приборов. Также планируется, что к 2024 году 95% граждан будут использовать новые умные счетчики. В данное время любой желающий может добровольно поставить себе современное устройство учета.

Новые счетчики станут обязательными в России через два года

Это интересно!Предполагается, что изначально в плату за энергоуслуги будет включено 1,5 – 2 тысячи рублей за установку современных интеллектуальных счетчиков. В дальнейшем каждый месяц необходимо будет оплачивать лишь техническое обслуживание прибора. В данное время все происходит таким образом: сотрудник компании выполняет осмотр устройства и в случае обнаружения неполадок выставляет счет на замену деталей. После монтажа интеллектуального счетчика все будет по-другому. Если прибор вышел из строя по неустановленной причине, то абсолютно бесплатную замену выполнит обслуживающая компания.

Плюсы и минусы электронных приборов

К положительным сторонам можно отнести:

• многотарифность;
• возможность ведения учета в двух направлениях;
• легкий доступ к данным;
• возможность долговременного хранения данных об потреблении электроэнергии;
• на экран выводится мощность и объем потребляемой энергии;
• высокий класс точности;
• фиксация всех попыток несанкционированного хищения электричества;
• возможность получить данные счетчика дистанционно;
• незначительные габариты.

Что касается недостатков таких устройств, то их крайне мало:

• высокая чувствительность к колебаниям напряжения;
• повышенная цена в сравнении с индукционными;
• сложность, а зачастую и невозможность ремонта.

Смотрите видео, в котором специалист разъясняет особенности устройств различных типов счетчиков электроэнергии:

Принцип работы электронного электросчетчика

Схема подключения однофазного электросчетчика Данная схема предназначена для подключения любого однофазного счетчика электрической энергии.

Однофазные счетчики чаще всего подключают по схеме прямого включения в сеть и только в очень редких случаях через трансформаторы тока.

В клеммной колодке однофазного счетчика электроэнергии расположены 4 контакта:

• 1 клемма — ввод фазы
• 2 клемма — выход фазы на нагрузку (в квартиру)
• 3 клемма — ввод нуля
• 4 клемма — выход нуля на нагрузку (в квартиру)
• винт напряжения — для отключения катушки напряжения в индукционных счетчиках при проведении государственной поверки.

Красным цветом обозначены токовая катушка (обмотка) и фазный провод, синим цветом — катушка (обмотка) напряжения и нулевой провод.

В данной схеме перед счетчиком электроэнергии установлен вводной автоматический выключатель.

Эту схему можно использовать для электроснабжения своей квартиры, дачи или коттеджа.

Схема подключения трехфазного электросчетчика

Классификация электросчетчиков по способам подключения

В зависимости от схемы подсоединения к сети электропитания, различают такие типы приборов учета:

• прямого подключения — соединяются с электросетью напрямую. Устанавливаются на объектах с небольшой общей мощностью электрооборудования;
• полукосвенного подключения. Обмотки напряжения подсоединяются к электросети напрямую. Обмотки электротока подсоединяются к сети через трансформаторы. Рекомендованы для эксплуатации на объектах совокупной мощностью до 3 МВт (общедомовые электросчетчики многоквартирных зданий, супермаркеты, торговые и развлекательные центры, предприятия, поселки);
• косвенного — соединяются с электросетью исключительно через трансформаторы. Устанавливаются на электроподстанциях.