Подключение приборов учёта электроэнергии

Электросчетчики применяют там, где осуществляется легальное потребление электроэнергии и есть возможность экономить деньги, отслеживая потребление электроэнергии за определенный промежуток времени.
Электрический счетчик - электроизмерительный при­ бор, предназначенный для учета расхода электрической энергии переменного или постоянного тока, которая измеряется в кВт·ч или А·ч.
Разнообразие большое: электросчетчики выпускаются однофазные и трехфазные, однотарифные и многотарифные, прямого включения (на ток от 30 А до 100 А) и через трансформаторы тока (при больших токах).
Изначально выпускались только индукционные счетчики. Первый же электронный счетчик был выпущен в Западной Европе в 1980 году, а в России - в 1996 г. Тогда же вступил в силу ГОСТ 6570-96, сделавший в России счетчики с классом точности 2,5 и током менее 30 А вне закона. Ресурс индукционного счетчика таков, что даже через 50 лет многие образцы укладываются в заданный класс точности!

Разновидности электросчётчиков: достоинства и недостатки

Конструктивно все электросчетчики можно разделить на группы: индукционные (механические), электронные (цифровые) и гибридные (комбинированные).
Достоинства индукционных счетчиков:
• надежны в эксплуатации;
• приспособлены к плохому качеству наших электросетей;
• срок «жизни» индукционного счетчика бо­лее долгий, чем у электронного;
• более низкая цена.
Недостатки индукционных счетчиков:
• низкий класс точности (2,0);
• рост погрешности при снижении нагрузки;
• нарушение метрологических характери­стик при быстропеременной нагрузке;
• слабая защита от хищения электроэнергии;
• повышенное собственное потребление по цепям тока и напряжения;
• невозможность работать при температуре ниже нуля градусов;
• необходимость использования в точке уче­та нескольких счетчиков по различным ви­дам энергии.

Рис. 1. Так выглядит современный индукционный счетчик

Электронные счетчики (рис. 2) рабо­тают за счет прямого измерения тока и напря­жения с передачей данных в цифровом виде на индикатор и в память счетчика.

Рис. 2. Так выглядит электронный однофазный счетчик

Достоинства электронных счетчиков:
• высокий класс точности (до 0,2);
• высокий класс точности сохраняется в ус­ловиях быстропеременных нагрузок;
• возможность работать по различным тарифам;
• возможность учета разных видов энергии одним прибором;
• возможность измерений показателей ко­личества и качества энергии и мощности;
• возможность длительного хранения данных и доступа к ним;
• возможность фиксации несанкционированного доступа и случаев хищения электроэнергии;
• возможность дистанционного съема показателей по различным цифровым интерфейсам;
• возможность расчета потерь;
• возможность создания современных АСКУЭ (автоматических си­стем учета электроэнергии);
• возможность учета одним прибором разных видов энергии в двух направлениях;
• возможность работать при температуре ниже нуля градусов.
Недостатки электронных счетчиков:
• практически беззащитны от коммутационных и грозовых перепа­дов напряжения;
• имеют более высокую цену;
• менее ремонтопригодны.
Гибридные электронно-механические электросчетчики, объ­единяющие в себе элементы двух указанных выше групп, используются достаточно редко.Все электросчетчики различаются по количеству фаз: однофаз­ные и трехфазные. Для выбора нужно исходить от характера сети в конкретном помещении. Чаще всего трехфазные счетчики рекомен­дуют устанавливать в коттеджах, больших загородных домах и в боль­ших квартирах, где заведены три фазы.

Технические параметры электросчётчиков

Основные технические характеристики:
• класс точности;
• величина номинального напряжения;
• величина номинального тока;
• чувствительность электросчетчика;
• интервал рабочих температур как правило от - 40 до + 55 'С;
• средний срок службы современных электросчетчиков составляет: 15 лет у электронных и 30 лет у индукционных;
• средняя наработка на отказ: у индукционных - 71000 часов, у электронных - 90000 часов;
• межповерочный интервал: у индукционных- 6 лет, у электрон­ных- 10лет;
• габаритные размеры и вес.
Класс точности - это процентное выражение наибольшей допустимой относительной погрешности: 0,5; 1,0 и 2,0%.
Это один из основных параметров электросчетчика. Класс точности определен для нормальных условий работы:
• правильное подключение;
• равномерное распределение нагрузок по фазам;
• синусоидальная характеристика напряжения и тока (величина коэффициента линейных искажений не более 5%);
• номинальная величина частоты (50 Гц ±0,5%);
• величина отклонения значения номинального напряжения не более 1%;
• величина нагрузки в номинальных пределах;
• отсутствие влияния внешних магнитных полей;
• вертикальное положение электросчетчика.
Величина номинального напряжения счетчиков прямого и с использованием трансформаторов тока должна соот­ветствовать номинальному напряжению сети, а счетчиков, включенных с применением трансформаторов напряже­ния, вторичному номинальному напряжению трансформаторов напряжения.
Номинальное напряжение указываются:
• у трехфазных счетчиков в виде произведения числа фаз на номи­нальные значения напряжения;
• у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные напряжения: 3х380/220 В.
Величина номинального тока так же указывается в виде произ­ведения числа фаз на номинальные значения тока - 3/5 А.
Значение чувствительности счетчика выражается в процентах, а определяется как наименьшее значение тока (в нормальных условиях), который определяет нормальный отсчет.
Величина порога чувствитель­ности не должна быть больше:
• 0,4% - для счетчиков класса точности 0,5;
• 0,5% -для счетчиков классов точности 1,0; 1,5; 2,0.
Передаточное число указано на лицевой панели:
• для индукционного - это число оборотов диска;
• для цифрового количество импульсов, соответствующее едини­це измеряемой энергии.
450 оборотов диска определяют расход в 1 кВт·ч или 500 импульсов так же определяют расход в 1 кВт·ч.
Габаритные размеры и вес отражены в паспорте на изделие и имеют значение в момент определения места расположения, способа крепления изделия. Под каждый типоразмер предлагаются уже готовые контейнеры, где все продумано и предусмотрено.

Принцип действия однофазного индукционного счётчика

Принцип действия индукционных счетчиков основан на взаимо­действии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной части прибора (в диске). Блок-схема однофаз­ного индукционного счетчика приведена на рис. 3.Однофазный индукционный счетчик представляет собой измери­тельную ваттметровую систему. Он является интегрирующим (суммирующим) электроизмерительным прибором.

Рис. 3. Блок-схема однофазного индукционного счетчика

Электромеханические силы взаимодействия вызывают движение подвижной части. Алюминиевый диск может вращаться на оси 0, с которой через червячную и зубчатую передачи связан счетный меха­низм с цифрами, указывающими расход электроэнергии (рис. 4).Так как счетчик должен учитывать расход электроэнергии, а он про­порционален произведению тока нагрузки I напряжения U, подведен­ного к нагрузке, и времени t, в течение которого нагрузка включена, то конструкция счетчика должна иметь элементы, автоматически перемножающие I, U и t.

Рис. 4. Устройство однофазного индукционного счетчика

В общих чертах это достигается за счет того, что диск счетчика вращается за счет электромагнитных сил, которые создаются катушками.Первая катушка включается в сеть последовательно и создает силу, пропорциональную току I. Вторая - включается параллельно и создает силу, пропорциональную напряжению U. Поэтому частота вра­щения алюминиевого диска, расположенного между катушками, пропорциональна произведению U х I.
Рассмотрим, как формируются показания.
При нулевой нагрузке диск неподвижен. С появлением нагрузки диск начинает вращаться, причем тем быстрее, чем больше нагрузка.Время вращения автоматически учитывается: чем дольше вращается диск, тем больший путь совершается обоймами счетного механизма, а на них написаны цифры, которые видны в окошечке на крышке счет­чика. На обоймах написаны цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Обоймы закрыты щитком, и мы в eгo окошечках видим только по одной цифре на каждой из них.
Допустим, что алюминиевый диск счетчика начинает вращаться по стрелке, когда во всех окошечках видны нули. Наблюдая за счетчиком, ты увидишь, как самый правый нуль поднимется и исчезнет, уступая место единице. Ее сменит двойка и т. д. А когда вместо девятки в окошечке снова появится ноль, то в соседнем окошечке слева окажется единица.
Таким образом, полному обороту первого диска, считая справа, соответствует 1/10 оборота второго диска, пол­ ному обороту второго - 1/10 оборота третьего и т. д.
Число зубьев червячной и зубчатой передач подобрано так, что счетчик отсчитывает, как правило, киловатт-часы (цифры в черных окошечках) и их доли (цифры в красном окошечке).

Принцип действия индукционного трёхфазного электросчётчика

Индукционный трехфазный электросчетчик работает по тому же принципу, что и однофазный. В индукционной системе подвижная часть (диск) вращается во время потребления электроэнергии. Диск вращается за счет вихревых токов, наводимых в нем магнитным полем катушек счетчика. Магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитными полями катушек счетчика. Один из трех элементов счетчика содержит два электромагнита:
• токовая обмотка включена в сеть последовательно;
• обмотка напряжения включена в сеть параллельно.
Между этими электромагнитами расположен вращающийся алю­миниевый диск. Его ось соединена:
• со счетным механизмом счетчика;
• со вторым диском, на котором установлено еще два (на две фазы) элемента.
Третий диск отсутствует, ради экономии. Протекающие по обмот­кам электромагнитов токи создают магнитные потоки, под действием которых у диска появляется вращающий момент.
Чем больше расходуется электроэнергии, тем больший ток в кон­тролируемой цепи и в токовой обмотке счетчика и тем больше момент и скорость вращения диска.
Трехфазные электросчетчики на напряжение 380 В применяются в основном для учета электроэнергии в индивидуальных домах и боль­ших квартирах с трехфазным вводом.

Принцип действия гибридного электронно-механического счётчика

Гибридные электронно-механические счетчики являются «помесью» механических и электрических счетчиков: цифровой интер­фейс, измерительная часть электронного или индукционного типа.
Они включают в себя несколько узлов:
• схема счетчика;
• блок питания;
• корректирующие цепи и т. д.
Блок питания преобразует переменное входное напряжение в низкое постоянное и обеспечивает питание электронных цепей счет­чика. Схема счетчика измеряет ток, который потребляется нагрузкой, с помощью трансформатора тока (датчика), через который и протекает измеряемый ток. Другие блоки счетчика электроэнергии выпол­няют ряд различных функций: вывод показаний и управление через Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee сети, управление дисплеем, термоком­пенсация счетчика, коррекция точности и т. п.
Счетчик состоит из микросхемы обработки, трех трансформато­ров тока, цепи питания, электромеханического счетного устройства и дополнительных цепей.
В качестве регистра электроэнергии используется простое электро­ механическое отсчетное устройство, в котором применен двухфазный шаговый двигатель. Электропитание счетчика обеспечивает источ­ник, построенный на токовом трансформаторе и двухполупериодном выпрямителе.

Принцип действия электронного электросчётчика

Электросчетчик может быть построен на базе простейшего микроконтроллера. От такого счетчика требуется лишь измерение импульсов, вывод информации на дисплей и защита при аварийных сбоях.
Получается, фактически, цифровой аналог индукционных (механи­ческих) счетчиков, рассмотренных выше.
Блок-схема простого электронного счетчика электроэнергии пред­ставлена на рис. 5.
Сигналы поступают через трансформаторные датчики на входы микросхемы-преобразователя. С ее выхода снимается частотный сигнал, поступающий на вход микроконтроллера. Микроконтроллер скла­дывает количество пришедших импульсов, преобразовывая его для получения количества энергии в Вт·ч.

Рис. 5. Блок-схема простого электронного однофазного счетчика электроэнергии

По мере накопления каждой единицы, значение накопленной энер­гии выводится на монитор и записывается во FLАSН-память. Если про­ исходит сбой, исчезновение напряжения сети, информация о накоплен­ ной энергии сохраняется в памяти.
После восстановления напряжения эта информация считывается микроконтроллером и выводится на индикатор, счет продолжается с этой величины. Этот алгоритм потребовал менее 1 Кб памяти микро­ контроллера. В качестве дисплея может использоваться простейший 6-... 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый контроллером.
В случае реализации мноrотарифноrо электросчетчика, устрой­ство должно обеспечивать обмен информацией с внешним миром по последовательному интерфейсу. Интерфейс может использоваться для задания тарифов, включения и установки таймера времени, получения информации о накопленных значениях электроэнергии и так далее.
Блок-схема мноrотарифноrо электронного электросчетчика пред­ставлена на рис. 6.

Рис. 6. Блок-схема многотарифного электронного однофазного электросчетчика

Установка счётчика

По способу установки счетчики деляться на группы:
• классические, крепящиеся с помощью трех винтов (рис. 7, а);
• предназначенные для крепления на DIN-peйкy (рис. 7, б).

Рис. 7. Варианты крепления электросчетчиков: а - крепление на три шурупа; б - крепление на DIN-рейку

Счетчики с креплением на DIN-peйкy сейчас получают большее признание из-за удобства монтажа счетчиков и меньших габаритов.Место для размещения электросчетчика следует выбирать с особой тщательностью, ведь условия окружающей среды могут повлиять на точность показаний.В самом общем виде требования к месту для размеще­ния электросчетчика таковы: помещение должно быть отапливаемое, но температура не выше 40 °С, сухое, без агрессивных примесей в воздухе.
Крепление электросчетчика должно быть выполнено таким обра­зом, чтобы его можно было демонтировать с лицевой стороны панели (помним принцип максимального удобства для проведения различных работ).

Использование трансформатора тока

В каких случаях необходима установка трансформаторов тока? Если ожидаемая сила тока, проходящего через счетчик, выше максимально допустимого значения для данного электросчетчика.
Если производится установка трансформаторов тока, то показания счетчика должны умножаться на коэф­фициент трансформации (к примеру, установка транс­форматора тока 100/5 А означает, что коэффициент трансформации равен 20 и показания счетчика нужно будет умножать на 20).
Трансформатор тока ТОП предназначен для понижения изна­чального тока до величины, используемой в цепях измерения, охраны, управления и сигнализации. Такое номинальное значение тока вто­ричной обмотки 2 А, 5 А. Изначальные обмотки трансформатора тока и напряжения включаются в цепь с измеряемым переменным и постоян­ным током, а во вторичную цепь включаются не измерительные приборы.Ток, протекающий сообразно вторичной обмотке трансформатора тока, равен определенному току первичной обмотки, деленному на другой коэф­фициент модификации. Вторичная такая обмотка токового трансформа­тора должна быть солидно замкнута на низкоомную нагрузку измеритель­ного устройства либо накоротко.
При случайном либо умышленном разрыве цепи появля­ется прыжок напряжения, страшный для изоляции, на­ходящихся вокруг электроприборов и жизни техперсо­нала!
Электромонтаж при установке трансформаторов тока осущест­вляется медным проводом или кабелем с минимальным сечением (не более 10 мм2). Марки могут быть различными. Следует только соблюдать условия, касающиеся механической прочности провода или кабеля. При электромонтажных работах не допускается ис­пользовать такие соединения проводов и кабелей, кото­рые невозможно осмотреть (к примеру, болтовое соеди­нение, скрутка).
По завершении электромонтажных работ счетчик, клеммную колодку, испытательную колодку, трансформаторы тока и напряжения (если они имеются) следует опломбировать.

Особенности включения счётчиков и измерительных трансформаторов

Схемы включения индукционных и электронных электросчетчиков (рис. 8) абсолютно идентичны. Посадочные отверстия для крепления обоих видов электросчетчиков тоже должны быть абсолютно одинаковы.Однако некоторые производители не всегда придерживаются этого требования, поэтому иногда могут возникнуть проблемы с установкой электронного электросчетчика вместо индукционного именно в плане крепления на панели.Зажимы токовых обмоток электросчетчиков обозначаются бук­вами Г (генератор) и Н (нагрузка). При этом генераторный зажим соот­ветствует началу обмотки, а нагрузочный ее концу.

Рис. 8. Принципиальные схемы включения счетчиков в системе TN-C: а - однофазного; б - трехфазного

При подключении счетчика необходимо следить за тем, чтобы ток через токовые обмотки проходил от их на­ чал к концам.Для этого провода со стороны источника питания должны подклю­чаться к генераторным зажимам (зажимам Г) обмоток, а провода, отходящие от счетчика в сторону нагрузки, должны быть подключены к нагрузочным зажимам (зажимам Н).
Для счетчиков, включаемых с измерительными трансформато­рами, должна учитываться полярность как трансформаторов тока
(ТТ), так и трансформаторов напряжения (ТН). Это особенно важно для трехфазных счетчиков, имеющих сложные схемы включения, когда неправильная полярность измерительных транс­форматоров не всегда сразу обнаруживается на работающем счетчике.Если счетчик включается через трансформатор тока, то к началу токовой обмотки подключается провод от того зажима вторичной обмотки трансформаторов тока, который однополярен с выводом пер­вичной обмотки, подключенным со стороны источника питания. При этом включении направление тока в токовой обмотке будет таким же, как и при непосредственном включении.Для трехфазных счетчиков входные зажимы цепей напряжения, однополярные с генераторными зажимами токовых обмоток, обознача­ются цифрами 1, 2, 3. Этим определяется заданный порядок следования фаз 1-2-3 при подключении счетчиков.

Прямые схемы включения электросчётчика

Прямая схема является наиболее простой и довольно распростра­ненной. Схемы представлены на рис. 9-10. Если ток счетчика лежит в нормальных приделах ре­ально потребляемого тока, то подключают в этом случае счетчики прямым способом (без дополнительных трансформаторов тока).

Рис. 9. Прямая схема включения однофазного электросчетчика при двухпроводной линии TN-C:
а - демонстративная схема включения; б - принципиальная схема

Несмотря на огромное разнообразие выпускаемых электросчет­чиков, расположение клемм подключения у них у всех одинаковое. На самой крышке закрытия клемм (с внутренней стороны) имеется нари­сованная схема подключения (на всякий случай, если забыли, как под­ключать электросчетчик). После одобрения правильности и соответствия всем нормам, на электросчетчике производится опломбировка. Она исключает возмож­ность самопроизвольной доделки или переделки как самого подключе­ния, так и изменения общей работы устройства учета.

Рис. 10. Прямая схема включения трехфазного электросчетчика при пятипроводной линии TN-S;
а - демонстративная схема включения; б - принципиальная схема

Те электросчетчики, что устанавливаются самими хо­зяевами для своих нужд и определенных целей (к примеру, в одной квартире живут несколько семей и есть необ­ходимость учитывать потребленную электроэнергию каждой из них) не подвергаются контролю организаций.Они расцениваются как обычные электротехнические устройства, которые установлены в электрический щиток и работают на стороне самого потребителя.
В многоэтажных жилых домах через кабель (провод) соответству­ющего сечения идет подсоединение фазы (фаз) к входным клеммам электросчетчика. Между основной магистралью и счетчиком устанав­ливается рубильник или автомат. Он позволяет производить замену устаревших либо не исправных электросчетчиков без напряжения на вводе.
С выходных клемм электросчетчика электропитание ввода пода­ется на защитные и распределительные устройства. Фаза идет на УЗО, автоматы, предохранители, а ноль обычно садится на общий клеммник.
Однофазный счетчик устроен таким образом, что все потребители электроэнергии в квартире питаются от одного провода (фазы). В трех­ фазных схемах потребители электричества разведены на группы, что более безопасно. Для примера разберемся, как подключить электро­ счетчик однофазный и трехфазный.

Схема включения однофазного счётчика

Под защитной крышкой, в нижней части прибора расположены четыре клеммы (рис. 11):
• к крайней левой клемме, присоединяется приходящий фазный провод;
• к клемме, следующей по порядку слева направо, присоединяется отходящий фазный провод;
• к третьей слева клемме присоединяется приходящий нулевой про­ вод;
• к последней, оставшейся клемме - отходящий нулевой провод.
На однофазном аппарате имеются четыре клеммы (на рис. 11 отмечены номерами). Через эти четыре клеммы осуществляется подача электроэнергии в дом и связь общей электросетью. Для замены прибора обесточьте квартиру и снимите старый счетчик. Закрепите в подготовленное место новый прибор.
К клемме 1 присоедините фазный провод (чаще всего он красного цвета, однако если есть сомнения, проверьте его индикаторной отверткой - индикатор должен загореться на фазном проводе).
К клемме 2 подключите фазный провод от сети помещения, первая цепь готова.

Рис. 11. Схема подключения однофазного счетчика

Аналогично подключаем к клеммам 3 и 4 нулевой провод от общей и квартирной сети. Чтобы не ошибиться в монтаже сверяйтесь со схе­мой подключения электросчетчика (рис. 11).

Схема подключения трёхфазного счётчика

Переходим теперь к подключению электрического трехфазного счетчика.
Под защитной крышкой снизу у трехфазного счетчика находятся четыре пары клемм. В каждой паре левая клемма является входной, а правая - выходной (рис. 12). Три фазных провода и рабочий нуле­ вой подключаются к входным клеммам счетчика. С выходных клемм фазные и нулевой провода отводятся на распределительный щит.
Трехфазный электросчетчик подключить немного сложнее, хотя принцип тот же. Действуя по аналогии с подключением однофазного счетчика, подключаем провода. К клеммам 1, 3, 5, 7 присоединяем про­ вода одного цвета из внешней сети, а к следующим клеммам, т. е. к 2, 4, 6, 8 провода одного цвета из домашней сети (рис. 12).

Рис. 12. Схема подключения трехфазного счетчика

Таким образом, получится, что если к контакту 1 подсоединен крас­ный провод (фаза) из внешней цепи, то к контакту 2 нужно будет подключить фазный провод из домашних коммуникаций.Для безопасности входные провода лучше подключить через четырехполюсный вводной автомат, а также по­ ставить однополюсные автоматы для каждой группы потребителей.