Устройство счетчика электроэнергии "Меркурий"

Счетчики электроэнергии "Меркурий" широко используются в России для измерения потребления электроэнергии в быту и на производстве. Эти приборы относятся к электронным счетчикам активной энергии переменного тока и имеют в своем составе микропроцессор для обработки сигналов с датчиков тока и напряжения, вычисления мощности и энергии, а также для ведения учета показаний. В статье мы подробно рассмотрим устройство счетчиков "Меркурий", включая измерительную часть, вычислительное устройство, интерфейсы, индикацию и особенности конструкции. Рассмотрим более подробно устройство измерительной части счетчиков электроэнергии "Меркурий".

Трансформаторы тока

В качестве датчиков тока используются трансформаторы тока - катушки индуктивности, через которые пропускается ток нагрузки. Они бывают различных типов и конструкций.

Например, тороидальные трансформаторы тока имеют сердечник в виде тороида, на который надевается провод с током. Такие датчики компактны и удобны для установки в щитках.

Магниточувствительные элементы

В качестве магниточувствительных элементов в трансформаторах тока чаще всего используются эффект Холла, магниторезисторы, феррозонды. Эти элементы преобразуют магнитный поток в электрический сигнал.

Например, датчики Холла генерируют напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля. Магниторезисторы изменяют свое сопротивление в магнитном поле.

Делители напряжения

В качестве датчиков напряжения используются резистивные делители. Они могут собираться из отдельных высокоточных резисторов или выполняться в виде интегральных схем. Также применяются емкостные делители напряжения. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительных цепей.

Аналого-цифровое преобразование

Сигналы с датчиков тока и напряжения подаются на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера. АЦП преобразует аналоговые сигналы в цифровой код для дальнейшей обработки. Часто используются сигма-дельта АЦП, которые обеспечивают высокое разрешение преобразования при невысокой стоимости.

Микроконтроллер цифровыми методами обрабатывает оцифрованные сигналы с датчиков - фильтрует, выделяет амплитуду и фазу. Затем вычисляет мгновенную мощность и энергию.

Для повышения точности используют специальные алгоритмы цифровой фильтрации и вычисления энергии.

Вычисление мощности и энергии

Одна из основных задач микроконтроллера в устройстве счетчика электроэнергии - это вычисление активной мощности и энергии по сигналам с датчиков тока и напряжения.

Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенных значений тока и напряжения. Далее выполняется интегрирование мощности по времени для получения потребленной энергии.

Современные электронные счетчики электроэнергии позволяют вести многотарифный учет - раздельно суммировать энергию по разным тарифам в разные периоды суток.

Для этого микроконтроллер делит сутки на тарифные зоны и ведет независимый подсчет энергии для каждой зоны.

Защита от хищений

Для предотвращения хищений электроэнергии микроконтроллер постоянно контролирует параметры сети и работу узлов счетчика на предмет несанкционированного вмешательства.

При обнаружении подозрительных ситуаций микроконтроллер регистрирует событие и может отключить нагрузку или перевести счетчик в режим индикации ошибки.

Для анализа работы электроустановки микроконтроллер ведет различные журналы событий и фиксирует профили нагрузки - графики мощности по времени.

Эти данные можно считать через интерфейсы для детального анализа режимов работы объекта учета.

Синхронизация времени

Для правильного тарификации и построения профилей нагрузки очень важна точная синхронизация хода внутренних часов микроконтроллера.

Для этого используются различные способы синхронизации по радио, сотовой связи, сигналам точного времени.

Для учета электроэнергии в трехфазных сетях используются специальные трехфазные счетчики электроэнергии. Они имеют по три датчика тока и напряжения для каждой фазы.

Микроконтроллер рассчитывает мощность по каждой фазе, а затем суммирует для определения полной мощности и энергии по трехфазной сети.

Контроль нагрузки фаз

Трехфазные счетчики позволяют контролировать баланс нагрузки по фазам для предотвращения перекосов.

При значительном дисбалансе микроконтроллер может уведомить об этом по интерфейсу или отключить нагрузку для защиты сети. Некоторые промышленные трехфазные счетчики энергии ведут учет активной энергии не только по 1 и 4 квадрантам (потребление), но и по 2 и 3 (генерация).

Это позволяет использовать такие счетчики в системах с распределенной генерацией, например с солнечными панелями.

Дисковые счетчики

Ранее для учета электроэнергии использовались индукционные дисковые счетчики. В них вращение алюминиевого диска пропорционально потребляемой мощности.

Такие электромеханические счетчики вытесняются более точными и функциональными электронными, но иногда все еще используются.

Для учета электроэнергии в быту и на небольших объектах используются счетчики прямого включения, рассчитанные на номинальный ток до 100 А.

В них ток нагрузки протекает непосредственно через датчики тока счетчика без использования измерительных трансформаторов.

Старые однотарифные счетчики

Ранние модели индукционных и первые электронные счетчики были однотарифными и позволяли учитывать только общее потребление электроэнергии.

Сейчас такие устаревшие счетчики активно заменяются на современные многотарифные электронные приборы учета.

К сожалению, некоторые недобросовестные потребители используют различные устройства для остановки счетчиков электроэнергии, чтобы занизить показания приборов учета.

Это могут быть как примитивные механические приспособления для блокировки дисков, так и сложные электронные устройства для воздействия на микроконтроллер.

Защита от несанкционированного доступа

Чтобы предотвратить использование подобных устройств остановки, производители счетчиков применяют специальные конструктивные решения для защиты от несанкционированного доступа.

Например, пломбирование корпуса, экранирование элементов, контроль вскрытия и другие меры.

Важная защита от остановки счетчика - использование энергонезависимой памяти для хранения накопленных данных об энергопотреблении.

При отключении питания данные не теряются и остановка счета становится бессмысленной.

Контроль напряжения питания

Микроконтроллер счетчика ведет непрерывный контроль напряжения собственного питания.

При его пропадании фиксируется событие, а время отсутствия питания не учитывается при расчете энергопотребления.

Современные цифровые электронные счетчики электроэнергии могут быть однотарифными или многотарифными (чаще всего двухтарифными).

Двухтарифные счетчики позволяют учитывать потребление отдельно по дневному и ночному тарифу.

Счетчик Меркурий-201

Одна из распространенных моделей счетчиков производства компании ИНКОТЕКС – Меркурий-201. Это двухтарифный многофункциональный счетчик для учета активной энергии.

Он имеет последовательный интерфейс RS-485, жидкокристаллический дисплей и ряд дополнительных функций.

Счетчики электроэнергии выпускаются в пластмассовых корпусах различных конструкций и форм-факторов.

Например, распространены корпуса для крепления на DIN-рейку в электрощитах. Также используются накладные и встраиваемые корпуса для разных вариантов монтажа.

Степень защиты корпуса

Степень защиты от внешних воздействий обозначается IP-кодом. Счетчики внутренней установки имеют IP51, наружные - IP54 или IP65.

Цифры в IP-коде означают защиту от пыли и влаги. Чем выше степень, тем надежнее счетчик.

Для обмена данными со счетчиком используются проводные (RS-485) и беспроводные (радиоканал, GSM/GPRS) интерфейсы связи.

Они позволяют подключать счетчики к автоматизированным системам учета для мониторинга и сбора данных.

Клеммные зажимы

Для подключения токовых и потенциальных цепей в счетчиках используются специальные клеммные зажимы, рассчитанные на определенное сечение провода.

Зажимы могут открываться для подключения проводов с помощью отвертки или быть закрытого исполнения с пружинным механизмом.

Для отображения измерительной, тарифной, учетной и другой информации счетчики оснащаются жидкокристаллическими дисплеями (ЖКИ).

ЖКИ обеспечивают вывод буквенно-цифровой и графической информации в широком диапазоне температур.

Единая калибровка

Важной особенностью современных энергомеров является единая заводская калибровка всех узлов по измерительным цепям тока и напряжения.

Это гарантирует заявленную точность учета электроэнергии во всем диапазоне нагрузок.

По классу точности счетчики электроэнергии делятся на 0,5S, 1.0 и 2.0. Чем меньше цифра, тем выше точность.

Класс точности определяет пределы допускаемой погрешности при измерении и учете электроэнергии.

Межповерочный интервал

Счетчики электроэнергии подлежат периодической поверке. Межповерочный интервал составляет от 4 до 16 лет в зависимости от типа прибора.

По истечении этого срока необходимо проводить очередную поверку счетчика для подтверждения метрологических характеристик.

Счетчики электроэнергии оснащены встроенными средствами самодиагностики для проверки работоспособности узлов прибора.

Результаты диагностики отображаются на дисплее и могут передаваться по интерфейсам для анализа.

Защита показаний от хищений

Для предотвращения хищений электроэнергии показания счетчиков защищаются от несанкционированного вмешательства.

Применяются электронные и конструктивные методы защиты, такие как пломбирование, пароли доступа.

Все счетчики электроэнергии проходят обязательную сертификацию в соответствии с российскими и международными стандартами.

Наличие сертификата соответствия подтверждает качество и безопасность счетчиков.

Гарантийный срок

Производители предоставляют гарантию на счетчики от 3 до 5 лет в зависимости от модели.

В течение гарантийного срока бесплатно устраняются производственные дефекты счетчика при соблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Монтаж счетчиков должен производиться в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок. Рекомендуется привлекать для монтажа квалифицированных специалистов.

Необходимо обеспечить надежное электрическое соединение, заземление, а также защиту от механических повреждений и несанкционированного доступа.

Подключение счетчика

Подключение счетчика должно производиться в соответствии с маркировкой клемм и с учетом назначения цепей. Особое внимание уделить соблюдению фазировки.

После монтажа необходимо проверить правильность подключения счетчика и провести контрольный осмотр.

Ввод в эксплуатацию

Перед вводом счетчика в эксплуатацию следует убедиться в отсутствии внешних повреждений, наличии пломб и работоспособности дисплея.

Также рекомендуется выполнить контрольный сброс показаний и проверку функционирования интерфейсов.

После монтажа счетчик должен быть опломбирован уполномоченной организацией для защиты от несанкционированного доступа.

Пломбы ставятся на крышку клеммной колодки, корпус счетчика в местах соединения частей и других точках.

Поверка счетчиков

Счетчики электроэнергии подлежат периодической поверке не реже одного раза в 8-16 лет в зависимости от класса точности.

Поверка проводится аккредитованным метрологическим центром с целью подтверждения заявленных технических характеристик счетчика.

По истечении срока службы или после выхода счетчика из строя требуется его замена.

Замену счетчика должна производить специализированная организация с обязательным составлением соответствующих актов.