Электрический счетчик

Ведущий раздел этой статьи может быть слишком коротким, чтобы адекватно резюмировать ее ключевые моменты . Пожалуйста, рассмотрите возможность расширения лид, чтобы обеспечить доступный обзор всех важных аспектов статьи. ( Январь 2018 г. )

Североамериканский отечественный аналог электросчетчика.

Счетчик электроэнергии с прозрачным пластиковым корпусом (Израиль)

Североамериканский бытовой электронный счетчик электроэнергии

Счетчик электроэнергии , электрический счетчик , электрический счетчик или счетчик электроэнергии представляет собой устройство , которое измеряет количество электрической энергии , потребляемое жительством , в бизнесе , или с электрическим приводом устройством.

Электроэнергетические компании используют электросчетчики, установленные на территории клиентов, для выставления счетов и контроля. Обычно они калибруются в биллинговых единицах, наиболее распространенной из которых является киловатт-час ( кВтч ). Обычно они читаются один раз за каждый расчетный период.

Когда желательна экономия энергии в определенные периоды, некоторые счетчики могут измерять потребление, максимальное использование мощности в некоторый интервал. Измерение «времени суток» позволяет изменять расценки на электроэнергию в течение дня, чтобы регистрировать использование в периоды пиковых высоких затрат и в периоды низкой нагрузки с низкими затратами. Кроме того, в некоторых областях счетчики имеют реле для отключения нагрузки в ответ на запрос в периоды пиковой нагрузки. ^[1]

История [ править ]

Постоянный ток [ править ]

По мере распространения коммерческого использования электроэнергии в 1880-х годах, становилось все более важным, чтобы счетчик электроэнергии, аналогичный существовавшим тогда газовым счетчикам , требовался для правильного выставления счетов клиентам вместо выставления счетов за фиксированное количество ламп в месяц.

Счетчики постоянного тока измеряли заряд в ампер-часах. Поскольку напряжение источника питания должно оставаться практически постоянным, показания счетчика были пропорциональны фактическому потреблению энергии. Например, если счетчик зафиксировал, что 100 ампер-часов было израсходовано на 200-вольтную сеть, то было подано 20 киловатт-часов энергии.

Было разработано много экспериментальных типов счетчиков. Томас Эдисон сначала работал над электромеханическим счетчиком постоянного тока (DC) с регистром прямого считывания, но вместо этого разработал электрохимическую измерительную систему, в которой использовалась электролитическая ячейка для суммирования потребления тока. Через определенные промежутки времени пластины снимались и взвешивались, а заказчику выставлялся счет. Считывание показаний электрохимического счетчика было трудоемким и не было хорошо встречено покупателями.

Одним из первых электрохимических измерителей, использовавшихся в Великобритании, был измеритель «Причина». Он состоял из вертикально установленной стеклянной конструкции с резервуаром для ртути в верхней части счетчика. По мере того, как ток подавался из источника, электрохимическое воздействие перемещало ртуть в нижнюю часть колонны. Как и все другие измерители постоянного тока, он записывал ампер-часы. Как только ртутный бассейн был исчерпан, счетчик стал разомкнутым. Следовательно, потребителю необходимо было оплатить дальнейшую поставку электроэнергии, после чего агент поставщика снимал бы счетчик с крепления и переворачивал его, возвращая ртуть в резервуар и источник. На практике потребитель пригласит агента сбытовой компании до того, как запасы закончатся, и заплатит только за потребленную плату по показаниям весов.Затем агент сбрасывал счетчик на ноль, инвертируя его.

В 1885 году Ферранти предложил ртутный моторный счетчик с регистром, подобный газовым счетчикам; Это имело то преимущество, что потребитель мог легко считывать показания счетчика и проверять потребление. ^[2] Первым точным регистрирующим счетчиком потребления электроэнергии был счетчик постоянного тока, созданный доктором Германом Ароном , который запатентовал его в 1883 году. Хьюго Херст из британской компании General Electric ввел его в продажу в Великобритании с 1888 года. ^[3] Счетчик Арона регистрировал значение. общий заряд, использованный с течением времени, и отображаемый на ряде циферблатов часов.

Переменный ток [ править ]

Первый образец счетчика киловатт-часов переменного тока, изготовленный на основе патента Венгрии Отто Блати и названный в его честь, был представлен заводом Ганца на Франкфуртской ярмарке осенью 1889 года, а первый индукционный счетчик киловатт-часов был уже поступила в продажу на заводе в конце того же года. Это были первые ватт-часовые счетчики переменного тока, известные под названием Bláthy-meter. ^[4] Счетчики киловатт-часов переменного тока, используемые в настоящее время, работают по тому же принципу, что и оригинальное изобретение Блати. ^{[5] [6] [7] [8]} Также примерно в 1889 году Элиу Томсон из американской General ElectricКомпания разработала записывающий ваттметр (ваттметр) на базе безжелезного коллекторного двигателя. Этот счетчик преодолел недостатки электрохимического типа и мог работать как на переменном, так и на постоянном токе. ^[9]

В 1894 году Оливер Шалленбергер из Westinghouse Electric Corporation применил принцип индукции, ранее использовавшийся ^[10], только в счетчиках ампер-часов переменного тока, чтобы создать ватт-часовые счетчики современной электромеханической формы, используя индукционный диск, скорость вращения которого была сделана пропорциональной мощности. в цепи. ^{[11] [12]} Счетчик Блати был похож на счетчик Шалленбергера и Томсона в том, что это счетчик с двухфазным двигателем. ^[5]Хотя индукционный измеритель мог работать только на переменном токе, он устранил тонкий и хлопотный коммутатор конструкции Томсона. Шалленбергер заболел и не смог усовершенствовать свою первоначальную большую и тяжелую конструкцию, хотя он также разработал многофазную версию.

Единицы [ править ]

Самая распространенная единица измерения электросчетчика - киловатт-час [ кВтч ], который равен количеству энергии, потребляемой нагрузкой в ​​один киловатт за период в один час , или 3 600 000 джоулей . Некоторые электроэнергетические компании вместо этого используют мегаджоуль SI .

Спрос обычно измеряется в ваттах, но усредняется за период, чаще всего за четверть или полчаса.

Реактивная мощность измеряется в «тысячах вольт-амперных реактивных часов», (кварч). По соглашению, «запаздывающая» или индуктивная нагрузка, такая как двигатель, будет иметь положительную реактивную мощность. «Ведущая», или емкостная нагрузка, будет иметь отрицательную реактивную мощность. ^[13]

Вольт-амперы измеряют всю мощность, проходящую через распределительную сеть, включая реактивную и фактическую. Это равно произведению среднеквадратичных вольт и ампер.

Искажения электрического тока нагрузками измеряют несколькими способами. Фактор силыэто отношение резистивной (или реальной) мощности к вольт-амперам. Емкостная нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, а индуктивная нагрузка - отстающий. Чисто резистивная нагрузка (например, лампа накаливания, нагреватель или чайник) имеет коэффициент мощности 1. Гармоники тока являются мерой искажения формы волны. Например, электронные нагрузки, такие как блоки питания компьютеров, потребляют ток на пике напряжения для заполнения своих внутренних запоминающих элементов. Это может привести к значительному падению напряжения вблизи пика напряжения питания, что проявляется в виде сглаживания формы волны напряжения. Это выравнивание вызывает появление нечетных гармоник, которые недопустимы, если они превышают определенные пределы, поскольку они не только расточительны, но могут мешать работе другого оборудования.Согласно закону ЕС и других стран, гармоническая эмиссия находится в установленных пределах.

В дополнение к учету, основанному на количестве использованной энергии, доступны другие виды учета. Измерители, которые измеряли количество используемого заряда ( кулоны ), известные как счетчики ампер-часов , использовались на заре электрификации. Они зависели от постоянного напряжения питания для точного измерения потребления энергии, что было маловероятно для большинства источников питания. Чаще всего применялись счетчики специального назначения для контроля состояния заряда / разряда больших батарей. Некоторые измерители измеряли только время, в течение которого протекал заряд, без измерения величины напряжения или тока. Они подходят только для приложений с постоянной нагрузкой и сегодня используются редко.

Операция [ править ]

Счетчики электроэнергии работают, непрерывно измеряя мгновенное напряжение ( вольт ) и ток ( амперы ), чтобы получить использованную энергию (в джоулях , киловатт-часах и т. Д.). Счетчики для небольших служб (например, мелких бытовых потребителей) могут быть подключены напрямую между источником и потребителем. Для больших нагрузок, более чем примерно 200 ампер нагрузки, используются трансформаторы тока , так что счетчик может быть расположен где-то в другом месте, а не на линии сервисных проводов. Счетчики делятся на две основные категории: электромеханические и электронные.

Электромеханический [ править ]

Самый распространенный вид счетчиков электроэнергии - электромеханический счетчик ватт-часов. ^{[14] [15]}

При однофазной сети переменного тока электромеханический индукционный измеритель работает за счет электромагнитной индукции , считая обороты немагнитного, но электропроводящего металлического диска, который вращается со скоростью, пропорциональной мощности, проходящей через измеритель. Таким образом, количество оборотов пропорционально потреблению энергии. Катушка напряжения потребляет небольшое и относительно постоянное количество энергии, обычно около 2 Вт, которое не регистрируется измерителем. Токовая катушка также потребляет небольшое количество энергии, пропорциональное квадрату тока, протекающего через нее, обычно до пары ватт при полной нагрузке, которая регистрируется измерителем.

На диск воздействуют два набора индукционных катушек , которые, по сути, образуют двухфазный линейный асинхронный двигатель . Одна катушка подключена таким образом, что она создает магнитный поток пропорционально напряжению, а другая создает магнитный поток, пропорциональный току . Поле катушки напряжения задерживается на 90 градусов из-за индуктивной природы катушки и калибруется с помощью катушки задержки. ^[16] Это создает вихревые токи в диске, и эффект таков, что на диск действует сила, пропорциональная произведению мгновенного тока и мгновенного напряжения. Постоянный магнит действует каквихретоковый тормоз , создающий противодействующую силу, пропорциональную скорости вращения диска. Равновесие между этими двумя противоположными силами приводит к тому, что диск вращается со скоростью, пропорциональной мощности или скорости использования энергии. Диск приводит в действие механизм регистрации, который считает обороты, как одометр в автомобиле, для измерения общей использованной энергии.

Различные конфигурации фаз используют дополнительные катушки напряжения и тока.

Диск поддерживается шпинделем с червячной передачей, приводящей в движение регистр. Регистр - это серия циферблатов, которые фиксируют количество использованной энергии. Циферблаты могут быть циклометрического типа, дисплея, подобного одометру, который легко считывать, где для каждого циферблата одна цифра отображается через окошко на лицевой стороне счетчика, или типа указателя, где указатель указывает каждую цифру. При использовании стрелочного типа со шкалой смежные указатели обычно вращаются в противоположных направлениях из-за зубчатого механизма.

Количество энергии, представленное на один оборот диска, обозначается символом Kh, который указывается в ватт-часах на оборот. Обычно встречается значение 7,2. Используя значение Kh, можно определить их энергопотребление в любой момент времени, отсчитывая время диска с помощью секундомера.

${\ displaystyle P = {{3600 \ cdot Kh} \ over t}}$.

Где:

t = время в секундах, затраченное диском на один оборот,

P = мощность в ваттах.

Например, если Kh = 7,2, как указано выше, и один оборот совершается за 14,4 секунды, мощность составляет 1800 Вт. Этот метод можно использовать для определения энергопотребления бытовых устройств, включая их по очереди.

Большинство бытовых счетчиков электроэнергии необходимо снимать вручную, будь то представитель энергетической компании или заказчик. Когда клиент снимает показания счетчика, показания могут быть переданы в энергетическую компанию по телефону , почте или через Интернет . Электроэнергетическая компания обычно требует посещения представителя компании не реже одного раза в год для проверки показаний, предоставленных заказчиком, и для выполнения базовой проверки безопасности счетчика.

В измерителе индукционного типа ползучесть - это явление, которое может отрицательно повлиять на точность, которое происходит, когда измерительный диск непрерывно вращается с приложенным потенциалом и разомкнутыми клеммами нагрузки. Проверка на ошибку из-за ползучести называется тестом на ползучесть.

Два стандарта регулируют точность счетчиков: ANSI C12.20 для Северной Америки и IEC 62053.

Электронный [ править ]

Электронные счетчики отображают потребляемую энергию на ЖК- или светодиодном дисплее, а некоторые также могут передавать показания в удаленные места. В дополнение к измерению потребляемой энергии электронные счетчики могут также регистрировать другие параметры нагрузки и питания, такие как мгновенная и максимальная скорость потребления энергии, напряжения, коэффициент мощности, используемая реактивная мощность и т. Д. Они также могут поддерживать выставление счетов по времени суток, например, запись количества энергии, используемой в часы пик и непиковый период.

Счетчик имеет источник питания, механизм измерения, механизм обработки и связи (например, микроконтроллер ) и другие дополнительные модули, такие как часы реального времени (RTC), жидкокристаллический дисплей, инфракрасные порты / модули связи и скоро.

Дозирующий двигатель задаются напряжения и тока входов и имеет напряжение ссылки, пробоотборники и quantisers с последующим аналого-цифровым преобразованием секции с получением оцифрованных эквивалентов всех входов. Затем эти входные данные обрабатываются с помощью цифрового сигнального процессора для расчета различных параметров измерения.

По величине источник долгосрочных ошибок в метре дрейф в предусилителе, после чего точности опорного напряжения. Оба они также меняются в зависимости от температуры и сильно меняются, когда счетчики находятся на открытом воздухе. Их характеристика и компенсация являются важной частью конструкции счетчика.

Секция обработки и связи отвечает за вычисление различных производных величин на основе цифровых значений, генерируемых механизмом измерения. Он также отвечает за связь с использованием различных протоколов и интерфейс с другими дополнительными модулями, подключенными к нему в качестве ведомых устройств.

RTC и другие дополнительные модули присоединяются как подчиненные к секции обработки и связи для различных функций ввода / вывода. В современных счетчиках большая часть, если не все, из этого будет реализована внутри микропроцессора, например, RTC, ЖК-контроллер, датчик температуры, память и аналого-цифровые преобразователи.

Способы связи [ править ]

Дистанционное считывание показаний счетчиков - практический пример телеметрии . Это экономит затраты на считыватель счетчиков и связанные с этим ошибки, но также позволяет выполнять больше измерений и удаленное обеспечение. Многие интеллектуальные счетчики теперь включают переключатель для прерывания или восстановления обслуживания.

Исторически сложилось так, что вращающиеся счетчики могли передавать измеренную информацию удаленно, используя пару электрических контактов, подключенных к линии KYZ .

Интерфейс KYZ - это контакт формы C, питаемый от счетчика. В интерфейсе KYZ провода Y и Z являются переключающими контактами, закороченными на K для получения измеренного количества энергии. Когда один контакт замыкается, другой открывается, чтобы обеспечить точность подсчета. ^[17] Каждое изменение состояния контакта считается одним импульсом. Частота импульсов указывает на потребляемую мощность. Количество импульсов указывает на измеренную энергию. ^[18]

KYZ реле генерирует импульсы. Термин KYZ относится к обозначениям контактов: K для общего, Y для нормально разомкнутого и Z для нормально замкнутого. При включении в электрический счетчик реле меняет состояние при каждом полном или половинном обороте диска счетчика. Каждое изменение состояния называется «импульсом». При подключении к внешнему оборудованию скорость использования (кВт), а также общая потребляемая мощность (кВтч) могут быть определены по скорости и количеству импульсов.

Выходы KYZ исторически были подключены к «реле сумматора», питающим «сумматор», так что многие счетчики могли быть прочитаны одновременно в одном месте.

Кыз выходы также классический способ крепления счетчиков электроэнергии для программируемых логических контроллеров , HVACs или других систем управления. Некоторые современные счетчики также снабжены замыкателем контактов, который предупреждает, когда счетчик обнаруживает потребность в близком к более высокому тарифу на электроэнергию , чтобы улучшить управление спросом .

Некоторые счетчики имеют выход с открытым коллектором или ИК-светодиодами, которые выдают импульсы 32–100 мс на каждое измеренное количество электроэнергии, обычно 1000–10000 импульсов на кВтч . Выход ограничен до 27 В постоянного тока и 27 мА постоянного тока. Эти выходы обычно соответствуют стандарту DIN 43864.

Многие измерители, предназначенные для полуавтоматического считывания, имеют последовательный порт, который связывается с помощью инфракрасного светодиода через лицевую панель измерителя. В некоторых многоквартирных зданиях используется аналогичный протокол, но в проводной шине используется последовательная токовая петля для подключения всех счетчиков к одной вилке. Вилка часто находится рядом с более легкодоступной точкой.

В Европейском Союзе наиболее распространенным инфракрасным портом и протоколом является «FLAG», упрощенное подмножество режима C IEC 61107 . В США и Канаде предпочтительным протоколом инфракрасного порта является ANSI C12.18 . Некоторые промышленные счетчики используют протокол для программируемых логических контроллеров ( Modbus или DNP3 ).

Одним из предложенных для этой цели протоколов является DLMS / COSEM, который может работать на любой среде, включая последовательные порты. Данные могут передаваться по Zigbee , WiFi , телефонным линиям или по самим линиям электропередач . Некоторые счетчики можно считать через Интернет. Также широко используются другие, более современные протоколы, такие как OSGP (Open Smart Grid Protocol).

Электронные счетчики теперь используют маломощное радио , GSM , GPRS , Bluetooth , IrDA , а также проводную связь RS-485 . Счетчики могут хранить полные профили использования с отметками времени и передавать их одним нажатием кнопки. Показания потребности, хранящиеся вместе с профилями, точно отражают требования заказчика к нагрузке. Эти данные профиля нагрузки обрабатываются коммунальными предприятиями для выставления счетов и планирования.

AMR ( автоматическое считывание показаний счетчика ) и RMR (удаленное считывание показаний счетчика) описывают различные системы, которые позволяют проверять счетчики удаленно, без необходимости отправки считывающего устройства. Электронный счетчик может передавать свои показания по телефонной линии или радио в центральную расчетную кассу.

Методы мониторинга и выставления счетов [ править ]

Коммерческое использование [ править ]

В больших коммерческих и промышленных помещениях могут использоваться электронные счетчики, которые регистрируют потребление энергии блоками по полчаса или меньше. Это связано с тем, что в большинстве электросетей наблюдается скачок спроса в течение дня, и энергетическая компания может пожелать дать ценовые стимулы крупным потребителям, чтобы снизить спрос в это время. Эти всплески спроса часто связаны со временем приема пищи или, как известно, с рекламой, прерывающей популярные телевизионные программы .

Мониторинг домашней энергии [ править ]

Потенциально мощным средством снижения потребления энергии в домашних условиях является предоставление пользователям удобной обратной связи в режиме реального времени, чтобы они могли изменить свое поведение в отношении потребления энергии. Недавно стали доступны недорогие дисплеи с обратной связью по энергии. Исследование Hydro One, в котором использовались считываемые потребителем счетчики в 500 домах Онтарио, показало, что общее потребление электроэнергии снизилось в среднем на 6,5% по сравнению с контрольной группой аналогичного размера. Впоследствии Hydro One предложила бесплатные мониторы мощности 30 000 клиентам, основываясь на успехе пилотного проекта. ^[19] Такие проекты, как Google PowerMeter , берут информацию с интеллектуального счетчика и делают ее более доступной для пользователей, чтобы способствовать сохранению окружающей среды. ^[20]

Счетчики электроэнергии (или счетчики нагрузки) измеряют энергию, потребляемую отдельными приборами. Сегодня на рынке доступно множество моделей, но все они работают по одному и тому же основному принципу. Счетчик включается в розетку, и прибор, который нужно измерить, подключается к счетчику. Такие счетчики могут помочь в энергосбережении , выявляя основных потребителей энергии или устройства, которые потребляют чрезмерную мощность в режиме ожидания . Веб-ресурсы также могут быть использованы, если оценки энергопотребления достаточно для исследовательских целей. Измеритель мощности часто можно получить в местных органах власти ^[21] или в местной публичной библиотеке. ^{[22] [23]}

Множественный тариф [ править ]

Этот раздел, возможно, содержит оригинальные исследования . Пожалуйста, улучшите его , проверяя сделанные утверждения и добавляя встроенные цитаты . Заявления, содержащие только оригинальные исследования, следует удалить. ( Январь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Розничные продавцы электроэнергии могут захотеть взимать с потребителей разные тарифы в разное время дня, чтобы лучше отражать затраты на производство и передачу. Поскольку, как правило, неэффективно хранить значительные объемы электроэнергии в период низкого спроса для использования в период высокого спроса, затраты будут значительно варьироваться в зависимости от времени суток. Для запуска низкозатратных генерирующих мощностей (базовая нагрузка), таких как ядерная, может потребоваться много часов, что означает избыток в периоды низкого спроса, в то время как дорогостоящие, но гибкие генерирующие мощности (например, газовые турбины) должны быть доступны для немедленного реагирования ( вращающийся резерв) до пикового спроса, возможно, используется в течение нескольких минут в день, что очень дорого.

Некоторые многотарифные счетчики используют разные тарифы для разных объемов спроса. Обычно это промышленные счетчики.

Бытовые счетчики с переменной скоростью обычно допускают от двух до трех тарифов («пиковый», «внепиковый» и «плечевой»), и в таких установках можно использовать простой электромеханический таймер. Исторически они часто использовались вместе с электрическими накопительными нагревателями или системами накопления горячей воды .

Множественные тарифы упрощаются благодаря счетчикам времени использования (TOU), которые включают в себя таймер или подключены к нему и имеют несколько регистров.

Переключение между тарифами может происходить с помощью пульсирующего управления или с помощью радиоактивного переключателя. В принципе, можно также использовать запечатанный таймер, но он считается более уязвимым для взлома с целью получения более дешевой электроэнергии. ^{[ необходима цитата ]}

Радиоактивное переключение является обычным явлением в Великобритании, с ночным сигналом данных, отправленным в длинноволновой несущей BBC Radio 4 , 198 кГц. Время непиковой зарядки обычно составляет семь часов между полуночью и 7:00 утра по Гринвичу / Британскому стандартному времени, и это предназначено для питания аккумуляторов и погружных нагревателей . В Великобритании такие тарифы обычно называются « Эконом 7» , « Белый счетчик» или « Двойная ставка» . Популярность таких тарифов в последние годы снизилась, по крайней мере на внутреннем рынке, из-за (предполагаемых или реальных) недостатков накопительных нагревателей и сравнительно более низкой стоимости природного газа.за кВтч (обычно в 3-5 раз ниже). Тем не менее, значительное количество домов не имеют выбора газа, многие в сельской местности находятся за пределами сети газоснабжения, а модернизация других до радиаторной системы стоит дорого.

Экономика 10 метра также, что дает 10 часов дешевой Внераб распространения электроэнергии на три временных интервалов в течение 24-часового периода. Это позволяет многократно увеличить подпитку накопительных нагревателей или увеличить время работы системы влажного электрического отопления по более низкому тарифу на электроэнергию. ^[24]

Большинство счетчиков, использующих экономию 7, переключают всю подачу электроэнергии на более дешевый тариф в течение 7 часов в ночное время, а не только контур накопительного нагревателя. Обратной стороной этого является то, что дневная ставка за кВтч значительно выше, а постоянные платежи иногда выше. Например, по состоянию на июль 2017 года обычная («единая ставка») электроэнергия стоит 17,14 пенсов за кВтч в регионе Лондона по стандартному тарифу по умолчанию для EDF Energy (постоянного поставщика электроэнергии в Лондоне после приватизации) с постоянной оплатой в размере 18,90 пенсов в день. ^[25] Эквивалентные затраты Economy 7 составляют 21,34 пенсов за кВтч в период пикового использования, 7,83 пенсов за кВтч в период непикового использования и постоянная плата в размере 18,90 пенсов в день. ^[26]Выключатели с таймером, установленные на стиральных машинах , сушильных машинах , посудомоечных машинах и погружных нагревателях, можно настроить так, чтобы они включались только в период непиковой нагрузки.

Умные счетчики [ править ]

Умные счетчики идут дальше простого AMR ( автоматическое считывание показаний счетчиков ). Они предлагают дополнительные функции, включая считывание в реальном или близком к реальному времени, уведомление о сбоях питания и мониторинг качества электроэнергии. Они позволяют агентствам по установлению цен устанавливать разные цены на потребление в зависимости от времени суток и сезона.

Другой тип интеллектуальных счетчиков использует ненавязчивый мониторинг нагрузки, чтобы автоматически определять количество и тип приборов в доме, сколько энергии каждый из них использует и когда. Этот счетчик используется электроэнергетическими компаниями для обследований использования энергии. Это устраняет необходимость устанавливать таймеры на все приборы в доме, чтобы определять, сколько энергии каждый из них использует.

Счетчики предоплаты [ править ]

Стандартная бизнес-модель розничной торговли электроэнергией предполагает, что электроэнергетическая компания выставляет счет потребителю за количество энергии, использованной в предыдущем месяце или квартале. В некоторых странах, если продавец считает, что покупатель может не оплатить счет, может быть установлен счетчик предоплаты. Это требует, чтобы покупатель внес предоплату, прежде чем можно будет использовать электроэнергию. ^{[ необходима цитата ]} Если доступный кредит исчерпан, подача электроэнергии отключается реле .

В Великобритании механические счетчики предоплаты были обычным явлением при съеме жилья. К их недостаткам можно отнести необходимость регулярных посещений для снятия наличных и риск кражи наличных в счетчике.

Современные твердотельные счетчики электроэнергии в сочетании со смарт-картами устранили эти недостатки, и такие счетчики обычно используются для клиентов, которые считаются невысоким кредитным риском . В Великобритании клиенты могут использовать такие организации, как Post Office Ltd или сеть PayPoint , где в перезаряжаемые токены (карты Quantum для природного газа или пластиковые «ключи» для электричества) можно загружать любые деньги, которые есть у клиента.

В Южной Африке , Судане и Северной Ирландии счетчики с предоплатой пополняются путем ввода уникального закодированного двадцатизначного числа с клавиатуры. Это делает жетоны, по сути, лист бумаги, очень дешевыми в производстве.

Во всем мире ведутся эксперименты, особенно в развивающихся странах, по тестированию систем предоплаты. В некоторых случаях счетчики предоплаты не принимаются клиентами. Существуют различные группы, такие как ассоциация Standard Transfer Specification ( STS ), которые продвигают общие стандарты для систем измерения предоплаты среди производителей. Счетчики предоплаты, использующие стандарт STS, используются во многих странах. ^{[27] [28] [29]}

Измерение времени суток [ править ]

Измерение времени суток (TOD), также известное как время использования (TOU) или сезонное время суток (SToD), измерение включает разделение дня, месяца и года на тарифные ячейки и с более высокими ставками в периоды пиковой нагрузки и низкими тарифными ставками. в периоды непиковой нагрузки. Хотя это можно использовать для автоматического контроля использования со стороны клиента (что приводит к автоматическому контролю нагрузки), часто клиент просто обязан контролировать свое использование или платить соответственно (добровольный контроль нагрузки). Это также позволяет коммунальным предприятиям надлежащим образом планировать свою передающую инфраструктуру. См. Также Управление со стороны спроса (DSM).

Измерение TOD обычно разделяет показатели на несколько сегментов, включая пиковый, непиковый, средний или плечевой и критический пик. Типичная договоренность - пик, приходящийся на дневное время (только в дни, не относящиеся к праздникам), например, с 13:00 до 21:00 с понедельника по пятницу летом и с 6:30 до 12:00 и с 17:00 до 21:00 зимой. . Более сложные схемы включают использование критических пиков, возникающих в периоды высокого спроса. Время пикового спроса / стоимости будет отличаться на разных рынках по всему миру.

Крупные коммерческие пользователи могут приобретать электроэнергию с почасовой оплатой, используя прогнозные цены или ценообразование в реальном времени. Некоторые коммунальные предприятия позволяют бытовым клиентам оплачивать почасовые ставки, например, в Иллинойсе, где используется ценообразование на сутки вперед. ^{[30] [31]}

Измерение экспорта электроэнергии [ править ]

Многие потребители электроэнергии устанавливают собственное оборудование для производства электроэнергии из соображений экономии, избыточности или защиты окружающей среды . Когда потребитель вырабатывает больше электроэнергии, чем требуется для его собственного использования, излишки могут быть экспортированы обратно в энергосистему . Потребители, которые генерируют обратно в «сеть», обычно должны иметь специальное оборудование и устройства безопасности для защиты компонентов сети (а также собственных компонентов) в случае неисправностей (короткое замыкание) или технического обслуживания сети (например, напряжения в отключенном состоянии). линия, идущая от предприятия-экспортера).

Эта экспортированная энергия может быть учтена в простейшем случае счетчиком, работающим в обратном направлении в течение периодов нетто-экспорта , тем самым уменьшая зарегистрированное потребителем потребление энергии на экспортированное количество. Фактически это приводит к тому, что покупатель получает оплату за его / ее экспорт по полной розничной цене электроэнергии. Если не оснащен храповым механизмом или эквивалентом, стандартный измеритель будет точно регистрировать поток энергии в каждом направлении, просто двигаясь назад при экспорте энергии. Там, где это разрешено законом, коммунальные предприятия поддерживают прибыльную маржу между ценой энергии, поставляемой потребителю, и ставкой, начисляемой за энергию, произведенную потребителем, которая возвращается в сеть.

В последнее время источники загрузки обычно происходят из возобновляемых источников (например, ветряных турбин , фотоэлектрических элементов) или газовых или паровых турбин , которые часто используются в системах когенерации . Еще один предложенный потенциальный источник загрузки - это подключаемые к электросети гибридные автомобильные аккумуляторы ( энергосистемы от транспортного средства к электросети). Для этого требуется « умная сеть », включающая счетчики, измеряющие электроэнергию через сети связи, требующие дистанционного управления и предоставляющие клиентам возможность выбора времени и цены. Системы от транспортного средства к электросети могут быть установлены на стоянках и в гаражах рабочих мест, а также на парковках и аттракционах.и может помочь водителям заряжать свои батареи домов в ночное время, когда непиковые цены на электроэнергию дешевле, и получать счета кредитования для продажи избыточных обратно электроэнергий в сеть во время высокого спроса часов.

Местоположение [ править ]

Расположение счетчика электроэнергии зависит от установки. Возможные места: на опоре, обслуживающей собственность, в уличном шкафу (счетчике) или внутри помещения, прилегающего к потребительскому блоку / распределительному щиту . Электроэнергетические компании могут предпочесть внешнее расположение, поскольку показания счетчика можно считывать без доступа к помещению, но внешние счетчики могут быть более подвержены вандализму .

Трансформаторы тока позволяют размещать счетчик на удалении от токоведущих проводов. Это обычное дело в больших установках. Например, подстанция, обслуживающая одного крупного потребителя, может иметь измерительное оборудование, установленное в шкафу, без ввода тяжелых кабелей в шкаф.

Уравнение потери клиентов и измерения [ править ]

Поскольку электрические стандарты различаются в разных регионах, «переход от сети к потребителю» также различается в зависимости от стандартов и типа установки. Существует несколько распространенных типов соединений между сетью и потребителем. У каждого типа свое уравнение измерения. Теорема Блонделя утверждает, что для любой системы с N токонесущими проводниками N-1 измерительных элементов достаточно для измерения электрической энергии. Это указывает на то, что необходимы другие измерения, например, для трехфазной трехпроводной системы, чем для трехфазной четырехпроводной (с нейтралью) системы.

В Европе, Азии, Африке и большинстве других мест однофазное соединение является обычным для жилых и небольших коммерческих предприятий. Однофазное распределение дешевле, потому что один комплект трансформаторов на подстанции обычно обслуживает большую площадь с относительно высокими напряжениями (обычно 230 В) и без местных трансформаторов. У них есть простое уравнение измерения: Вт = вольт x ампер , при этом вольт измеряется от нейтрали до фазного провода. В США, Канаде и некоторых странах Центральной и Южной Америки аналогичные клиенты обычно обслуживаются трехпроводным однофазным электродвигателем.. Для трехпроводной однофазной сети требуются местные трансформаторы, всего один на десять домов, но они обеспечивают более низкие и безопасные напряжения в розетке (обычно 120 В) и обеспечивают два напряжения для потребителей: нейтраль-фаза (обычно 120 В) и между фазами (обычно 240 В). Кроме того, у потребителей с трехпроводным подключением нейтраль обычно подключается к нулевой стороне обмоток генератора, что обеспечивает безопасное заземление, которое можно легко измерить. Эти счетчики имеют уравнение измерения ватт = 0,5 x вольт x (ампер фазы A - ампер фазы B), при этом вольт измеряется между фазными проводами.

Промышленное питание обычно подается в трехфазном режиме. Есть две формы: трехпроводная или четырехпроводная с нейтралью системы. В «трехпроводном» или «трехпроводном треугольнике» нейтрали нет, но заземление является защитным заземлением. Три фазы имеют напряжение только относительно друг друга. Этот метод распределения имеет на один провод меньше, дешевле и распространен в Азии, Африке и во многих частях Европы. В регионах, где сочетаются жилые дома и легкая промышленность, это обычно единственный метод распределения. Счетчик этого типа обычно измеряет две обмотки относительно третьей обмотки и добавляет ватты. Одним из недостатков этой системы является то, что при отказе защитного заземления это трудно обнаружить прямым измерением, поскольку ни одна фаза не имеет напряжения относительно земли.

В четырехпроводной трехфазной системе, иногда называемой «четырехпроводной звездой», защитное заземление подключается к нейтральному проводу, который физически подключен к стороне нулевого напряжения трех обмоток генератора или трансформатора. Поскольку в этой системе все фазы питания относятся к нейтрали, если нейтраль отключена, это можно измерить напрямую. В США Национальный электротехнический кодекс требует, чтобы нейтрали были этого типа. ^[32] В этой системе измерители мощности измеряют и суммируют все три фазы относительно нейтрали.

В Северной Америке электросчетчики обычно подключаются к стандартной розетке на улице, сбоку здания. Это позволяет заменять счетчик без нарушения проводов, идущих к розетке, или жильцов здания. Некоторые розетки могут иметь байпас, когда счетчик снимается для обслуживания. Количество потребляемой электроэнергии без регистрации в течение этого короткого времени считается незначительным по сравнению с неудобствами, которые могут возникнуть для потребителя в результате отключения электроэнергии. Большинство электронных счетчиков в Северной Америке используют последовательный протокол ANSI C12.18 .

Во многих других странах клеммы питания и нагрузки находятся в самом корпусе счетчика. Кабели подключаются непосредственно к счетчику. В некоторых местах счетчик находится снаружи, часто на опоре электросети. В других - внутри здания в нише. Если внутри, он может использовать соединение для передачи данных с другими счетчиками. Если он существует, общее соединение часто представляет собой небольшую вилку рядом с почтовым ящиком. Часто используется EIA-485 или инфракрасное соединение с последовательным протоколом, например IEC 62056 .

В 2014 году связь со счетчиками стремительно меняется. Наиболее распространенные схемы, по-видимому, объединяют существующий национальный стандарт для данных (например, ANSI C12.19 или IEC 62056 ), работающий через интернет-протокол, с небольшой печатной платой для связи по линии электропередач , или цифровым радио для сети мобильной связи , или ISM. группа .

Точность [ править ]

Электросчетчики необходимы для регистрации потребляемой энергии с приемлемой степенью точности. Любая значительная ошибка в зарегистрированной энергии может означать потерю для поставщика электроэнергии или завышение счета потребителя. Точность обычно устанавливается законом для места, где установлен счетчик. Законодательные положения могут также определять процедуру, которой необходимо следовать в случае оспаривания точности.

В Соединенном Королевстве любой установленный счетчик электроэнергии должен точно регистрировать потребленную энергию, но допускается занижение на 3,5% или завышение на 2,5%. ^[33] Спорные счетчики первоначально проверяются контрольным счетчиком, работающим вместе со спорным счетчиком. Окончательный курорт для оспариваемого метр будет полностью протестирован как в месте установки и в специализированной лаборатории калибровки. ^[34]Примерно 93% спорных счетчиков работают удовлетворительно. Возврат оплаченной, но не потребленной электроэнергии (но не наоборот) будет произведен только в том случае, если лаборатория сможет оценить, как долго счетчик регистрировал неправильно. Это контрастирует с газовыми счетчиками, где, если обнаруживается, что показания счетчика занижены, предполагается, что они занижены до тех пор, пока у потребителя есть подача газа через него. ^[35]

Взлом и безопасность [ править ]

Счетчиками можно манипулировать, чтобы они занижали регистрацию, что позволяет эффективно использовать электроэнергию без оплаты. Эта кража или мошенничество могут быть как опасными, так и нечестными.

Энергетические компании часто устанавливают счетчики с дистанционным составлением отчетов специально для дистанционного обнаружения взлома и, в частности, для обнаружения кражи энергии. Переход на интеллектуальные счетчики электроэнергии полезен для предотвращения кражи энергии.

При обнаружении взлома обычная тактика, законная в большинстве регионов США, заключается в переключении абонента на тариф «взлома», взимаемый по максимальному расчетному току счетчика ^{[ необходима цитата ]} . При цене 0,095 доллара США за кВт · ч, стандартный жилой счетчик на 50 А вызывает взыскиваемую по закону плату в размере около 5 000 долларов США в месяц. Считыватели счетчиков обучены обнаруживать признаки взлома, а в случае грубых механических счетчиков максимальная ставка может взиматься за каждый расчетный период до тех пор, пока вмешательство не будет устранено или услуга не будет отключена.

Распространенным методом взлома механических дисковых счетчиков является прикрепление магнитов к внешней стороне счетчика. Сильные магниты насыщают магнитные поля в измерителе, так что моторная часть механического измерителя не работает. Магниты меньшей мощности могут увеличивать сопротивление внутреннему сопротивлению диска магнитам. Магниты также могут насыщать трансформаторы тока или трансформаторы питания в электронных счетчиках, хотя контрмеры являются обычным явлением.

Некоторые комбинации емкостной и индуктивной нагрузки могут взаимодействовать с катушками и массой ротора и вызывать уменьшенное или обратное движение.

Все эти эффекты могут быть обнаружены электроэнергетической компанией, и многие современные счетчики могут их обнаружить или компенсировать.

Владелец счетчика обычно защищает счетчик от несанкционированного доступа. Механизмы и соединения счетчиков выручки опломбированы. Счетчики могут также измерять VAR-часы (отраженная нагрузка), нейтральные и постоянные токи (повышенные из-за большинства электрических вмешательств), окружающие магнитные поля и т. Д. Даже простые механические счетчики могут иметь механические флажки, которые сбрасываются из-за магнитного вмешательства или больших токов постоянного тока.

В более новых компьютеризированных счетчиках обычно предусмотрены меры против взлома. Счетчики AMR (автоматическое считывание показаний счетчика) часто имеют датчики, которые могут сообщать об открытии крышки счетчика, магнитных аномалиях, дополнительных настройках часов, приклеенных кнопках, перевернутой установке, обратном или переключенном фазе и т. Д.

Некоторые тамперы полностью или частично обходят счетчик. Безопасные тамперы этого типа обычно увеличивают ток нейтрали на счетчике. Большинство бытовых счетчиков с расщепленной фазой в Соединенных Штатах не могут обнаруживать нейтральные токи. Однако современные счетчики с защитой от несанкционированного доступа могут обнаруживать и выставлять счет по стандартным тарифам. ^[36]

Отсоединение нейтрального разъема счетчика небезопасно, потому что в этом случае короткие замыкания могут проходить через людей или оборудование, а не через металлическое заземление на генератор или землю.

Петля фантомного соединение через заземлению часто намного более высокое сопротивление , чем металлический нейтральный разъем. Даже если заземление безопасно, измерения на подстанции могут предупредить оператора о вмешательстве. Подстанции, межсоединения и трансформаторы обычно имеют высокоточные счетчики для обслуживаемой территории. Энергетические компании обычно исследуют расхождения между общей суммой выставленных счетов и общей выработкой, чтобы найти и исправить проблемы распределения электроэнергии. Эти расследования являются эффективным методом обнаружения фальсификации.

Кражи электроэнергии в Соединенных Штатах часто связаны с выращиванием марихуаны в помещении . Детективы по борьбе с наркотиками связывают чрезмерно высокое потребление энергии с освещением, которое требуется для таких операций. ^[37] Домашние производители марихуаны, осведомленные об этом, особенно заинтересованы в воровстве электричества просто для того, чтобы скрыть его использование.

Регулирование и законодательство [ править ]

После дерегулирования рынков электроснабжения во многих странах, компания, ответственная за счетчик электроэнергии, может быть неочевидной. В зависимости от действующих договоренностей, счетчик может быть собственностью оператора счетчика , дистрибьютора электроэнергии , продавца или для некоторых крупных потребителей электроэнергии счетчик может принадлежать потребителю.

Компания, ответственная за снятие показаний счетчика, не всегда может быть компанией, которая им владеет. Считывание показаний счетчиков теперь иногда осуществляется субподрядчиком, и в некоторых районах один и тот же человек может одновременно снимать показания счетчиков газа , воды и электроэнергии.

Внедрение современных счетчиков в жилых районах создало дополнительные проблемы с конфиденциальностью, которые могут затронуть обычных клиентов. Эти счетчики часто могут регистрировать потребление энергии каждые 15, 30 или 60 минут. Некоторые счетчики имеют один или два ИК-светодиода на передней панели: один используется для тестирования и действует как эквивалент временной метки на старых механических счетчиках, а другой - как часть порта двусторонней ИК-связи для считывания / программирования счетчика. . Эти ИК-светодиоды видны некоторыми приборами ночного видения и некоторыми видеокамерами, способными обнаруживать ИК-передачи. Их можно использовать для наблюдения, раскрытия информации об имуществе и поведении людей. ^[38] Например, он может показывать, когда покупатель отсутствует на длительное время.Ненавязчивый мониторинг нагрузки дает еще более подробную информацию о том, какие приборы есть у людей, а также об их образцах жизни и использовании.

Более подробный и недавний анализ этой проблемы был проведен лабораторией безопасности штата Иллинойс . ^{[39] [ требуется дальнейшее объяснение ]}

См. Также [ править ]

• Программное обеспечение для управления энергопотреблением
• Энергетический мониторинг и таргетинг
• Оператор счетчика
• Счетчик коммунальных услуг
• Зеллвегер в непиковые часы

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные со счетчиками электроэнергии (кВтч) на Викискладе?