Электрический счетчик - Electricity meter

«Счетчик энергии» перенаправляется сюда. Для индикатора, показывающего энергию в видеоигре, см. Энергия (видеоигры).

Североамериканский внутренний аналог электрический счетчик.
Счетчик электроэнергии с прозрачным пластиковым корпусом (Израиль)
Североамериканский бытовой электронный счетчик электроэнергии

An электрический счетчик, электросчетчик, электросчетчик, или же счетчик энергии это устройство, которое измеряет количество электроэнергия потребляется резиденция, а бизнес, или устройство с электрическим приводом.

Электроэнергетика использовать электросчетчики, установленные в помещениях потребителей, для выставление счетов и целей мониторинга. Обычно они калибруются в единицах выставления счетов, 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. Также в некоторых местах счетчики имеют реле для реакция спроса сброс нагрузки в периоды пиковой нагрузки.[1]

История

Постоянный ток

Счетчик электроэнергии постоянного тока типа Aron, показывающий, что при калибровке потреблялась зарядка, а не энергия

Поскольку коммерческое использование электроэнергии распространилось в 1880-х годах, становилось все более важным, чтобы счетчики электроэнергии, аналогичные существовавшим в то время счетчики газа, требовалось правильно выставлять счета клиентам вместо выставления счетов за фиксированное количество ламп в месяц.

Измерители постоянного тока измерены обвинять 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 постоянный ток (DC) электромеханический счетчик с регистром прямого считывания, но вместо этого разработали электрохимический система учета, в которой использовался электролитическая ячейка для суммирования текущего потребления. Через определенные промежутки времени пластины снимались и взвешивались, а заказчику выставлялся счет. Считывание показаний электрохимического счетчика было трудоемким и не было хорошо встречено покупателями.

Счетчик разума

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 г. Ферранти предложили ртутный автомобильный счетчик с регистром, аналогичный газовым счетчикам; Это имело то преимущество, что потребитель мог легко считывать показания счетчика и проверять потребление.[2] Первый точный, регистрирующий счетчик потребления электроэнергии был ОКРУГ КОЛУМБИЯ метр Доктор Герман Арон, который запатентовал его в 1883 году. Хьюго Херст британских Компания General Electric ввел его в продажу в Великобритании с 1888 года.[3] Счетчик Арона записал общий заряд, использованный с течением времени, и показал его на ряде циферблатов.

Переменный ток

Первый образец AC счетчик киловатт-часов произведен на базе венгерского Отто Блати патента и названный в его честь был представлен Ганц Работает на Франкфуртской ярмарке осенью 1889 года, и первый индукционный счетчик киловатт-часов уже поступил в продажу на заводе в конце того же года. Это были первые ватт-часовые счетчики переменного тока, известные под названием Bláthy-meter.[4] Используемые в настоящее время счетчики киловатт-часов переменного тока работают по тому же принципу, что и оригинальное изобретение Блати.[5][6][7][8] Также около 1889 г. Элиу Томсон американского General Electric Компания 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 г. Оливер Шалленбергер из Westinghouse Electric Corporation применил ранее применявшийся принцип индукции [10] только в счетчиках ампер-часов переменного тока для изготовления ватт-часов современной электромеханической формы с использованием индукционного диска, скорость вращения которого сделана пропорциональной мощности в цепи.[11][12] Счетчик Блати был похож на счетчик Шалленбергера и Томсона в том, что это счетчик двухфазного двигателя.[5] Хотя индукционный измеритель мог работать только на переменном токе, он устранил деликатный и проблемный коммутатор конструкции Томсона. Шалленбергер заболел и не смог усовершенствовать свою первоначальную большую и тяжелую конструкцию, хотя он также разработал многофазную версию.

Единицы

Панельный твердое состояние счетчик электроэнергии, подключенный к 2 МВА электричество подстанция. Дистанционные датчики тока и напряжения можно считывать и программировать дистанционно с помощью модем и локально инфракрасный. Круг с двумя точками - это инфракрасный порт. Видны защитные пломбы

Самая распространенная единица измерения электросчетчика - это киловатт-час [кВтч], что равно количеству энергии, потребляемой нагрузкой в ​​один киловатт в течение одного час, или 3 600 000 джоули. Некоторые электроэнергетические компании используют SI мегаджоуль вместо.

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

Реактивная сила измеряется в тысячах вольт-амперный реактивный -часы », (кварч). По соглашению,« запаздывающий »или индуктивный нагрузка, такая как двигатель, будет иметь положительную реактивную мощность. "Ведущий", или емкостной 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 силы это 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 около пика напряжения питания, что проявляется в виде сглаживания формы волны напряжения. Это выравнивание приводит к возникновению 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. Счетчики, измеряющие количество заряда (кулоны ), известный как счетчики ампер-часов, использовались в первые дни электрификации. Они зависели от постоянного напряжения питания для точного измерения потребления энергии, что было маловероятным обстоятельством для большинства источников питания. Чаще всего применялись счетчики специального назначения для контроля состояния заряда / разряда больших батарей. Некоторые счетчики 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

Механизм электромеханический индукция метр. 1: Катушка напряжения: много витков тонкого провода, заключенного в пластик, подключенного параллельно нагрузке. 2: Токовая катушка: три витка толстого провода, подключенные последовательно с нагрузкой. 3: Статор: концентрирует и ограничивает магнитное поле. 4: Алюминиевый диск ротора. 5: тормозные магниты ротора. 6: шпиндель с червячной передачей. 7: дисплейные шкалы: вращаются шкалы 1/10, 10 и 1000 по часовой стрелке диски 1, 100 и 10000 вращаются против часовой стрелки.

Счетчики электроэнергии работают путем непрерывного измерения мгновенного Напряжение (вольт ) и Текущий (амперы ) давать энергия используется в джоули, киловатт-часы и др.). Счетчики для небольших служб (например, мелких бытовых потребителей) могут быть подключены напрямую между источником и потребителем. Для больших нагрузок, более 200 ампер нагрузки, трансформаторы тока используются, 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

Самым распространенным типом счетчиков электроэнергии является электромеханический счетчик ватт-часов.[14][15]

На один этап Электромеханический индукционный счетчик работает от сети переменного тока. электромагнитная индукция путем подсчета оборотов немагнитного, но электропроводящего металлического диска, который вращается со скоростью, пропорциональной мощности, проходящей через счетчик. 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 индукционные катушки, которые по сути образуют двухфазную линейный асинхронный двигатель. Одна катушка подключена таким образом, что производит магнитный поток пропорционально напряжению, а другой создает магнитный поток пропорционально Текущий. Поле катушки напряжения задерживается на 90 градусов из-за индуктивной природы катушки и калибруется с помощью катушки задержки.[16] Это производит вихревые токи в диске и эффект таков, что сила действует на диск пропорционально произведению мгновенного тока и мгновенного напряжения. А постоянный магнит действует как вихретоковый тормоз, прилагая противодействующую силу, пропорциональную скорость вращения диска. Равновесие между этими двумя противоположными силами приводит к тому, что диск вращается со скоростью пропорциональный мощности или скорости использования энергии. Диск управляет механизмом регистрации, который считает обороты, как и одометр в автомобиле, чтобы измерить общую использованную энергию.

Разные конфигурации фаз использовать дополнительные катушки напряжения и тока.

Трехфазный электромеханический индукционный счетчик, счетчик 100 А, питание 240/415 В. Горизонтальный алюминиевый диск ротора виден в центре метра

Диск поддерживается шпинделем, имеющим червячный редуктор который управляет регистром. Регистр - это набор циферблатов, которые фиксируют количество использованной энергии. Циферблаты могут быть циклометр типа одометра, который легко читается, где для каждого циферблата один 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.

.

Где:

т = время в секундах, затраченное диском на один оборот,
п = мощность в ваттах.

Например, если Х = 7,2, как указано выше, и один оборот произошел за 14,4 секунды, мощность - 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 энергетическая компания или заказчиком. Если клиент снимает показания счетчика, показания могут быть предоставлены энергетической компании телефон, почтовый или над 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, а клеммы нагрузки разомкнуты. Проверка на ошибку из-за ползучести называется тестом на ползучесть.

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

Электронный

Твердое состояние Датский счетчик электроэнергии, используемый в доме в Нидерланды

Электронные счетчики отображают энергию, используемую на ЖК-дисплей или светодиодный дисплей, 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 потребляемая мощность, напряжения, коэффициент мощности и Реактивная сила использованные и т. д. Они также могут поддерживать выставление счетов за время суток, например, запись количества энергии, потребляемой в часы пик и в непиковые часы.

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

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. Эти входные данные затем обрабатываются с использованием цифровой сигнальный процессор 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. На современном счетчике большая часть, если не все, будет реализована внутри микропроцессора, например, RTC, ЖК-контроллер, датчик температуры, память и аналого-цифровые преобразователи.

Методы общения

Дистанционное считывание показаний счетчика - практический пример телеметрия. 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 электрические контакты прикреплен к KYZ линия.

Интерфейс KYZ - это Форма C контакт питается 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]

В KYZ реле создает 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 с каждым оборотом (или половиной оборота) диска счетчика. Каждое изменение состояния называется «импульсом». При подключении к внешнему оборудованию уровень использования (кВт), а также общий объем использования (кВтч) можно определить 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.

Выходы KYZ также являются классическим способом подключения счетчиков электроэнергии к программируемые логические контроллеры, ОВКВ или другие системы управления. Некоторые современные счетчики также предоставляют замыкание контактов, которое предупреждает, когда счетчик обнаруживает потребность рядом с более высоким тариф на электроэнергию,улучшить управление спросом.

Некоторые метры имеют открытый коллектор или выход ИК-светодиода, который выдает импульсы 32-100 мс для каждого измеренного количества 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.

Часто счетчики, предназначенные для полуавтоматического считывания, имеют Серийный порт о том, что общается инфракрасный Светодиод через лицевую панель счетчика. В некоторых многоквартирных домах используется аналогичный протокол, но в проводной шине используется серийный токовая петля для подключения всех счетчиков к одной розетке. 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 Соединенных Штатах и ​​Канаде предпочтительным протоколом инфракрасного излучения является ANSI C12.18. Некоторые промышленные счетчики используют протокол для программируемые логические контроллеры (Modbus или же DNP3 ).

Для этой цели предлагается один протокол: DLMS / COSEM который может работать на любом носителе, включая последовательные порты. Данные могут быть переданы Зигби, Вай фай, телефонные линии или же над самими линиями электропередач. Некоторые счетчики можно считать через Интернет. Также широко используются другие, более современные протоколы, такие как OSGP (Open Smart Grid Protocol).

Электронные счетчики сейчас используют маломощное радио, GSM, GPRS, Bluetooth, ИК-порт, а также RS-485 проводная ссылка. Теперь 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. Этот Загрузить профиль данные обрабатываются в коммунальных службах для выставления счетов и планирования.

AMR (Автоматическое считывание показаний счетчика ) и RMR (Удаленное считывание показаний счетчика) описывают различные системы, которые позволяют проверять счетчики без необходимости отправки считывающего устройства. Электронный счетчик может передавать свои показания по телефонной линии или радио в центральную расчетную кассу. Автоматическое считывание показаний счетчика может быть выполнено с GSM (Глобальная система мобильной связи) модемы, один прикреплен к каждому счетчику, а другой размещен в центральном офисе энергоснабжения.

Методы мониторинга и биллинга

Коммерческое использование

В больших коммерческих и промышленных помещениях могут использоваться электронные счетчики, которые регистрируют потребление энергии блоками по полчаса или меньше. Это потому, что большинство электрические сети имеют скачки 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

Основная статья: Монитор энергии для дома

Потенциально мощное средство снизить потребление энергии в домашних условиях обеспечивает удобную обратную связь в реальном времени с пользователями, чтобы они могли изменить свое поведение, используя поведение. Недавно стали доступны недорогие дисплеи с обратной связью по энергии. Исследование с использованием считываемого потребителем счетчика в 500 домах Онтарио, проведенное Hydro One показали, что общее потребление электроэнергии снизилось в среднем на 6,5% по сравнению с контрольной группой аналогичного размера. Hydro One впоследствии предложили бесплатные мониторы мощности 30 000 клиентов, основываясь на успехе пилотного проекта.[19] Такие проекты как Google PowerMeter, возьмите информацию с интеллектуального счетчика и сделайте ее более доступной для пользователей, чтобы способствовать сохранению.[20]

Одна модель съемного электросчетчика, используемого для измерения потребления отдельного прибора; в данном случае - рождественские огни.

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 энергосбережение путем выявления основных потребителей энергии или устройств, которые потребляют чрезмерно резервная мощность. Веб-ресурсы также могут быть использованы, если оценки энергопотребления достаточно для исследовательских целей. Счетчик мощности часто можно получить в местных органах власти.[21] или в местной публичной библиотеке.[22][23]

Множественный тариф

Розничные продавцы электроэнергии может пожелать взимать с потребителей разные тарифы в разное время дня, чтобы лучше отражать затраты на генерацию и передачу. Поскольку обычно экономически 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 излишек в периоды низкого спроса, в то время как дорогостоящие, но гибкие генерирующие мощности (такие как 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 может использоваться простой электромеханический таймер. Исторически они часто использовались вместе с электрическими аккумуляторы или же хранилище горячей воды системы.

Множественные тарифы упрощаются за счет счетчиков времени использования (TOU), которые включают в себя или подключены к таймер и которые имеют несколько регистров.

Переключение между тарифами возможно через контроль пульсации или с помощью радиоуправляемого переключателя. В принципе, можно также использовать запечатанный таймер, но он считается более уязвимым для взлома с целью получения более дешевой электроэнергии.[нужна цитата ]

Экономика 7 Метр и телесвитчер

Радиоактивное переключение распространено в Великобритании, с ночным сигналом данных, передаваемым в длинноволновой несущей BBC Radio 4, 198 кГц. Время непиковой зарядки обычно составляет семь часов между полуночью и 7:00 утра по Гринвичу / BST, и это предназначено для питания аккумуляторы и погружные нагреватели. В Великобритании такие тарифы обычно брендовые. Экономика 7, Белый метр или же Двойная ставка. Популярность таких тарифов снизилась в последние годы, по крайней мере на внутреннем рынке, из-за (предполагаемых или реальных) недостатков накопительных нагревателей и сравнительно более низкой стоимости натуральный газ 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 газопроводов, а другие требуют предварительной модернизации до радиаторной системы.

An Экономика 10 также доступен счетчик, который дает 10 часов дешевой электроэнергии в непиковые часы, распределенные по трем временным интервалам в течение 24 часов. 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 Экономика 7 переключить 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] Эквивалент Экономика 7 затраты составляют 21,34 пенсов за кВтч в период пикового использования, 7,83 пенсов за кВтч в период непикового использования и постоянная плата 18,90 пенсов в день.[26] Таймеры установлены на стиральные машины, сушилки для белья, посудомоечные машины и погружные нагреватели можно настроить так, чтобы они включались только в период непиковой нагрузки.

Умные счетчики

Основная статья: Умный счетчик

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

Другой тип интеллектуального счетчика 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

Счетчик предоплаты и магнитная полоса жетоны, от арендованного жилья в Великобритании. Кнопка с надписью А отображает информацию и статистику, такую ​​как текущий тариф и остаток на счете. Кнопка с надписью B активирует небольшую сумму экстренного кредита, если у клиента закончится
Ключ предоплаты

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 розничный торговец считает, что покупатель может не оплатить счет, может быть установлен счетчик предоплаты. Это требует, чтобы покупатель внес предоплату, прежде чем можно будет использовать электроэнергию.[нужна цитата ] Если доступный кредит исчерпан, подача электроэнергии прекращается из-за реле.

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

Современные твердотельные счетчики электроэнергии в сочетании с смарт-карты, устранили эти недостатки, и такие счетчики обычно используются клиентами, считающимися бедными риск кредита. В Великобритании клиенты могут использовать такие организации, как Почта ООО или же PayPoint сеть, где в перезаряжаемые жетоны (карты Quantum для природного газа или пластиковые «ключи» для электричества) можно загружать любые деньги, которые есть у клиента.

В Южная Африка, Судан и Северная Ирландия 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, например Стандартные спецификации передачи (СТС ) ассоциация, которая продвигает общие стандарты для систем измерения предоплаты среди производителей. Счетчики предоплаты, использующие стандарт STS, используются во многих странах.[27][28][29]

Учет времени суток

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 тарифами. в периоды непиковой нагрузки. Хотя это можно использовать для автоматического контроля использования со стороны клиента (что приводит к автоматическому контролю нагрузки), часто ответственность за контроль собственного использования или соответствующую оплату лежит на покупателе (добровольный контроль нагрузки). Это также позволяет коммунальные услуги надлежащим образом спланировать свою передающую инфраструктуру. Смотрите также Управление спросом (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 прогнозируемые 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]

Учет экспорта электроэнергии

Смотрите также: Чистый учет

Многие потребители электроэнергии устанавливают собственное оборудование для выработки электроэнергии из соображений экономии, избыточность или же экологические причины. Когда покупатель вырабатывает больше электроэнергии, чем требуется для собственного использования, излишки могут быть экспортированы обратно в Энергосистема. 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 чистый экспорт, тем самым уменьшая зарегистрированное потребителем потребление энергии на экспортируемую сумму. 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 разницу 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, Ветряные турбины, фотоэлектрический ячеек), или газ или пар турбины, которые часто встречаются в когенерация системы. Другой потенциальный источник загрузки, который был предложен, - это подключаемые гибридные автомобильные аккумуляторы (от транспортного средства к сети энергосистемы). Для этого требуется "умная сеть электроснабжения, "который включает в себя счетчики, которые измеряют электроэнергию через сети связи, которые требуют дистанционного управления и дают клиентам возможность выбора времени и цены. Системы" автомобиль-сеть "могут быть установлены на рабочем месте автостоянки и гаражи и на парк и аттракционы и может помочь водителям заряжать аккумуляторы дома ночью, когда внепиковый цены на электроэнергию ниже, и они получают кредитование счетов за продажу избыточной электроэнергии обратно в сеть в часы высокого спроса.

Место расположения

Трансформаторы тока используется в составе измерительного оборудования для трехфазный Электроснабжение 400 А. Четвертый нейтральный провод не требует трансформатора тока, потому что ток не может течь в нейтрали, не протекая также по проводам измеряемой фазы. (Теорема Блонделя )
Коммерческий измеритель мощности
Электросчетчики размещены вне домов жителей в общем месте, доступном только для сотрудников отдела и неравнодушных жителей.
А Duke Energy техник снимает защитную пломбу со счетчика электроэнергии в доме в Дарем, Северная Каролина

Расположение счетчика электроэнергии зависит от установки. Возможные места включают в себя столб обслуживая имущество, в уличном шкафу (счетчике) или в помещениях, прилегающих к потребительская единица / распределительный щит. Электроэнергетические компании могут предпочесть внешнее расположение, поскольку показания счетчика можно считывать без доступа к помещению, но внешние счетчики могут быть более склонны к вандализм.

Трансформаторы тока позволяют размещать счетчик на удалении от токоведущих проводов. Это обычное дело в больших установках. Например, подстанция при обслуживании одного крупного клиента измерительное оборудование может быть установлено в шкафу, без ввода тяжелых кабелей в шкаф.

Уравнение потери клиентов и измерения

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 разные уравнение измерения. Теорема Блонделя заявляет, что для любой системы с N токонесущими проводниками, что 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, один этап распространен для частных лиц и мелких коммерческих клиентов. Однофазное распределение обходится 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 Икс усилители, с напряжением, измеренным от нейтрали к фазному проводу. В США, Канаде и некоторых частях Центральной и Южной Америки подобных клиентов обычно обслуживают трехпроводная однофазная. 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 у 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 случаях - 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. Связь часто бывает EIA-485 или инфракрасный с последовательным протоколом, таким как IEC 62056.

В 2014 году связь со счетчиками стремительно меняется. Наиболее распространенные схемы, похоже, объединяют существующий национальный стандарт данных (например, ANSI C12.19 или же IEC 62056 ) работающих через протокол Интернета с небольшой платой для связь по электросети, или цифровое радио для мобильный телефон сеть или Группа ISM.

Точность

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 потребляемую 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 потребителю подается газ через него.[35]

Взлом и безопасность

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.[нужна 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 электрической 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.

А фантомная петля соединение через заземление часто имеет более высокое сопротивление, чем металлический нейтральный соединитель. 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 США часто связаны с марихуаной в помещении. расти операции. 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 краже электричества просто для того, чтобы скрыть свое использование.

Регулирование и законодательство

После дерегулирование На рынках электроснабжения во многих странах компания, ответственная за счетчик электроэнергии, может быть неочевидной. В зависимости от имеющихся устройств счетчик может быть собственностью Оператор счетчика, дистрибьютор электроэнергии, то розничный торговец 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 счетчика теперь иногда передается субподрядчику, и в некоторых областях тот же человек может читать газ, воды и счетчики электроэнергии одновременно.

Вступление к продвинутые метры в жилых районах возникли дополнительные проблемы с конфиденциальностью, которые могут повлиять на 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 двустороннего ИК-порта 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 о том, как они живут и используют.

Более подробный и недавний анализ этого вопроса был проведен Лаборатория безопасности Иллинойса.[39][требуется дальнейшее объяснение ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Например, система управления нагрузкой Minnkota Power. В архиве 2006-06-16 на Wayback Machine, по состоянию на 22 августа 2009 г.
  2. ^ Грэм Гудей Мораль измерения: точность, ирония и доверие поздневикторианской электротехнике, Cambridge University Press, 2004 г. ISBN  0-521-43098-4, стр 232–241
  3. ^ Уайт, Адам Гованс (1930). Сорок лет электрического прогресса. Лондон: Эрнест Бенн. стр.31, 159.
  4. ^ Евгений Кац. "Блати". People.clarkson.edu. Архивировано из оригинал 25 июня 2008 г.. Получено 2009-08-04.
  5. ^ а б Рикс, Г.В.Д. (Март 1896 г.). «Счетчики электроэнергии». Журнал Института инженеров-электриков. 25 (120): 57–77. Дои:10.1049 / jiee-1.1896.0005. Студенческая работа, прочитанная 24 января 1896 года на Студенческом собрании.
  6. ^ Инженер-электрик, том 5. (февраль 1890 г.)
  7. ^ Электрик, Том 50. 1923
  8. ^ Официальный вестник Патентного ведомства США: Том 50 (1890 г.)
  9. ^ В. Бернард Карлсон, Инновации как социальный процесс: Элиху Томсон и рост General Electric, Cambridge University Press, 2003 г. ISBN  0-521-53312-0, страницы 1 и 258
  10. ^ Патент США 388003
  11. ^ Стивен А. Дайер (ред.) Обзор КИПиАWiley-IEEE, 2001 г. ISBN  0-471-39484-X, стр. 875
  12. ^ «Интегрирующий ваттметр Шалленбергера». watthourmeters.com.
  13. ^ IEEE Рекомендуемая практика для анализа промышленных и коммерческих энергосистем Стандарт 399-1997, IEEE, ISBN  1-55937-968-5 стр. 47
  14. ^ Jehl, Фрэнсис (1941). Menlo Park Reminiscences. Kessinger Publishing. п. 841. ISBN  978-0-7661-2648-0.
  15. ^ Флеминг, Дж. (1914). Магниты и электрические токи. Нью-Йорк: Спон и Чемберлен. стр.335.
  16. ^ «Том 3-10» (PDF). Получено 2009-08-04.
  17. ^ "Что такое KYZ Pulses?". Инструменты SolidState. Получено 22 ноября 2012.
  18. ^ Справочник по учету электроэнергии. EEI. Архивировано из оригинал на 2008-10-24.
  19. ^ «ЦБФГидроОнеРепринт» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-03-18. Получено 2009-08-04.
  20. ^ Верн Копытов; Райан Ким (22 февраля 2009 г.). «Google планирует измерить потребление энергии в доме». Хроники Сан-Франциско. Получено 2009-02-11.
  21. ^ «Жилой - Домашний энергоаудит - Ватты вверх». Остин Утилиты. Архивировано из оригинал на 2009-03-12. Получено 2009-08-04.
  22. ^ «Переносной счетчик энергии». Mge.com. Получено 2009-08-04.
  23. ^ "LINKcat". Linkcat.info. Получено 2009-08-04.
  24. ^ «Сайт сравнения цен». 19 марта 2010 г.. Получено 2010-12-15.
  25. ^ «EDF Energy Tariff Information Label Checker». Получено 2017-07-28.
  26. ^ «EDF Energy Tariff Information Label Checker». Получено 2017-07-28.
  27. ^ "Standard Transfer Specification Association NPC / 95/08496/08> Главная". www.sts.org.za.
  28. ^ "Genus Power Infrastructures Ltd". Таймс оф Индия.
  29. ^ "Конлог". SAEEC.
  30. ^ "ритейл-энергия". www2.ameren.com. Архивировано из оригинал на 31.01.2010. Получено 2009-08-04.
  31. ^ «Цены в реальном времени». Thewattspot.com. Архивировано из оригинал на 2009-02-23. Получено 2009-08-04.
  32. ^ Увидеть Национальный электротехнический кодекс, большая книга, пересматриваемая ежегодно, широко доступная для покупки.
  33. ^ Положения об измерительных приборах (счетчики активной электроэнергии) 2006 г., Приложение 1, параграф 15. Эти погрешности относятся к диапазону от + 5 ° C до + 30 ° C и коэффициенту мощности 0,8, ведущему к отставанию 0,5. Вне этих пределов допустимы большие ошибки.
  34. ^ Споры о точности счетчиков электроэнергии
  35. ^ Положение о газе (счетчиках) 1983 г.
  36. ^ Примечание по применению Teridian Semiconductors, «Функции защиты от несанкционированного доступа, обеспечиваемые 71M6511» 71M6511 - это однокристальное измерительное устройство, широко используемое в компьютеризированных счетчиках.
  37. ^ Арука. «Кража власти». Лучший шпион Джеймса Бонга по марихуане. С. 234–242. ISBN  9780973892802.
  38. ^ Харт, Г. (Июнь 1989 г.). «Жилой энергетический мониторинг и компьютеризированное наблюдение через потоки электроэнергии». Журнал IEEE Technology and Society. 8 (2): 12–16. Дои:10.1109/44.31557. S2CID  41307271.
  39. ^ «Заверенный учет». Лаборатория компьютерной безопасности штата Иллинойс.

Рекомендации

  • «Справочник по учету электроэнергии» Института электричества Эдисона

внешняя ссылка