фильтр

Электрический счетчик: от медной пластины до «умного» учета

История инноваций
О предпосылках появления первых приборов учета энергии.

В первой половине 19 века было сделано множество открытий в области электромагнетизма. В 1820 году французский ученый Андре-Мари Ампер открыл явление взаимодействия электрических токов. В 1827 году немец Георг Симон Ом установил зависимость между силой тока и напряжением в проводниках. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, который лег в основу принципа действия генераторов, двигателей и трансформаторов.

Во второй половине того же столетия через довольно короткие промежутки времени были созданы лампа, динамо-машина, двигатель, трансформатор, счетчик и гидротурбина. Все эти открытия и изобретения подготавливали почву и одновременно порождали необходимость в создании электросчетчика.

В 1861 году венгр Аньош Йедлик и независимо от него в 1867 году немец Вернер фон Сименс придумали модели динамо-машины. Это дало возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Поскольку электроэнергию начали продавать, возникла необходимость определить цену. Однако было неясно, в каких единицах следует вести учет, и какие принципы измерения были бы наиболее удобными.

В 1872 году американец Самюэль Гардинер запатентовал счетчик часов работы лампы. Прибор измерял время, в течение которого электроэнергия подавалась в точку нагрузки, при этом все лампы, подключенные к этому счетчику, контролировались одним выключателем. Однако с появлением электрической лампочки Эдисона стало практиковаться разветвление цепей освещения, и счетчик Гардинера вышел из употребления.

В 1881 году Томас Алва Эдисон запатентовал «электрический», а по принципу работы – электролитический счетчик. Прибор использовал электрохимический эффект тока: он содержал электролитическую ячейку, куда в начале расчетного периода помещалась точно взвешенная пластинка меди. Ток, проходящий через электролит, вызывал осаждение меди. В конце расчетного периода, медную пластинку взвешивали снова, и разница в весе отображала количество электричества, которое прошло сквозь нее. Этот счетчик был калиброван таким образом, что счета можно было выставлять в кубических футах газа, поскольку изобретатель считал, что электричество нужно продавать как газ (последний широко использовался в то время для освещения). Однако считывание показаний было сложным даже для энергетической компании, а для потребителя – совершенно невозможным. Позднее Эдисон добавил счетный механизм для удобства считывания показаний счетчика.

Существовали и другие электролитические счетчики, такие как водородный счетчик немецкой компании Siemens Shuckert и ртутный счетчик Йенского стекольного завода Schott&Gen. Jena. Устройства этого типа измеряли только ампер-часы и не могли использоваться при колебаниях напряжения.

Следующим типом приборов учета потребленной электроэнергии стали маятниковые счетчики. Принцип их работы основывался на создании некоторого движения – колебания или вращения – пропорционального энергии, которое, в свою очередь, могло бы запустить счетный механизм для отображения показаний счетчика.

Принцип работы маятникового счетчика был описан американцами Вильямом Эдвардом Эйртоном и Джоном Перри в 1881 году. Обособленно от них в 1884 году немец Германн Арон сконструировал маятниковый счетчик. Прибор позволял измерять ампер-часы или ватт-часы, но его можно было использовать исключительно для сетей постоянного тока. Первые счетчики содержали два часовых механизма и из-за этого стоили очень дорого. Постепенно их вытеснили моторные счетчики. В 1889 году американец Элиху Томсон разработал свой «самопишущий ваттметр» для компании General Electric.

На эволюции электросчетчиков очень сильно отразилось изобретение трансформаторов. В середине 19 века было еще неясно, какие системы окажутся эффективней – системы постоянного или переменного тока. Однако вскоре выявился один важный недостаток систем постоянного тока – напряжение нельзя было изменить, а, следовательно, было невозможно создавать более крупные системы. В 80-х годах 19 века были созданы первые трансформаторы. Начиная с 20 века системы переменного тока постепенно вытеснили прочие. Соответственно, для учета электроэнергии потребовалось решить новую задачу – измерение электроэнергии переменного тока.

В 1885 году итальянец Галилео Феррарис сделал важное открытие: два не совпадающих по фазе поля переменного тока могут заставить вращаться сплошной ротор, такой как диск или цилиндр. В 1888 году независимо от него американец хорватского происхождения Никола Тесла тоже обнаружил вращающееся электрическое поле. Эти открытия привели к появлению индукционных счетчиков. В 1888 году Оливер Шелленбергер разработал счетчик количества электричества для переменного тока. Противодействующий момент создавался винтовым механизмом. В 1889 году венгр Отто Титуц Блати запатентовал «электрический счетчик для переменных токов». Аппараты крепились на деревянной основе, делали 240 оборотов в минуту и весили 23 кг. К 1914 году вес устройства снизился до 2,6 кг.

Индукционные счетчики, основанные на принципах Феррариса и Блати, все еще производятся в больших количествах и выполняют основную работу по учету энергии, благодаря их низкой стоимости и отличным показателям надежности.

По мере распространения электричества появилась концепция многотарифного электросчетчика с локальным или дистанционным управлением, счетчика максимальной нагрузки, счетчика предварительно оплаченной электроэнергии.

В 1934 году компания Landis&Gyr разработала счетчик «Тривектор», измеряющий активную и реактивную энергию и потребляемую мощность.

Электронные технологии нашли применение в учете энергии в 1970-х годах, с появлением первых аналоговых и цифровых интегральных микросхем. Сначала были разработаны точные стационарные счетчики. В 1980-х годах были разработаны гибридные счетчики, состоящие из индукционных счетчиков и электронных тарифных единиц. Эта технология использовалась относительно недолго.

Идея считывания показаний счетчиков на расстоянии появилась в 1960-х годах. Первоначально использовалась дистанционная импульсная передача, но постепенно вместо нее стали использовать различные протоколы и средства передачи данных. В настоящее время счетчики с развитыми функциональными возможностями основываются на новейших электронных технологиях, с применением цифровой обработки сигналов, причем большинство функций предусмотрено встроенным программным обеспечением.

При подготовке материала использована информация сайта Izmerenie.ru.


Источник: SmartGrid.ru

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.