Klasifikace a konstrukce elektroměrů. Technické vlastnosti – Trojfázové elektronické elektroměry
Dnes je každý z nás obeznámen s konceptem elektroměru neboli elektroměru, a to z prostého důvodu, že každý z nás ho má doma. Ale pravděpodobně si jen málokdo plně představuje složitost tohoto zařízení.
Všechno to začalo v roce 1885, kdy Galileo Ferraris objevil jev rotace pevného rotoru v mimofázových střídavých polích, který o 4 roky později posloužil jako základ pro vynález elektroměru maďarským strojním inženýrem Otto Titusem Blathym v roce 1889, pracujícím v závodě Ganz. Ve stejném roce závod začal vyrábět elektroměry, které používaly elektromagnet zpomalující pohyb disku, takže elektroměr v té době dosahoval 240 otáček za minutu a vážil 23 kg. Během následujících 15 let se měnily konfigurace a modifikace elektroměrů, jejichž hmotnost se v té době již snížila na 2,6 kg, měnily se zatěžovací faktory, rozšířily se měřicí limity a vyvinuly se třífázové elektroměry. Relativně nedávno se objevily elektronické elektroměry, které rychle vytlačují indukční elektroměry z trhu. Tyto měřiče nyní dokáží počítat činnou a jalovou energii, zaznamenávat okamžité hodnoty napětí a proudu, registrovat události, odesílat parametry přes GSM, GPRS, Ethernet a elektrické vedení, mít autonomní zdroj napájení a to vše je zaměřeno na vytvoření vhodných podmínek pro servis elektrických systémů a sítí.
Elektronický měřič se tak dnes nazývá inteligentní mikroprocesorové zařízení určené k řízení a účtování spotřebované elektřiny, převádějící analogové signály z proudových a napěťových senzorů na digitální hodnoty, na základě kterých je výkon, spotřeba energie (aktivní a jalová) a číslo dalších parametrů se počítají.
Elektroměry mají různé technické parametry, podle kterých se provádějí určité klasifikace. Podívejme se na ty nejzákladnější z nich.
Design je nejdůležitějším parametrem, podle kterého jsou elektroměry klasifikovány. Podle typu provedení elektroměrů se dělí na indukční a elektronické.
Indukční elektroměr je zařízení, jehož celý princip fungování je založen na vlivu magnetického pole stacionárních vodivých cívek na pohyblivý prvek vyrobený z vodivého materiálu. Pohyblivý prvek takového zařízení je vyroben ve tvaru disku, kterým protékají elektrické proudy indukované magnetickým polem cívek. V tomto případě bude množství spotřebované elektrické energie přímo úměrné počtu otáček disku. V poslední době takové elektroměry ztrácejí své pozice. To je dáno tím, že tato zařízení mají mnoho nevýhod, jako jsou chyby v měření a nízká funkčnost.
Elektronický elektroměr je zařízení, ve kterém na elektronické prvky působí napětí a střídavý proud, což vede ke generování impulsů na výstupu. Počet těchto impulsů bude úměrný naměřené činné energii. Jinými slovy, celý princip fungování takových elektroměrů je založen na převodu napěťových a analogových vstupních proudových signálů na čítací impuls. Díky měřicímu prvku takového zařízení jsou na výstupu generovány impulsy, jejichž počet bude úměrný naměřené činné energii. Jako čítací mechanismus lze použít elektromechanické nebo elektronické zařízení. Dnes jsou elektronické elektroměry důležitější, protože mají mnoho dalších užitečných funkcí, například umožňují vést záznamy v několika sazbách najednou.
Existují jednofázové a třífázové měřiče. Jednofázové elektroměry se používají k účtování elektřiny od spotřebitelů napájených jednofázovým proudem. Pro zaúčtování třífázové elektřiny se používají třífázové měřiče. Třífázové elektroměry lze klasifikovat následovně. Podle typu měřené energie se rozlišují měřiče činné a jalové energie. V závislosti na napájecím obvodu, pro který jsou určeny, se rozlišují třívodičové měřiče pracující v síti bez nulového vodiče a čtyřvodičové měřiče pracující v síti s nulovým vodičem.
Podle způsobu zapínání lze elektroměry rozdělit do 3 skupin:
— Měřiče s přímým připojením (přímé připojení) jsou připojeny k síti bez přístrojových transformátorů. Takové měřiče se vyrábějí pro sítě 0,4/0,23 kV pro proudy do 100 A [1].
— Polonepřímé spínací měřiče, které se svými proudovými vinutími spínají přes proudové transformátory. Napěťová vinutí jsou připojena přímo k síti. Rozsah použití: sítě do 1 kV.
— Nepřímo připojená měřidla jsou připojena k síti přes transformátory proudu a transformátory napětí. Rozsah použití: sítě nad 0,4 kV. Dostupné ve dvou typech.
Transformátorové elektroměry, určené pro připojení přes měřicí transformátory. Tyto elektroměry mají převodní faktor (10n).
Transformátorové univerzální elektroměry, určené pro připojení přes elektroměry a měřicí obvody v elektrických instalacích přes měřicí transformátory s libovolnými transformačními poměry. U univerzálních elektroměrů je převodní faktor určen transformačními poměry instalovaných měřicích transformátorů.
V závislosti na jeho účelu je elektroměru přiřazen symbol. V označení elektroměru písmena a číslice znamenají: C – elektroměr; O – jednofázový; A – činná energie; P – jalová energie; U – univerzální; 3 nebo 4 pro tří- nebo čtyřvodičovou síť. Příklad označení: SA4U – třífázový transformátorový univerzální čtyřvodičový elektroměr činné energie.
Pokud štítek elektroměru obsahuje písmeno M, znamená to, že elektroměr je navržen pro provoz při teplotách pod bodem mrazu (-150 °C +25 °C).
Měřiče činné a jalové energie vybavené přídavnými zařízeními se klasifikují jako měřiče pro speciální účely.
K měření elektřiny se používají dvoutarifní elektroměry, jejichž tarif se mění v závislosti na denní době. Předplacené elektroměry se používají k měření elektřiny pro domácnosti žijící v odlehlých a těžko dostupných sídlech.
Elektroměry s indikátorem maximálního zatížení se používají pro vyúčtování se spotřebiteli za dvoudílný tarif (za spotřebovanou elektřinu a maximální zatížení).
Telemetrické elektroměry se používají k zaznamenávání elektřiny a dálkovému přenosu odečtů.
Mezi speciální měřidla patří také etalonová měřidla určená k ověřování měřičů pro všeobecné použití.
Technické vlastnosti měřiče jsou určeny následujícími hlavními parametry.
Jmenovité napětí a jmenovitý proud – u třífázových elektroměrů jsou uváděny jako součin počtu fází jmenovitými hodnotami proudu a napětí, u čtyřvodičových elektroměrů lineární a fázová napětí, např.: 3x5A ; 3×380/220V.
U transformátorových elektroměrů se místo jmenovitého proudu a napětí uvádějí jmenovité transformační poměry měřicích transformátorů, pro které je elektroměr určen, např.: 3×150/5 A, 3×6000/100 V. Na elektroměrech nazývaných měřiče přetížení, hodnota maximálního proudu je uvedena bezprostředně za jmenovitým, např.: 5-20A. Jmenovité napětí elektroměrů přímého a polonepřímého připojení musí odpovídat jmenovitému napětí sítě a elektroměrů nepřímého připojení musí odpovídat sekundárnímu jmenovitému napětí transformátorů napětí.
Podobně musí jmenovitý proud odpovídat jmenovité hodnotě sekundárního proudu proudového transformátoru (5 nebo 1 A). Měřidla umožňují dlouhodobý nadproud bez porušení správnosti měření: transformátor a transformátor univerzální – 120%; měřiče přímého připojení – 200% nebo více (v závislosti na typu).
Třída přesnosti elektroměru je jeho největší přípustná relativní chyba, vyjádřená v procentech. V souladu s GOST 6570-75* musí být elektroměry činné energie vyráběny s třídami přesnosti: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; elektroměry jalové energie – s třídami přesnosti 1,5; 2,0; 3,0.
Transformátorové a transformátorové univerzální měřiče pro měření činné a jalové energie musí mít třídu přesnosti 2,0 nebo vyšší.
Třída přesnosti je stanovena pro provozní podmínky nazývané normální. Zahrnují: přímé střídání fází; rovnoměrnost a symetrie zatížení napříč fázemi; sinusový proud a napětí (koeficient lineárního zkreslení ne více než 5%); jmenovitá frekvence (50 Hz±0,5 %); jmenovité napětí (±1 %); jmenovité zatížení; cosс=l (pro měřiče činné energie) a sinс=l (pro měřiče jalové energie); okolní teplota 20°С ±3°С (pro vnitřní měřiče); nepřítomnost vnějších magnetických polí (indukce ne více než 0,5 mT); vertikální poloha pultu.
Převodový poměr elektroměru je počet otáček jeho kotouče odpovídající jednotce měřené energie. Například 1 kWh se rovná 450 otáčkám kotouče. Převodový poměr je uveden na štítku elektroměru.
Konstanta měřiče je energetická hodnota, kterou měří na 1 otáčku disku. Pokud má převodový poměr N rozměr „otáčka na kilowatthodinu“, pak je jeho konstanta C, W s/ot, určena výrazem
Citlivost měřiče je určena nejnižší hodnotou proudu (jako procento jmenovité hodnoty) při jmenovitém napětí a cosс = 1 (sinс = 1), což způsobí, že se disk otáčí bez zastavení. V tomto případě je povolen současný pohyb ne více než dvou válečků počítacího mechanismu.
Práh citlivosti by neměl překročit: 0,4 % – pro měřiče třídy přesnosti 0,5; 0,5 % – pro měřiče třídy přesnosti 1,0; 1,5;2 a 1,0 % – pro měřidla třídy přesnosti 2,5 a 3,0.
Kapacita počítacího mechanismu je určena počtem hodin provozu měřiče při jmenovitém napětí a proudu, po kterých měřič poskytuje počáteční hodnoty. Podle GOST 6570-75 ne méně než 1500 hodin.
Spotřeba energie (činná a celková) vinutí elektroměru je omezena normou. U transformátorových a transformátorových univerzálních elektroměrů by tedy spotřeba energie v každém proudovém obvodu při jmenovitém proudu neměla překročit 2,5 VA pro všechny třídy přesnosti kromě 0,5. Spotřeba energie jedním vinutím elektroměru do 250 V pro třídy přesnosti 0,5; 1; 1,5 je činná 3 W, celková 12 VA, pro třídy přesnosti 2,0; 2,5; 3,0 je 2 W a 8 VA.
