Лічи́льник електри́чної ене́ргії (лічильник електроенергії, електричний лічильник, електролічильник) — електричний контрольний прилад, засіб обліку спожитої електричної енергії змінного або постійного струму.

Історія створення електричних лічильників

Лічильник годин роботи ламп На завершальному етапі другої промислової революції, з винаходом динамо-машини (Аньош Єдлик 1861 року, Вернер фон Сіменс 1867 року), з'явилася можливість виробляти електроенергію у великих кількостях. Першим прикладом масового застосування електрики, стало освітлення. Коли цей новий продукт — електроенергію — почали продавати, виникла потреба визначити ціну. Проте було незрозуміло, в яких одиницях слід вести облік і які принципи вимірювання були б найзручнішими.

Першим електролічильником став лічильник годин роботи лампи Самюеля Гардінера (США), запатентований 1872 року. Він вимірював час, протягом якого електроенергія подавалася в точку надходження, а усі лампи, увімкнені до цього лічильника, керувалися одним вимикачем. З появою електричної лампочки Едісона стало застосовуватися розгалуження кіл освітлення, і такий лічильник вийшов з ужитку.

Самописці споживання електрики

Перший точний, самописець споживання електроенергії розробив та запатентував 1883 року доктор Герман Арон. Компанія General Electric представила перший зразок на комерційній основі у Великій Британії 1888 року.

Основа для створення індукційних лічильників 1885 року італієць Галілео Ферраріс (1847—1897) зробив важливе відкриття, що два поля змінного струму, які не збігаються за фазою, можуть змусити обертатися суцільний ротор, як-от диск, або циліндр. 1888 року, незалежно від нього, американець хорватського походження Нікола Тесла (1857—1943) теж виявив явище обертання електричного поля. Ці відкриття стали основою для створення індукційних двигунів і відкрили шлях індукційним лічильникам.

Електричний лічильник для змінних струмів 1889 року угорець Отто Тітус Блаті (1860—1939), працюючи на завод «Ганц» (Ganz) в м. Будапешт, Угорщина, запатентував власний «Електричний лічильник для змінних струмів» (патент Німеччини № 52.793, патент США № 423.210).

Як ідеться у патенті, "Цей лічильник, по суті, складається з металевого обертового тіла, як-от диск або циліндр, на який діють два магнітних поля, зміщені по фазі один відносно одного. Цей зсув фаз є наслідком того, що одне поле створюється головним струмом, тоді як інше поле, утворюється завдяки котушці з великою самоіндукцією, яка шунтує ті точки електричного кола, між якими вимірюється споживана енергія. Однак магнітні поля не перетинаються в тілі обертання, як в добре відомому механізмі Ферраріса, а проходять крізь різні його частини, незалежно одне від одного ".

З таким пристроєм Блаті вдалося досягти внутрішнього зміщення фаз майже рівно на 90 °, тому лічильник відображав ват-години більш -менш точно. У лічильнику використовувався гальмівний електромагніт для забезпечення широких меж вимірювань, а також був передбачений циклометричний регістр. Того ж року, компанія «Ganz» розпочала виробництво. Перші лічильники кріпилися на дерев'яній основі, роблячи 240 обертів на хвилину, і важили 23 кг. До 1914 року вага знизилася до 2,6 кг.

1894 року Олівер Блекбурн Шелленбергер (1860—1898) розробив лічильник ват-годин індукційного типу для компанії «Вестінгхаус». У ньому котушки струму і напруги розташовувалися на протилежних боках диску, і два постійних магніти сповільнювали рух цього диску. Цей лічильник також був великим і важким, вагою в 41 фунт. У нього був барабанний рахунковий механізм.

Удосконалення У наступні роки було досягнуто багато удосконалень: зменшення ваги і розмірів, розширення діапазону навантаження, компенсація зміни коефіцієнту навантаження, напруги і температури, усунення тертя шляхом заміни підп'ятників на кульковальниці, а потім на подвійні камені і магнітні вальниці, а також продовження терміну стабільної роботи за рахунок поліпшення якісних характеристик гальмівних електромагнітів і видалення масла з опори і рахункового механізму.

Ближче до рубежу сторіч було розроблено трифазні індукційні лічильники, які використовують дві або три системи вимірювання, установлені на одному, двох або трьох дисках.

Електронні лічильники З розвитком технологій і зниженням цін на напівпровідникові прилади, стало можливим створення електронного лічильника, що працював з використанням вимірювальних трансформаторів або шунтів. Спочатку такі прилади застосовували той же лічильний механізм що й індукційні лічильники, але з часом з'явилась можливість виготовляти їх з рідкокристалічним дисплеєм.

Такі прилади могли мати вищу точність, були краще захищені від крадіжок електроенергії, дозволяли вести багатотарифний облік електроенергії а також мали менше обмежень до використання (більші розбіги робочих температур та відсутність обмеження до кута нахилу лічильника). З часом у цих приладах з'явилась можливість віддаленого передавання показів. Загалом це привело до поступового зменшення частки індукційних лічильників у комерційному секторі.

Одиниця вимірювання Загальноприйнятою одиницею вимірювання електроенергії є кіловат-година, яка дорівнює сумі енергії, що використовується за навантаження в один кіловат протягом одної години, або 3600000 Дж.

Види

Лічильники поділяються на категорії:

За способом роботи вимірювального пристрою: механічні (індукційні), електромеханічні (електронний обчислювальний механізм і механічне табло), та електронні (лічильники з рідкокристалічним дисплеєм).

За кількістю фаз: однофазні та трифазні лічильники. Однофазні лічильники застосовуються для обліку електроенергії у споживачів, живлення яких здійснюється однофазним струмом (переважно, побутових). Для обліку електроенергії трифазного струму застосовуються трифазні лічильники (переважно на підприємствах).

За родом вимірюваної енергії: ті що вимірюють лише активну енергію, а також ті котрі вимірюють активну й реактивну енергію.

Трифазні лічильники також класифікуються за схемою приєднання: чотирипровідні — три фазних дроти і нуль, а також трипровідні — лише три фазних дроти (ця технологія застаріла і виходить з вжитку в розвинених країнах).

За вимірювальним пристроєм: індукційний механізм, використання внутрішніх вимірювальних трансформаторів або використання вимірювальних шунтів.

За способом приєднання до мережі: лічильники прямого увімкнення — ті що беруть струм і напругу напряму з мережі, лічильники комбінованого увімкнення — ті що беруть напругу з мережі, а струм з вимірювальних трансформаторів, а також лічильники трансформаторного вмикання — вони беруть струм і напругу з окремих трансформаторів.

За номінальною напругою: залежно від призначення, зазвичай від 57,7 В для лічильників трансформаторного приєднання, до 240 В для лічильників прямого увімкнення.

За максимальним струмом: від 5 А для лічильників трансформаторного приєднання, до 160 А для лічильників прямого увімкнення.

За можливістю передавати покази та вести багатотарифний облік: звичайні лічильники та розумні лічильники.

За класом точності обліку електроенергії: лічильники активної енергії можуть мати класи точності 0,2s; 0,2; 0,5s; 0,5; 1,0; 2,0 , а лічильники реактивної енергії — на класи 1; 1,5; 2,0 і 3,0. Клас точності лічильника визначає допустиму відносну похибку лічильника у відсотках за нормальних умов роботи.

Електролічильники спеціального призначення Лічильники активної та реактивної енергії, забезпечені додатковими пристроями, відносяться до лічильників спеціального призначення. Двох тарифні і багато тарифні лічильники — застосовуються для обліку електроенергії, тариф на яку змінюється залежно від часу доби. Лічильники з попередньою оплатою — застосовуються для обліку електроенергії побутових споживачів, що живуть, здебільшого, у віддалених і важкодоступних населених пунктах. Лічильники з фіксацією максимального навантаження — застосовуються для розрахунків зі споживачами за двох-ставковим тарифом (за спожиту електроенергію і максимальне навантаження). Зразкові лічильники — (еталони) прилади обліку електричної електроенергії, за допомогою яких здійснюється повірка лічильників загального призначення. Лічильники з вбудованим захисним реле — можуть вимикати споживача в аварійний ситуації (надвисока напруга або коротке замикання) або за несплату чи перевищення споживання встановленої потужності. За можливістю вести облік електроенергії в обох напрямках окремо — використовується як для обліку електроенергії між двома об'єктами кожен з яких може як генерувати так і споживати енергію, наприклад між двома областями, між двома країнами, на межі звичайних електростанцій або "зелених" джерел енергії приєднаних до загальної мережі.

Конструкція та принцип дії індукційних електролічильників Спосіб дії індукційних приладів обліку, полягає у взаємодії магнітного поля напругової та струмової котушок, з вихровими струмами, що наводяться цими полями в алюмінієвому диску. Вісь приладу з'єднана з лічильним пристроєм, який вимірює кількість обертань диска. Частота обертання диску пропорційна потужності навантаження, а кількість обертів пропорційна кількості електричної енергії, що проходить крізь прилад. Передавальне число лічильного механізму підібрано так, що покази лічильника відповідають кількості використаної електроенергії, вираженій у кВт • год. Цифра, що показує десяті частини кВт • год, узята в кольорову рамку або відокремлена комою.

Корпус лічильника складається з пластмасового цоколя, до якого стяжними гвинтами прикріплений пластмасовий кожух. На лицьовій частині кожуха розміщується проріз, закритий непроникно закріпленим оглядовим склом. Кожух електролічильника встановлюється на цоколь напрямними відмітинами у вигляді прямокутних штампованих опуклостей догори. Рухома частина лічильника являє собою алюмінієвий диск, ливарно закріплений на дюралевій осі. Обертання рухомої частини відбувається у напрямку від деталі, розташованої ліворуч, у напрямку праворуч. Рух диска передається на відліковий пристрій рахункового механізму через передавальну шестерню. Паралельне коло складається з П-подібної серцевини і Т-подібної перемички, на яку одягнена котушка напруги. З'єднання котушки напруги з мережею виконується крізь шунтову перетинку. Послідовне коло (котушка струму) складається з П-подібної серцевини і котушки. На паспортній таблиці (щитку) нанесено у графічній формі всі потрібні дані про цей тип електролічильника. Паспортна табличка кріпиться двома гвинтами з шайбами до шасі розрахункового механізму. На диску нанесено стробоскопічні знаки і колірна пляма для відліку частоти обертання диска. Рахунковий механізм складається з відлікового пристрою роликового типу з 5-7 барабанчиками, всі крім першого з яких — переривчастої дії. Передавання руху від шестерні до цифрових барабанів, здійснюється через черв'ячну передачу і шестерні. Трибки керують переміщенням роликових барабанів, виводячи цифрові значення у вікнах щитка (паспортної таблички) на повний розмір. Планки, розташовано по обидва боки обойми, утримують осі, на яких містяться ролики цифрових барабанів і трибки.

Системи дистанційного зчитування

Чинними в Україні Правилами користування електричної енергії визначено, що:

Автоматизована система комерційного обліку електричної енергії (АСКОЕ) — сукупність об'єднаних в єдину функціональну метрологічно оцінену систему локального устаткування збирання й обробки даних засобів (засобу) обліку, каналів передавання інформації та пристроїв приймання, обробки, відображення та реєстрації інформації;