Счетчик электроэнергии , электросчетчик , электрический счетчик , счетчик энергии или счетчик киловатт-часов — это устройство, которое измеряет количество электроэнергии, потребляемой жилым домом , предприятием или электрическим устройством за определенный интервал времени.
Электростанции используют электросчетчики, установленные в помещениях клиентов, для выставления счетов и мониторинга. Обычно они калибруются в единицах выставления счетов, наиболее распространенной из которых является киловатт-час ( кВт·ч ). Обычно они считываются один раз за каждый расчетный период.
Когда требуется экономия энергии в определенные периоды, некоторые счетчики могут измерять спрос, максимальное использование мощности в определенный интервал. Измерение «времени суток» позволяет изменять тарифы на электроэнергию в течение дня, чтобы регистрировать потребление в пиковые периоды высокой стоимости и непиковые периоды низкой стоимости. Кроме того, в некоторых областях счетчики имеют реле для сброса нагрузки в ответ на спрос в периоды пиковой нагрузки. [1]
Самое раннее коммерческое использование электроэнергии в 1880-х годах было легко предсказуемым: выставление счетов основывалось на количестве ламп или двигателей, установленных в здании. [ необходима ссылка ] Однако по мере расширения потребления, и особенно с изобретением подключаемых приборов , оно также стало более изменчивым, и электроэнергетические компании искали способ выставлять счета клиентам на основе фактического, а не предполагаемого потребления.
Было разработано много экспериментальных типов счетчиков. Томас Эдисон сначала работал над электромеханическим счетчиком постоянного тока (DC) с регистром прямого считывания, но вместо этого разработал электрохимическую измерительную систему, которая использовала электролитическую ячейку для суммирования потребления тока. Через определенные промежутки времени пластины снимались и взвешивались, а клиенту выставлялся счет. Электрохимический счетчик был трудоемким для считывания и не очень хорошо принимался клиентами.
Счетчики постоянного тока часто измеряли заряд в ампер-часах. Поскольку напряжение питания должно оставаться практически постоянным, показания счетчика были пропорциональны фактическому потреблению энергии. Например, если счетчик зафиксировал, что было потреблено 100 ампер-часов при напряжении питания 200 вольт, то было поставлено 20 киловатт-часов энергии.
Ранним типом электрохимического счетчика, использовавшегося в Соединенном Королевстве, был счетчик «Reason». Он состоял из вертикально установленной стеклянной конструкции с ртутным резервуаром в верхней части счетчика. По мере того, как ток поступал из источника, электрохимическое действие перемещало ртуть в нижнюю часть столба. Как и все другие счетчики постоянного тока, он регистрировал ампер-часы. После того, как ртутный резервуар истощался, счетчик становился разомкнутой цепью. Поэтому потребителю было необходимо заплатить за дальнейшую поставку электроэнергии, после чего агент поставщика отсоединял счетчик от крепления и инвертировал его, возвращая ртуть в резервуар и источник. На практике потребитель вызывал агента компании-поставщика до того, как заканчивался источник, и платил только за потребленный заряд, считываемый со шкалы. Затем агент сбрасывал счетчик на ноль, инвертируя его.
В 1885 году Ферранти предложил ртутный электросчетчик с регистром, похожим на газовые счетчики; это имело то преимущество, что потребитель мог легко считывать показания счетчика и проверять потребление. [2] Первым точным записывающим счетчиком потребления электроэнергии был счетчик постоянного тока Германа Арона , который запатентовал его в 1883 году. Хьюго Херст из британской компании General Electric Company представил его на рынке Великобритании с 1888 года. [3] Счетчик Арона регистрировал общий расход заряда с течением времени и отображал его на серии циферблатов часов.
Первый образец счетчика киловатт-часов переменного тока , произведенный на основе патента венгра 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 выпущен на рынок заводом в конце того же года. Это были первые счетчики ватт-часов переменного тока, известные под названием счетчики 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 около 1889 года Элиу Томсон из американской компании General Electric разработал записывающий ватт-метр (счетчик ватт-часов) 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 счетчиках ампер-часов 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 были двухфазными моторными счетчиками. [5] Хотя индукционный счетчик работал только на переменном токе, он устранил тонкий и проблемный 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 на счетчике электроэнергии является киловатт-час [ кВт·ч ], который равен количеству энергии, потребляемой нагрузкой в один киловатт в течение одного часа , или 3 600 000 джоулей . Некоторые электроэнергетические компании используют вместо этого мегаджоуль СИ .
Потребление обычно измеряется в ваттах, но усредняется за период, чаще всего за 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. «Опережающая» или емкостная нагрузка будет иметь отрицательную реактивную мощность. [13]
Вольт-ампер измеряет всю мощность, прошедшую через распределительную сеть, включая реактивную и фактическую. Это равно произведению среднеквадратичного значения 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 — отстающий. Чисто резистивная нагрузка (например, лампа накаливания, нагреватель или чайник) демонстрирует коэффициент мощности, равный 1. Гармоники тока являются мерой искажения формы волны. Например, электронные нагрузки, такие как компьютерные блоки питания, потребляют свой ток на пике напряжения, чтобы заполнить свои внутренние элементы хранения. Это может привести к значительному падению напряжения вблизи пика напряжения питания, что проявляется в виде сглаживания формы волны напряжения. Это сглаживание вызывает нечетные гармоники, которые недопустимы, если они превышают определенные пределы, поскольку они не только расточительны, но и могут мешать работе другого оборудования. Гармонические выбросы в соответствии с законодательством ЕС и других стран должны находиться в определенных пределах.
Помимо учета, основанного на количестве использованной энергии, доступны и другие типы учета. Счетчики, которые измеряли количество использованного заряда ( кулонов ), известные как счетчики ампер-часов , использовались на заре электрификации. Они зависели от постоянного напряжения питания для точного измерения потребления энергии, что было маловероятным обстоятельством для большинства поставок. Наиболее распространенным применением было использование счетчиков специального назначения для контроля состояния заряда/разряда больших батарей. Некоторые счетчики измеряли только продолжительность времени, в течение которого протекал заряд, без измерения величины напряжения или тока. Они подходят только для приложений с постоянной нагрузкой и редко используются в настоящее время.
Счетчики электроэнергии работают путем непрерывного измерения мгновенного напряжения ( вольт ) и тока ( ампер ) для получения использованной энергии (в джоулях , киловатт-часах и т. д.). Счетчики для небольших услуг (например, для небольших бытовых потребителей) могут быть подключены непосредственно в линию между источником и потребителем. Для больших нагрузок, более 200 ампер нагрузки, используются трансформаторы тока , так что счетчик может быть расположен где-то в другом месте, чем на линии с проводниками обслуживания. Счетчики делятся на две основные категории: электромеханические и электронные.
Наиболее распространенным типом счетчика электроэнергии является электромеханический счетчик ватт-часов. [14] [15]
При однофазном питании переменного тока электромеханический индукционный счетчик работает посредством электромагнитной индукции , подсчитывая обороты немагнитного, но электропроводящего металлического диска, который вращается со скоростью, пропорциональной мощности, проходящей через счетчик. Таким образом, число оборотов пропорционально потреблению энергии. Катушка напряжения потребляет небольшое и относительно постоянное количество мощности, обычно около 2 Вт, которое не регистрируется счетчиком. Токовая катушка аналогичным образом потребляет небольшое количество мощности пропорционально квадрату тока, протекающего через нее, обычно до пары Вт при полной нагрузке, что регистрируется счетчиком.
На диск воздействуют два набора индукционных катушек , которые, по сути, образуют двухфазный линейный индукционный 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 помощью запаздывающей катушки. [16] Это создает вихревые токи в диске, и эффект таков, что сила оказывается на диск пропорционально произведению мгновенного тока и мгновенного напряжения. Постоянный магнит действует как вихревой тормоз , оказывая противодействующую силу, пропорциональную скорости вращения диска. Равновесие между этими двумя противодействующими силами приводит к вращению диска со скоростью, пропорциональной мощности или скорости использования энергии. Диск приводит в действие регистрирующий механизм, который подсчитывает обороты, во многом как одометр в автомобиле, чтобы произвести измерение общей использованной энергии.
Различные конфигурации фаз используют дополнительные катушки напряжения и тока.
Диск поддерживается шпинделем, который имеет червячную передачу , которая приводит в движение регистр. Регистр представляет собой ряд циферблатов, которые регистрируют количество использованной энергии. Циферблаты могут быть типа циклометра , дисплея, похожего на одометр, который легко считывается, где для каждого циферблата через окно на лицевой стороне счетчика отображается одна цифра , или стрелочного типа, где указатель указывает на каждую цифру. В случае стрелочного типа соседние указатели обычно вращаются в противоположных направлениях из-за зубчатого механизма.
Количество энергии, представленное одним оборотом диска, обозначается символом Kh, который указывается в единицах ватт-часов на оборот. Обычно встречается значение 7,2. Используя значение Kh, можно определить потребление энергии в любой момент времени, засекая время вращения диска секундомером.
.
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 потребляемой мощности бытовых приборов, включая их по одному.
Большинство бытовых счетчиков электроэнергии должны считываться вручную, представителем энергетической компании или потребителем. Если показания счетчика считывает потребитель, показания могут быть предоставлены энергетической компании по телефону , почте или через Интернет . Электрическая компания обычно требует визита представителя компании по крайней мере ежегодно для проверки показаний, предоставленных потребителем, и проведения базовой проверки безопасности счетчика.
В счетчике индукционного типа ползучесть — это явление, которое может отрицательно повлиять на точность, оно происходит, когда диск счетчика непрерывно вращается при приложенном потенциале и клеммы нагрузки разомкнуты. Тест на ошибку из-за ползучести называется тестом на ползучесть.
Точность счетчиков регулируется двумя стандартами: ANSI C12.20 для Северной Америки и IEC 62053.
Электронные счетчики отображают потребляемую энергию на ЖК-дисплее или светодиодном дисплее, а некоторые из них также могут передавать показания в удаленные места. Помимо измерения потребляемой энергии, некоторые электронные счетчики могут также регистрировать другие параметры нагрузки и питания, такие как мгновенная и максимальная скорость потребления, напряжение, коэффициент мощности и используемая реактивная мощность и т. д. Они также могут поддерживать выставление счетов по времени суток, например, регистрируя количество потребляемой энергии в часы пик и непиковые часы.
Счетчик имеет источник питания, измерительный механизм, процессор и коммуникационный механизм (т. е. микроконтроллер ), а также другие дополнительные модули, такие как часы реального времени (RTC), жидкокристаллический дисплей, инфракрасные порты/модули связи и т. д.
Измерительный двигатель получает входы напряжения и тока и имеет опорное напряжение, сэмплеры и квантователи, за которыми следует секция аналого-цифрового преобразования для получения оцифрованных эквивалентов всех входов. Затем эти входы обрабатываются с помощью цифрового сигнального процессора для расчета различных параметров измерения.
Самый большой источник долговременных ошибок в счетчике — дрейф в предусилителе, за которым следует точность опорного напряжения. Оба эти параметра также изменяются в зависимости от температуры и сильно изменяются, когда счетчики находятся на открытом воздухе. Характеристика и компенсация этих параметров — важная часть конструкции счетчика.
Секция обработки и связи отвечает за расчет различных производных величин из цифровых значений, генерируемых измерительным механизмом. Она также отвечает за связь с использованием различных протоколов и интерфейс с другими дополнительными модулями, подключенными к ней в качестве подчиненных.
RTC и другие дополнительные модули подключаются как подчиненные к секции обработки и связи для различных функций ввода/вывода. В современном счетчике большая часть, если не все, будет реализовано внутри микропроцессора, например RTC, контроллер ЖК-дисплея, датчик температуры, память и аналого-цифровые преобразователи.
Удаленное считывание показаний счетчиков является практическим примером телеметрии . Это экономит стоимость человеческого считывателя показаний счетчиков и возникающие в результате этого ошибки, но также позволяет проводить больше измерений и удаленно настраивать. Многие интеллектуальные счетчики теперь включают переключатель для прерывания или восстановления обслуживания.
Традиционно вращающиеся счетчики могли передавать измеренную информацию 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 являются переключающими контактами, закороченными на K для измеренного количества энергии. Когда один контакт замыкается, другой размыкается, обеспечивая безопасность точности счета. [17] Каждое изменение состояния контакта считается одним импульсом. Частота импульсов указывает на потребность в мощности. Количество импульсов указывает на измеренную энергию. [18] При включении в электромеханический счетчик реле меняет состояние с каждым полным или полуоборотом диска счетчика. Каждое изменение состояния называется «импульсом».
Выходы KYZ исторически были подключены к «реле сумматора», питающим «сумматор», так что показания многих счетчиков можно было считывать одновременно в одном месте.
Выходы KYZ также являются классическим способом подключения счетчиков электроэнергии к программируемым логическим контроллерам , системам HVAC или другим системам управления. Некоторые современные счетчики также обеспечивают замыкание контакта, которое предупреждает, когда счетчик обнаруживает спрос вблизи более высокого тарифа на электроэнергию , чтобы улучшить управление 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 измеренное количество электроэнергии производит один импульс длительностью 32–100 мс. Постоянная счетчика (импульсы на кВт·ч) программируется на некоторых счетчиках, но часто фиксируется на уровне 1000–10000 импульсов на кВт·ч . Другие счетчики реализуют аналогичный импульсный интерфейс, но с инфракрасным светодиодом вместо электрического соединения. Интерфейс также используется на других типах счетчиков, таких как счетчики воды.
Многие счетчики, предназначенные для полуавтоматического считывания, имеют последовательный порт , который взаимодействует с помощью инфракрасного светодиода через лицевую панель счетчика. В некоторых многоквартирных зданиях используется аналогичный протокол, но в проводной шине с использованием последовательной токовой петли для подключения всех счетчиков к одной вилке. Вилка часто находится рядом с более легкодоступной точкой.
В Европейском Союзе наиболее распространенным инфракрасным протоколом является «FLAG», упрощенное подмножество режима C IEC 61107. В Соединенных Штатах и Канаде предпочтительным инфракрасным протоколом является ANSI C12.18 . Некоторые промышленные счетчики используют протоколы для программируемых логических контроллеров , такие как Modbus или DNP3 .
Одним из предлагаемых для этой цели протоколов 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 электропередач . Показания некоторых счетчиков можно считывать 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 спроса, сохраненные с профилями, точно указывают на требования к нагрузке клиента. Эти данные профиля нагрузки обрабатываются на предприятиях коммунального обслуживания для 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 считывателя показаний. Электронный счетчик может передавать свои показания по телефонной линии или по радио в центральный офис выставления счетов.
Большие коммерческие и промышленные помещения могут использовать электронные счетчики, которые регистрируют потребление электроэнергии в блоках по полчаса или меньше. Это связано с тем, что большинство электросетей испытывают скачки спроса в течение дня, и энергетическая компания может захотеть предоставить ценовые стимулы крупным клиентам, чтобы снизить спрос в это время. Эти скачки спроса часто соответствуют времени приема пищи или, как известно, рекламе, прерывающей популярные телевизионные программы .
Потенциально мощным средством снижения потребления энергии в домохозяйствах является предоставление удобной обратной связи в реальном времени для пользователей, чтобы они могли изменить свое поведение в использовании энергии. В последнее время стали доступны недорогие дисплеи обратной связи по энергии, которые могут измерять энергию (ватт-часы), мгновенную мощность (ваттность) и могут дополнительно измерять напряжение СЕТИ, ток, время безотказной работы, кажущуюся мощность , фиксировать пиковую мощность и пиковый ток, а также иметь вручную установленные часы. Дисплей может отображать потребление энергии за неделю в графическом виде. [19] [20]
Исследование, проведенное Hydro One с использованием счетчика, считываемого потребителем, в 500 домах Онтарио, показало среднее снижение общего потребления электроэнергии на 6,5% по сравнению с контрольной группой аналогичного размера. Впоследствии Hydro One предложила бесплатные мониторы мощности 30 000 клиентов на основе успеха пилотного проекта. [21] Такие проекты, как Google PowerMeter , берут информацию с интеллектуального счетчика и делают ее более доступной для пользователей, чтобы способствовать экономии. [22]
Встраиваемые счетчики электроэнергии (или счетчики нагрузки) измеряют энергию, потребляемую отдельными приборами. Сегодня на рынке представлено множество моделей, но все они работают по одному и тому же базовому принципу. Счетчик подключается к розетке, а измеряемый прибор подключается к счетчику. Такие счетчики могут помочь в экономии энергии , выявляя основных потребителей энергии или устройства, которые потребляют избыточную мощность в режиме ожидания . Также можно использовать веб-ресурсы, если оценка потребляемой мощности достаточна для исследовательских целей. Счетчик мощности часто можно взять в аренду у местных органов власти [23] или в местной публичной библиотеке. [24] [25]
Продавцы электроэнергии могут захотеть взимать с клиентов разные тарифы в разное время суток, чтобы лучше отражать затраты на производство и передачу. Поскольку обычно невыгодно хранить значительные объемы электроэнергии в период низкого спроса для использования в период высокого спроса, затраты будут значительно различаться в зависимости от времени суток. Недорогие генерирующие мощности (базовая нагрузка), такие как атомная электростанция, могут запускаться много часов, что означает избыток в периоды низкого спроса, тогда как дорогостоящие, но гибкие генерирующие мощности (например, газовые турбины) должны быть доступны для мгновенного реагирования (вращающийся резерв) на пиковый спрос, возможно, используя их в течение нескольких минут в день, что очень дорого.
Некоторые многотарифные счетчики используют разные тарифы для разных объемов потребления. Обычно это промышленные счетчики.
Бытовые счетчики с переменной ставкой обычно допускают два-три тарифа («пиковый», «внепиковый» 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 .
Многотарифность упрощается благодаря счетчикам времени использования (TOU), которые включают в себя реле времени или подключены к нему и имеют несколько регистров.
Переключение между тарифами может происходить через управление пульсацией или через радиопереключатель. В принципе, герметичный таймер также может использоваться, но считается более уязвимым для взлома с целью получения более дешевой электроэнергии. [ необходима цитата ]
Радиоактивируемое переключение распространено в Великобритании, с ночным сигналом данных, отправляемым в пределах длинноволнового носителя BBC Radio 4 , 198 кГц. Время зарядки в непиковое время обычно составляет семь часов между полуночью и 7:00 утра по Гринвичу/BST, и это предназначено для питания накопительных нагревателей и погружных нагревателей . В Великобритании такие тарифы обычно называются Economy 7 , White Meter или Dual-Rate . Популярность таких тарифов снизилась в последние годы, по крайней мере, на внутреннем рынке, из-за (воспринимаемых или реальных) недостатков накопительных нагревателей и сравнительно более низкой стоимости природного газа за кВт·ч (обычно в 3-5 раз ниже). Тем не менее, значительное количество объектов недвижимости не имеет возможности подключения к газу, при этом многие объекты в сельской местности находятся за пределами сети газоснабжения, а другие изначально требуют больших затрат на модернизацию до радиаторной системы.
Также доступен счетчик Economy 10 , который обеспечивает 10 часов дешевой электроэнергии вне пикового периода, распределенной по трем временным интервалам в течение 24-часового периода. Это позволяет многократно подзаряжать накопительные нагреватели или хорошо распределять время для работы системы мокрого электрического отопления по более дешевому тарифу на электроэнергию. [26]
Большинство счетчиков, использующих Economy 7, переключают всю подачу электроэнергии на более дешевый тариф в течение 7-часового ночного периода, а не только контур накопительного нагревателя. Недостатком этого является то, что дневной тариф за кВт·ч значительно выше, и что постоянные сборы иногда выше. Например, по состоянию на июль 2017 года обычная («одноставочная») электроэнергия стоит 17,14 пенсов за кВт·ч в районе Лондона по стандартному тарифу по умолчанию для EDF Energy (постприватизационный действующий поставщик электроэнергии в Лондоне), с постоянной платой 18,90 пенсов в день. [27] Эквивалентные расходы Economy 7 составляют 21,34 пенса за кВт·ч в период пикового использования и 7,83 пенса за кВт·ч в период непикового использования, а постоянная плата 18,90 пенсов в день. [28] Таймеры, установленные на стиральных машинах , сушилках для белья , посудомоечных машинах и погружных нагревателях, могут быть установлены таким образом, чтобы они включались только в период непикового использования.
Умные счетчики идут на шаг дальше, чем простое АСЧ ( автоматическое считывание показаний счетчика ). Они предлагают дополнительные функции, включая считывание в реальном времени или почти в реальном времени, уведомление об отключении электроэнергии и мониторинг качества электроэнергии. Они позволяют агентствам по ценообразованию вводить различные цены на потребление в зависимости от времени суток и сезона.
Другой тип интеллектуального счетчика использует неинтрузивный мониторинг нагрузки для автоматического определения количества и типа приборов в доме, сколько энергии потребляет каждый и когда. Этот счетчик используется электросетевыми компаниями для проведения обследований потребления энергии. Он устраняет необходимость устанавливать таймеры на все приборы в доме, чтобы определить, сколько энергии потребляет каждый.
Стандартная бизнес-модель розничной торговли электроэнергией подразумевает, что электроэнергетическая компания выставляет счет покупателю за количество энергии, потребленной в предыдущем месяце или квартале. В некоторых странах, если продавец считает, что покупатель не может оплатить счет, может быть установлен счетчик предоплаты. Это требует от покупателя внесения авансового платежа до того, как он сможет использовать электроэнергию. [ необходима цитата ] Если доступный кредит исчерпан, то подача электроэнергии отключается реле .
В Великобритании механические счетчики с предоплатой были распространены как в частном арендном жилье, так и у частных клиентов электросетей, национализированного сектора электроэнергии. К недостаткам можно отнести необходимость регулярных визитов для снятия наличных и риск кражи наличных в счетчиках как клиентами, так и грабителями. [ необходима цитата ]
Первые автоматизированные счетчики предоплаты были введены London Electricity совместно с Schlumberger Metering, базирующейся в Феликстоу, Великобритания. Первоначально они назывались Key Meters, а затем переименованы в Budget Meters. Они позволили избежать 60 000 отключений за неуплату в год и многих недостатков наличной предоплаты. Они также были популярны среди клиентов, которым нужен был удобный способ оплаты, особенно при краткосрочной аренде. Более 1 миллиона таких счетчиков было установлено по всей Великобритании за первые несколько лет после внедрения. Современные твердотельные счетчики электроэнергии в сочетании со смарт-картами устранили эти недостатки, и такие счетчики обычно используются для клиентов, которые считаются неблагополучными по кредитному риску . В Великобритании клиенты могут использовать такие организации, как Post Office Limited или сеть PayPoint , где перезаряжаемые жетоны (карты Quantum для природного газа или пластиковые «ключи» для электроэнергии) могут быть загружены любыми имеющимися у клиента деньгами.
В Южной Африке , Судане и Северной Ирландии предоплаченные счетчики пополняются путем ввода уникального, закодированного двадцатизначного номера с помощью клавиатуры. Это делает жетоны, которые могут быть доставлены в электронном виде или напечатаны на листке бумаги в месте покупки, очень дешевыми в производстве.
По всему миру проводятся эксперименты, особенно в развивающихся странах, по тестированию систем предоплаты. В некоторых случаях счетчики предоплаты не были приняты клиентами. Существуют различные группы, такие как ассоциация Standard Transfer Specification (STS), которые продвигают общие стандарты для систем предоплаты среди производителей. Счетчики предоплаты, использующие стандарт STS, используются во многих странах. [29] [30] [31]
Измерение времени суток (TOD), также известное как время использования (TOU) или сезонное время суток (SToD), измерение включает в себя разделение дня, месяца и года на тарифные интервалы с более высокими ставками в периоды пиковой нагрузки и низкими тарифными ставками в периоды непиковой нагрузки. Хотя это может использоваться для автоматического контроля потребления со стороны клиента (что приводит к автоматическому контролю нагрузки), часто это просто обязанность клиента контролировать собственное потребление или платить соответственно (добровольный контроль нагрузки). Это также позволяет коммунальным службам соответствующим образом планировать свою инфраструктуру передачи. См. также Управление спросом (DSM).
Измерение TOD обычно разбивает тарифы на несколько сегментов, включая пиковый, непиковый, средний пик или плечо и критический пик. Типичная схема — это пик, возникающий в течение дня (только 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, которые возникают в периоды высокого спроса. Время пикового спроса/стоимости будет различаться на разных рынках по всему миру.
Крупные коммерческие пользователи могут покупать электроэнергию по часам, используя либо прогнозируемое ценообразование, либо ценообразование в режиме реального времени. Некоторые коммунальные службы позволяют бытовым клиентам платить почасовую ставку, например, в Иллинойсе, где используется ценообразование на день вперед. [32] [33]
Многие потребители электроэнергии устанавливают собственное электрогенерирующее оборудование, будь то по причинам экономии, избыточности или по экологическим причинам . Когда потребитель вырабатывает больше электроэнергии, чем требуется для собственного использования, излишки могут экспортироваться обратно в электросеть . Потребители, которые генерируют обратно в «сеть», обычно должны иметь специальное оборудование и устройства безопасности для защиты компонентов сети (а также собственных потребителей) в случае неисправностей (коротких замыканий) или технического обслуживания сети (например, напряжения на оборванной линии, поступающего с объекта экспортирующего потребителя).
Эта экспортируемая энергия может быть учтена в простейшем случае счетчиком, работающим в обратном направлении в периоды чистого экспорта , тем самым уменьшая зарегистрированное потребление энергии потребителем на величину экспортируемой. Это фактически приводит к тому, что клиент получает оплату за свой экспорт по полной розничной цене электроэнергии. Если только он не оснащен храповым механизмом или эквивалентом, стандартный счетчик будет точно регистрировать поток энергии в каждом направлении, просто работая в обратном направлении, когда энергия экспортируется. Там, где это разрешено законом, коммунальные службы поддерживают прибыльную маржу между ценой энергии, поставленной потребителю, и ставкой, зачисляемой за произведенную потребителем энергию, которая возвращается в сеть.
В последнее время источники загрузки обычно происходят из возобновляемых источников (например, ветряные турбины , фотоэлектрические элементы), или газовые или паровые турбины , которые часто встречаются в системах когенерации . Другим потенциальным источником загрузки, который был предложен, являются подключаемые гибридные автомобильные батареи ( системы питания «транспортное средство-сеть »). Для этого требуется « умная сеть », которая включает счетчики, измеряющие электроэнергию через сети связи, требующие дистанционного управления и предоставляющие клиентам варианты времени и цен. Системы «транспортное средство-сеть» могут быть установлены на парковках и в гаражах на рабочих местах, а также на парковках и аттракционах и могут помочь водителям заряжать свои батареи дома ночью, когда цены на электроэнергию вне пикового периода ниже, и получать кредитование счетов за продажу излишков электроэнергии обратно в сеть в часы высокого спроса.
Местоположение счетчика электроэнергии меняется в зависимости от установки. Возможные места расположения включают в себя опору линии электропередач , обслуживающую собственность, уличный шкаф (шкаф счетчика) или внутри помещений, прилегающих к потребительскому блоку / распределительному щиту . Электроэнергетические компании могут предпочесть внешние расположения, поскольку показания счетчика можно считывать без доступа в помещение, но внешние счетчики могут быть более подвержены вандализму .
Трансформаторы тока позволяют размещать счетчик на расстоянии от токоведущих проводников. Это распространено в крупных установках. Например, подстанция , обслуживающая одного крупного клиента, может иметь измерительное оборудование, установленное в шкафу, без необходимости прокладывать в шкаф тяжелые кабели.
Поскольку электрические стандарты различаются в разных регионах, «отводы потребителя» 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 токоведущими проводниками достаточно N-1 измерительных элементов для измерения электрической энергии. Это указывает на то, что требуется разный учет, например, для трехфазной трехпроводной системы, чем для трехфазной четырехпроводной (с нейтралью) системы.
В Европе, Азии, Африке и большинстве других мест однофазное распределение является обычным для жилых домов и небольших коммерческих клиентов. Однофазное распределение менее затратно, поскольку один комплект трансформаторов на подстанции обычно обслуживает большую площадь с относительно высоким напряжением (обычно 230 В) и без локальных трансформаторов. Они имеют простое уравнение измерения: Ватты = вольты x амперы , где вольты измеряются от нейтрали до фазного провода. В Соединенных Штатах, Канаде и некоторых частях Центральной и Южной Америки аналогичные клиенты обычно обслуживаются трехпроводной однофазной сетью . Трехпроводная однофазная сеть требует местных трансформаторов, всего один на десять домов, но обеспечивает более низкое, безопасное напряжение в розетке (обычно 120 В) и обеспечивает два напряжения для клиентов: нейтраль к фазе (обычно 120 В) и фаза к фазе (обычно 240 В). Кроме того, клиенты с трехпроводной системой обычно подключают нейтраль к нулевой стороне обмоток генератора, что обеспечивает заземление, которое можно легко измерить, чтобы быть безопасным. У этих счетчиков есть уравнение измерения Ватт = 0,5 x вольт x (амперы фазы A − амперы фазы B), при этом вольты измеряются между фазными проводами.
Промышленное питание обычно подается как трехфазное. Существует две формы: трехпроводное или четырехпроводное 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, он менее затратен и распространен в Азии, Африке и многих частях Европы. В регионах, где смешаны жилые дома и легкая промышленность, это обычно единственный метод распределения. Счетчик для этого типа обычно измеряет две обмотки относительно третьей обмотки и добавляет ватты. Одним из недостатков этой системы является то, что если защитное заземление выходит из строя, это трудно обнаружить прямым измерением, потому что 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 все фазы питания в этой системе находятся относительно нейтрали, то если нейтраль отключена, ее можно измерить напрямую. В Соединенных Штатах Национальный электротехнический кодекс требует, чтобы нейтрали были такого типа. [34] В этой системе счетчики электроэнергии 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, не трогая провода, ведущие к розетке, или не трогая жильцов здания. Некоторые розетки могут иметь обходной путь, пока счетчик снимается для обслуживания. Количество электроэнергии, потребленной без учета в течение этого небольшого времени, считается незначительным по сравнению с неудобствами, которые могут быть причинены потребителю отключением 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 столбе. В других он находится внутри здания в нише. Если он находится внутри, он может использовать общее соединение с другими счетчиками. Если оно существует, общее соединение часто представляет собой небольшую вилку около почтового ящика. Соединение часто осуществляется по протоколу EIA-485 или инфракрасному с последовательным протоколом, таким как IEC 62056 .
В 2014 году сетевое подключение к счетчикам стремительно меняется. Наиболее распространенные схемы, по-видимому, объединяют существующий национальный стандарт для данных (например, ANSI C12.19 или IEC 62056 ), работающий через интернет-протокол , с небольшой печатной платой для связи по электросети , или цифровым радио для сети мобильной связи , или диапазоном ISM .
Счетчики электроэнергии должны регистрировать потребляемую энергию с приемлемой степенью точности. Любая существенная ошибка в зарегистрированной энергии может представлять собой убытки для поставщика электроэнергии или завышенный счет для потребителя. Точность обычно устанавливается в законе для места, где установлен счетчик. Положения закона могут также определять процедуру, которой необходимо следовать, если точность оспаривается.
В Соединенном Королевстве любой установленный счетчик электроэнергии должен точно регистрировать потребленную энергию, но ему разрешается занижать показания на 3,5% или завышать их на 2,5%. [35] Спорные счетчики первоначально проверяются с помощью контрольного счетчика, работающего вместе со спорным счетчиком. Последним средством является полное тестирование спорного счетчика как в месте установки, так и в специализированной калибровочной лаборатории. [36] Приблизительно 93% спорных счетчиков оказываются работающими удовлетворительно. Возврат оплаченной, но не потребленной электроэнергии (но не наоборот) будет произведен только в том случае, если лаборатория сможет оценить, как долго счетчик неправильно регистрировал показания. Это контрастирует с газовыми счетчиками, где, если обнаруживается, что счетчик показывает заниженные показания, предполагается, что он занижал показания с тех пор, как потребитель получал газ через него. [37] Любой подлежащий возврату ограничен предыдущими шестью годами. [38]
Счетчики можно манипулировать, чтобы они занижали показания, фактически позволяя использовать электроэнергию без оплаты. Такое воровство или мошенничество может быть опасным и нечестным.
Энергетические компании часто устанавливают счетчики с удаленной отчетностью специально для обеспечения удаленного обнаружения несанкционированного доступа и, в частности, для обнаружения кражи энергии. Переход на интеллектуальные счетчики электроэнергии полезен для прекращения кражи энергии.
При обнаружении несанкционированного вмешательства обычная тактика, законная в большинстве регионов США, заключается в переключении абонента на тариф « несанкционированного вмешательства », взимаемый по максимальному расчетному току счетчика [ требуется ссылка ] . При стоимости 0,095 долл. США /кВт·ч стандартный жилой счетчик на 50 А влечет за собой законную плату в размере около 5000 долл. США в месяц. Считыватели показаний счетчиков обучены определять признаки несанкционированного вмешательства, и в случае с грубыми механическими счетчиками максимальная ставка может взиматься за каждый расчетный период до тех пор, пока не будет устранено несанкционированное вмешательство или пока услуга не будет отключена.
Распространенным методом вмешательства в работу механических дисковых счетчиков является прикрепление магнитов к внешней стороне счетчика. Сильные магниты насыщают магнитные поля в счетчике, так что моторная часть механического счетчика не работает. Магниты меньшей мощности могут увеличить сопротивление движению внутренних дисковых магнитов сопротивления. Магниты также могут насыщать трансформаторы тока или трансформаторы питания в электронных счетчиках, хотя контрмеры широко 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 электросетевой компанией, и многие современные счетчики способны обнаружить или компенсировать их.
Владелец счетчика обычно защищает счетчик от несанкционированного доступа. Механизмы и соединения счетчиков учета опломбированы. Счетчики также могут измерять реактивные часы (отраженную нагрузку), нейтральные и постоянные токи (повышенные большинством электрических несанкционированных доступов), окружающие магнитные поля и т. д. Даже простые механические счетчики могут иметь механические флажки, которые сбрасываются при магнитном несанкционированном доступе или больших постоянных токах.
Более новые компьютеризированные счетчики обычно имеют меры противодействия несанкционированному вмешательству. Счетчики AMR (автоматизированное считывание показаний счетчика) часто оснащены датчиками, которые могут сообщать об открытии крышки счетчика, магнитных аномалиях, дополнительных настройках часов, заклеенных кнопках, неправильной установке, перепутанных или переключенных фазах и т. д.
Некоторые тамперы обходят счетчик, полностью или частично. Безопасные тамперы такого типа обычно увеличивают нейтральный ток на счетчике. Большинство сплит-фазных бытовых счетчиков в Соединенных Штатах не способны обнаружить нейтральные токи. Однако современные счетчики, устойчивые к взлому, могут обнаружить их и выставить счет по стандартным тарифам. [39]
Отсоединение нейтрального провода счетчика небезопасно, поскольку в этом случае короткие замыкания могут пройти через людей или оборудование, а не через металлическое заземление к генератору или земле.
Фантомное соединение контура через заземление часто имеет гораздо более высокое сопротивление, чем металлический нейтральный соединитель. Даже если заземление безопасно, измерение на подстанции может предупредить оператора о несанкционированном вмешательстве. Подстанции, межсоединения и трансформаторы обычно имеют высокоточный счетчик для обслуживаемой области. Энергетические компании обычно расследуют расхождения между общей суммой выставленного счета и общей сгенерированной, чтобы найти и устранить проблемы с распределением электроэнергии. Эти расследования являются эффективным методом обнаружения несанкционированного вмешательства.
Воровство электроэнергии в Соединенных Штатах часто связано с выращиванием марихуаны в закрытых помещениях . Детективы по борьбе с наркотиками связывают аномально высокое потребление электроэнергии с освещением, которое требуется для таких операций. [40] Производители марихуаны в закрытых помещениях, зная об этом, особенно мотивированы красть электроэнергию просто для того, чтобы скрыть ее потребление.
После дерегулирования рынков поставок электроэнергии во многих странах компания, ответственная за счетчик электроэнергии, может быть неочевидной. В зависимости от действующих соглашений счетчик может быть собственностью оператора счетчика , дистрибьютора электроэнергии , розничного торговца или для некоторых крупных потребителей электроэнергии счетчик может принадлежать потребителю.
Компания, ответственная за снятие показаний счетчика, не всегда может быть компанией, которой он принадлежит. Снятие показаний счетчика теперь иногда передается на субподряд, а в некоторых районах один и тот же человек может снимать показания счетчиков газа , воды и электроэнергии одновременно.
Внедрение усовершенствованных счетчиков в жилых районах создало дополнительные проблемы конфиденциальности, которые могут повлиять на обычных клиентов. 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 определенных видеокамер, которые способны 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 приборы есть у людей, а также об их образе жизни и использовании.
Более подробный и недавний анализ этой проблемы был проведен Лабораторией безопасности Иллинойса . [42] [ необходимы дополнительные пояснения ]
Медиа, связанные с Электросчетчики (кВтч) на Wikimedia Commons
