Счетчик электроэнергии , электрический счетчик , электрический счетчик , счетчик энергии или счетчик киловатт-часов — это устройство, которое измеряет количество электрической энергии, потребляемой жилым домом , предприятием или устройством с электрическим приводом.
Электрический счетчик или счетчик энергии измеряет общую мощность, потребляемую за определенный интервал времени.
Электроэнергетические компании используют электросчетчики, установленные в помещениях потребителей, для выставления счетов и мониторинга. Обычно они калибруются в единицах выставления счетов, наиболее распространенной из которых является киловатт-час ( кВтч ). Обычно они считываются один раз в расчетный период.
Когда желательна экономия энергии в определенные периоды, некоторые счетчики могут измерять потребление, максимальное использование мощности в определенном интервале. Измерение «времени суток» позволяет изменять тарифы на электроэнергию в течение дня, чтобы регистрировать использование в периоды пиковой высокой стоимости и внепиковые периоды с низкой стоимостью. Кроме того, в некоторых районах счетчики оснащены реле для сброса нагрузки в зависимости от спроса в периоды пиковой нагрузки. [1]
По мере распространения коммерческого использования электроэнергии в 1880-х годах становилось все более важным, чтобы счетчик электроэнергии, аналогичный существовавшим тогда газовым счетчикам , требовался для правильного выставления счетов потребителям, а не для выставления счетов за фиксированное количество ламп в месяц.
Измерители постоянного тока измеряли заряд в ампер-часах. Поскольку напряжение источника питания должно оставаться практически постоянным, показания счетчика были пропорциональны фактическому потреблению энергии. Например, если счетчик зафиксировал, что при напряжении 200 В было израсходовано 100 ампер-часов, то было подано 20 киловатт-часов энергии.
Было разработано множество экспериментальных типов счетчиков. Томас Эдисон сначала работал над электромеханическим счетчиком постоянного тока (DC) с регистром прямого считывания, но вместо этого разработал электрохимическую систему измерения, в которой для суммирования потребляемого тока использовалась электролитическая ячейка . Через определенные промежутки времени пластины снимали и взвешивали, и заказчик выставлял счета. Электрохимический счетчик был трудоемким в чтении и не был хорошо принят клиентами.
Первым типом электрохимического счетчика, использовавшегося в Соединенном Королевстве, был счетчик «Причина». Он представлял собой вертикально установленную стеклянную конструкцию с резервуаром для ртути в верхней части счетчика. Когда ток был взят из источника питания, электрохимическое действие переместило ртуть в нижнюю часть колонны. Как и все другие измерители постоянного тока, он записывал ампер-часы. Когда ртутный бассейн был исчерпан, счетчик стал разомкнутым. Таким образом, потребителю было необходимо оплатить дополнительную поставку электроэнергии, после чего агент поставщика разблокировал счетчик и перевернул его, вернув ртуть в резервуар и в подачу. На практике потребитель вызывал агента компании-поставщика до того, как запасы иссякнут, и платил только за потребленный заряд, показанный на весах. Затем агент обнулил счетчик, инвертировав его.
В 1885 году Ферранти предложил ртутный моторный счетчик с регистром, аналогичным газовым счетчикам; Преимущество этого заключалось в том, что потребитель мог легко снять показания счетчика и проверить потребление. [2] Первым точным счетчиком потребления электроэнергии, регистрирующим потребление электроэнергии, был счетчик постоянного тока Германа Арона , который запатентовал его в 1883 году. Хьюго Херст из британской General Electric Company представил его на коммерческой основе в Великобритании с 1888 года. [3] Счетчик Арона записывал общее количество электроэнергии. заряд, использованный с течением времени, и показал это на серии циферблатов часов.
Первый образец счетчика киловатт -часов переменного тока, изготовленный на основе венгерского патента Отто Блати и названный в его честь, был представлен заводом Ганца на Франкфуртской ярмарке осенью 1889 года, а первый индукционный счетчик киловатт-часов был уже продан заводом в конце того же года. Это были первые счетчики ватт-часов переменного тока, известные под названием счетчиков Блати. [4] Счетчики киловатт-часов переменного тока, используемые в настоящее время, работают по тому же принципу, что и оригинальное изобретение Блати. [5] [6] [7] [8] Также примерно в 1889 году Элиху Томсон из американской компании General Electric разработал записывающий ваттметр (ватт-часы) на основе безжелезного коллекторного двигателя. Этот счетчик преодолел недостатки электрохимического типа и мог работать как на переменном, так и на постоянном токе. [9]
В 1894 году Оливер Шалленбергер из Westinghouse Electric Corporation применил принцип индукции, ранее использовавшийся [10] только в ампер-часах переменного тока, для создания счетчика ватт-часов современной электромеханической формы, используя индукционный диск, скорость вращения которого была сделана пропорциональной мощности. в цепи. [11] [12] Счетчик Блати был похож на счетчик Шалленбергера и Томсона тем, что они представляют собой счетчики двухфазного двигателя. [5] Хотя индукционный счетчик мог работать только на переменном токе, он устранил хрупкий и хлопотный коммутатор конструкции Томсона. Шалленбергер заболел и не смог усовершенствовать свою первоначальную большую и тяжелую конструкцию, хотя он также разработал многофазную версию.
Наиболее распространенной единицей измерения счетчика электроэнергии является киловатт-час [ кВтч ], который равен количеству энергии, использованной нагрузкой в один киловатт в течение одного часа , или 3 600 000 джоулей . Некоторые электроэнергетические компании вместо этого используют мегаджоуль СИ .
Потребление обычно измеряется в ваттах, но усредняется за период, чаще всего четверть или полчаса.
Реактивная мощность измеряется в «тысячах вольт-ампер реактивных часов» (кварч). По соглашению, «отстающая» или индуктивная нагрузка, такая как двигатель, будет иметь положительную реактивную мощность. «Ведущая» или емкостная нагрузка будет иметь отрицательную реактивную мощность. [13]
Вольт-амперы измеряют всю мощность, прошедшую через распределительную сеть, включая реактивную и фактическую. Это равно произведению среднеквадратичных вольт и ампер.
Искажение электрического тока нагрузками измеряется несколькими способами. Коэффициент мощности — это отношение резистивной (или реальной) мощности к вольт-амперам. Емкостная нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, а индуктивная нагрузка — запаздывающий. Чисто резистивная нагрузка (например, лампа накаливания, обогреватель или чайник) имеет коэффициент мощности, равный 1. Гармоники тока являются мерой искажения формы волны. Например, электронные нагрузки, такие как компьютерные блоки питания, потребляют ток на пике напряжения для заполнения своих внутренних запоминающих элементов. Это может привести к значительному падению напряжения вблизи пика напряжения питания, что проявляется в уплощении формы волны напряжения. Такое сглаживание приводит к появлению нечетных гармоник, которые недопустимы, если они превышают определенные пределы, поскольку они не только расточительны, но и могут мешать работе другого оборудования. По закону ЕС и других стран гармонические выбросы должны находиться в установленных пределах.
Помимо учета по количеству использованной энергии, доступны и другие виды учета. Счетчики, которые измеряли количество используемого заряда ( кулоны ), известные как счетчики ампер-часов , использовались на заре электрификации. Это зависело от того, чтобы напряжение питания оставалось постоянным для точного измерения энергопотребления, что было маловероятно для большинства источников питания. Наиболее распространенное применение было в отношении счетчиков специального назначения для контроля состояния заряда/разряда больших аккумуляторов. Некоторые измерители измеряли только время, в течение которого протекал заряд, без измерения величины напряжения или тока. Они подходят только для приложений с постоянной нагрузкой и сегодня используются редко.
Счетчики электроэнергии работают, непрерывно измеряя мгновенное напряжение ( вольты ) и силу тока ( амперы ), чтобы определить использованную энергию (в джоулях , киловатт-часах и т. д.). Счетчики для небольших услуг (например, для небольших бытовых потребителей) могут быть подключены непосредственно между источником и потребителем. Для более крупных нагрузок (более 200 ампер) используются трансформаторы тока , так что счетчик можно расположить где-нибудь вне линии с служебными проводниками. Счетчики делятся на две основные категории: электромеханические и электронные.
Наиболее распространенным типом счетчиков электроэнергии является электромеханический счетчик ватт-часов. [14] [15]
При однофазном питании переменного тока электромеханический индукционный счетчик работает за счет электромагнитной индукции , подсчитывая обороты немагнитного, но электропроводящего металлического диска, который вращается со скоростью, пропорциональной мощности, проходящей через счетчик. Таким образом, количество оборотов пропорционально потреблению энергии. Катушка напряжения потребляет небольшую и относительно постоянную мощность, обычно около 2 Вт, которая не регистрируется счетчиком. Катушка тока также потребляет небольшое количество энергии пропорционально квадрату протекающего через нее тока, обычно до пары ватт при полной нагрузке, что регистрируется счетчиком.
На диск воздействуют два набора индукционных катушек , которые, по сути, образуют двухфазный линейный асинхронный двигатель . Одна катушка подключена таким образом, что она создает магнитный поток, пропорциональный напряжению, а другая создает магнитный поток, пропорциональный току . Поле катушки напряжения задерживается на 90 градусов из-за индуктивной природы катушки и калибруется с использованием катушки с задержкой. [16] Это создает вихревые токи в диске, и эффект таков, что на диск действует сила , пропорциональная произведению мгновенного тока и мгновенного напряжения. Постоянный магнит действует как вихретоковый тормоз , оказывая противодействующую силу, пропорциональную скорости вращения диска. Равновесие между этими двумя противоположными силами приводит к тому, что диск вращается со скоростью, пропорциональной мощности или скорости использования энергии. Диск приводит в действие регистровый механизм, который считает обороты, подобно одометру в автомобиле, для измерения общего количества использованной энергии.
В различных фазовых конфигурациях используются дополнительные катушки напряжения и тока.
Диск поддерживается шпинделем с червячной передачей , приводящей в движение регистр. Регистр представляет собой серию циферблатов, которые записывают количество использованной энергии. Циферблаты могут быть типа циклометра , дисплея, напоминающего одометр, который легко читается, где для каждого циферблата одна цифра отображается через окошко на лицевой стороне счетчика, или типа указателя, где указатель указывает каждую цифру. При циферблатном указателе соседние указатели обычно вращаются в противоположных направлениях из-за зубчатого механизма.
Количество энергии, представленное одним оборотом диска, обозначается символом Kh, который выражается в ватт-часах за оборот. Обычно встречается значение 7,2. Используя значение Kh, можно определить их энергопотребление в любой момент времени, хронометрируя диск с помощью секундомера.
.
Где:
Например, если Kh = 7,2, как указано выше, и один оборот произошел за 14,4 секунды, мощность составит 1800 Вт. Этот метод можно использовать для определения энергопотребления бытовых устройств путем включения их поочередно.
Большинство бытовых счетчиков электроэнергии должны считываться вручную, будь то представителем энергетической компании или потребителем. Если потребитель снимает показания счетчика, показания могут быть переданы энергетической компании по телефону , почте или через Интернет . Электрическая компания обычно требует посещения представителя компании не реже одного раза в год для проверки показаний, предоставленных клиентом, и выполнения базовой проверки безопасности счетчика.
В счетчике индукционного типа ползучесть — это явление, которое может отрицательно повлиять на точность, которое происходит, когда диск счетчика непрерывно вращается при приложенном потенциале, а клеммы нагрузки разомкнуты. Проверка на ошибку, вызванную ползучестью, называется проверкой ползучести.
Точность счетчиков регулируется двумя стандартами: ANSI C12.20 для Северной Америки и IEC 62053.
Электронные счетчики отображают использованную энергию на ЖК- или светодиодном дисплее, а некоторые также могут передавать показания в отдаленные места. Помимо измерения потребляемой энергии, электронные счетчики могут также регистрировать другие параметры нагрузки и питания, такие как мгновенная и максимальная потребляемая мощность, напряжение, коэффициент мощности, используемая реактивная мощность и т. д. Они также могут поддерживать выставление счетов по времени суток, например, запись количества энергии, использованной в часы пик и вне часы пик.
Счетчик имеет источник питания, измерительный механизм, механизм обработки и связи (т. е. микроконтроллер ) и другие дополнительные модули, такие как часы реального времени (RTC), жидкокристаллический дисплей, инфракрасные порты/модули связи и скоро.
Измерительный механизм получает входы напряжения и тока и имеет источник опорного напряжения, дискретизаторы и квантователи, за которыми следует секция аналого-цифрового преобразования для получения цифровых эквивалентов всех входов. Эти входные данные затем обрабатываются с помощью процессора цифровых сигналов для расчета различных параметров измерения.
Самым большим источником долговременных погрешностей измерителя является дрейф предусилителя, за которым следует точность опорного напряжения. Оба этих показателя также меняются в зависимости от температуры и сильно изменяются, когда счетчики находятся на открытом воздухе. Определение характеристик и их компенсация являются основной частью конструкции счетчика.
Секция обработки и связи отвечает за расчет различных производных величин на основе цифровых значений, генерируемых измерительным механизмом. Он также отвечает за связь с использованием различных протоколов и интерфейс с другими дополнительными модулями, подключенными к нему в качестве подчиненных устройств.
RTC и другие дополнительные модули подключаются в качестве подчиненных устройств к секции обработки и связи для выполнения различных функций ввода/вывода. В современном счетчике большая часть, если не все, будет реализована внутри микропроцессора, например, часы реального времени, контроллер ЖК-дисплея, датчик температуры, память и аналого-цифровые преобразователи.
Дистанционное считывание показаний счетчиков является практическим примером телеметрии . Это экономит затраты на считыватель показаний счетчиков и устраняет связанные с этим ошибки, но также позволяет проводить больше измерений и осуществлять удаленное обеспечение. Многие интеллектуальные счетчики теперь оснащены переключателем для прерывания или восстановления обслуживания.
Исторически сложилось так, что вращающиеся счетчики могли сообщать информацию о своих показаниях удаленно, используя пару электрических контактов, подключенных к линии KYZ .
Интерфейс KYZ представляет собой контакт формы C, питаемый от счетчика. В интерфейсе KYZ провода Y и Z представляют собой переключающие контакты, закороченные на K для получения измеренного количества энергии. Когда один контакт закрывается, другой открывается, чтобы обеспечить точность подсчета. [17] Каждое изменение состояния контакта считается одним импульсом. Частота импульсов указывает на потребность в мощности. Количество импульсов указывает на измеренную энергию. [18] При установке в электромеханический счетчик реле меняет состояние при каждом полном или половинном обороте диска счетчика. Каждое изменение состояния называется «импульсом».
Выходы KYZ исторически были подключены к «реле счетчика», питающим «счетчик», так что можно было считывать данные со многих счетчиков одновременно в одном месте.
Выходы KYZ также являются классическим способом подключения счетчиков электроэнергии к программируемым логическим контроллерам , системам отопления, вентиляции и кондиционирования или другим системам управления. Некоторые современные счетчики также имеют функцию замыкания контактов, которая предупреждает, когда счетчик обнаруживает спрос, близкий к более высокому тарифу на электроэнергию , для улучшения управления спросом .
EN 62053-31 (ранее DIN 43864) определяет интерфейс S0 , который представляет собой гальванически изолированный выход с открытым коллектором . Напряжение и ток ограничены 27 В и 27 мА соответственно. Каждое дозированное количество электрической энергии выдает один импульс длительностью 32-100 мс. Постоянная счетчика (импульсов на кВтч) на некоторых счетчиках программируется, но часто фиксируется на уровне 1000-10000 импульсов на кВтч . Другие счетчики реализуют аналогичный импульсный интерфейс, но с инфракрасным светодиодом вместо электрического подключения. Интерфейс также используется на других типах счетчиков, например, на счетчиках воды.
Многие счетчики, предназначенные для полуавтоматического считывания, имеют последовательный порт , который обменивается данными с помощью инфракрасного светодиода через лицевую панель счетчика. В некоторых многоквартирных домах используется аналогичный протокол, но в проводной шине используется последовательная токовая петля для подключения всех счетчиков к одной вилке. Вилка часто находится рядом с более легкодоступным местом.
В Европейском Союзе наиболее распространенным инфракрасным портом и протоколом является «FLAG», упрощенное подмножество режима C стандарта IEC 61107 . В США и Канаде предпочтительным инфракрасным протоколом является ANSI C12.18 . Некоторые промышленные счетчики используют протоколы программируемых логических контроллеров , такие как Modbus или DNP3 .
Одним из протоколов, предложенных для этой цели, является DLMS/COSEM , который может работать через любую среду, включая последовательные порты. Данные могут передаваться по Zigbee , Wi-Fi , телефонным линиям или по самим линиям электропередачи . Некоторые счетчики можно прочитать через Интернет. Другие, более современные протоколы также становятся широко используемыми, например OSGP (Open Smart Grid Protocol).
Электронные счетчики теперь также используют маломощное радио , GSM , GPRS , Bluetooth , IrDA , а также проводную связь RS-485 . Счетчики могут хранить все профили использования с временными метками и передавать их одним нажатием кнопки. Показания нагрузки, хранящиеся в профилях, точно указывают требования клиента к нагрузке. Эти данные профиля нагрузки обрабатываются коммунальными предприятиями для целей выставления счетов и планирования.
AMR ( автоматическое считывание показаний счетчиков ) и RMR (дистанционное считывание показаний счетчиков) описывают различные системы, которые позволяют проверять счетчики удаленно, без необходимости отправлять считыватель счетчиков. Электронный счетчик может передавать свои показания по телефонной линии или радио в центральный расчетный пункт.
В крупных коммерческих и промышленных помещениях могут использоваться электронные счетчики, которые регистрируют потребление электроэнергии с интервалами по полчаса или меньше. Это связано с тем, что в большинстве электросетей в течение дня наблюдается скачок спроса, и энергетическая компания может пожелать предоставить крупным потребителям ценовые стимулы для снижения спроса в это время. Эти всплески спроса часто соответствуют времени приема пищи или, как известно, рекламе, прерывающей популярные телевизионные программы .
Потенциально мощным средством снижения энергопотребления домохозяйств является предоставление пользователям удобной обратной связи в режиме реального времени, чтобы они могли изменить свое поведение в области энергопотребления. Недавно стали доступны недорогие дисплеи с обратной связью по энергии, которые могут измерять энергию (Вт-часы), мгновенную мощность (ватт), а также могут дополнительно измерять сетевое напряжение, ток, время безотказной работы, полную мощность , захват пиковую мощность и пиковый ток, а также иметь часы, устанавливаемые вручную. На дисплее может отображаться графическое потребление электроэнергии за неделю. [19] [20]
Исследование, проведенное Hydro One с использованием счетчиков, считываемых потребителями, в 500 домах Онтарио , показало снижение общего потребления электроэнергии в среднем на 6,5% по сравнению с контрольной группой аналогичного размера. Впоследствии Hydro One предложила бесплатные мониторы мощности 30 000 клиентам благодаря успеху пилотного проекта. [21] Такие проекты, как Google PowerMeter , берут информацию с интеллектуальных счетчиков и делают ее более доступной для пользователей, чтобы способствовать сохранению окружающей среды. [22]
Подключаемые 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 подключается к розетке, а измеряемый прибор подключается к счетчику. Такие счетчики могут помочь в энергосбережении , выявляя основных потребителей энергии или устройства, которые потребляют чрезмерную мощность в режиме ожидания . Также можно использовать веб-ресурсы, если оценки энергопотребления достаточно для исследовательских целей. Измеритель мощности часто можно одолжить в местных органах власти [23] или в местной публичной библиотеке. [24] [25]
Розничные торговцы электроэнергией могут захотеть взимать с клиентов разные тарифы в разное время суток, чтобы лучше отражать затраты на производство и передачу электроэнергии. Поскольку обычно нерентабельно хранить значительные объемы электроэнергии в период низкого спроса для использования в период высокого спроса, затраты будут значительно варьироваться в зависимости от времени суток. Запуск низкозатратных генерирующих мощностей (базовая нагрузка), таких как атомная энергия, может занять много часов, что означает избыток в периоды низкого спроса, тогда как дорогостоящие, но гибкие генерирующие мощности (например, газовые турбины) должны быть доступны для реагирования в любой момент ( вращающийся резерв) до пикового спроса, возможно, он будет использоваться 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 регулируемым тарифом обычно допускают два-три тарифа («пиковый», «непиковый» и «плечевой»), и в таких установках может использоваться простой электромеханический таймер. Исторически они часто использовались в сочетании с электрическими накопительными нагревателями или системами хранения горячей воды .
Использование нескольких тарифов упрощается за счет счетчиков времени использования (TOU), которые включают в себя таймер или подключены к нему и имеют несколько регистров.
Переключение между тарифами может происходить посредством пульсационного управления или посредством радиопереключателя. В принципе, можно использовать и герметичный таймер, но он считается более уязвимым для несанкционированного доступа для получения более дешевой электроэнергии. [ нужна цитата ]
Радиоактивируемое переключение распространено в Великобритании: ночной сигнал данных передается на длинноволновой несущей BBC Radio 4 , 198 кГц. Время зарядки в непиковое время обычно составляет семь часов с полуночи до 7:00 утра по Гринвичу/BST, и оно предназначено для питания накопительных и погружных нагревателей . В Великобритании такие тарифы обычно имеют названия «Экономичный 7» , «Белый счетчик» или «Двойной тариф» . Популярность таких тарифов в последние годы снизилась, по крайней мере на внутреннем рынке, из-за (предполагаемых или реальных) недостатков накопительных обогревателей и сравнительно гораздо более низкой стоимости природного газа за кВтч (обычно в 3-5 раз). ниже). Тем не менее, значительное количество объектов недвижимости не имеют возможности подключения газа, причем многие из них в сельской местности находятся за пределами сети газоснабжения, а в других требуется дорогостоящий переход на радиаторную систему.
Также доступен экономичный 10- метровый счетчик, который дает 10 часов дешевой электроэнергии в непиковое время, распределенной по трем временным интервалам в течение 24-часового периода. Это позволяет многократно повышать мощность накопительных обогревателей или иметь хороший интервал времени для запуска системы влажного электрического отопления по более дешевому тарифу на электроэнергию. [26]
Большинство счетчиков, использующих экономичный режим 7, переключают всю подачу электроэнергии на более дешевый тариф в течение 7-часового ночного периода, а не только цепь накопительного нагревателя. Обратной стороной этого является то, что дневная ставка за кВтч значительно выше, а постоянные расходы иногда выше. Например, по состоянию на июль 2017 года нормальная («единая ставка») электроэнергия стоит 17,14 пенсов за кВтч в лондонском регионе по стандартному тарифу по умолчанию для EDF Energy (действующего поставщика электроэнергии в Лондоне после приватизации) с постоянной оплатой в размере 18,90 пенсов в день. [27] Эквивалентные затраты в Экономике 7 составляют 21,34 пенсов за кВтч в период пикового использования, 7,83 пенсов за кВтч в период внепикового использования, а также постоянная плата в размере 18,90 пенсов в день. [28] Таймеры, установленные на стиральных машинах , сушильных машинах , посудомоечных машинах и погружных нагревателях, можно настроить так, чтобы они включались только в непиковый период использования.
Умные счетчики идут на шаг дальше, чем простое AMR ( автоматическое считывание показаний счетчиков ). Они предлагают дополнительные функции, включая считывание данных в режиме реального времени или почти в реальном времени, уведомление об отключении электроэнергии и мониторинг качества электроэнергии. Они позволяют агентствам по ценообразованию вводить разные цены на потребление в зависимости от времени суток и сезона.
Другой тип интеллектуальных счетчиков использует неинтрузивный мониторинг нагрузки , чтобы автоматически определять количество и тип приборов в доме, сколько энергии каждое из них потребляет и когда. Этот счетчик используется электроэнергетическими предприятиями для проведения обследований энергопотребления. Это избавляет от необходимости устанавливать таймеры на все приборы в доме, чтобы определить, сколько энергии потребляет каждое из них.
Стандартная бизнес-модель розничной торговли электроэнергией предполагает, что электроэнергетическая компания выставляет клиенту счет 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 от клиента внесения предоплаты перед использованием электроэнергии. [ нужна цитата ] Если доступный кредит исчерпан, то подача электроэнергии отключается с помощью реле .
В Великобритании механические монетные счетчики с предоплатой раньше были обычным явлением как в частном арендуемом жилье, так и среди частных потребителей электроэнергетических компаний, национализированного электроэнергетического сектора. К недостаткам относятся необходимость регулярных посещений для снятия наличных и риск кражи наличных в счетчиках как клиентами, так и грабителями. [ нужна цитата ]
Первые автоматизированные счетчики предоплаты были представлены компанией London Electricity совместно с компанией Schlumberger Metering, расположенной в Феликстоу, Великобритания. Первоначально они назывались ключевыми счетчиками, а затем были переименованы в бюджетные счетчики. Они избежали 60 000 отключений из-за неуплаты в год и многих недостатков предоплаты наличными. Они также пользовались популярностью среди клиентов, которым нужен удобный способ оплаты, особенно при краткосрочной аренде. За первые несколько лет после внедрения по всей Великобритании было установлено более 1 миллиона таких счетчиков. Современные твердотельные счетчики электроэнергии в сочетании со смарт-картами устранили эти недостатки, и такие счетчики обычно используются для клиентов с низким кредитным риском . В Великобритании клиенты могут использовать такие организации, как Post Office Ltd или сеть PayPoint , где перезаряжаемые жетоны (карты Quantum для природного газа или пластиковые «ключи» для электричества) могут быть пополнены любыми деньгами, имеющимися у клиента.
В Южной Африке , Судане и Северной Ирландии счетчики предоплаты пополняются путем ввода уникального закодированного двадцатизначного номера с помощью клавиатуры. Это делает токены, которые могут быть доставлены в электронном виде или распечатаны на листе бумаги в месте покупки, очень дешевыми в производстве.
Во всем мире, особенно в развивающихся странах, проводятся эксперименты по тестированию систем предоплаты. В некоторых случаях счетчики предоплаты не были приняты клиентами. Существуют различные группы, такие как Ассоциация стандартных трансфертных спецификаций (STS), которые продвигают общие стандарты для систем измерения предоплаты среди производителей. Счетчики предоплаты по стандарту СТС используются во многих странах. [29] [30] [31]
Учет времени суток (TOD), также известный как время использования (TOU) или сезонное время суток (SToD), учет включает в себя разделение дня, месяца и года на тарифные слоты с более высокими ставками в периоды пиковой нагрузки и низкими тарифными ставками. в периоды внепиковой нагрузки. Хотя это может использоваться для автоматического контроля использования со стороны клиента (что приводит к автоматическому контролю нагрузки), зачастую клиент просто несет ответственность за контроль собственного использования или соответствующую оплату (добровольный контроль нагрузки). Это также позволяет коммунальным предприятиям соответствующим образом планировать свою инфраструктуру передачи. См. также Управление спросом (DSM).
Измерение TOD обычно разделяет тарифы на несколько сегментов, включая пиковые, внепиковые, средние или плечевые, а также критический пик. Типичным вариантом является пик, возникающий в течение дня (только в непраздничные дни), 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 различаться на разных рынках по всему миру.
Крупные коммерческие пользователи могут приобретать электроэнергию почасово, используя либо прогнозируемые цены, либо цены в реальном времени. Некоторые коммунальные предприятия позволяют бытовым потребителям платить почасовую ставку, например, в Иллинойсе, где используются цены на сутки вперед. [32] [33]
Многие потребители электроэнергии устанавливают собственное электрогенерирующее оборудование по соображениям экономии, резервирования или экологических соображений . Когда потребитель производит больше электроэнергии, чем требуется для его собственных нужд, излишек может быть экспортирован обратно в энергосистему . Потребители, которые генерируют энергию обратно в «сеть», обычно должны иметь специальное оборудование и защитные устройства для защиты компонентов сети (а также собственных устройств потребителя) в случае сбоев (коротких замыканий) или технического обслуживания сети (скажем, напряжения при отключении питания). линия, поступающая от предприятия-экспортера).
Эта экспортированная энергия может быть учтена в простейшем случае по счетчику, работающему в обратном направлении в периоды чистого экспорта , тем самым уменьшая зарегистрированное потребление энергии потребителем на экспортируемое количество. Фактически это приводит к тому, что потребитель получает оплату за экспорт по полной розничной цене электроэнергии. Если стандартный счетчик не оснащен храповым механизмом или его эквивалентом, он будет точно регистрировать поток мощности 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 произведенную потребителем энергию, возвращающуюся в сеть.
В последнее время источники загрузки обычно происходят из возобновляемых источников (например, ветряных турбин , фотоэлектрических элементов) или газовых или паровых турбин , которые часто встречаются в когенерационных системах. Еще одним потенциальным источником загрузки, который был предложен, являются подключаемые гибридные автомобильные аккумуляторы ( системы питания от автомобиля к сети ). Для этого требуется « умная сеть », которая включает в себя счетчики, измеряющие электроэнергию через сети связи, требующие дистанционного управления и предоставляющие клиентам возможность выбора времени и ценообразования. Системы «автомобиль-сеть» могут быть установлены на парковках и в гаражах на рабочих местах, а также на парковках и аттракционах и могут помочь водителям заряжать аккумуляторы дома в ночное время, когда цены на электроэнергию в непиковые часы дешевле, а также получать кредиты по счетам за продажу избыточной электроэнергии обратно сети в часы наибольшего спроса.
Расположение счетчика электроэнергии варьируется в зависимости от установки. Возможные места размещения: на опоре , обслуживающей объект, в уличном шкафу (коробке счетчика) или внутри помещений, прилегающих к потребительскому блоку / распределительному щиту . Электрические компании могут предпочесть внешние места, поскольку показания счетчика можно снять, не имея доступа в помещение, но внешние счетчики могут быть более подвержены вандализму .
Трансформаторы тока позволяют расположить счетчик на удалении от токоведущих проводников. Это обычное явление в крупных установках. Например, подстанция, обслуживающая одного крупного потребителя, может иметь измерительное оборудование, установленное в шкафу, без прокладки в шкаф тяжелых кабелей.
Поскольку электрические стандарты различаются в разных регионах, «переходы потребителей» от сети к потребителю также различаются в зависимости от стандартов и типа установки. Существует несколько распространенных типов соединений между сетью и потребителем. Каждый тип имеет свое уравнение измерения. Теорема Блонделя утверждает, что для любой системы с N проводниками с током для измерения электрической энергии достаточно N-1 измерительного элемента. Это говорит о том, что необходим другой учет, например, для трехфазной трехпроводной системы, чем для трехфазной четырехпроводной (с нейтралью) системы.
В Европе, Азии, Африке и большинстве других мест однофазная сеть является обычным явлением для бытовых и небольших коммерческих потребителей. Однофазное распределение обходится дешевле, поскольку один комплект трансформаторов на подстанции обычно обслуживает большую территорию с относительно высоким напряжением (обычно 230 В) и без местных трансформаторов. У них есть простое уравнение измерения: Ватты = вольты x амперы , при этом вольты измеряются от нейтрального до фазного провода. В США, Канаде и некоторых частях Центральной и Южной Америки аналогичные потребители обычно обслуживаются по трехпроводной однофазной сети . Для трехпроводной однофазной сети требуются местные трансформаторы, всего один на десять домов, но она обеспечивает более низкое и безопасное напряжение в розетке (обычно 120 В) и обеспечивает потребителям два напряжения: нейтральное к фазе (обычно 120 В) и между фазами (обычно 240 В). Кроме того, трехпроводные потребители обычно подключают нейтраль к нулевой стороне обмоток генератора, что обеспечивает заземление, безопасность которого можно легко измерить. Эти счетчики имеют уравнение измерения: Ватты = 0,5 x вольт x (амперы фазы A – амперы фазы B), при этом вольты измеряются между фазными проводами.
Промышленное электроснабжение обычно подается трехфазным. Существует две формы: трехпроводная или четырехпроводная с системной нейтралью. В «трехпроводном» или «трехпроводном треугольнике» нет нейтрали, 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 многих частях Европы. В регионах, где жилые дома сочетаются с легкой промышленностью, обычно это единственный метод распределения. Счетчик этого типа обычно измеряет две обмотки относительно третьей обмотки и добавляет ватты. Одним из недостатков этой системы является то, что в случае отказа защитного заземления это трудно обнаружить путем прямого измерения, 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 соединен со стороной нулевого напряжения трех обмоток генератора или трансформатора. Поскольку в этой системе все фазы питания расположены относительно нейтрали, если нейтраль отключена, ее можно измерить напрямую. В Соединенных Штатах Национальный электротехнический кодекс требует, чтобы нейтрали были именно этого типа. [34] В этой системе измерители мощности измеряют и суммируют все три фазы относительно нейтрали.
В Северной Америке счетчики электроэнергии обычно подключаются к стандартной розетке на открытом воздухе, на боковой стороне здания. Это позволяет заменить счетчик, не повреждая провода розетки или жильцов здания. Некоторые розетки могут иметь байпас, когда счетчик снимается для обслуживания. Количество электроэнергии, использованное без учета в течение этого небольшого периода времени, считается незначительным по сравнению с неудобствами, которые может причинить потребителю прекращение подачи 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 районах счетчик находится снаружи, часто на опоре. В других случаях он находится внутри здания в нише. Если он находится внутри, он может использовать соединение для передачи данных с другими счетчиками. Если оно существует, общее соединение часто представляет собой небольшую вилку возле почтового ящика. Соединение часто осуществляется по стандарту EIA-485 или через инфракрасный порт с последовательным протоколом, например IEC 62056 .
В 2014 году подключение счетчиков к сети быстро меняется. Наиболее распространенные схемы, по-видимому, сочетают в себе существующий национальный стандарт данных (например, ANSI C12.19 или IEC 62056 ), работающий через Интернет-протокол , с небольшой платой для связи по линии электропередачи , или цифровым радио для сети мобильной связи , или ISM. группа .
Счетчики электроэнергии должны регистрировать потребленную энергию с приемлемой степенью точности. Любая существенная ошибка в зарегистрированной энергии может привести к убыткам поставщика электроэнергии или к завышению счетов для потребителя. Точность обычно определяется законом для места, в котором установлен счетчик. Законодательные положения могут также определять процедуру, которой следует следовать, если точность будет оспорена.
В Соединенном Королевстве любой установленный счетчик электроэнергии должен точно регистрировать потребляемую энергию, но допускается занижение показаний на 3,5% или завышение показаний на 2,5%. [35] Спорные счетчики первоначально проверяются с помощью контрольного счетчика, работающего рядом со спорным счетчиком. В крайнем случае, спорный счетчик должен быть полностью протестирован как на месте установки, так и в специализированной калибровочной лаборатории. [36] 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 находился в неправильном учете. Это контрастирует со счетчиками газа, где, если обнаруживается, что показания счетчика занижены, предполагается, что его показания были занижены до тех пор, пока через него подается газ потребителю. [37] Любое возмещение ограничивается предыдущими шестью годами. [38]
Счетчиками можно манипулировать, чтобы заставить их занижаться, что фактически позволяет использовать электроэнергию без оплаты. Такая кража или мошенничество могут быть как опасными, так и нечестными.
Энергетические компании часто устанавливают счетчики с удаленной отчетностью специально для того, чтобы обеспечить удаленное обнаружение взлома и, в частности, для обнаружения хищений энергии. Переход на интеллектуальные счетчики электроэнергии полезен для предотвращения хищений энергии.
При обнаружении вмешательства обычная тактика, законная в большинстве районов Соединенных Штатов, состоит в том, чтобы переключить абонента на « фальсификационный » тариф , взимаемый по максимальному расчетному току счетчика . При цене 0,095 доллара США /кВтч стандартный бытовой счетчик на 50 А требует юридически взимаемой платы в размере около 5000 долларов США в месяц. Считыватели счетчиков обучены обнаруживать признаки взлома, а с грубыми механическими счетчиками 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 счетчике, поэтому моторная часть механического счетчика не работает. Магниты меньшей мощности могут увеличить сопротивление сопротивления магнитов внутреннего диска. Магниты также могут насыщать трансформаторы тока или трансформаторы питания в электронных счетчиках, хотя меры противодействия распространены.
Некоторые комбинации емкостной и индуктивной нагрузки могут взаимодействовать с катушками и массой ротора и вызывать замедленное или обратное движение.
Все эти эффекты могут быть обнаружены электроэнергетической компанией, и многие современные счетчики могут их обнаружить или компенсировать.
Владелец счетчика обычно защищает счетчик от несанкционированного доступа. Механизмы и соединения счетчиков электроэнергии опломбированы. Счетчики могут также измерять ВАР-часы (отраженную нагрузку), нейтральные и постоянные токи (повышенные в результате большинства электрических манипуляций), окружающие магнитные поля и т. д. Даже простые механические счетчики могут иметь механические флаги, которые сбрасываются в результате магнитного вмешательства или больших постоянных токов.
В новых компьютеризированных счетчиках обычно предусмотрены меры противодействия несанкционированному вмешательству. Счетчики AMR (автоматическое считывание показаний счетчиков) часто имеют датчики, которые могут сообщать об открытии крышки счетчика, магнитных аномалиях, дополнительной настройке часов, приклеенных кнопках, перевернутой установке, перепутанных или переключенных фазах и т. д.
Некоторые тамперы полностью или частично обходят счетчик. Безопасные тамперы этого типа обычно увеличивают нейтральный ток на счетчике. Большинство бытовых счетчиков с расщепленной фазой в Соединенных Штатах не способны обнаруживать нейтральные токи. Однако современные счетчики, защищенные от несанкционированного доступа, могут обнаружить и выставить счет по стандартным тарифам. [39]
Отсоединение нейтрального разъема счетчика небезопасно, поскольку в этом случае короткое замыкание может пройти через людей или оборудование, а не через металлическое заземление генератора или земли.
Соединение фантомной петли через заземление часто имеет гораздо более высокое сопротивление, чем разъем с металлической нейтралью. Даже если заземление безопасно, измерения на подстанции могут предупредить оператора о несанкционированном вмешательстве. Подстанции, межсетевые связи и трансформаторы обычно оснащены высокоточными счетчиками для обслуживаемой территории. Энергетические компании обычно расследуют расхождения между общей выставленной в счет и общей выработанной энергией, чтобы найти и устранить проблемы с распределением электроэнергии. Эти расследования являются эффективным методом обнаружения фальсификации.
Кражи электроэнергии в Соединенных Штатах часто связаны с выращиванием марихуаны в закрытых помещениях . Детективы по борьбе с наркотиками связывают аномально высокое потребление электроэнергии с освещением, которое требуется для таких операций. [40] Знающие об этом производители марихуаны в помещении особенно заинтересованы в краже электроэнергии просто для того, чтобы скрыть ее использование.
После дерегулирования рынков поставок электроэнергии во многих странах компания, ответственная за счетчик электроэнергии, может быть неочевидна. В зависимости от существующих договоренностей счетчик может быть собственностью Оператора счетчика , дистрибьютора электроэнергии , розничного продавца или для некоторых крупных потребителей электроэнергии счетчик может принадлежать потребителю.
Компания, ответственная за считывание показаний счетчика, не всегда может быть компанией, которой он принадлежит. Снятие показаний счетчиков теперь иногда передается субподрядчику, и в некоторых районах один и тот же человек может одновременно снимать показания счетчиков газа , воды и электроэнергии.
Внедрение современных счетчиков в жилых районах создало дополнительные проблемы конфиденциальности, которые могут затронуть обычных потребителей. Эти счетчики часто способны 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 является частью двустороннего ИК-порта связи для считывания/программирования счетчика. . Эти ИК-светодиоды видны с помощью некоторых приборов ночного видения и некоторых видеокамер, способных воспринимать ИК-передачи. Их можно использовать для наблюдения, раскрывая информацию об имуществе и поведении людей. [41] Например, он может показывать, когда клиент отсутствует в течение длительного времени. Неинтрузивный мониторинг нагрузки дает еще больше подробностей о том, какие устройства есть у людей, а также о том, как они живут и используют.
Более подробный и недавний анализ этой проблемы был проведен лабораторией безопасности штата Иллинойс . [42] [ необходимо дальнейшее объяснение ]
СМИ, связанные со счетчиками электроэнергии (кВтч) на Викискладе?
