Счетчик часов работы лампы самюэля гардинера

Обновлено: 22.03.2023

Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч).

Содержание

История

История создания счетчиков прекрасно иллюстрирует метод, характерный для изобретений XIX века. Самые разные исследователи независимо и беспрестанно изучали электромагнетизм, внося собственную лепту в создание и последующее развитие счетчиков электроэнергии. Вот лишь некоторые этапы продолжительного пути прогресса. Всплеск теоретических открытий в области явлений, устанавливающих единую связь между магнитными и электрическими свойствами вещества, уже в 1-ой половине XIX века.

Когда XIX век перевалил за половину, к авторам теоретических трудов присоединились практики. За самый непродолжительный период выданы патенты на гидротурбину, счетчик, трансформатор тока, двигатель, динамо-машину, лампу. Как считали первооткрыватели, само время дарило просветление, позволяя почти в одно и то же время свершаться схожим открытиям в противоположных концах света. В легкости времени был, к примеру, уверен создатель индукционного электрического счетчика Отто Титус Блати, венгр по происхождению, который также являлся со изобретателем трансформатора тока. Господа Аньош Йедлик и Вернер фон Сименс, каждый в свое время, придумали динамо-машину. Что, в свою очередь, позволило превратить электричество в коммерческий продукт массового спроса. Электроэнергия, применявшаяся для освещения, потребовала приемлемых основ измерения и стандартизации учета.

Принцип работы

Счётчики электроэнергии с АСКУЭ. Особенностью таких счётчиков является подключение дополнительного кабеля для передачи данных на частоте 30-70кГц и пронумерованые пломбы.

Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) — электродинамические счётчики. Количество электроэнергии, пропорциональное числу оборотов подвижной части прибора, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счетчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, — магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

Виды и типы

Индукционные (механические) счетчики электроэнергии из представленных на рынке – самые дешевые, качественные и простые. Но вытесняются из-за отдельных недостатков (отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учета) электронными счетчиками.

Цифровые (электронные) счетчики электроэнергии – на порядок дороже, но гораздо удобнее для не обладающих техническими навыками пользователей, долговечнее (межповерочный период 4-16 лет) и куда точнее в подсчете израсходованной энергии.

Гибридные счетчики электроэнергии – редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

Счетчики также делятся на: трехфазные и однофазные, однотарифные и многотарифные (до 48 тарифных планов), с обычной и упрощенной схемой снятия показаний (наличие импульсного выхода для дистанционного учета), с механическим отображением или цифровой индикацией показаний, на образцовые суперточные и обычные (по числовому эквиваленту уровня точности).

После изобретения динамо-машины появилась возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Когда новый продукт начали продавать, возникла необходимость контроля расхода электроэнергии отдельными потребителями. Для этого повсеместно начался массовый выпуск электросчетчиков.

Сразу после начала производства был установлен государственный контроль их состояния и введена обязательная регулярная поверка счетчиков расхода электрической энергии. В России этим занималась Главная палата мер и весов, которую в то время возглавлял Д.И. Менделеев. С 1900 года палата открыла прием к поверке различных электроизмерительных приборов, в том числе и счетчиков, а с 1902 года каждый счетчик стал получать свой порядковый номер и после проверки пломбировался.

Самым первым электросчетчиком в истории стал счетчик часов работы лампы Самюэля Гардинера, запатентованный в 1872 году. Он измерял время, в течение которого электроэнергия подавалась в точку нагрузки, при этом все лампы, подключенные к этому счетчику, контролировались одним выключателем. С появлением электрической лампочки Эдисона стало практиковаться разветвление цепей освещения, и такой счетчик вышел из употребления.

Счетчики следующего поколения были основаны, главным образом, на электродинамических и электромагнитных свойствах тока. В короткий срок были созданы счетчики различных конструкций.

Электролитические счетчики

В 1881 году был запатентован электрический счетчик Томаса Эдисона. Существовали и другие электролитические счетчики, такие как водородный счётчик немецкой компании «Сименс-Шуккерт» и ртутный счётчик Йенского стекольного завода «Шотт унд Геноссен». Такие счетчики использовались до конца 19-го века, т.к. могли измерять только ампер-часы и не годились при колебаниях напряжения.

Маятниковые счетчики

В 1884 году в Германии Германн Арон сконструировал маятниковый счетчик. Маятниковый счетчик позволял измерять ампер-часы или ватт-часы, но его можно было использовать исключительно для сетей постоянного тока. Такие счетчики были дорогостоящими, потому что они содержали два часовых механизма, и их постепенно вытеснили моторные счётчики.

Моторные счетчики

Другой альтернативой для создания электросчетчика было использование мотора. В 1889 году американский инженер Элиху Томсон разработал свой «Самопишущий ваттметр» для компании «General Electric». Это был двигатель с якорем без металлического сердечника, который запускался от электрического напряжения, проходящего через катушку и резистор с помощью коллектора. Статор приводился в движение током, и поэтому вращающий момент был пропорционален произведению силы тока и напряжения. Такой счетчик использовался преимущественно для постоянного тока. Большим недостатком моторных электросчетчиков являлся коллектор.

Индукционные счетчики

В 1889 году венгр Отто Титус Блати запатентовал свой «Электрический счётчик для переменных токов».

С таким устройством Блати удалось достичь внутреннего смещения фаз почти на 90°, поэтому счетчик отображал ватт-часы более или менее корректно. Первые счетчики крепились на деревянной основе, делая 240 оборотов в минуту, и весили 23 кг. К 1914 году вес снизился до 2,6 кг.

В 1894 году Оливер Блэкбурн Шелленбергер разработал счетчик ватт-часов индукционного типа для компании «Westinghouse». В нем катушки тока и напряжения располагались на противоположных сторонах диска, и два постоянных магнита замедляли движение этого диска. Этот счетчик тоже был большим и тяжелым, весом в 41 фунт. У него был барабанный счетный механизм.

В 1899 году Людвиг Гутманн, работая на фирму «Sangamo», разработал счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа «A». Ротор состоял из цилиндра со спиральной прорезью, расположенного в полях катушек напряжения и тока. Диск, прикрепленный ко дну цилиндра, использовался для торможения с помощью постоянного магнита. Регулировка коэффициента мощности не была предусмотрена.

История электросчетчика — как это было

Создание счетчика расхода электроэнергии было бы невозможным без многочисленных изобретений XIX века, которые ему предшествовали. Главная задача прибора – контроль и учет потребления тока на определенном объекте. Различные научные деятели занимались исследованием электромагнетизма, что позволило смастерить и усовершенствовать данный агрегат.

Эволюция прибора

В первую очередь, открытие самого электричества сказалось на том, что появилась потребность в подсчете его количества, потребляемого предприятиями и другими объектами. Начиная с 1827 года, когда была изобретена первая динамо-машина, люди смогли массово вырабатывать, а также продавать электроэнергию.

В 1872 году был запатентован первый счетчик, который был направлен на то, чтобы определить количество часов работы лампы Гардинэра. Данный прибор позволял измерить потребление энергии нескольких устройств, включенных в одну цепь. В дальнейшем освещение усложнялось, поэтому он перестал быть актуальным.

Прежде чем создать электросчетчик в том виде, в котором он представлен сейчас, учеными были разработаны следующие устройства.

Любые приборы со временем усовершенствуются, поэтому вполне возможно создание новых методов и способов для измерения расходуемого электричества или его альтернативы.

Особенности электросчетчика

Счетчики расхода электроэнергии – это специальные механизмы, используемые для измерения потребляемого тока. Данные агрегаты позволяют вести подсчет переменного или постоянного тока.

Основные достоинства прибора следующие:

• учет потребляемой энергии по нескольким тарифам (один, два и более) посредством запоминания и транслирования ее количества в зависимости от того, на какой период времени счетчик был запрограммирован;
• возможность многотарифного учета достигается благодаря различным механизмам, которые подключаются в определенное время в соответствии с установленными условиями
• долговечность;
• межпроверочный период составляет от 4 до 16 лет.

Многотарифные счетчики позволяют значительно сэкономить денежные средства, которые необходимо платить за пользование электроэнергией. Благодаря такому агрегату вы сможете определить, в какое время подключать и использовать определенный прибор.

Как улучшились электросчетчики

Усовершенствования проявились не только в уменьшении габаритов и веса прибора. Помимо этого был расширен диапазон допускаемых нагрузок, значений температуры и напряжений.

Подпятники были заменены на шарикоподшипники, за счет этого специалисты сумели снизить трение в опорах ротора, который вращается. В последствие на счетчики стали устанавливать магнитные подшипники, применять двойные камни.

Срок эксплуатации прибора был увеличен благодаря тому, что технические характеристики тормозной электромагнитной системы улучшились, а масло перестали применять для счетных механизмов и опор роторов.

Позднее для применения в промышленных масштабах был сконструирован трехфазный счетчик индукционного типа, который основывался на нескольких измерительных системах, они, в свою очередь, устанавливались на отдельных дисках.

Тема урока. Электросчетчик. Учет потребленной электроэнергии.

Мы изучим устройство и принцип работы электросчетчика; прочитаем и зарисуем схему подключения однофазного электрического счетчика; научимся рассчитывать количество и стоимость потребленной электрической энергии; обсудим вопрос почему и как необходимо экономить электрическую энергию.

IV. Изучение нового материала. (12мин).

1. Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч)

2. Принцип работы электросчетчика

3. Схема подключения электросчетчика.

История создания счётчиков.

История создания счётчиков связана с изобретениями электротехнических устройств XIX века. Самые разные исследователи независимо и беспрестанно изучали электромагнетизм,

По типу подключения все счетчики разделяют на приборы прямого включения в силовую цепь и приборы трансформаторного включения, подключаемые к силовой цепи через специальные измерительные трансформаторы.

По измеряемым величинам электросчетчики разделяют на однофазные (измерение переменного тока 220 В, 50 Гц) и трехфазные (380 В, 50 Гц). Все современные электронные трехфазные счетчики поддерживают однофазный учёт.

Также существуют трехфазные счетчики для измерения тока напряжением в 100 В, которые применяются только с трансформаторами тока в высоковольтных (напряжением выше 660 В) цепях.

По конструкции: индукционным (электромеханическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество оборотов диска в этом случае прямо пропорционально потребленной электроэнергии.

Электронным (статическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. То есть измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей. Электронные счетчики хорошо подходят для квартир с высоким энергопотреблением и для предприятий.

Гибридные счётчики электроэнергии — редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

V.. Подведение итогов урока.

Класс

Тема урока. Электросчетчик. Учет потребленной электроэнергии.

Мы изучим устройство и принцип работы электросчетчика; прочитаем и зарисуем схему подключения однофазного электрического счетчика; научимся рассчитывать количество и стоимость потребленной электрической энергии; обсудим вопрос почему и как необходимо экономить электрическую энергию.

IV. Изучение нового материала. (12мин).

1. Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч)

2. Принцип работы электросчетчика

3. Схема подключения электросчетчика.

История создания счётчиков.

История создания счётчиков связана с изобретениями электротехнических устройств XIX века. Самые разные исследователи независимо и беспрестанно изучали электромагнетизм,

По типу подключения все счетчики разделяют на приборы прямого включения в силовую цепь и приборы трансформаторного включения, подключаемые к силовой цепи через специальные измерительные трансформаторы.

По измеряемым величинам электросчетчики разделяют на однофазные (измерение переменного тока 220 В, 50 Гц) и трехфазные (380 В, 50 Гц). Все современные электронные трехфазные счетчики поддерживают однофазный учёт.

Также существуют трехфазные счетчики для измерения тока напряжением в 100 В, которые применяются только с трансформаторами тока в высоковольтных (напряжением выше 660 В) цепях.

По конструкции: индукционным (электромеханическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество оборотов диска в этом случае прямо пропорционально потребленной электроэнергии.

Электронным (статическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. То есть измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей. Электронные счетчики хорошо подходят для квартир с высоким энергопотреблением и для предприятий.

Гибридные счётчики электроэнергии — редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.

Читайте также:

  

• Библиотека это кратко для детей

  

• Цветовые контрасты в живописи кратко

  

• Туристические ресурсы франции кратко

  

• Выдающиеся казаки кубани кратко

  

• Блокада ленинграда 1943 год кратко

История развития и совершенствования приборов учета электроэнергии

Дата: 16 мая, 2010 | Рубрика: Статьи
Метки: Счётчик, Счётчик электроэнергии

Этот материал подготовлен специалистами компании «ЭлектроАС».
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!

Девятнадцатый век принёс множество величайших изобретений и открытий в области электричества и электроснабжения. Как говорил английский математик и философ Альфред Норд Вайтхэд, главным открытием века было изобретение метода изобретений. Вырабатывать электроэнергию в больших количествах стало возможным с созданием динамо-машины. Одной из первых областей использования электричества стало освещение. С началом массовых продаж такого нового продукта, как электроэнергия, появилась необходимость определения его цены.

Первый счетчик электроэнергии, основанный на измерении часов работы лампы, изобрел Самюэль Гардинер. Принцип работы данного счетчика заключался в том, что электроэнергия, подававшаяся в точку нагрузки и лампы, подключенные к счетчику, контролировались одним выключателем. Со временем, с появлением лампы Эдисона и разветвленных цепей освещения, счетчик перестали применять.

Томас Эдисон утверждал, что электроэнергию нужно продавать как газ, широко используемый в те времена для освещения. Счетчик Эдисона основан на электрохимическом эффекте тока. В счетчике установлена электролитическая ячейка, в нее непосредственно перед началом измерений помещалась точно взвешенная пластинка меди. Проходящий через электролит ток вызывал осаждение меди, что и отражало количество электричества прошедшего через медную пластинку. Использование такого счетчика позволяло выставлять счета на оплату в кубических футах газа.

Другой принцип конструкции счетчиков был основан на создании движения (колебания или вращения) соразмерного энергии, запускающей счетный механизм для отображения измерений. Принцип работы маятникового считка описали американцы Вильям Эдвард и Джон Пери еще в 1881 году. В счетчике к источнику напряжения подключались два маятника с катушками. Токовые катушки с противоположными обмотками размешались под маятниками. В результате взаимодействия катушек маятник с электрической нагрузкой двигался медленнее, чем маятник без нагрузки. Получаемая таким образом разность хода передавалась счетному механизму. Каждую минуту маятники менялись ролями для компенсации разницы в исходной частоте колебаний. Существенным недостатком маятникового счетчика являлось то, что его можно было применять исключительно в сетях постоянного тока.

С развитием систем переменного тока и созданием Люсьеном Голаром и Джоном Диксоном «вторичного генератора», предшественника современного трансформатора, мыслителям девятнадцатого века пришлось решить принципиально новую задачу – измерение электроэнергии переменного тока.

Так, в 1885 году итальянский ученый Галилео Феррарис сделал немаловажное открытие, заключающееся в том, что два разных по фазе поля переменного тока могут вращать сплошной ротор, к примеру, диск или цилиндр. Через три года Шелленбергер, также открывший эффект вращающихся полей, создал прибор учета электроэнергии переменного тока. В его счетчике не было элемента напряжения, для учета коэффициента мощности, поэтому он не годился для работы с электродвигателями. Однако данные открытия стали основой в создании индукционных двигателей и счетчиков. В 1889 году электрический счётчик для переменных токов был запатентован венгром Отто Титуц Блати.

В последующие годы индукционный счетчик претерпел множество изменений и усовершенствований, а к двадцатому столетию и вовсе были разработаны трехфазные индукционные счетчики с двумя или тремя системами измерения. Такие счетчики до сих пор производятся и добросовестно выполняют свою работу по учету электроэнергии.

С появлением в 70-х годах двадцатого века первых аналоговых и цифровых интегральных микросхем толчок в развитии получили и счетчики электрической энергии. Тогда использовались стационарные счетчики, основанные на принципе времяимпульсного умножения. В данное время в электросчетчиках применяются новейшие электронные технологии с цифровой обработкой сигналов и встроенным программным обеспечением. Развитие приборов учета электроэнергии не прекращается, вместе с чем меняются принципы и правила проведения электромонтажных работ по их установке, а также методы электроизмерений для обеспечения надежной и качественной работы электрооборудования.

Прочая и полезная информация

Прочая и полезная информация

Читайте также:

• Электромонтаж и обслуживание счётчиков электрической энергии

  Мы привыкли все считать. Считать светофоры, когда опаздываем куда-нибудь, считать деньги, заработанные или потраченные. Иногда считать ворон. Так же мы привыкли к щитам с металлической дверцей со стеклышками на лестничной …

• Электромонтаж интеллектуальных счётчиков электроэнергии

  Благодаря успешному развитию микроэлектроники, многие сектора в сфере снабжения электроэнергией подверглись значительным изменениям в лучшую сторону, в том числе, касаемо приборов, предназначенных для учета расхода электричества, получившие название «интеллектуальных счетчиков». …

• Электролаборатория обследует электросчетчики производства ФГУП ГРПЗ

  Рязанским Государственным Приборным заводом выпускается довольно широкая номенклатура достаточно недорогих и современных электросчетчиков для индивидуального и корпоративного потребителя. Компания ведет себя на рынке достаточно агрессивно, а, учитывая, что этот завод …

• Законно ли требование энергоснабжающих компаний устанавливать счетчик на улице?

  Сколько радости приносит свой первый собственный дом! Когда все строительные работы завершены и вы с благоговением смотрите на свое детище, полагая что осталась лишь небольшая малость – это подключить электричество. …

• Учет электроэнергии. Основы

  Что такое учет электроэнергии и зачем он нужен? Электроэнергия – это товар, а значит за него приходится платить, то есть без строгого учета здесь не обойтись. Основной прибор для учета …

После изобретения динамо-машины появилась возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Когда новый продукт начали продавать, возникла необходимость контроля расхода электроэнергии отдельными потребителями. Для этого повсеместно начался массовый выпуск электросчетчиков.

Сразу после начала производства был установлен государственный контроль их состояния и введена обязательная регулярная поверка счетчиков расхода электрической энергии. В России этим занималась Главная палата мер и весов, которую в то время возглавлял Д.И. Менделеев. С 1900 года палата открыла прием к поверке различных электроизмерительных приборов, в том числе и счетчиков, а с 1902 года каждый счетчик стал получать свой порядковый номер и после проверки пломбировался.

Самым первым электросчетчиком в истории стал счетчик часов работы лампы Самюэля Гардинера, запатентованный в 1872 году. Он измерял время, в течение которого электроэнергия подавалась в точку нагрузки, при этом все лампы, подключенные к этому счетчику, контролировались одним выключателем. С появлением электрической лампочки Эдисона стало практиковаться разветвление цепей освещения, и такой счетчик вышел из употребления.

Счетчики следующего поколения были основаны, главным образом, на электродинамических и электромагнитных свойствах тока. В короткий срок были созданы счетчики различных конструкций, некоторые из них стали прародителями “НЕВА МТ 323.

Электролитические счетчики

В 1881 году был запатентован электрический счетчик Томаса Эдисона. Существовали и другие электролитические счетчики, такие как водородный счётчик немецкой компании “Сименс-Шуккерт” и ртутный счётчик Йенского стекольного завода “Шотт унд Геноссен”. Такие счетчики использовались до конца 19-го века, т.к. могли измерять только ампер-часы и не годились при колебаниях напряжения.

Маятниковые счетчики

В 1884 году в Германии Германн Арон сконструировал маятниковый счетчик. Маятниковый счетчик позволял измерять ампер-часы или ватт-часы, но его можно было использовать исключительно для сетей постоянного тока. Такие счетчики были дорогостоящими, потому что они содержали два часовых механизма, и их постепенно вытеснили моторные счётчики.

Моторные счетчики

Другой альтернативой для создания электросчетчика было использование мотора. В 1889 году американский инженер Элиху Томсон разработал свой “Самопишущий ваттметр” для компании “General Electric”. Это был двигатель с якорем без металлического сердечника, который запускался от электрического напряжения, проходящего через катушку и резистор с помощью коллектора. Статор приводился в движение током, и поэтому вращающий момент был пропорционален произведению силы тока и напряжения. Такой счетчик использовался преимущественно для постоянного тока. Большим недостатком моторных электросчетчиков являлся коллектор.

Индукционные счетчики

В 1889 году венгр Отто Титус Блати запатентовал свой “Электрический счётчик для переменных токов”.

С таким устройством Блати удалось достичь внутреннего смещения фаз почти на 90°, поэтому счетчик отображал ватт-часы более или менее корректно. Первые счетчики крепились на деревянной основе, делая 240 оборотов в минуту, и весили 23 кг. К 1914 году вес снизился до 2,6 кг.

В 1894 году Оливер Блэкбурн Шелленбергер разработал счетчик ватт-часов индукционного типа для компании “Westinghouse”. В нем катушки тока и напряжения располагались на противоположных сторонах диска, и два постоянных магнита замедляли движение этого диска. Этот счетчик тоже был большим и тяжелым, весом в 41 фунт. У него был барабанный счетный механизм.

В 1899 году Людвиг Гутманн, работая на фирму “Sangamo”, разработал счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа “A”. Ротор состоял из цилиндра со спиральной прорезью, расположенного в полях катушек напряжения и тока. Диск, прикрепленный ко дну цилиндра, использовался для торможения с помощью постоянного магнита. Регулировка коэффициента мощности не была предусмотрена.

Администрация города Горловка
Управление ЖКХ

г. Горловка,
просп. Победы, 67, 5й этаж

Телефон: 52-00-56

Телефон: +38 (071) 302-69-18

Мы работаем Пон — Пт с 8:00 да 17:00

Электросчетчики: история контроля

12:17 | 13 апреля 2020

После изобретения динамо-машины появилась возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Когда новый продукт начали продавать, возникла необходимость контроля расхода электроэнергии отдельными потребителями. Для этого повсеместно начался массовый выпуск электросчетчиков.

Сразу после начала производства был установлен государственный контроль их состояния и введена обязательная регулярная поверка счетчиков расхода электрической энергии. В России этим занималась Главная палата мер и весов, которую в то время возглавлял Д.И. Менделеев. С 1900 года палата открыла прием к поверке различных электроизмерительных приборов, в том числе и счетчиков, а с 1902 года каждый счетчик стал получать свой порядковый номер и после проверки пломбировался.

Самым первым электросчетчиком в истории стал счетчик часов работы лампы Самюэля Гардинера, запатентованный в 1872 году. Он измерял время, в течение которого электроэнергия подавалась в точку нагрузки, при этом все лампы, подключенные к этому счетчику, контролировались одним выключателем. С появлением электрической лампочки Эдисона стало практиковаться разветвление цепей освещения, и такой счетчик вышел из употребления.

Счетчики следующего поколения были основаны, главным образом, на электродинамических и электромагнитных свойствах тока. В короткий срок были созданы счетчики различных конструкций.

Электролитические счетчики

В 1881 году был запатентован электрический счетчик Томаса Эдисона. Существовали и другие электролитические счетчики, такие как водородный счетчик немецкой компании «Сименс-Шуккерт» и ртутный счетчик Йенского стекольного завода «Шотт унд Геноссен». Такие счетчики использовались до конца 19-го века, т.к. могли измерять только ампер-часы и не годились при колебаниях напряжения.

Маятниковые счетчики

В 1884 году в Германии Германн Арон сконструировал маятниковый счетчик. Маятниковый счетчик позволял измерять ампер-часы или ватт-часы, но его можно было использовать исключительно для сетей постоянного тока. Такие счетчики были дорогостоящими, потому что они содержали два часовых механизма, и их постепенно вытеснили моторные счётчики.

Моторные счетчики

Другой альтернативой для создания электросчетчика было использование мотора. В 1889 году американский инженер Элиху Томсон разработал свой «Самопишущий ваттметр» для компании «General Electric». Это был двигатель с якорем без металлического сердечника, который запускался от электрического напряжения, проходящего через катушку и резистор с помощью коллектора. Статор приводился в движение током, и поэтому вращающий момент был пропорционален произведению силы тока и напряжения. Такой счетчик использовался преимущественно для постоянного тока. Большим недостатком моторных электросчетчиков являлся коллектор.

Индукционные счетчики

В 1889 году венгр Отто Титус Блати запатентовал свой «Электрический счетчик для переменных токов».

С таким устройством Блати удалось достичь внутреннего смещения фаз почти на 90°, поэтому счетчик отображал ватт-часы более или менее корректно. Первые счетчики крепились на деревянной основе, делая 240 оборотов в минуту, и весили 23 кг. К 1914 году вес снизился до 2,6 кг.

В 1894 году Оливер Блэкбурн Шелленбергер разработал счетчик ватт-часов индукционного типа для компании «Westinghouse». В нем катушки тока и напряжения располагались на противоположных сторонах диска, и два постоянных магнита замедляли движение этого диска. Этот счетчик тоже был большим и тяжелым, весом в 41 фунт. У него был барабанный счетный механизм.

В 1899 году Людвиг Гутманн, работая на фирму «Sangamo», разработал счетчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа «A». Ротор состоял из цилиндра со спиральной прорезью, расположенного в полях катушек напряжения и тока. Диск, прикрепленный ко дну цилиндра, использовался для торможения с помощью постоянного магнита. Регулировка коэффициента мощности не была предусмотрена.

После появления во
второй половине XIX века основных
элементов энергосистем (электрогенератор, линия электопередачи,
электродвигатель…) выяснилось, что электроэнергия — это товар особого вида,
потребление которого нужно точно учитывать.

Поначалу просто считали количество ламп и измеряли время, в течение
которого энергия подавалась потребителю. В 1872 году американец Самюэль
Гардинер запатентовал устройство, автоматически отсчитывающее время работы ламп. Для его правильного
применения все лампы у потребителя должны были быть одновременно включены или
выключены, что, конечно, нерационально и неудобно. Поэтому учёные и инженеры
продолжали поиск.

Электролитическое
осаждение

В 1881 году знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон
запатентовал электролитический прибор учёта электроэнергии. В нём
использовалась электролитическая ячейка (склянка) с медным купоросом и медными
пластинками. Ток, проходящий через
электролит, вызывал растворение металла на одном электроде и
осаждение на другом. Количество потреблённой энергии определяли по изменению
веса пластинок. Поскольку скорость осаждения металла сильно зависит от
температуры раствора, счётчик содержал систему подогрева на основе лампы
накаливания, которая автоматически включалась на холоде.

Считывать показания счётчика, разбирая ячейку и измеряя массу пластинок с
помощью аптекарских весов, было сложно даже энергетическим компаниям, не говоря
уж о потребителях. Позднее Эдисон добавил механизм для упрощения измерений.
Пластинки были подвешены на концах коромысла весов, так что извлекать их из
склянки не требовалось.

Знаменитый изобретатель считал, что электричество нужно продавать как
газ, широко используемый в то время для освещения, поэтому счётчик был
калиброван в кубических футах газа. Этот приём ускорил замену газовых
светильников на электрические.

Англо-американский инженер Элиху Томсон вскоре резработал
электрохимический счётчик с сульфат-цинковым
электролитом, который работал гораздо лучше эдисоновского. Примечательно,
что компании Эдисона моментально переключились на новый счётчик.

В те годы были созданы и другие электролитические измерительные приборы,
такие как водородный счётчик немецкой компании Siemens Shuckert и ртутный
Йенского стекольного завода Schott&Gen. Все подобные устройства измеряли
только ампер-часы и потому допускали большие погрешности при колебаниях
напряжения в электросети. Кроме того, для учёта потребления на переменном токе
электролитические приборы были совершенно непригодны.

Эффект
маятника

Поскольку киловатт-часы как единицы измерения
энергии включают время, электрический счётчик
можно построить на основе часового механизма. Принцип работы электросчётчика маятникового типа был описан английскими
учёными Уильямом Айртоном и Джоном Перри в том же 1881 году, когда Эдисон
запатентовал свой электролитический измерительный прибор. Ничего не зная об их
исследованиях, немецкий изобретатель Герман Арон в 1884-м сконструировал Pendelzähler — маятниковый
счётчик, который впоследствии получил довольно широкое распространение.

Первые модели маятникового электросчётчика оснащались двумя часовыми
механизмами. Под металлическим маятником одного часового механизма был размещён
электромагнит, включённый в разрыв питаемой электрической линии. При
прохождении тока через катушку электромагнита этот маятник колебался быстрее,
чем второй, образцовый маятник.

Для сравнения скоростей хода часов применялась планетарная передача,
которая приводила в действие отсчётный механизм с пятью циферблатами.
Электросчётчики, содержащие два часовых механизма, дорого стоили, а
часовые пружины нужно было периодически заводить.

В поздних моделях под обоими маятниками были установлены электромагниты,
катушки которых подключены к линии в противоположной полярности. При протекании
тока один часовой механизм ускорялся, а второй замедлялся. Здесь была применена система электрического завода
часовых пружин. Счётчики Арона позволяли измерять как ватт-часы, так и
ампер-часы, но подходили только для сетей постоянного тока.

Электропривод

Электрический мотор уже был изобретён, так что инженерная мысль работала над тем, как с его
помощью измерять потреблённое электричество. В 1889 году уже упомянутый Элиху Томсон для компании General Electric разработал «самопишущий ваттметр» на основе
коллекторного электродвигателя.

Электрический ток нагрузки, протекавший через статорные обмотки с малым
числом витков, создавал в статоре магнитное поле. С ним взаимодействовало
магнитное поле ротора. Для его создания сетевое напряжение через коллекторные
щётки и резистор подавалось на многовитковые
обмотки якоря, изготовленные из тонкой проволоки. Вся система была устроена
так, что вращающий момент двигателя был пропорционален произведению тока и
напряжения в нагрузке, то есть потребляемой ею мощности. Из конструкции
двигателя были исключены магнитопроводы во избежание их насыщения, чреватого
искажением показаний.

Для торможения электродвигателя применён электродинамический тормоз,
который у Томсона состоял из металлического диска и постоянных магнитов. На
валу двигателя имелась червячная передача, передававшая его вращение на счётный
механизм с несколькими циферблатами.

Самое слабое место конструкции Томсона — щёточный коллектор, который
истирался, искрил и подтормаживал, забирая часть энергии. Тем не менее конструкция в целом оказалась удачной, так что
на её основе впоследствии даже были созданы образцовые приборы для поверки
счётчиков.

Термодинамика

Томсон в 1888 году создал оригинальный спиртовой счётчик с
качающимся коромыслом. В нём резистивный элемент нагревал прикреплённую к
одному концу коромысла бутылочку со спиртом.
Спирт испарялся, проходил через трубку и осаждался изнутри на холодных стенках
второй бутылочки, расположенной на другом конце коромысла. Накопив достаточно
жидкости, она перевешивала,
опрокидывая коромысло на другую сторону, и сама попадала на нагревательный
элемент. После этого процесс повторялся. При каждом качательном движении
коромысло через храповик проворачивало на
определённый угол вал, соединённый с отсчётным механизмом. Как видите,
конструкция весьма оригинальная, но не слишком надёжная. Кроме того, точность
прибора зависела от текущей температуры воздуха. Зато спиртовой измеритель
хорошо справлялся с переменным током.

Об истории изобретения индукционного счётчика, который сменил все описанные
конструкции после широкого внедрения сетей переменного тока, «Энерговектор» рассказывал читателям в мае 2017 года.

Источник: Энерговектор