ЕРВ

Енергія, споживана в електричних колах чи окремими ділянками цих кіл, вимірюється лічильниками електричної енергії. Лічильник електричної енергії змінного струму являє собою вимірювальний механізм, переважно індуктивної системи, з необмеженим кутом повороту рухомої частини, механічно з’єднаний з пристроєм рахунку числа обертів рухомої частини (механічним лічильником). Лічильник електричної енергії постійного струму відрізняється від лічильника енергії змінного струму системою вимірювального механізму. У цьому лічильнику є вимірювальний механізм електродинамічної системи.

Лічильники електричної енергії змінного струму — це найпоширеніші електровимірювальні прилади,які встановлюють як на електричних станціях,так і в усіх споживачів електричної енергії, бо саме за їхніми показаннями вони розраховуються з енергопостачаючими організаціями.

Лічильники,якими користуються побутові споживачі, мають номінальні струми від п’яти до кількох десятків ампер. Призначені вони для прямого вмикання у мережу. Лічильники, що встановлюються на електричних станціях та у промислових споживачів, мають номінальний струм переважно 5 А, але розраховані на обов’язкове вмикання їхніх струмових обмоток у мережу через вимірювальні трансформатори струму. Якщо облік енергії, що споживається, проводиться при високій напрузі, то користуються лічильниками з Електрорадіовимірювання (обслуговування комп’ютерних систем та мереж, 2-ий курс) номінальною напругою 100 В, але із застосуванням вимірювальних трансформаторів напруги.

Найбільшого поширення набули однофазні лічильники змінного струму. їх встановлюють для обліку споживання електричної енергії в кожній квартирі.

Будову індукційного однофазного лічильника показано на рис. 1. Лічильник складається з двох електромагнітних пристроїв 1 і 7, які створюють змінні магнітні потоки, що перетинають алюмінієвий диск 6, який разом із віссю 2 і черв’яком 3 складають рухому частину приладу. Біля периферії диска 6 встановлено постійний магніт 5, магнітний потік котрого також перетинає диск 6.

Обмотку одного з електромагнітних пристроїв, наприклад пристрою 1, виконано великою кількістю витків тонкого мідного проводу. Ця обмотка приєднується паралельно електричній мережі. Обмотку другого пристрою 7 виконано малим числом витків проводу значного перерізу, бо ця обмотка приєднується послідовно з навантаженням і саме через неї проходить споживаний струм. Змінний магнітний потік пристрою 1 створює у диску 6 електрорушійну силу, що викликає у нього струм, який, потрапляючи в зону дії магнітного потоку пристрою 7, утворює обертовий момент. Так само ЕРС, створена у диску пристроєм 7, призводить до протікання у ньому струму, який, взаємодіючи з магнітним потоком пристрою 1, також утворює обертовий момент. Під дією цих обертових моментів диск 6 обертається.

При обертанні диска 6 у його частині, що взаємодіє з магнітним потоком, створеним постійним магнітом 5, виникає гальмівний момент, який буде тим більшим, чим більшою є швидкість обертання диска 6

Таким чином, на рухому частину лічильника водночас діють два моменти — обертовий, пропорційний напрузі, струму й коефіцієнту потужності (тобто пропорційний споживаній потужності), і гальмівний — пропорційний швидкості обертання.

Рисунок 1. Індукційний лічильник електричної енергії однофазного змінного струму

Обертання диска з незмінною швидкістю можливе, якщо обертовий і гальмівний моменти однакові. Тобто кожному значенню активної потужності, споживаної контрольованою ділянкою електричного кола, відповідатиме певна швидкість обертання диска. Через черв’як обертання рухомої частини приладу передається механічному лічильникові 4.

У зв’язку з тим, що швидкість обертання рухомої частини пропорційна потужності, кут повороту її буде пропорційний енергії, що споживається контрольованою ділянкою електричного кола.

Передаточне число передавального механізму від осі з диском до вхідної осі механічного лічильника вибирають таким, щоб зміна показання на кожну цифру правого віконця лічильника відповідала б одиниці енергії (наприклад одній кіловат-годині або її десятій частині (гектоватгодині)).

Рисунок 2. Схеми вмикання однофазних лічильників: а – пряме вмикання в мережу; б – вмикання через вимірювальний трансформатор струму

Електричні схеми включення лічильників для вимірювань у колах змінного струму зображено на рис. 2.

На промислових підприємствах, де електропостачання виконується за трифазною системою, користуються трифазними лічильниками (а іноді — кількома однофазними).

Будову трифазних лічильників показано на схемах рис. 3. З чотирьох, наведених на цьому рисунку, схем, видно, що рухомі частини трифазних лічильників можуть бути одно-, дво- і тридисковими (рис. 3, а — г). Найпростіший і найкомпактніший з них — однодисковий, у якого на один диск водночас діють два пристрої, створюючи магнітні потоки та обертові моменти (див. рис. 1).

Далі кожний з цих пристроїв будемо називати “елемент”. У кожного з цих елементів є два магнітопроводи (верхній і нижній) з відповідними обмотками. Обмотки верхніх магнітопроводів будемо вважати обмотками напруги, а нижніх — обмотками струму. Обидва елементи в цьому лічильнику взаємодіють з одним і тим самим диском. Для запобігання взаємному впливові елементів, їх розмішують якомога далі один від одного. Найкраще, щоб це було діаметрально протилежно. Але й у цьому разі струми, що створюються ними у диску, розтікаючись по ньому, все ж впливають один на одного і створюють похибку. Регулювальними органами, які є на елементах лічильника, цей вплив частково компенсують ще на заводі-виготовлювачі, змінюючи величину обертових моментів, створюваних елементами. Але -ця компенсація діє тільки за певного порядку черговості фаз напруг трифазної системи. Тому, перед встановленням і підімкненням двохелементного трифазного лічильника до мережі необхідно за допомогою фазопокажчика визначити порядок чергування фаз напруг мережі й приєднувати обмотки струмів і напруг саме на ті фази, які вказано на приєднувальних контактах лічильника. Зазначимо, що лічильник може обертатися в потрібному напрямі й у разі недотримання рекомендованого порядку чергування фаз, але при цьому точність його показань не гарантується.

Рисунок 3. Схеми будови трифазних лічильників: а – однодисковий, двохелементний; б – дводисковий, двохелементний; в – дводисковий, трьохелементний; г – тридисковий, трьохелементний

Якщо лічильник виконано з двома дисками, як показано на рис. 3, б, взаємний вплив елементів виключено і на останнє застереження можна не зважати.

На рис. 4 показано схеми приєднання трифазних двохелементних лічильників як прямо у мережу, якщо у контрольованому колі величини споживану струмів не перевищують ВЄЛИЧИНЙ номінального струмі приладу, так і з застосуванням вимірювальних трансформаторів струму. Звичайно, у 5 цьому разі номінальний вторинний струм трансформаторів струму має відповідати номінальному струму лічильника.

Рисунок 4. Схеми вмикання трифазних двохелементних лічильників: а – пряме; б – за допомогою вимірювальних трансформаторів струму

Двохелементні трифазні лічильники добре працюють у мережах з однаковими напругами між фазними проводами мережі. При наявності неоднакових лінійних напруг неминучі похибки. Величини струмів, що протікають по лінійних проводах, не обов’язково повинні бути однаковими.

Для вимірювань енергії при наявності несиметрії напруг і струмів у трифазній мережі слід користуватися трифазними трьохелементними лічильниками, виконаними згідно з конструктивними схемами, наведеними на рис. 3, в, г. У схемах рис. 5 кожний з елементів лічильника створює обертовий момент, пропорційний потужності, споживаної однією з фаз навантаження. Загальний же момент, що діє на рухому частину лічильника, пропорційний потужності, споживаної всім трифазним колом, контрольованим лічильником. Тому і величина енергії, виміряної лічильником, У цьому випадку дорівнює величині енергії, споживаної всім колом.

У чотирипровшних трифазних системах з якою завгодно несиметрією напруг і струмів енергія може вимірюватися трьома лічильниками, ввімкненими так, як показано на рис. 6, б.

В обох випадках загальну величину споживаної енергії знаходять як суму енергій, визначених за показаннями двох лічильників, якщо вимірювання проводять вмиканням ЗГІДНО зі схемою рис. 6, а, І трьох ЛІЧИЛЬНИКІВ, ЯКЩО їх було ввімкнено за схемою, зображеною 7 на рис. 6, б. Зауважимо, що при вимірюваннях за схемою рис. 6, якщо величина коефіцієнта потужності споживача енергії буде меншою, ніж 0,5, один із лічильників обертатиметься у зворотний бік і показання його зменшуватимуться. В цьому випадку величину споживаної енергії розраховують як різницю між енергією, визначеною за показаннями лічильника, на якому збільшувались показання протягом певного часу, і енергією, визначеною за показаннями лічильника, на якому зменшувались показання протягом того самого часу.

Рисунок 5. Схеми вмикання трифазних трьохелементних лічильників: а – пряме для вимірювання в колі з несиметричним навантаженням; б – за допомогою трансформаторів струму

Такі розрахунки дещо ускладнюють процес вимірювання споживаної електричної енергії. Тому для вимірювань у трифазних колах визнано найбільш доцільним користуватися трифазними лічильниками.