Современные счетчики электрической энергии: классификация и типы счётчиков электроэнергии — ТАЙПИТ-ИП

Обзор и устройство современных счётчиков электроэнергии / Хабр

За последнее время на смену индукционным счётчикам электроэнергии пришли электронные. В данных счётчиках счётный механизм приводится во вращение не с помощью катушек напряжения и тока, а с помощью специализированной электроники. Кроме того, средством счёта и отображения показаний может являться микроконтроллер и цифровой дисплей соответственно. Всё это позволило сократить габаритные размеры приборов, а также, снизить их стоимость.

В состав практически любого электронного счётчика входит одна или несколько специализированных вычислительных микросхем, выполняющие основные функции по преобразованию и измерению. На вход такой микросхемы поступает информация о напряжении и силе тока с соответствующих датчиков в аналоговом виде. Внутри микросхемы данная информация оцифровывается и преобразуется определённым образом. В результате, на выходе микросхемы формируются импульсные сигналы, частота которых пропорциональна текущей потребляемой мощности нагрузки, подключенной к счётчику.

Импульсы поступают на счётный механизм, который представляет собой электромагнит, согласованный с зубчатыми передачами на колёсики с цифрами. В случае с более дорогостоящими счётчиками с цифровым дисплеем применяется дополнительный микроконтроллер. Он подключается к вышесказанной микросхеме и к цифровому дисплею по определённому интерфейсу, ведёт накопление результата измерения электроэнергии в энергонезависимую память, а также, обеспечивает дополнительный функционал прибора.

Рассмотрим несколько подобных микросхем и моделей счётчиков, которые мне попадались под руку.

Ниже на рисунке в разобранном виде изображён один из наиболее дешёвых и популярных однофазных счётчиков «НЕВА 103». Как видно из рисунка, устройство счётчика довольно простое. Основная плата состоит из специализированной микросхемы, её обвески и узла стабилизатора питания на основе балластового конденсатора. На дополнительной плате размещён светодиод, индицирующий потребляемую нагрузку. В данном случае – 3200 импульсов на 1 кВт*ч.

Также есть возможность снимать импульсы с зелёного клеммника, расположенного вверху счётчика. Счётный механизм состоит из семи колёсиков с цифрами, редуктора и электромагнита. На нём отображается посчитанная электроэнергия с точностью до десятых кВт*ч. Как видно из рисунка, редуктор имеет передаточное отношение 200:1. По моим замечаниям, это означает «200 импульсов на 1 кВт*ч». То есть, 200 импульсов, поданных на электромагнит, поспособствуют прокрутке последнего красного колёсика на 1 полный оборот. Это соотношение кратно соотношению для светодиодного индикатора, что весьма не случайно. Редуктор с электромагнитом размещён в металлической коробке под двумя экранами с целью защиты от вмешательства внешним магнитным полем.

В данной модели счётчика применяется микросхема ADE7754. Рассмотрим её структуру.

На пины 5 и 6 поступает аналоговый сигнал с токового шунта, который расположен на первой и второй клеммах счётчика (на фотографии в этом месте видно повреждение). На пины 8 и 7 поступает аналоговый сигнал, пропорциональный напряжению в сети. Через пины 16 и 15 есть возможность устанавливать усиление внутреннего операционного усилителя, отвечающий за ток. Оба сигнала с помощью узлов АЦП преобразуются в цифровой вид и, проходя определённую коррекцию и фильтрацию, поступают на умножитель. Умножитель перемножает эти два сигнала, в результате чего, согласно законам физики, на его выходе получается информация о текущей потребляемой мощности. Данный сигнал поступает на специализированный преобразователь, который формирует готовые импульсы на счётное устройство (пины 23 и 24) и на контрольный светодиод и счётный выход (пин 22). Через пины 12, 13 и 14 конфигурируются частотные множители и режимы вышеперечисленных импульсов.

Стандартная схема обвески практически представляет собой схему рассматриваемого счётчика.

Общий минусовой провод соединён с нулём 220В. Фаза поступает на пин 8 через делитель на резисторах, служащий для снижения уровня измеряемого напряжения. Сигнал с шунта поступает на соответствующие входы микросхемы также через резисторы. В данной схеме, предназначенной для теста, конфигурационные пины 12-14 подключены к логической единице. В зависимости от модели счётчика, они могут иметь разную конфигурацию. В данном кратком обзоре эта информация не столь важна. Светодиодный индикатор подключен к соответствующему пину последовательно вместе с оптической развязкой, на другой стороне которой подключается клеммник для снятия счётной информации (К7 и К8).

Из этого же семейства микросхем существуют похожие аналоги для трёхфазных измерений. Вероятнее всего, они встраиваются в дешёвые трёхфазные счётчики. В качестве примера на рисунке ниже представлена структура одной из таких микросхем, а именно ADE7752.

Вместо двух узлов АЦП, здесь применено их 6: по 2 на каждую фазу. Минусовые входы ОУ напряжения объединены вместе и выводятся на пин 13 (ноль). Каждая из трёх фаз подключается к своему плюсовому входу ОУ (пины 14, 15, 16). Сигналы с токовых шунтов по каждой фазе подключаются по аналогии с предыдущим примером. По каждой из трёх фаз с помощью трёх умножителей выделяется сигнал, характеризующий текущую мощность. Эти сигналы, кроме фильтров, проходят через дополнительные узлы, которые активируются через пин 17 и служат для включения операции математического модуля. Затем эти три сигнала суммируются, получая, таким образом, суммарную потребляемую мощность по всем фазам. В зависимости от двоичной конфигурации пина 17, сумматор суммирует либо абсолютные значения трёх сигналов, либо их модули. Это необходимо для тех или иных тонкостей измерения электроэнергии, подробности которых здесь не рассматриваются. Данный сигнал поступает на преобразователь, аналогичный предыдущему примеру с однофазным измерителем. Его интерфейс также практически аналогичен.

Стоит отметить, что вышеописанные микросхемы служат для измерения активной энергии. Более дорогие счётчики способны измерять как активную, так и реактивную энергию. Рассмотрим, например, микросхему ADE7754. Как видно из рисунка ниже, её структура намного сложнее структуры микросхем из предыдущих примеров.

Микросхема измеряет активную и реактивную трёхфазную электроэнергию, имеет SPI интерфейс для подключения микроконтроллера и выход CF (пин 1) для внешней регистрации активной электроэнергии. Вся остальная информация с микросхемы считывается микроконтроллером через интерфейс. Через него же осуществляется конфигурация микросхемы, в частности, установка многочисленных констант, отражённых на структурной схеме. Как следствие, данная микросхема, в отличие от предыдущих двух примеров, не является автономной, и для построения счётчика на базе этой микросхемы требуется микроконтроллер. Можно зрительно в структурной схеме пронаблюдать узлы, отвечающие по отдельности за измерение активной и реактивной энергии. Здесь всё гораздо сложнее, чем в предыдущих двух примерах.

В качестве примера рассмотрим ещё один интересный прибор: трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32». Как видно из фотографии ниже, данный счётчик ещё не эксплуатировался. Он мне достался в неопломбированном виде с небольшими механическими повреждениями снаружи. При всём при этом он находился полностью в рабочем состоянии.

Как можно заметить, глядя на основную плату, прибор состоит из трёх одинаковых узлов (справа), цепей питания и микроконтроллера. С нижней стороны основной платы расположены три одинаковых модуля на отдельных платах по одному на каждый узел. Данные модули представляют собой микросхемы AD71056 с минимальной необходимой обвеской. Эта микросхема является однофазным измерителем электроэнергии.

Модули запаяны вертикально на основную плату. Витыми проводами к данным модулям подключаются токовые шунты.

За пару часов удалось срисовать электрическую схему прибора. Рассмотрим её более детально.

Справа на общей схеме изображена схема однофазного модуля, о котором говорилось выше. Микросхема D1 этого модуля AD71056 по назначению похожа на микросхему ADE7755, которая рассматривалась ранее.

На четвёртый контакт модуля поступает питание 5В, на третий – сигнал напряжения. Со второго контакта снимается информация в виде импульсов о потребляемой мощности через выход CF микросхемы D1. Сигнал с токовых шунтов поступает через контакты X1 и X2. Конфигурационные входы микросхемы SCF, S1 и S0 в данном случае расположены на пинах 8-10 и сконфигурированы в «0,1,1».

Каждый из трёх таких модулей обслуживает соответственно каждую фазу. Сигнал для измерения напряжения поступает на модуль через цепочку из четырёх резисторов и берётся с нулевой клеммы («N»). При этом стоит обратить внимание, что общим проводом для каждого модуля является соответствующая ему фаза. А вот, общий провод всей схемы соединён с нулевой клеммой. Данное хитрое решение по обеспечению питанием каждого узла схемы расписано ниже.

Каждая из трёх фаз поступает на стабилитроны VD4, VD5 и VD6 соответственно, затем на балластовые RC цепи R1C1, R2C2 и R3C3, затем – на стабилитроны VD1, VD2 и VD3, которые соединены своими анодами с нулём.

С первых трёх стабилитронов снимается напряжение питания для каждого модуля U3, U2 и U1 соответственно, выпрямляется диодами VD10, VD11 и VD12. Микросхемы-регуляторы D1-D3 служат для получения напряжения питания 5В. Со стабилитронов VD1-VD3 снимается напряжение питания общей схемы, выпрямляется диодами VD7-VD9, собирается в одну точку и поступает на регулятор D4, откуда снимается 5В.

Общую схему составляет микроконтроллер (МК) D5 PIC16F720. Очевидно, он служит для сбора и обработки информации о текущей потребляемой мощности, поступающей с каждого модуля в виде импульсов. Эти сигналы поступают с модулей U3, U2 и U1 на пины МК RA2, RA4 и RA5 через оптические развязки V1, V2 и V3 соответственно. В результате на пинах RC1 и RC2 МК формирует импульсы для механического счётного устройства M1. Оно аналогично устройству, рассматриваемому ранее, и также имеет соотношение 200:1. Сопротивление катушки высокое и составляет порядка 500 Ом, что позволяет подключать её непосредственно к МК без дополнительных транзисторных цепей.

На пине RC0 МК формирует импульсы для светодиодного индикатора HL2 и для внешнего импульсного выхода на разъёме XT1. Последний реализуется через оптическую развязку V4 и транзистор VT1. В данной модели счётчика соотношение составляет 400 импульсов на 1 кВт*ч. На практике при испытании данного счётчика (после небольшого ремонта) было замечено, что электромагнитная катушка счётного механизма срабатывает синхронно со вспышкой светодиода HL2, но через раз (в два раза реже). Это подтверждает соответствие соотношений 400:1 для индикатора и 200:1 для счётного механизма, о чём говорилось ранее.

Слева на плате расположено место для 10-пинового разъёма XS1, который служит для перепрошивки, а также, для UART интерфейса МК.

Таким образом, трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32» состоит из трёх однофазных измерительных микросхем и микроконтроллера, обрабатывающий информацию с них.

В заключение стоит отметить, что существует ряд моделей счётчиков куда более сложней по своей функциональности. К примеру, счётчики с удалённым контролем показаний по электролинии, или даже через модуль мобильной связи. В данной статье я рассмотрел только простейшие модели и основные принципы построения их электрических схем. Заранее приношу извинения за возможно неправильную терминологию в тексте, ибо я старался излагать простым языком.

Информация, которая поможет правильно выбрать счетчик электроэнергии

Главная / Статьи / Современные счетчики электроэнергии

Счетчики электроэнергии – неотъемлемая часть современного электрооборудования. Показания счетчиков используются при проведении коммерческих расчетов за электроэнергию, а также в системах  технического учета, организуемого на предприятиях для решения  внутренних задач.

Номенклатура современных счетчиков электроэнергии огромна. Она включает и самые простые счетчики с  механическим отсчетным устройством, и многофункциональные приборы, обеспечивающие отображение текущих значений, а также запись в энергонезависимую память, хранение и передачу в автоматизированные системы большого числа параметров.

Ниже приводится условная классификация счетчиков электроэнергии, которая позволит, более предметно, ориентироваться в приборах учета, представленных на рынке.

Индукционные и электронные счетчики.

Так как индукционные счетчики не соответствуют требованиям нормативных документов  по классу точности, то в данном материале они рассматриваться не будут. Речь будет идти только об электронных счетчиках. 

Однофазные и трехфазные счетчики.

В зависимости от количества подключаемых фаз счетчики бывают однофазными и трехфазными.
Однофазные счетчики эксплуатируются при номинальном напряжении сети 230В.
Трехфазные счетчики рассчитаны на номинальное напряжение 3х57,7/100В (фазное напряжение 57,7В, линейное – 100В) и 3х230/400В (фазное напряжение 230В, линейное – 400В). Однако существуют счетчики с расширенным диапазоном рабочих напряжений. Например, счетчик ЦЭ6850М-Ш31 (Концерн «Энергомера») работает в диапазоне номинальных фазных напряжений  57,7…220В. Счетчики ПСЧ-4ТМ.05МК (АО «НЗиФ») в диапазоне: 3х(57,7…115)/(100…200)В или 3х(120…230)/(208…400)В.

Однотарифные и многотарифные счетчики.

Однотарифные счетчики ведут сквозной учет электроэнергии вне зависимости от времени суток и дня недели. В ряде регионов нашей страны применяются комбинированные тарифы, когда электроэнергия в дневное время стоит дороже, чем в ночное. Также льготный тариф может применяться в выходные и праздничные дни. Это сделано для того, чтобы выровнять нагрузку в рабочее и нерабочее время. Потребителей стимулируют  пользоваться энергоемким оборудованием в период действия более дешевого тарифа.

Счетчики, которые позволяют вести учет электроэнергии по нескольким тарифам, называются многотарифными. Чаще всего производители закладывают возможность учета по четырем тарифам, но можно встретить модели счетчиков с тремя и восемью тарифами. При вводе в эксплуатацию в счетчиках устанавливают  местное время и программируют согласно тарифному расписанию, принятому в конкретном регионе. Переключение тарифов осуществляется внутренним тарификатором.

На ЖК индикаторе счетчиков отображается количество электроэнергии потребленной по каждому тарифу, а также сумму по всем тарифам.
Многотарифные счетчики могут быть запрограммированы на однотарифный учет.

Непосредственное и трансформаторное подключение счетчиков к электрической сети.

Однофазные счетчики включаются в сеть непосредственно. Диапазоны рабочих токов – 5(50)А, 5(60)А, 5(80)А, 10(80)А, 10(100)А, где цифра перед скобкой указывает на величину номинального тока, число в скобках – величина максимального тока. 

Трехфазные счетчики, используемые на стороне высокого напряжения трансформаторных подстанций, подключаются к сети через высоковольтные трансформаторы тока и напряжения.

В электрических сетях низкого напряжения применяются как счетчики непосредственного, так и трансформаторного включения. Максимальный ток, на который изготавливают счетчики непосредственного включения, составляет 100А.   Если сила тока в контролируемой сети превышает 100А, то применяются счетчики трансформаторного включения.

Иногда встречаются случаи, когда счетчики трансформаторного включения используются при токе нагрузки менее 100А. Причин для такого решения может быть несколько. В перспективе ожидается увеличение потребляемой мощности. Или наоборот, потребление снижено на время ремонта, реконструкции или остановки части оборудования. Если потребляемая мощность в процессе функционирования предприятия может изменяться в широких пределах, то экономически выгоднее заменить трансформаторы тока, чем устанавливать новый счетчик.

У счетчиков трансформаторного включения величина рабочего тока может отличаться. Если используются трансформаторы с током вторичной обмотки равной 5А, то значения  номинального и максимального тока могут принимать следующие значения: 1(7,5)А; 5(7,5)А; 5(10)А. При токе вторичной обмотки измерительного трансформатора равной 1А, диапазон рабочих токов счетчика находится в пределах 1(2)А.

Трехфазные счетчики непосредственного включения рассчитаны на работу в одном из следующих диапазонов: 5(50)А, 5(60)А, 5(80)А, 10(80)А, 5(100)А, 10(100)А.

Счетчики активной, активной и реактивной энергии.

Существующие счетчики подразделяются на счетчики  активной энергии и счетчики  активной и реактивной энергии.

Счетчики активной энергии обычно применяются тогда, когда нагрузка носит резистивный характер. К такой нагрузке относятся электроплиты с конфорками, водонагреватели, утюги, лампы накаливания. 

В последние годы у абонентов электросетей, в том числе подключенных к однофазным сетям,  в нагрузке существенно возросла реактивная составляющая. Даже в бытовом секторе часто используется ручной электроинструмент, малогабаритные станки и сварочные аппараты. В освещении лампы накаливания заменяются  другими источниками света. Поэтому потребовались приборы учета, которые бы более полно учитывали потребление  электроэнергии. Счетчики активной и реактивной энергии успешно решают эту задачу. Они обладают расширенным функционалом, контролируют большее количество параметров, могут быть интегрированы в автоматизированные системы учета энергоресурсов.

Классы точности счетчиков электроэнергии.

Счетчики выпускаются с классом точности 0,2s, 0,5s, 1,0, 2,0. У однофазных счетчиков класс точности должен быть не ниже 2,0. У трехфазных – не ниже 1,0. Требования по использованию счетчиков того или иного класса точности изложены в Постановлении Правительства РФ от 04.05.2012 N 442 (ред. от 27.09.2018) «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии».

Для счетчиков активной и реактивной энергии отдельно указывается класс точности для каналов учета активной и реактивной энергии. Например, счетчик Меркурий 234 ART-03PR, имеет класс точности A/R – 0,5s/1,0. Как правило, точность измерений реактивной энергии ниже на одну ступень по сравнению с точностью измерений активной энергии. Но иногда встречаются счетчики, например, производимые АО «Концерн Энергомера», у которых класс точности по активной и реактивной энергии одинаков.

Тип отсчетного устройства.

Для снятия показаний непосредственно с приборов  учета используются механические отсчетные устройства (ОУ) и  жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ).

Механические ОУ, как правило, устанавливаются на счетчики активной энергии, не имеющие цифровых интерфейсов. Более сложные приборы оснащают ЖКИ, так как они более информативны.

Качество отображаемой информации на ЖКИ может зависеть от температуры окружающей среды. При температуре -20⁰С и ниже не исключается погасание индикаторов. При этом счетчики сохраняют работоспособность и продолжают учет электроэнергии. При повышении температуры отображение информации восстанавливается.

Ряд счетчиков оснащаются подсветкой ЖКИ, что облегчает снятие показаний в условиях недостаточной освещенности.

Цифровые интерфейсы для передачи информации на диспетчерские пункты или на переносные устройства.

У многофункциональных счетчиков лишь малая часть информации выводится на жидкокристаллический индикатор.  Архив значений потребленной энергии, профиль мощности, параметры качества электросети, журнал событий сохраняются в  энергонезависимой памяти счетчиков. Получить доступ ко всему массиву информации можно лишь с помощью цифровых интерфейсов. К их числу относятся – RS-485, CAN, GSM/GPRS, PLC, RF, Ethernet, оптопорт.

Наибольшее распространение получил последовательный интерфейс RS-485. К его достоинствам можно отнести возможность объединения в сеть десятков и даже сотен приборов, а также большая, до 1200 метров, длина соединительных линий. В такой сети каждому прибору присваивается индивидуальный сетевой адрес. Опрос производится только  по запросу с диспетчерского  пункта. Самостоятельно счетчики ничего в сеть не транслируют.

В некоторых моделях счетчиков «Меркурий» (Меркурий 200.04, Меркурий 230AR-01CL, -02CL, -03CL, Меркурий 230ART-01CLN, -02CLN, -03CLN)  используется интерфейс CAN ( Controller Area Network — сеть контроллеров). Однако количество таких моделей в последние годы было сокращено.
 
CAN разрабатывался фирмой Bosch для подвижных объектов, в первую очередь, для автотранспорта. Впоследствии данный интерфейс был применен в промышленности. Его особенностью является то, что в сети может быть несколько контроллеров и ведомые устройства могут самостоятельно передавать информацию на верхний уровень управления, например, в случае возникновения аварийных ситуаций или при выходе за допустимые пределы наиболее важных параметров. Однако в счетчиках «Меркурий» подобный функционал не реализован. Независимо от того, какой интерфейс  используется – RS-485 или CAN, счетчики работают как ведомые устройства и  информация, получаемая от них при опросе, будет полностью идентична. То есть разница между этими интерфейсами заключается лишь в использовании различной элементной базы.

RS-485 и CAN являются промышленными интерфейсами и соединить их с персональными компьютерами напрямую не представляется возможным. Эта проблема решается путем применения преобразователей интерфейса RS-485 – USB и CAN – USB. Могут использоваться как общепромышленные модели, так устройства, предлагаемые производителями счетчиков.

Для построения автоматизированной системы учета электроэнергии с использованием интерфейсов RS-485 или CAN необходима прокладка дополнительной информационной линии. Такая линия не потребуется, если для передачи информации  к счетчикам и от счетчиков использовать провода электрической сети. Данная технология получила название PLC (Power Line Communication). На практике эта технология реализуется через установку в счетчики модуля PLC интерфейса. Однако персональные компьютеры, как и в случае с RS-485, не имеют портов, способных принимать информацию в формате PLC. Поэтому требуются дополнительные устройства, которые должны преобразовывать  информацию, передаваемую в одном из промышленных стандартов в формат PLC и обратно. Данные устройства входят в состав концентраторов, коммуникаторов, устройств передачи данных и т. п. Конкретное название зависит от производителя.

Использование счетчиков с интерфейсом PLC имеет смысл только в том случае, если планируется развертывание автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии. В противном случае потребитель переплачивает за функционал, который не используется. Разница в стоимости счетчиков с однотипным функционалом, без PLC и с PLC может составлять десятки процентов.

При размещении счетчиков на удаленных объектах очень часто их опрос осуществляется через GSM/GPRS модемы (шлюзы). GSM-модем может быть встроенным или внешним. Для организации связи внешний модем  соединяется с выходом интерфейса RS-485 счетчика. Производители, как правило, предлагают фирменные GSM-модемы (шлюзы, коммуникаторы). Их стоимость обычно выше общепромышленных аналогов. Но фирменные устройства настроены на работу с конкретными образцами счетчиков, что облегчает их сопряжение и сокращает время сеансов связи.

Интерфейсы RF также позволяют отказаться от проводных линий, так как обмен информации происходит посредством радиоканала. Радиоканал может быть организован между счетчиком и верхним уровнем системы, а также между счетчиком и абонентским терминалом. Второй вариант используется для опроса счетчиков устанавливаемых на опорах ЛЭП или в случаях, когда доступ к счетчику затруднен.

В России выделены несколько частотных диапазонов, на использование которых не требуется получение разрешений. Передача информации в системах учета электроэнергии может вестись на следующих частотах: 433.075-434.750 МГц, 868,7-869,2 МГц и 2400-2483,5 МГц. Однако на эти диапазоны Постановлением Правительства РФ от 12.10.2004 N 539 (ред. от 25.09.2018) «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств» накладываются ограничения на мощность передающих устройств. Для первых двух диапазонов мощность излучения передатчика не должна быть более 10 мВт.

В нормативной базе нет требования об использовании в электросчетчиках какого-то одного  диапазона, из числа разрешенных. Поэтому каждый производитель выбирает те диапазоны частот, которые являются для них предпочтительными. Например, в счетчиках МИРТЕК 32 могут быть применены радиомодули на частоту 433 или 2400 МГц.  Беспроводные автоматизированные системы контроля и учета ресурсов ЖКХ на базе счетчиков с радиомодулем ФОБОС-1 и ФОБОС-3 используют частоту 868,8 МГц. Счетчики Меркурий 208.LF и Меркурий 238.LF для связи с блоком индикации Меркурий 258.2F также используют диапазон 868 МГц. Счетчики МАЯК 302АРТН.132Т обмениваются информацией с удаленными терминалами на частоте 2400 МГц.

Так как мощность радиомодемов невелика, то дальность связи будет зависеть от характера застройки – городская или сельская, а также от интенсивности помех в выбранном диапазоне.

Существенно увеличить расстояние между диспетчерским центром и счетчиками позволяет технология ZigBee, использующая диапазон 2400 Гц. Большая работа по стандартизации этого протокола связи позволяет включать в систему устройства разных производителей.

Главная идея, которая заложена в технологию ZigBee состоит в том, что такая система является самоорганизующейся и самовосстанавливающейся. Благодаря этому, в автоматическом режиме происходит маршрутизация сетевого трафика, определяется появление новых устройств, выбираются альтернативные маршруты передачи информации при отказе отдельных элементов.  Надежность функционирования системы достигается за счет избыточных связей каждого ее звена. То есть реализуется не иерархическая,  а сетевая структура, когда каждый элемент системы имеет связь со смежными устройствами.

В автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии, построенной на основе технологии  ZigBee, каждый счетчик может стать ретранслятором информационных посылок. За счет этого расстояние от самого удаленного прибора до диспетчерского пункта может составлять несколько километров. 

Ряд производителей (Концерн «Энергомера», АО «НЗиФ») внедрили в своих счетчиках возможность использования модулей Ethernet, что позволяет подключать эти приборы к локальным вычислительным сетям без использования дополнительных адаптеров.

Для конфигурирования и опроса счетчиков также используются оптопорты. На передней панели большинства современных счетчиков располагается специальное окно, на которое накладывается адаптер оптопорта, подключаемого  к  USB-порту  компьютера. Данный метод обмена информацией со счетчиком не предполагает передачи информации на большие расстояния, но позволяет оперативно выполнить необходимые операции, даже если клеммы интерфейсов счетчика находятся под опломбированной крышкой.

Для того чтобы запрограммировать счетчик перед установкой или снять с него показания  в процессе эксплуатации необходимо соответствующее программное обеспечение, устанавливаемое на компьютер. Это может быть бесплатная сервисная   программа-конфигуратор или коммерческое ПО. 

У всех ведущих производителей счетчиков появились приборы, которые могут быть адаптированы под конкретного потребителя. В этом вопросе просматривается два основных подхода. Первый – это когда с самого начала конфигурация счетчика определяется заказчиком. Такой подход практикует «Эльстер Метроника». В этой компании любой счетчик изготавливается на основе заполненного опросного листа.

При втором подходе потребитель выбирает модель счетчика, допускающего установку плат расширения.  Данные счетчики изначально являются готовыми изделиями с определенным функционалом и набором интерфейсов. Далее возможности прибора наращиваются путем установки  дополнительных плат интерфейсов, выбираемые из стандартного набора.

Импульсные выходы.

Многие современные счетчики электроэнергии имеют импульсные выходы. Их количество равно количеству каналов учета электроэнергии. У счетчиков активной энергии один импульсный выход. У двунаправленных счетчиков четыре:  один — на прямое направление активной энергии, один — на обратное направление активной энергии,  один — на прямое направление реактивной энергии и один — на обратное направление реактивной энергии.

При включении счетчика в режим поверки импульсные выходы работают как поверочные, в рабочем режиме, как телеметрические.

Принцип работы импульсных выходов основан на том, что частота следования импульсов пропорциональна  току, протекающему через измерительные цепи.

Каждый тип счетчиков имеет такой параметр, как «постоянная счетчика». Постоянная счетчика измеряется в имп./(кВт*час) для каналов учета активной энергии и в имп./(кВАр*час) для каналов учета реактивной энергии. Эти значения указываются в паспортах (руководствах по эксплуатации) и на передней панели счетчиков.

До появления цифровых интерфейсов существовали системы автоматического учета электроэнергии, основанные на подсчете импульсов, передаваемых счетчиками. В настоящее время этот метод является устаревшим.

В некоторых счетчиках предусмотрена возможность программного изменения режима работы импульсных выходов. Вместо генератора импульсов выходы могут подключаться к устройству управления нагрузкой, которое изменяет импеданс  своей выходной цепи в зависимости от того, есть команда на ограничение нагрузки или нет.

Конструктивное исполнение.

Счетчики, предназначенные для установки в трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и шкафах учета электроэнергии изготавливаются в виде моноблока. Такие счетчики могут иметь корпуса для монтажа на панель с помощью трех винтов или на 35 миллиметровую DIN-рейку. Встречаются счетчики, корпуса которых позволяют крепить их как на панель, так и на рейку. Например, СЕ 101 в корпусе R5.1.

Счетчики для установки на опоры линий электропередач состоят из двух частей – блока счетчика и устройства индикации. Ниже приводится несколько типов счетчиков, конструкция которых предусматривает такой способ установки:
а) однофазные — Меркурий 208, РиМ 129, МАЯК 103АРТН, CE208-C2, NP523, NP71E.2-1-5, AD11S;
б) трехфазные — Меркурий 238, РиМ 489.18, Маяк 132АРТН, CE308 C36 DLP, AD13S.

У каждого производителя устройство индикации называется по-разному. У АО «РиМ» — это дистанционный дисплей, у АО «НЗиФ» — удаленный терминал, у ООО «Инкотекс» — блок индикации. Связь между счетчиком и устройством индикации организуется через интерфейсы RF или PLC.  Если связь организована через радиоканал, то устройство индикации может быть переносным. При использовании интерфейса PLC устройство индикации должно быть  подключено к сети.

Устройства индикации могут сопрягаться с некоторыми счетчиками в корпусе моноблок. Производимый АО «РиМ» дистанционный дисплей РиМ 040 позволяет опрашивать счетчики РиМ 489, устанавливаемые в трансформаторные подстанции.

ООО «Матрица» заложила возможность опроса счетчиков 8 серии типа AD11A, AD13A с помощью пользовательского дисплея CIU8.В-2-1.

В соответствии с пунктом 1.5.13 «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) каждый установленный расчетный счетчик должен иметь на винтах, крепящих кожух счетчика, пломбы с клеймом госповерителя, а на зажимной крышке — пломбу энергоснабжающей организации. Иногда на счетчиках можно увидеть дополнительные пломбы, клейма или голографические наклейки. Эта пломбировка производится  заводами изготовителями для защиты от несанкционированного вскрытия верхней крышки. 

Количество направлений учета.

В настоящее время промышленность предлагает однонаправленные, двунаправленные и комбинированные  счетчики электроэнергии.
Однонаправленные счетчики могут использоваться только на линиях с потоком энергии в одном направлении.

Двунаправленные счетчики электроэнергии ведут учет электроэнергии в прямом и обратном направлении. Они применяются в тех случаях, когда имеют место перетоки электроэнергии между сетями или хозяйствующими субъектами.  Счетчики размещаются на границе балансовой принадлежности электросетей.  Полученные показания используются при расчетах за  межсистемные перетоки электроэнергии. Так как промышленные сети являются трехфазными, то и двунаправленные счетчики, чаще всего, являются трехфазными. Хотя существуют и однофазные двунаправленные счетчики.

Ниже приведены некоторые типы двунаправленных счетчиков и их производители. Меркурий 234ART2 и Меркурий ARTM2 (ООО «Инкотекс»),  СЕ301, СЕ303, СЕ304, СЕ308 при наличии в обозначении символа «Y», ЦЭ6850М при наличии в обозначении символов «2Н» (Концерн «Энергомера»), МАЯК 103 АРТ, МАЯК 302АРТ, ПЧС-4ТМ.05МК исп. 00…07, 20, 21 (АО «НЗиФ»), NP73, AD13, NP71, AD11 (ООО «Матрица»).

Комбинированные счетчики имеют три канала учета и предназначены для учета активной энергии независимо от направления тока в каждой фазе сети и реактивной энергии прямого и обратного направления и могут использоваться только на линиях с потоком энергии в одном направлении.

Управление нагрузкой.

Существует два способа ограничения нагрузки  — непосредственно через силовые  реле встроенные в счетчик и через внешние устройства. Внешние устройства могут быть активированы вспомогательными слаботочными реле счетчика или изменением сопротивления на импульсных выходах счетчика, переведенных в режим управления нагрузкой.

Для того чтобы счетчик мог ограничивать или отключать электроэнергию подаваемую потребителю, необходимо программно установить определенные параметры. Эта операция может быть выполнена как перед вводом прибора учета в эксплуатацию, так в процессе эксплуатации. Если счетчик входит в состав автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии, то команда на ограничение электроэнергии может быть подана дистанционно оператором диспетчерского пункта.

Функция управления нагрузкой реализуется в счетчиках непосредственного включения.

Многофункциональные счетчики.

Многофункциональные счетчики выводят на ЖК индикаторы информацию о текущих значениях энергопотребления и параметрах сети.  К параметрам сети относятся:
— мгновенные значения активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз с указанием направления вектора полной мощности;
—  действующие значения фазных токов и напряжений, в том числе измеренные на одном периоде частоты сети, для целей анализа показателей качества электроэнергии;
—  значения углов между фазными напряжениями;
—  частота сети;
—  коэффициенты мощности по каждой фазе и по сумме фаз.

Однако огромный массив информации доступен только при подключении к компьютеру с установленным специализированным программным обеспечением. В этом случае становятся доступны следующие данные:
— об энергопотреблении не только за предыдущий день и месяц, но и на период от одного до трех лет;
— о профиле мощности на глубину, зависящую от объема памяти и периода интегрирования;
— параметры качества электроэнергии – дата и время выхода и возврата за нижнее допустимое и предельное допустимое значение напряжения каждой из фаз и частоты сети;
— значения утренних и вечерних максимумов мощности;
— журнала событий: даты и времени включения/выключения счетчика, коррекции текущего времени, включения и выключения счетчика или отдельных фаз, превышения лимита энергии по тарифам, вскрытия и закрытия основной крышки прибора и других параметров в зависимости от типа прибора и производителя.

Анализ этих данных открывает возможности по выработке мер для оптимизации энергопотребления и предотвращения аварийных ситуаций.

Сроки ввода счетчиков электроэнергии в эксплуатацию.

В ПУЭ (п. 1.5.13) определено, что на вновь устанавливаемых трехфазных счетчиках должны быть пломбы государственной поверки с давностью не более 12 месяцев, а на однофазных счетчиках — с давностью не более 2 лет. Если это требование нарушено, то счетчики должны быть подвергнуты очередной поверке.

5 вещей, которые нужно знать о вашем новом электрическом счетчике

5 вещей, которые вам нужно знать о вашем новом электрическом счетчике

Ameren и ComEd вкладывают более 3 миллиардов долларов в модернизацию энергосистемы , включая установку новых усовершенствованных электрических счетчиков, также называется «умных» счетчиков» . Вот пять основных вещей, которые вам нужно знать об этих новых счетчиках.

№ 1: Что такое интеллектуальный счетчик?

Технология наших старых электрических счетчиков восходит к временам Томаса Эдисона. С самого первого счета за электроэнергию нам отказывали в подробностях использования, которые могли бы помочь нам сократить расходы. Вместо этого единственная информация, которую нам предоставили, — это общая сумма, которую мы используем каждый месяц.

Ваш новый цифровой счетчик — это первый шаг к тому, чтобы это изменить. Он может практически мгновенно передавать информацию об использовании вам и утилите. Это не только упрощает для коммунальных служб более точное выставление счетов, но и дает вам доступ к гораздо большему количеству информации.

№ 2: Как узнать, что у меня новый глюкометр?

Коммунальные службы будут уведомлять клиентов несколькими способами: по почте, по телефону (для клиентов ComEd) и даже стуком в дверь, когда в районе должны установить новые счетчики.

•  Коммунальный работник или подрядчик с униформой и соответствующим удостоверением личности заменит ваш старый счетчик новым на том же месте. Если у вас есть какие-либо вопросы о работнике или счетчике, позвоните в коммунальную службу по телефону 1-866-368-8326 для ComEd и по телефону 1-800-755-5000 для Ameren.
• Весь процесс должен занять около 10-15 минут и может включать кратковременное отключение питания.
• После этого номер счетчика в счете ComEd будет начинаться с «2». Новые счетчики на территории Ameren будут иметь желтую наклейку.

№ 3: Нужно ли мне что-то делать, прежде чем я получу новый глюкометр?

Вам не нужно ничего делать перед получением нового счетчика. Пока старый счетчик находится снаружи и коммунальные службы могут безопасно получить к нему доступ, вам не нужно быть дома, когда будет установлен новый счетчик. Технические специалисты проведут проверку безопасности и, если обнаружат проблему, отложат установку новый счетчик, пока не будут устранены все потенциальные угрозы безопасности.

Не знаете, когда вы получите интеллектуальный счетчик? Позвоните в ComEd, 9 0007 1-866-368-8326 . На территории Ameren нажмите здесь или позвоните по телефону 1-800-755-5000 .

№ 4.

Каковы потенциальные преимущества интеллектуального счетчика?

• Новый выбор. Большинство из нас платит за электроэнергию по фиксированной цене, которая почти никогда не меняется. Но умные счетчики ломают эту форму, открывая дверь для гибких, экономящих деньги планов на электроэнергию, таких как почасовая оплата или скидки в часы пик.
  Почасовая оплата, предлагаемая ComEd и Ameren взимает с вас тарифы на электроэнергию, которые меняются каждый час, что позволяет вам пользоваться преимуществами времени суток, когда цены на электроэнергию чрезвычайно низки.

Кроме того, программы ComEd Peak-Time Savings и Ameren Peak-Time Rewards позволяют участникам пользоваться счетами, если они не используют большое количество электроэнергии в определенные «пиковые» летние часы, когда спрос на электроэнергию высок. .

• Расчетный счет исключен. Предполагалось, что показания старых счетчиков будут сниматься лично каждый месяц, но правила позволяли электроэнергетикам пропускать показания и оценивать использование. К сожалению, оценки часто были неточными, что приводило к большим счетам за косметику и головной боли у потребителей. Новые счетчики с их способностью легко передавать показания счетчиков в Ameren и ComEd должны практически положить конец расчетным счетам.
• Повышена надежность. Новые счетчики и другие усовершенствования сети помогут гораздо быстрее уведомлять коммунальные службы об отключении электроэнергии и даже перенаправлять электроэнергию, чтобы избежать дорогостоящих массовых отключений электроэнергии.
• Повышение эффективности/сокращение отходов. Все клиенты платят за потраченную впустую энергию, которая не списана с определенного счета. Например, пустующие офисные здания, которые продолжают использовать электричество в центре Чикаго, обходятся потребителям примерно в 35 миллионов долларов в год. Новые счетчики позволят электроэнергетическим компаниям отключать эту энергию. Они также помогут сократить кражу электроэнергии и неучтенную энергию, например, когда клиент переезжает в новый дом и использует электроэнергию до того, как счет был открыт.
• Снижение цен на электроэнергию. Если специальные планы ценообразования на электроэнергию и другие усовершенствования «умной сети» могут снизить «пиковый спрос» — самую загруженную часть дня, когда предприятия и дома потребляют больше всего электроэнергии, — они могут помочь снизить цены на электроэнергию для всех.

 

№ 5: Когда я смогу начать экономить?

Вам не нужно ждать, пока ваш новый счетчик начнет экономить деньги. У Ameren и ComEd есть множество программ энергоэффективности , которые помогают семьям сократить потребление энергии и сэкономить деньги на счетах за электроэнергию.

Топ-10 компаний по производству интеллектуальных счетчиков электроэнергии в мире [2022]

Быстро развивающаяся урбанизация и амбициозные проекты «умного города» подпитывают мировой рынок интеллектуальных счетчиков электроэнергии. Интеллектуальные системы учета или интеллектуальные счетчики электроэнергии революционизируют способы отслеживания потребления воды, газа и электроэнергии. Эти системы пользуются спросом во всем мире, поскольку они способствуют прозрачности, предоставляя данные о потреблении коммунальных услуг клиентам, а также коммунальным предприятиям. В ближайшие несколько лет можно будет наблюдать широкое и быстрое развертывание интеллектуальных счетчиков по мере роста использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и ветер.

Прогнозы, основанные на анализе исследований, проведенных Fortune Business Insights™, показывают, что глобальный рынок умных электросчетчиков , как ожидается, будет оцениваться в 36 миллиардов долларов США к 2028 году, регистрируя 8 .1% CAGR больше период 2021-2028 гг. Достижения в области облачных вычислений и аналитики в сочетании с развитием инфраструктуры «умного города» станут ключевыми факторами, определяющими рынок.

На рынке наблюдалась тенденция к снижению на фоне COVID-19пандемия. Более низкий, чем ожидалось, спрос наблюдался из-за сокращения проектов по развитию электрической инфраструктуры. Крупные проекты реконструкции также были приостановлены во многих регионах, что еще больше повлияло на спрос. Однако пандемия ускорила переход к передовым бесконтактным системам дистанционного учета. Восстановление энергетического сектора, безусловно, увеличит инвестиции в интеллектуальные электрические счетчики в ближайшем будущем.

Fortune Business Insights™ представляет 10 крупнейших мировых компаний по производству интеллектуальных счетчиков электроэнергии

 

1. Sensus            

Sensus, известный игрок среди компаний, производящих интеллектуальные счетчики электроэнергии, является ведущим поставщиком интеллектуальных устройств и передовых приложений. Фирма специализируется на интеллектуальных подключенных коммуникационных технологиях, которые помогают клиентам принимать своевременные решения и оптимизировать потребление воды, газа и электроэнергии.

В январе 2021 года бренд Xylem Sensus в сотрудничестве с Департаментом коммунального хозяйства Колумбуса разработал интеллектуальную коммунальную сеть. Дальнейший технологический прогресс может помочь обеспечить точное измерение мощности более чем 1,2 миллиона домов в американском штате Огайо. Технология может обнаруживать утечки электроэнергии и отключения электроэнергии.

 

2. Landis + Gyr

Landis + Gyr является одним из ведущих мировых поставщиков комплексных решений для управления энергопотреблением. Компания представила на рынке различные технологии, которые помогают удовлетворить меняющиеся требования как потребителей, так и коммунальных служб.

В июле 2021 года Landis + Gyr подписала контракт на модернизацию сети с State Grid. Согласно условиям сделки, компании будут использовать счетчик Landis + Gyr Revelo, разработанный State Grid. National Grid планирует развернуть около 1,7 миллиона интеллектуальных счетчиков в зоне обслуживания Нью-Йорка.

 

3. Itron Inc.

Itron Inc. — известное имя в мировой индустрии интеллектуальных электрических счетчиков. Базирующаяся в США компания известна своими продуктами и услугами в области энергетики и управления отходами.

В марте 2021 года компания Itron Inc. представила новый интеллектуальный счетчик для домашних хозяйств и коммунальных услуг в Германии. Недавно выпущенный интеллектуальный счетчик Itron eHZB будет поддерживать низкоуглеродные энергетические нормы Германии с надежным и доступным электроснабжением.

 

4. Sojitz Co., Ltd.          

Sojitz Co., Ltd. занимается широким спектром бизнеса по всему миру. К ним относятся покупка, продажа, экспорт и импорт товаров. Помимо этого, Sojitz Co., Ltd. производит и продает широкий спектр продуктов и предлагает многочисленные услуги в Японии и других странах.

В ноябре 2020 года компания Sojitz Co., Ltd. подписала контракт с Министерством экономики, торговли и промышленности Японии (METI) на расширение энергетической инфраструктуры в стране для развертывания интеллектуальной распределенной инфраструктуры в регионе АСЕАН.

 

5. Exelon         

Exelon — крупнейшая материнская компания электроэнергетики в США с точки зрения доходов и крупнейшая регулируемая энергетическая компания в стране. Имея более 10 миллионов клиентов по всему миру, она является признанным игроком на рынке.

В августе 2021 года компания Exelon обнародовала цель достижения нулевого уровня выбросов к 2050 году. В соответствии с этим проектом компания стремится увеличить инвестиции в технологии интеллектуальных сетей и модернизацию сетей. В рамках этого плана Exelon внедрила более 8,8 млн интеллектуальных счетчиков электроэнергии и 1,3 млн интеллектуальных счетчиков газа.

 

6. РЭШ

РЭШ является мировым лидером в разработке интеллектуальных счетчиков, оснащенных передовыми датчиками качества, для современных электросетевых приложений. Фирма имеет ведущую в отрасли платформу приложений для энергетики.

Недавно, в 2021 году, РЭШ объявила о стратегическом партнерстве с Prointer ITSS. Обе компании планируют использовать передовые технологии NES и опыт Prointer по доставке ITSS, чтобы представить последнюю версию AMI на Балканах.

 

7. ALLETE, Inc.

ALLETE — одно из крупнейших имен в мировой сфере энергетики и энергетики. ALLETE Clean Energy, Inc., Регулируемые операции и U.S. Water Services & Corporate входят в число различных подразделений компании. ALLETE предлагает надежные и доступные энергетические услуги на Верхнем Среднем Западе. Вместе со своими дочерними предприятиями компания обслуживает более 160 000 клиентов по всему миру.

В 2021 году ALLETE успешно завершила модернизацию своей платформы управления данными интеллектуальных счетчиков и участия клиентов.

 

8. Honeywell International

Honeywell International работает в четырех сферах деятельности: аэрокосмическая промышленность, высокоэффективные материалы и технологии, строительные технологии и решения для обеспечения безопасности и повышения производительности.

В 2020 году Honeywell интегрировала платформу Verizon LTE Management Connectivity в интеллектуальные счетчики и другие периферийные устройства для разработки интеллектуальных сетей следующего поколения. Это сотрудничество помогло компании предложить своим клиентам беспроводные сетевые решения.

 

9. Scottish Power

Компания Scottish Power, расположенная в Глазго, Шотландия, является вертикально интегрированной энергетической компанией. Это дочерняя компания Iberdrola, испанской коммунальной компании.

Компания Scottish Power объявила о планах по развертыванию более 450 000 интеллектуальных счетчиков для своих клиентов в Северной Англии в прошлом году. Этот проект является частью планов компании по общенациональному развертыванию в Великобритании.

 

10. Siemens     

Компания Siemens со штаб-квартирой в Мюнхене, Германия, является транснациональной корпорацией. Ведущий игрок в отрасли, это одна из самых значительных промышленных производственных компаний в Европе.