Contoare electrice

(Contor clasic monofazat Heliowatt. )

Un contor de energie electrică, sau contor electric, este un dispozitiv care măsoară cantitatea de energie electrică consumată de o reședință, de o firmă sau de un dispozitiv alimentat electric.

Utilitățile electrice folosesc contoare electrice instalate la sediul clienților în scopuri de facturare. Acestea sunt de obicei calibrate în unități de facturare, cea mai obișnuită fiind cea de kilowați oră (kWh). Ele sunt de obicei citite o dată pe fiecare perioadă de facturare.

Când sunt necesare economii de energie în anumite perioade, unele contoare pot măsura cererea, utilizarea maximă a puterii într-un anumit interval. Metodologia „pe timp de zi” permite schimbarea ratelor electrice pe parcursul unei zile, pentru înregistrarea utilizării în timpul perioadelor de vârf cu costuri ridicate și a perioadelor în afara orelor de vârf, cu costuri reduse. De asemenea, în unele zone, contoarele au relee pentru scăderea sarcinii de răspuns în timpul perioadelor de încărcare maximă.

Operare

(Mecanism de măsurare a inducției electromecanice 1: Bobină de tensiune: multe spire de sârmă fină învelite în plastic, conectate în paralel cu sarcina 2: Bobină de curent: trei spire de fir gros, conectate în serie cu sarcina 3: Stator: concentrează şi limitează câmpul magnetic 4: Disc rotor din aluminiu 5: Magneți de frână rotor 6: Ax cu angrenaj cu melc 7: Cadrane de afișare: cadranele 1/10, 10 și 1000 se rotesc în sensul acelor de ceasornic în timp ce cadranele 1, 100 și 10000 se rotesc în sens invers acelor de ceasornic.)

Contoarele de energie electrică funcționează prin măsurarea continuă a tensiunii instantanee (volți) și a curentului (amperi) pentru a furniza energia utilizată (în jouli, kilowați-oră etc.). Contoarele pentru servicii mai mici (cum ar fi clienții mici rezidențiali) pot fi conectați direct în linie între sursă și client. Pentru sarcini mai mari, mai mult de circa 200 amperi de sarcină, se utilizează transformatoare de curent, astfel încât contorul să poată fi amplasat diferit de cel al conductorilor de serviciu. Contoarele se încadrează în două categorii de bază, electromecanice și electronice.

Contoare electromecanice

Cel mai obișnuit tip de contor de energie electrică este contorul electromecanic de watt-oră.

Într-o sursă CA cu o singură fază, contorul de inducție electromecanică funcționează prin inducție electromagnetică prin numărarea rotațiilor unui disc metalic nemagnetic, dar conductiv electric, care se rotește la o viteză proporțională cu puterea care trece prin contor. Numărul de revoluții este astfel proporțional cu consumul de energie. Bobina de tensiune consumă o cantitate mică și relativ constantă de energie, de obicei în jur de 2 wați, care nu este înregistrată pe contor. Bobina de curent consumă în mod similar o cantitate mică de energie proporțională cu pătratul curentului care trece prin ea, în mod obișnuit până la câţiva waţi la sarcină maximă, care este înregistrată pe contor.

Discul este acționat de două seturi de bobine de inducție, care formează, de fapt, un motor de inducție liniară în două faze. O bobină este conectată astfel încât să producă un flux magnetic proporțional cu tensiunea, iar cealaltă produce un flux magnetic proporțional cu curentul. Câmpul bobinei de tensiune este întârziat cu 90 de grade datorită naturii inductive a bobinei și calibrat folosind o bobină de întârziere. Acest lucru produce curenți turbionari pe disc și efectul este astfel încât o forță este exercitată pe disc proporțional cu produsul curentului, tensiunii și fazei instantanee (factorul de putere) dintre acestea. Un magnet permanent acționează ca o frână de curenţi turbionari, exercitând o forță opusă proporțională cu viteza de rotație a discului. Echilibrul dintre aceste două forțe opuse duce la rotirea discului cu o viteză proporțională cu puterea sau rata de utilizare a energiei. Discul conduce un mecanism de înregistrare care numără rotații, la fel ca un kilometraj de mașină, măsurând energia totală utilizată.

Diferite configurații de fază folosesc bobine suplimentare de tensiune și curent.

(Inducție electromagnetică trifazată, pentru 100 A 240/415 V. Discul rotor de aluminiu orizontal este vizibil în centrul contorului. )

Discul este susținut de un ax care are un angrenaj cu melc care acționează înregistratorul. Înregistratorul este format din o serie de cadrane care înregistrează cantitatea de energie utilizată. Cifrele pot fi de tip ciclometru, un afișaj tip kilometraj, ușor de citit, unde pentru fiecare cadran este afișată o singură cifră printr-o fereastră în fața contorului, sau de tip indicator în care un indicator arată fiecare cifră. Cu tipul indicator de cadran, pointerii adiacenți se rotesc în general în direcții opuse datorită mecanismului de angrenare.

Cantitatea de energie reprezentată de o rotaţie a discului este marcată de simbolul Kh, care este dat în unități de wat-oră per revoluție. Valoarea 7,2 este frecvent observată. Folosind valoarea lui Kh se poate determina consumul de energie la orice moment dat prin temporizarea discului cu un cronometru.

P = 3600∙Kh/t

unde: t = timpul în secunde luat de disc pentru a finaliza o revoluție, P = puterea în wați.

De exemplu, dacă Kh = 7,2 ca mai sus și o revoluție a avut loc în 14,4 secunde, puterea este de 1800 wați. Această metodă poate fi utilizată pentru a determina consumul de energie al aparatelor de uz casnic prin comutarea acestora unul câte unul.

Majoritatea contoarelor de energie electrică trebuie citite manual, fie de către un reprezentant al companiei de electricitate, fie de către client. În cazul în care clientul citește contorul, lectura poate fi furnizată companiei de telefonie, prin poștă sau prin internet. Compania de electricitate va solicita, în mod normal, o vizită a unui reprezentant al întreprinderii cel puțin o dată pe an pentru a verifica citirile furnizate de client și pentru a efectua un control de bază de siguranță al contorului.

Într-un contor de tip inducție, fluajul este un fenomen care poate afecta negativ precizia, care apare atunci când discul contorului se rotește continuu cu potențial aplicat și bornele de sarcină în circuit deschis. Un test de eroare datorat fluajului este numit test de fluaj.

Două standarde reglează precizia contorului, ANSI C12.20 pentru America de Nord și IEC 62053.

Contoare electronice

Contoarele electronice afișează energia utilizată pe un afișaj LCD sau LED și unele pot transmite și citiri în locuri îndepărtate. În plus față de măsurarea energiei utilizate, contoarele electronice pot înregistra și alți parametri ai încărcării și alimentării, cum ar fi solicitările de utilizare instantanee și maxime, tensiunile, factorul de putere și puterea reactivă utilizate etc. Ele pot, de asemenea, să susțină facturarea de zi cu zi, de exemplu, înregistrarea cantității de energie utilizată în timpul orelor de vârf și în afara orelor de vârf.

Ca și în diagrama bloc, contorul are o sursă de alimentare, un motor de măsurare, un motor de procesare și comunicație (adică un microcontroler) și alte module suplimentare, cum ar fi RTC, LCD, porturi/module de comunicații și așa mai departe.

Motorul contorului are valori fixe pentru tensiune și curent de intrare și are o referință de tensiune, eşantioane și cuantizatoare urmate de o secțiune ADC pentru a obține echivalentele digitizate ale tuturor intrărilor. Aceste intrări sunt apoi procesate folosind un procesor de semnal digital pentru a calcula diferiții parametri de măsurare.

Cea mai mare sursă de erori pe termen lung în contor este devierea în preamplificator, urmată de precizia referinței de tensiune. Ambele variază și în funcție de temperatură, și variază mult, deoarece majoritatea contoarelor sunt în aer liber. Caracterizarea și compensarea acestora reprezintă o parte importantă a proiectării contoarelor.

Secțiunea de prelucrare și comunicare are responsabilitatea de a calcula diferitele cantități derivate din valorile digitale generate de motorul contorului. Aceasta are, de asemenea, responsabilitatea de a comunica folosind diferite protocoale și interfață cu alte module suplimentare conectate ca sclavi la el.

RTC și alte module suplimentare sunt atașate ca slavi în secțiunea de procesare și comunicare pentru diferite funcții de intrare/ieșire. Pe un contor modern, majoritatea, dacă nu toate, vor fi implementate în interiorul microprocesorului, precum ceasul în timp real (RTC), controlerul LCD, senzorul de temperatură, memoria și convertoarele analog-digitale.

Precizia

Contoarele de energie electrică sunt necesare pentru a înregistra energia consumată într-un grad acceptabil de acuratețe. Orice eroare semnificativă în energia înregistrată poate reprezenta o pierdere pentru furnizorul de energie electrică sau consumatorul poate fi suprataxat. Precizia este în general stabilităla faţa locului unde este instalat contorul. Dispozițiile legale pot prevede, de asemenea, o procedură care trebuie urmată în cazul în care precizia este contestată.