Кіріспе

Электр энергиясын өлшейтін құрылғы. Электр энергиясын өлшегіш, электр өлшегіш, электрлік өлшегіш, энергия өлшегіш немесе киловатт-сағаттық өлшегіш – тұрғын үй, кәсіпорын немесе электр қуатымен жұмыс істейтін құрылғының тұтынатын электр энергиясы мөлшерін өлшейтін құрылғы. Электрлік өлшегіш немесе энергия өлшегіш белгілі бір уақыт аралығында тұтынылған жалпы қуатты өлшейді. Электр энергиясын жеткізуші мекемелер клиенттердің үйлеріне есеп айырысу және бақылау мақсатында электр өлшегіштерін орнатады. Олар әдетте есеп айырысу бірліктерімен калибрленеді, ең көп тарағаны – киловатт-сағат (кВт⋅сағ). Олар әдетте әрбір есеп айырысу кезеңінде бір рет оқылады. Егер белгілі бір кезеңдерде энергияны үнемдеу қажет болса, кейбір өлшегіштер сұранысты, яғни белгілі бір уақыт аралығындағы қуаттың максималды қолданылуын өлшеуі мүмкін. "Күннің уақыты" өлшегіштері электр тарифтерін күні бойы өзгертуге мүмкіндік береді, осылайша жоғары тарифтік және төмен тарифтік кезеңдердегі тұтынуды тіркеуге болады. Сонымен қатар, кейбір аймақтардағы өлшегіштерде жүктеменің жоғары деңгейде болған кезде сұранысқа жауап беру үшін жүктемені азайтуға арналған релелер орнатылған.

Бірқалыпты ток

1880 жылдары электр энергиясын коммерциялық түрде қолдану кеңейген кезде, тұтынушыларға дұрыс есеп айырысу үшін, сол кездегі газ есептегіштерге ұқсас электр энергиясын өлшегіш қажет болды. Бұл, ай сайынғы шамдардың белгілі бір саны үшін есептеудің орнына, нақты тұтынылған энергияға сәйкес төлем жасауға мүмкіндік берді. DC есептегіштер зарядты ампер-сағаттармен өлшеді. Электрмен жабдықтау кернеуі тұрақты болуы керек болғандықтан, есептегіш көрсеткіштері нақты тұтынылған энергияға пропорционалды болды. Мысалы, егер есептегіш 200 вольттық желіде 100 ампер-сағатты тұтынылған деп тіркесе, онда 20 киловатт-сағат энергия жеткізілген болар еді. Көптеген экспериментальдік есептегіш түрлері жасалды. Томас Эдисон бастапқыда тікелей оқуға арналған тіркемесі бар тұрақты ток (DC) электромеханикалық есептегішпен жұмыс істеді, бірақ оның орнына электрхимиялық өлшеу жүйесін әзірледі. Бұл жүйе ток тұтынуын тотализациялау үшін электролиттік жасушаны пайдаланды. Белгілі бір уақыт аралығында пластиналар алынып, салмақталды, содан кейін тұтынушыға есептелді. Электрохимиялық есептегіштің көрсеткіштерін оқу еңбекті талап етті және тұтынушылар тарапынан жақсы қабылданылмады. Ұлыбританияда қолданылған электрохимиялық есептегіштің алғашқы түрі – «Reason» есептегіші болды. Ол жоғарғы жағында сынап резервуары бар тік орнатылған шыны құрылымнан тұрды. Электр тогы қолданылғанда, электрохимиялық әрекет сынапты бағананың төменгі бөлігіне жылжытты. Барлық DC есептегіштері сияқты, ол ампер-сағаттарды тіркеді. Сынап толыққан соң, есептегіш ашық тізбекке айналды. Сондықтан тұтынушы электр энергиясы үшін қосымша төлем жасауы керек еді, содан кейін жеткізушінің өкілі есептегішті бекіткіштен босатып, оны кері бұрып, сынапты резервуарға және электрмен жабдықтауға қайтаратын еді. Іс жүзінде, тұтынушы электрмен жабдықтау аяқталмас бұрын жеткізуші компанияның өкіліне хабарласып, тек есептегіштен алынған тұтынылған энергия үшін төлейтін. Содан кейін өкіл есептегішті кері бұрып, нөлге келтіретін. 1885 жылы Ферранти газ есептегіштеріне ұқсас тіркемесі бар сынапты моторлық есептегішті ұсынды. Бұл тұтынушыға есептегішті оңай оқуға және тұтынуды тексеруге мүмкіндік берді. Электр энергиясын тұтынуды дәл өлшеуге арналған алғашқы есептегіш – 1883 жылы патент алған Герман Аронның DC есептегіші болды. Британдық General Electric компаниясының Хьюго Хирст 1888 жылдан бастап оны Ұлыбританияда коммерциялық түрде енгізді. Аронның есептегіші уақыт өте жұмсалған жалпы зарядты тіркеп, оны бірнеше сағаттық дисктерде көрсетті.

Айнымалы ток

Венгриялық Отто Блатидің патені негізінде жасалған және оның атымен аталатын айнымалы ток киловатт-сағатының алғашқы үлгісін Ganz зауыты 1889 жылдың күзінде Франкфурт жәрмеңкесінде көрсетті, ал зауыт сол жылдың соңында алғашқы индукциялық киловатт-сағатының өлкішін сатуға шығарды. Бұл Блати өлкіштері деп белгілі болған алғашқы айнымалы ток ватт-сағатының өлкіштері еді. Қазіргі күні қолданылатын айнымалы ток киловатт-сағатының өлкіштері Блатидің бастапқы өнертабысының принципі бойынша жұмыс істейді. Сонымен қатар, 1889 жылы американдық General Electric компаниясының Элиху Томсон темірсіз коммутаторлы моторға негізделген ватт-сағатының өлкішін (ватт-сағатының өлкішін) жасады. Бұл өлкіш электрохимиялық типтің кемшіліктерін жойып, айнымалы немесе тұрақты токпен жұмыс істей алды. 1894 жылы Westinghouse Electric Corporation компаниясының Оливер Шалленбергері индукциялық принципін, бұрын тек айнымалы ток ампер-сағатының өлкіштерінде қолданылған, қазіргі заманғы электромеханикалық формадағы ватт-сағатының өлкішін жасау үшін пайдаланды, индукциялық дискіні қолданып, оның айналу жылдамдығы тізбектегі қуатқа пропорционалды болды. Блати өлкіші Шалленбергер мен Томсонның өлкіштеріне ұқсас болды, себебі екеуі де екі фазалы моторлы өлкіштер еді. Вольт-амперлер тарату желісі арқылы өтетін барлық қуатты, реактивті және активті қуатты өлшейді. Бұл вольт пен ампердің тиімді квадратының көбейтіндісіне тең. Электр тогының жүктеме арқылы бұрмалануы бірнеше тәсілмен өлшенеді. Қуат коэффициенті – резистивті (немесе активті) қуат пен вольт-ампердің арақатынасы. Сыйымдылық жүктемесінде қуат коэффициенті алдын ала, ал индуктивті жүктемесінде артта қалады. Таза резистивті жүктеме (мысалы, шам, жылытқыш немесе қайнатқыш) қуат коэффициенті 1-ге тең. Ток гармоникалары толқынның бұрмалануын өлшейтін шама. Мысалы, компьютердің қуат блогы сияқты электрондық жүктемелер, ішкі сақтау элементтерін толтыру үшін кернеудің ең жоғарғы нүктесінде тоқ алады. Бұл қуат көзінің кернеуіндегі елеулі құлауға әкелуі мүмкін, бұл кернеу толқынының тегістелуі ретінде көрінеді. Бұл тегістеу жұп емес гармоникаларды тудырады, егер олар белгілі бір шектен асып кетсе, қабылданбайды, себебі олар тек қана емес, сонымен қатар басқа жабдықтардың жұмысына кедергі келтіруі мүмкін. ЕС және басқа елдерде гармоникалық эмиссиялар заңмен белгіленген шектерде болуы тиіс. Энергия мөлшерін өлшеуден басқа, басқа да өлшеу түрлері бар. Электр зарядының мөлшерін (кулон) өлшейтін, ампер-сағаттық өлкіштер деп аталатын өлкіштер, электрлендірудің алғашқы күндерінде қолданылған. Олар энергияны дұрыс өлшеу үшін қуат көзінің кернеуі тұрақты болуына тәуелді болды, бұл көптеген қуат көздері үшін ықтимал емес еді. Ең көп қолданылатын жағдай – үлкен аккумуляторлардың зарядталу/разрядталу күйін бақылауға арналған арнайы өлкіштер. Кейбір өлкіштер тек зарядтың ағып өткен уақытын өлшейді, кернеудің немесе токтың мөлшерін өлшемейді. Бұл құрылғылар тек тұрақты жүктемелермен жұмыс істеуге жарамды және қазіргі кезде сирек қолданылады.

Операция

Электр өлшегіштер кернеуді (вольт) және ток күшін (ампер) үздіріссіз өлшей отырып жұмыс істейді, осы арқылы қолданылған энергияны (жоуль, киловатт-сағат сияқты) анықтайды. Шағын тұтынушыларға (мысалы, кішігірім тұрғын үй клиенттеріне) арналған өлшегіштерді көзден тұтынушыға дейінгі желіге тікелей қосуға болады. 200 амперден асатын үлкен жүктемелер үшін ток трансформаторлары қолданылады, бұл өлшегішті желілік өткізгіштермен бірге орналастырудың қажеттілігін жояды. Өлшегіштер екі негізгі санатқа бөлінеді: электромеханикалық және электрондық.

Электрондық

Электрондық есептегіштер энергияны LCD немесе LED дисплейінде көрсетеді, ал кейбіреулері көрсеткіштерді қашықтан жіберуге қабілетті. Пайдаланылған энергияны өлшеуден басқа, электрондық есептегіштер жүктеме мен жабдықтаудың басқа да параметрлерін, мысалы, пайдалану демалысының жылдамдығы мен максималды демалыс сұранысын, кернеуді, қуат коэффициентін және пайдаланылған реактивті қуатты өлшей алады. Олар сондай-ақ уақыт бойынша есептеуді қолдайды, мысалы, пик және пик емес сағаттарда қолданылған энергия мөлшерін тіркейді. Есептегіште қуат көзі, өлшеу механизмі, өңдеу және байланыс механизмі (яғни, микробасқарушы), сондай-ақ нақты уақыт сағаты (RTC), сұйық кристалды дисплей, инфрақызыл байланыс порттары/модульдері сияқты қосымша модульдер бар. Өлшеу механизміне кернеу және ток кірістері беріледі, содан кейін кернеу эталоны, үлгілегіштер мен кванттаушылар, барлық кірістердің цифрлық эквиваленттерін алу үшін аналогты-цифрлық түрлендіру бөлімі орналасқан. Бұл кірістер сандық сигналды өңдеушіні пайдалана отырып, әртүрлі өлшеу параметрлерін есептеу үшін өңделеді. Есептегіштегі ұзақ мерзімді қателердің басты себебі – преампердегі дрейф, одан кейін кернеу эталонының дәлдігі. Бұл екеуі де температураға байланысты өзгереді, ал есептегіштер сыртта орналасқанда бұл өзгеріс айқын байқалады. Оларды сипаттау және түзету – есептегішті жобалаудың маңызды бөлігі. Өңдеу және байланыс бөлімі өлшеу механизмі жасаған сандық мәндерден туындаған әртүрлі шамаларды есептеуге жауапты. Сондай-ақ, ол әртүрлі протоколдарды пайдалана отырып байланыс жасауға және оған бағынышты модульдермен байланыс орнатуға жауапты. RTC және басқа қосымша модульдер әртүрлі кіріс/шығыс функциялары үшін өңдеу және байланыс бөліміне бағынышты ретінде қосылады. Қазіргі заманғы есептегіште мұның бәрі немесе көп бөлігі микропроцессордың ішінде жүзеге асырылады, мысалы RTC, LCD контроллері, температура сенсоры, жад және аналогты-цифрлық түрлендіргіштер.

Байланыс әдістері

Қашықтан есептегіштің оқуын телеметрияның практикалық мысалы деп санауға болады. Бұл адаммен оқу жүргізушінің шығындарын және одан туындайтын қателерді қысқартады, сонымен қатар, көбірек өлшемдерді алуға және қашықтан жабдықтауға мүмкіндік береді. Көптеген смарт есептегіштерде қызметті тоқтату немесе қайта қосу үшін ауыстырғыш қарастырылған. Тарихи тұрғыдан алғанда, айналмалы есептегіштер KYZ желісіне қосылған электрлік контактілер арқылы өлшенген мәліметтерді қашықтан жіберуге қабілетті болды. KYZ интерфейсі – есептегіштен берілетін C түріндегі контакт. KYZ интерфейсінде Y және Z сымдары – энергияның өлшенген мөлшері үшін K-ға қысқаша тұйықталатын ауыстырғыш контактілер. Бір контакті жабылып тұрғанда, екіншісі ашылады, бұл есептеудің дұрыстығын қамтамасыз етеді. Әрбір контактінің күйін өзгерткені бір импульс ретінде есептеледі. Импульстардың жиілігі қуат сұранысын көрсетеді. Импульстардың саны өлшенген энергияны көрсетеді. Электромеханикалық есептегішке енгізілгенде, реле есептегіш дискісінің толық немесе жартылай айналымымен бірге күйін өзгертеді. Күйдің әрбір өзгеруі "импульс" деп аталады. KYZ шығыстары тарихи түрде "тотализатор релелеріне" қосылып, олар "тотализаторды" қамтамасыз ететін, сондықтан көптеген есептегіштерді бір уақытта бір орында оқуға мүмкіндік берді. KYZ шығыстары электр есептегіштерін бағдарламаланатын логикалық контроллерлерге, HVAC жүйелеріне немесе басқа басқару жүйелеріне қосудың дәстүрлі тәсілі болып табылады. Кейбір заманауи есептегіштерде сұранысты басқаруды жақсарту үшін жоғары электр тарифтеріне жақын сұранысты анықтағанда ескертетін контактілік жабылу қарастырылған. EN 62053 31 (бұрынғы DIN 43864) S0 интерфейсін анықтайды, ол гальванды оқшауланған ашық коллекторлық шығыс болып табылады. Кернеу және ток сәйкесінше 27 В және 27 мА-ға дейін шектеледі. Электр энергиясының әрбір өлшенген мөлшері 32 100 мс ұзақтықтағы бір импульсті тудырады. Есептегіштің тұрақтысы (кВт-сағатқа импульстар саны) кейбір есептегіштерде бағдарламалана алады, бірақ көбінесе кВт-сағатқа 1000-10000 импульсқа орнатылады. Басқа есептегіштерде ұқсас импульстік интерфейс қолданылады, бірақ электрлік қосылымның орнына инфрақызыл диоды бар. Интерфейс басқа да есептегіштерде де қолданылады, мысалы, су есептегіштерінде. Жартылай автоматты оқуға арналған көптеген есептегіштерде есептегіштің беткі тақтасы арқылы инфрақызыл диод арқылы байланыс жасайтын тізбектік порт бар. Кейбір көп бірліктердегі ғимараттарда ұқсас протокол қолданылады, бірақ барлық есептегіштерді бір плагинге қосу үшін сымдық шинада тізбекті ток циклі қолданылады. Плагин көбінесе оңай қол жетімді нүктеге жақын орналасқан. Еуропалық Одақта ең көп таралған инфрақызыл және протокол – IEC 61107 C режимінің қарапайым кіші жиынтығы болып табылатын "FLAG". АҚШ және Канадада инфрақызыл протоколы ANSI C12.18 болып табылады. Кейбір өнеркәсіптік есептегіштер Modbus немесе DNP3 сияқты бағдарламаланатын логикалық контроллерлерге арналған протоколдарды қолданады. Бұл мақсатта ұсынылған бір протокол – DLMS/COSEM, ол тізбектік порттарды қоса алғанда, кез келген ортада жұмыс істей алады. Деректер Zigbee, Wi-Fi, телефон желілері немесе тікелей электр желілері арқылы берілуі мүмкін. Кейбір есептегіштерді интернет арқылы оқуға болады. OSGP (Open Smart Grid Protocol) сияқты басқа да заманауи протоколдар да кеңінен қолданыла бастады. Электрондық есептегіштер қазір төмен қуатты радио, GSM, GPRS, Bluetooth, IrDA, сондай-ақ RS 485 сымдық байланысын пайдаланады. Есептегіштер уақыт белгілері бар толық пайдалану профильдерін сақтай алады және оларды бір түймемен жіберуге болады. Профильдермен бірге сақталған сұраныс көрсеткіштері тұтынушының жүктемелік талаптарын дәл көрсетеді. Бұл жүктемелік профильдік деректер коммуналдық қызметтерде есеп айырысу және жоспарлау мақсатында өңделеді. Автоматты есептегішті оқу (AMR) және қашықтан есептегішті оқу (RMR) есептегіштің көрсеткіштерін есептегішті оқушыны жіберу қажеттілігінсіз, қашықтан тексеруге мүмкіндік беретін әртүрлі жүйелерді сипаттайды. Электрондық есептегіш телефон желісі немесе радио арқылы орталық есептеу кеңсесіне өз көрсеткіштерін жібере алады.

Коммерциялық пайдалану

Ірі коммерциялық және өндірістік ғимараттар жарты сағат немесе одан кем уақыт аралығында электр энергиясын тұтынуды тіркейтетін электрондық есептегіштерді қолдануы мүмкін. Бұл себепті көптеген электр желілері күні бойы жүктеме өсулеріне бейім, ал энергия беру компаниясы ірі тұтынушыларға осы кезде сұранысты азайту үшін бағалық жеңілдіктер ұсынуы мүмкін. Мұндай жүктеме өсулер жиі тамақ ішу уақытына немесе, кеңінен танымал, танымал телебағдарламаларды тоқтатып тұратын жарнамаларға сәйкес келеді.

Үй энергиясын бақылау

Үй шаруашылығындағы энергия тұтынуды азайтудың тиімді тәсілі – пайдаланушыларға ыңғайлы, нақты уақыт режимінде кері байланыс беру, осылайша олар энергияны пайдалану әдеттерін өзгерте алады. Жақында энергияны (Ватт-сағат), сәттегі қуатты (Ватт қуаты) өлшейтін, сондай-ақ MAINS кернеуін, токты, жұмыс істеу уақытын, белсенді қуатты өлшейтін, ең жоғары Ватт қуатын және ең жоғары токты тіркеуге мүмкіндігі бар, ал қосымша қолмен орнатылатын сағаты бар арзан энергия кері байланыс дисплейлері қолжетімді болды. Дисплей апта ішіндегі қуат тұтынуды графикалық түрде көрсетуі мүмкін. Hydro One компаниясының Онтариодағы 500 үй шаруашылығында жүргізген зерттеуі, салыстырмалы өлшемдегі бақылау тобымен салыстырғанда, жалпы электр энергиясын пайдаланудың орташа 6,5%-ға төмендегенін көрсетті. Hydro One кейіннен пилоттық жобаның табысқа ие болуына байланысты 30 000 тұтынушыға тегін қуат мониторларын ұсынды. Google PowerMeter сияқты жобалар смарт-эсептегіштен мәліметтерді алып, оларды пайдаланушыларға оңай қолжетімді етеді, осылайша энергияны үнемдеуге ынталандырады. Жеке құрылғылардың энергия тұтынуын өлшеу үшін розеткаға қосылатын электр есептегіштері (немесе қуатты өлшегіштер) қолданылады. Бүгінде нарықта әртүрлі модельдер бар, бірақ олардың барлығы бірдей негізгі принцип бойынша жұмыс істейді. Есептегіш розеткаға қосылады, ал өлшенетін құрылғы есептегішке қосылады. Мұндай есептегіштер энергияны үнемдеуге көмектеседі, себебі олар көп энергия тұтынатын немесе күту режимінде артық энергия жұмсайтын құрылғыларды анықтайды. Егер зерттеу мақсаты үшін қуат тұтынуын бағалау жеткілікті болса, веб-ресурстарды да пайдалануға болады. Электр қуатын өлшегішті жергілікті электрмен жабдықтаушы мекемеден немесе жергілікті кітапханадан алуға болады.

Көптік тариф

Электр энергиясын сатушылар тұтынушыларға күнің әртүрлі уақытында әртүрлі тарифтерді қолдануға ниеттенуі мүмкін, бұл өндіріс және беру шығындарын жақсырақ көрсетеді. Электр энергиясын төмен сұраныс кезеңінде сақтау, жоғары сұраныс кезеңінде пайдалану үшін әдетте тиімді болмайтындықтан, шығындар күнің уақытына қарай айтарлықтай өзгереді. Ядролық энергия сияқты төмен құнды генерациялық қуатты (базалық жүктеме) іске қосуға бірнеше сағат уақыт қажет, демек сұраныс төмен болғанда артық қуат болады. Ал жоғары құнды, бірақ икемді генерациялық қуатты (мысалы, газ турбиналары) сұраныстың өсуіне дереу жауап беру үшін (резервтік қуат) дайын күйде ұстау керек, олар күніне бірнеше минут жұмыс істеуі мүмкін, бұл өте қымбат. Кейбір көп тарифтік есептегіштер сұраныстың әртүрлі мөлшері үшін әртүрлі тарифтерді қолданады. Бұл әдетте өнеркәсіптік есептегіштерде кездеседі. Тұрмыстық ауыспалы тарифтік есептегіштер әдетте екі-үш тарифты ("жоғары", "төмен" және "аралық") қолдайды, мұндай жағдайларда қарапайым электромеханикалық уақыттық қосқыш қолданылуы мүмкін. Тарихи тұрғыдан алғанда, олар көбінесе электрлік жылытқыштармен немесе ыстық су жинағыштарымен бірге қолданылған. Көп тарифтік жүйелерді уақыт бойынша тарифтеу (TOU) есептегіштері арқылы жеңілдетуге болады, олар уақыттық қосқышқа кіріктірілген немесе қосылған және бірнеше тіркегіштері бар. Тарифтер арасында ауысу толқындық басқару немесе радиоактивті қосқыш арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Принцип бойынша, жабық уақыттық қосқышты да пайдалануға болады, бірақ оның арзан электр энергиясын алу үшін бұзылуына бейімділігі жоғары деп есептеледі. Радиоактивті қосқыштар Ұлыбританияда кең таралған, түнгі деректер сигналы BBC Radio 4 радиосының 198 кГц ұзын толқын тасымалдауы арқылы жіберіледі. Төмен тарифтік зарядтау әдетте түнгі сағат 00:00 мен таңғы сағат 7:00 аралығындағы жеті сағат ішінде жүзеге асырылады, бұл жылытқыштар мен су жылытқыштарын қуаттауға арналған. Ұлыбританияда мұндай тарифтер әдетте Economy 7, White Meter немесе Dual Rate деп аталады. Мұндай тарифтердің танымалдылығы соңғы жылдары, кем дегенде тұрмыстық нарықта, жылу жинағыштардың (көрінетін немесе нақты) кемшіліктері және табиғи газдың салыстырмалы түрде төмен құны (әдетте 3-5 есе төмен) салдарынан төмендеді. Дегенмен, көптеген үйлерде газ қосылысы жоқ, олардың көпшілігі ауылдық жерлерде газ құбыры желісінен тыс жерде орналасқан, ал басқаларын радиаторлық жүйеге жаңарту үшін бастапқы инвестициялар қажет. Сондай-ақ, 10 сағаттық арзан төмен тарифтік электр энергиясын 24 сағат ішінде үш уақыт белдеуіне бөлетін Economy 10 есептегіші де бар. Бұл жылытқыштарға бірнеше рет қуат беруге немесе ылғалды электрлік жылыту жүйесін арзан тарифпен жұмыс істеуге қолайлы уақытты ұйымдастыруға мүмкіндік береді. Economy 7 есептегіштерінің көпшілігі 7 сағаттық түнгі уақытта электр қуатының барлық тұтынымын арзан тарифке ауыстырады, тек жылытқыш тізбегін емес. Бұл ретте күндізгі тариф бір кВт/сағ үшін айтарлықтай жоғары болады және тұрақты төлемдер де жоғары болуы мүмкін. Мысалы, 2017 жылдың шілдесінде, Лондон аймағында EDF Energy компаниясының стандартты бағасы бойынша электр энергиясының құны 17,14 пенс/кВт/сағ құрады (жеке тариф), ал күндізгі тұрақты төлем 18,90 пенс құрады. Economy 7 тарифтері бойынша бағалар төбедегі тұтыну кезеңінде 21,34 пенс/кВт/сағ, төмен тұтыну кезеңінде 7,83 пенс/кВт/сағ және күндізгі тұрақты төлем 18,90 пенс құрады. Кір жуғыш машиналарға, кептіргіштерге, ыдыс жуғыш машиналарға және су жылытқыштарына орнатылған уақыттық қосқыштарды төмен тарифтік кезеңде ғана жұмыс істеуге орнатуға болады.

Ақылды есептегіштер

Ақылды өлшегіштер қарапайым АМР-дан (автоматты есептеу оқуынан) бір қадам алға басады. Олар қосымша мүмкіндіктер ұсынады, соның ішінде нақты уақыт немесе дерлік нақты уақыт оқулары, қуат үзілісі туралы хабарлау және қуат сапасын бақылау. Олар баға белгілейтін органдарға күннің уақытына және маусымға қарай тұтынуға әртүрлі баға белгілеуге мүмкіндік береді. Ақылды есептегіштің тағы бір түрі, үйдегі құралдардың санын және түрін, олардың әрқайсысы қанша энергия жұмсайтынын және қашан жұмсайтынын автоматты түрде анықтау үшін, бұзушылықсыз жүктеме мониторингін пайдаланады. Бұл өлшегіш электрмен жабдықтаушы компаниялар тарапынан энергияны пайдалануды зерттеу үшін қолданылады. Бұл үйдегі барлық құралдарға таймерлерді орнату қажеттілігін жояды, олардың әрқайсысы қанша энергия жұмсағанын анықтау үшін.

Алдын ала төлеу есептеуіштері

Электр энергиясын бөлшек сатудың стандартты бизнес-моделі электр компаниясының клиентке өткен айда немесе тоқсанда қолданылған энергия мөлшері үшін есеп-шоты ұсынуын қамтиды. Кейбір елдерде, егер бөлшек сатушы клиент есепті төлемейді деп санаса, алдын ала төлем есептегіші орнатылуы мүмкін. Бұл клиенттен электр энергиясын пайдалану алдында алдын ала төлем жасауды талап етеді. Егер қолда бар қаражат таусылса, электр қуаты реле арқылы тоқтатылады. Ұлыбританияда бұрын механикалық монетамен төлейтін есептегіштер жекеменшік жалдама тұрғын үйлерде де, электр тақталарының тұрғын үй клиенттерінде де, мемлекеттік электр энергетикасы секторында да кең таралған. Олардың кемшіліктеріне ақшаны үнемі алып тұру қажеттігі және клиенттердің де, қарақорғашдардың да есептегіштен ақша ұрлау қаупі кіретін. Алғашқы автоматтандырылған алдын ала төлем есептегіштерін Лондон Электр компаниясы, Ұлыбританияның Феликсстоу қаласында орналасқан Schlumberger Metering компаниясымен бірлесіп енгізді. Олар бастапқыда "Негізгі есептегіштер" деп, кейін "Бюджеттік есептегіштер" деп аталды. Олар жылына 60 мыңға жуық төлемнен бас тартудың алдын алды және қолма-қол ақшамен алдын ала төлеудің көптеген кемшіліктерін жойды. Бұл есептегіштер, әсіресе қысқа мерзімді жалдауға түскендер үшін ыңғайлы төлем тәсілін іздеген клиенттердің арасында да танымал болды. Осы есептегіштердің бірінші жылдары Ұлыбритания бойынша 1 миллионнан астам орнатылды. Қазіргі заманғы қатты күйдегі электр есептегіштері, смарт-карталармен бірге жұмыс істегенде, бұл кемшіліктерді жойды және олар несиелік тәуекелі төмен клиенттер үшін жиі қолданылады. Ұлыбританияда клиенттер Post Office Ltd немесе PayPoint желісі сияқты ұйымдарды пайдалана алады, онда қайта зарядталатын жетондарды (табиғи газ үшін Quantum карталары немесе электр энергиясы үшін пластикалық "кілттер") клиенттің қолда бар ақшасымен жүктеуге болады. Оңтүстік Африка, Судан және Солтүстік Ирландияда алдын ала төлем есептегіштері кілт арқылы бірегей, кодталған жиырма цифрлы нөмірді енгізу арқылы қайта зарядталады. Бұл жетондарды өндіруді өте арзан етеді, оларды сатып алу орнында электронды түрде жеткізуге болады немесе қағазға басып шығаруға болады. Әлем бойынша, әсіресе дамып келе жатқан елдерде, алдын ала төлем жүйелерін сынау бойынша тәжірибелер жүргізілуде. Кейбір жағдайларда клиенттер алдын ала төлем есептегіштерін қабылдамайды. Стандартты трансферт спецификациясы (STS) қауымдастығы сияқты түрлі ұйымдар, өндірушілер арасында алдын ала төлем есептеу жүйелері үшін ортақ стандарттарды ілгерілетеді. STS стандартын қолданатын алдын ала төлем есептегіштері көптеген елдерде қолданылады.

Күндізгі өлшеу уақыты

Күндізгі уақыт есептегіші (TOD), сондай-ақ Пайдалану уақыты (TOU) немесе Маусымдық күндізгі уақыт (SToD) деп те аталады, күнді, айды және жылды тарифтік кезеңдерге бөлуді қамтиды, жоғары жүктеме кезеңдерінде тарифтер жоғары, ал төмен жүктеме кезеңдерінде тарифтер төмен болады. Бұл клиенттердің пайдалануын автоматты түрде басқару үшін пайдаланылуы мүмкін (нәтижесінде жүктемені автоматты түрде басқару), бірақ көбінесе клиент өзінің пайдалануын басқаруға немесе тиісінше төлеуге жауапты болады (ерікті жүктемені басқару). Бұл сондай-ақ коммуналдық қызметтерге өздерінің беру инфрақұрылымын тиісті түрде жоспарлауға мүмкіндік береді. Сұраныс жағынан басқару (DSM) туралы да қараңыз. TOD есептегіші тарифтерді әдетте бірнеше сегменттерге бөледі, оның ішінде жоғары жүктеме, төмен жүктеме, орташа жүктеме немесе аралық кезең және ең жоғары жүктеме. Типикалық жағдай – күндізгі уақытта (демалыс күндері емес) жоғары жүктеме, мысалы, жазда дүйсенбіден жұмаға дейін сағат 1-ден 9-ға дейін, ал қыста сағат 6:30-дан 12-ге дейін және сағат 5-тен 9-ға дейін. Күрделірек схемаларға жоғары сұраныс кезеңдерінде болатын ең жоғары жүктемелерді пайдалану кіреді. Жоғары сұраныс және құн кезеңдері әлемнің әртүрлі нарықтарында өзгеше болуы мүмкін. Ірі коммерциялық пайдаланушылар электр қуатын сағатына болжамдық бағамен немесе нақты уақыт бағасымен сатып ала алады. Кейбір коммуналдық қызметтер тұрғын үй клиенттеріне сағаттық тарифтерді төлеуге мүмкіндік береді, мысалы, Иллинойс штатында күндізгі баға қолданылады.

Электр қуатын экспорттау өлшеуіштері

Көптеген электр тұтынушылар экономикалық, қосымша немесе экологиялық себептермен өздерінің электр энергиясын өндіру жабдықтарын орнатуда. Егер тұтынушы өзінің қажеттілігінен артық электр энергиясын өндірсе, оның артығы электр желісіне қайта экспортталуы мүмкін. Желіге қайта қуат беретін тұтынушылар, әдетте, желі компоненттерін (сондай-ақ тұтынушының өзінің жабдықтарын) ақаулар (электрлік қысқа тұйықтар) немесе желіге техникалық қызмет көрсету кезінде (мысалы, экспорттаушы тұтынушының орнатылысынан келетін бұзылған желідегі кернеу) қорғау үшін арнайы жабдықтар мен қауіпсіздік құрылғыларымен жабдылуы керек. Экспортталған энергия ең қарапайым жағдайда, таза экспорт кезеңінде есептегіштің кері бағытта жұмыс істеуі арқылы есепке алынуы мүмкін, бұл тұтынушының тіркелген энергия тұтынуын экспортталған көлемге сәйкес азайтады. Нәтижесінде, тұтынушы өзінің экспорты үшін электр энергиясының толық бөлшек сауда бағасымен төленеді. Стандартты есептегіш немесе оған баламасымен жабдықталмаған жағдайда, қуат экспортталатын кезде ол кері бағытта жұмыс істей отырып, қуат ағынын екі бағытта да дәл тіркейді. Заңмен рұқсат етілген жағдайда, коммуналдық қызметтер тұтынушыға жеткізілген энергия бағасы мен тұтынушы өндірген және желіге қайтарылған энергия үшін төленетін баға арасындағы пайдалы маржаны сақтайды. Соңғы кезде қуат беру көздері көбінесе жаңаруға жарамды көздерден (мысалы, жел турбиналары, фотоэлектрлік элементтер) немесе газ немесе бу турбиналарынан, көбінесе когенерациялық жүйелерде кездеседі. Тағы бір ұсынылған қуат беру көзі – гибридті автомобильдердің аккумуляторлары (көліктің желіге қуат беру жүйелері). Бұл үшін «ақылды желі» қажет, ол қашықтан басқаруды қажет ететін коммуникациялық желілер арқылы электр энергиясын өлшейтін есептегіштерді қамтиды және тұтынушыларға уақыт пен баға опцияларын ұсынады. Көліктің желіге қуат беру жүйелерін жұмыс орындарының тұрақтарында және гараждарда, сондай-ақ аялдамаларда және «парк-энд-райд» аймақтарында орнатуға болады. Бұл жүргізушілерге түнде, төмен тарифтік сағаттарда үйде аккумуляторларын зарядтауға және жоғары сұраныс кезінде артық электр энергиясын желіге сату үшін есептік шоттарына кредит алуға көмектеседі.

Орналасқан жері

Электр есептегіштің орналасуы әрбір орнатуда өзгеше болуы мүмкін. Мүмкін болатын орындар: мүлікті қызмет көрсететін электр бағанасында, көше бойындағы шкафта (электр есептегіш қорабында) немесе тұтынушының электр жабдығы / тарату тақтасына жақын үй ішінде. Электр компаниялары есептегішті үйге кірмей-ақ оқуға болатындықтан сыртқы орналасуын қалайды, бірақ сыртқы есептегіштер вандализмге ұшырау ықтималдығы жоғары. Ток трансформаторлары есептегішті ток жүретін сымдардан қашыққа орналастыруға мүмкіндік береді. Бұл үлкен орнатуларда кең таралған. Мысалы, бір үлкен тұтынушыға қызмет көрсететін подстанция шкафқа ауыр кабельдерді кіргізбей, шкафқа өлшеу құралдарын орната алады.

Клиентті тастау және өлшеу теңдеуі

Электрлік стандарттар әр аймақта әртүрлі болғандықтан, желіден тұтынушыға қосылу ("тұтынушыға желілік қосылым") стандарттарға және орнату түріне байланысты өзгереді. Желі мен тұтынушы арасындағы бірнеше жалпы қосылым түрлері бар. Әр түрдің өлшеу теңдеуі әртүрлі. Блондел теоремасы бойынша, N ток өткізгіші бар кез келген жүйеде, электр энергиясын өлшеу үшін N-1 өлшеу элементі жеткілікті. Бұл, мысалы, үш фазалық үш сымды жүйе үшін үш фазалық төрт сымды жүйеге (нейтральдық сымы бар) қарағанда басқа өлшеу қажет екенін көрсетеді. Еуропа, Азия, Африка және көптеген басқа аймақтарда тұрғын үйлер мен шағын коммерциялық тұтынушылар үшін бір фазалық жүйе кең таралған. Бір фазалық тарату арзан, себебі бір жиын трансформаторлар әдетте үлкен аумақты салыстырмалы түрде жоғары кернеумен (әдетте 230 В) қамтамасыз етеді және жергілікті трансформаторлар қажет болмайды. Бұл қарапайым өлшеу теңдеуіне ие: Ватт = вольт x ампер, мұнда вольт нейтральдық сымнан фазалық сымға дейін өлшенеді. АҚШ, Канада және Орталық және Оңтүстік Американың кейбір аймақтарында ұқсас тұтынушыларға әдетте үш сымды бір фазалық жүйемен қызмет көрсетіледі. Үш сымды бір фазалық жүйеге жергілікті трансформаторлар қажет, он үйге бір трансформатор жеткілікті, бірақ розеткада төменгі, қауіпсіз кернеуді (әдетте 120 В) қамтамасыз етеді және тұтынушыларға екі кернеуді ұсынады: нейтральдық сымнан фазаға (әдетте 120 В) және фазадан фазаға (әдетте 240 В). Сонымен қатар, үш сымды тұтынушыларда нейтральдық сым генератор орамдарының нөлдік жағына қосылады, бұл қауіпсіздігін оңай тексеруге болатын жерге қосуды қамтамасыз етеді. Бұл өлшегіштердің өлшеу теңдеуі: Ватт = 0.5 x вольт x (А фазасының ампері – В фазасының ампері), мұнда вольт фазалық сымдар арасында өлшенеді. Өнеркәсіптік қуат әдетте үш фазалық қуат түрінде беріледі. Екі түрі бар: үш сымды немесе төрт сымды, жүйелік нейтральдық сымы бар. "Үш сымды" немесе "үш сымды дельта" жүйесінде нейтральдық сым болмайды, бірақ қауіпсіздік үшін жерге қосылады. Үш фазаның кернеуі бір-біріне ғана қатысты. Бұл тарату әдісі бір сымға азырақ, арзан және Азияда, Африкада және Еуропаның көптеген бөліктерінде кең таралған. Тұрғын үйлер мен жеңіл өнеркәсіпті біріктіретін аймақтарда бұл жалғыз тарату әдісі болуы мүмкін. Бұл типтегі өлшегіш әдетте екі ораманы үшінші орамаға қатысты өлшейді және ватттарды қосады. Бұл жүйенің бір кемшілігі – егер қауіпсіздік жері бұзылса, оны тікелей өлшеу арқылы анықтау қиын, себебі ешбір фазаның жерге қатысты кернеуі болмайды. Төрт сымды үш фазалық жүйеде, кейде "төрт сымды жұлдыз" деп аталады, қауіпсіздік жері генератордың немесе трансформатордың үш орауының нөлдік кернеу жағына физикалық түрде қосылған нейтральдық сымға қосылады. Барлық қуат фазалары осы жүйеде нейтральдыққа қатысты болғандықтан, егер нейтральдық сым ажыратылса, оны тікелей өлшеуге болады. АҚШ-та Ұлттық электрлік кодексі нейтральдық сымдардың осы типті болуын талап етеді. Бұл жүйеде қуат өлшегіштер нейтральдыққа қатысты барлық үш фазаны өлшейді және қосады. Солтүстік Америкада электр энергиясын өлшегіштерді ғимараттың сыртындағы стандартты розеткаға қосу кең таралған. Бұл өлшегішті розеткаға немесе ғимараттың иесіне кедергі келтірмей ауыстыруға мүмкіндік береді. Кейбір розеткаларда өлшегіш қызмет көрсету үшін алынып тасталған кезде айналма жол болуы мүмкін. Осы қысқа уақыт ішінде тіркелмеген электр энергиясының мөлшері тұтынушыға электр қуатын тоқтату арқылы туындауы мүмкін ұсақ-түйектермен салыстырғанда маңызсыз деп есептеледі. Солтүстік Америкадағы көптеген электронды өлшегіштер ANSI C12.18 сериялық протоколын қолданады. Көптеген басқа елдерде қуат беру және жүктеме терминалдары өлшегіштің өзінде орналасқан. Кабельдер тікелей өлшегішке қосылады. Кейбір аймақтарда өлшегіш сыртта, көбінесе электр бағанасында орнатылған. Басқаларында ол ғимараттың ішінде, нишада орналасқан. Егер ол ішкі болса, басқа өлшегіштермен деректер байланысын бөлісуі мүмкін. Егер ол бар болса, ортақ байланыс көбінесе пошта жәшігінің жанындағы кішкентай плагин болып табылады. Қосылым көбінесе EIA 485 немесе IEC 62056 сериялық протоколымен инфрақызыл сәулеленуді пайдаланады. 2014 жылы өлшегіштерге желілік қосылымдар жылдам өзгеріп жатыр. Ең көп таралған схемалар Интернет-протоколы арқылы жұмыс істейтін деректерді қолданыстағы ұлттық стандартпен (мысалы, ANSI C12.19 немесе IEC 62056) біріктіреді, сондай-ақ электр желісімен байланыс үшін кішкентай схемалық тақтамен, немесе ұялы телефон желісі үшін цифрлық радиомен, немесе ISM жолағымен жұмыс істейді.

Дұрыс

Электр энергиясын есептеу құрылғылары тұтынылған энергияны белгілі бір дәлдікпен тіркеуге міндетті. Тіркелген энергиядағы елеулі қателік электр энергиясын жеткізушіге шығын келтіруі немесе тұтынушыға артық төлем жасауға себеп болуы мүмкін. Дәлдік талаптары әдетте, есептегіш орнатылған жердің заңнамасында белгіленеді. Заңнамалық ережелерде сондай-ақ, дәлдігі дауланған жағдайда орындалуға тиіс процедура да көрсетілуі мүмкін. Ұлыбританияда орнатылған кез келген электр энергиясын есептеу құрылғысы тұтынылған энергияны дәл тіркеуге міндетті, бірақ оның көрсеткіші 3,5%-ға кем немесе 2,5%-ға артық болуына рұқсат етіледі. Даулы есептегіштер бастапқыда даулы есептегішпен бірге жұмыс істейтін тексеру есептегішімен салыстырылады. Соңғы шара – даулы есептегішті орнатылған жерде және мамандандырылған калибрлеу зертханасында толық сынаудан өткізу. Шамамен 93% даулы есептегіштер қанағаттанарлық жағдайда жұмыс істейтіні анықталады. Төленген, бірақ тұтылмаған (бірақ керісінше емес) электр энергиясының құны тек зертхана есептегіштің қанша уақыт бойы дұрыс тіркемегенін анықтай алса ғана қайтарылады. Бұл газ есептегіштерінен өзгеше, егер газ есептегішінің көрсеткіші кем болса, тұтынушыға газбен қамтамасыз етілген барлық кезеңде оның кем оқылғаны деп есептеледі. Қайтарым алу мерзімі өткен алты жылмен шектеледі.

Құпиясыздық пен қауіпсіздік

Санақшыларды көрсеткіштерін төмендету үшін манипуляциялау мүмкін, бұл электр қуатын төлеусіз пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл ұрлық немесе алаяқтық қауіпті де, адал емес те болуы мүмкін. Электр компаниялары жиі қашықтан дерек беретін санақшыларды орнатады, бұл қашықтан бұзушылықты анықтауға және, әсіресе, энергия ұрлығын жоғарылатуға мүмкіндік береді. Ақылды электр санақшыларына көшу энергия ұрлығын тоқтатуға көмектеседі. Бұзушылық анықталған жағдайда, АҚШ-тың көп бөлігінде заңды болып табылатын стандартты тәсіл - абонентті "бұзушылық" тарифтеріне ауыстыру, ол санақшының жобаланған максималды тогы бойынша есептеледі. Стандартты 50 А тұрғын үй санақшысы үшін 0,095 АҚШ доллары/кВт·сағ бағасымен ай сайынғы заңды түрде өндірілетін төлем шамамен 5000 АҚШ долларын құрайды. Санақшыны тексерушілер бұзушылық белгілерін анықтауға оқытылады, ал қарапайым механикалық санақшыларда бұзушылық жойылғанға дейін немесе қызмет тоқтатылғанға дейін әрбір есептеу кезеңінде максималды тариф қолданылуы мүмкін. Механикалық дискілі санақшыларды бұзудың көп тараған тәсілі – санақшының сыртына магниттерді бекіту. Күшті магниттер санақшыдағы магниттік өрістерді қанықтырып, механикалық санақшының моторлық бөлігінің жұмыс істемеуіне себеп болады. Төмен қуатты магниттер ішкі дискінің кедергісіне қосымша қарсылық тудыруы мүмкін. Магниттер электрондық санақшылардағы ток трансформаторларын немесе қуат көзі трансформаторларын да қанықтыра алады, бірақ оларға қарсы шаралар жиі қолданылады. Сыйымдылық және индуктивтік жүктемелердің кейбір комбинациялары ротордың серпімдерімен және массасымен өзара әрекеттесіп, қозғалысты азайтуға немесе кері айналуға әкелуі мүмкін. Мұндай әсерлердің барлығын электр компаниясы анықтай алады, ал көптеген заманауи санақшылар оларды анықтап немесе өтеуге қабілетті. Санақшының иесі әдетте оны бұзудан қорғайды. Кіріс санақшылары мен олардың қосылыстары пломбаланған. Санақшылар сондай-ақ реактивтік қуат сағаттарын (кері жүктеме), бейтарап және тұрақты тоқтарды (электрлік бұзушылықтардың көпшілігімен жоғарылатылған), қоршаған магниттік өрістерді және т.б. өлшеуі мүмкін. Тіпті қарапайым механикалық санақшыларда магниттік бұзушылық немесе үлкен тұрақты тоқтардан түсірілетін механикалық флагтар болуы мүмкін. Жаңа компьютерлік санақшыларда әдетте бұзушылыққа қарсы шаралар бар. Автоматты санақшы оқу (AMR) санақшыларында көбінесе санақшы қақпағының ашылуын, магниттік аномалияларды, қосымша сағатты орнатуды, жабысқан батырмаларды, кері орнатуды, фазаларды ауыстыруды және т.б. туралы хабарлайтын сенсорлар болады. Кейбір бұзушылар санақшыны толығымен немесе жартылай айналып өтеді. Мұндай қауіпсіз бұзушылықтар әдетте санақшыдағы бейтарап тоқты арттырады. АҚШ-тағы көптеген екі фазалы тұрғын үй санақшылары бейтарап тоқты анықтай алмайды. Алайда, заманауи бұзушылыққа қарсы санақшылар оны анықтап, стандартты тариф бойынша есептей алады. Санақшының бейтарап қосылысын ажырату қауіпсіз емес, өйткені қысқа тұйықталу адамдар немесе жабдық арқылы, металл топырақ арқылы емес, генераторға немесе жерге өтуі мүмкін. Жерге қосылған фантомдық контурдың кедергісі металл бейтарап қосылысынан әлдеқайда жоғары. Жер астындағы жер қауіпсіз болса да, подстанциядағы санақшы операторды бұзушылық туралы ескерте алады. Подстанциялар, байланыс желілері және трансформаторларда қызмет көрсетілетін аймақ үшін жоғары дәлдігі бар санақшылар болады. Электр компаниялары әдетте электр қуатын тарату проблемаларын анықтау және түзету үшін жалпы есептелген және жалпы өндірілген сома арасындағы айырмашылықтарды зерттейді. Бұл тексерулер бұзушылықты анықтаудың тиімді тәсілі болып табылады. АҚШ-та электр қуатын ұрлау көбінесе үй ішінде марихуана өсірумен байланысты. Наркологиялық детективтер мұндай операцияларды жүзеге асыру үшін жарық қажет деп санайды. Мұны білетін үй ішінде марихуана өсіретіндер электр қуатын ұрлап, оны пайдалануын жасыруға тырысады.

Регламенттік және заңнамалық

Көптеген елдерде электр энергиясын жеткізу нарығының либерализациясынан кейін, электр есептегішіне жауапты компанияны анықтау қиын болуы мүмкін. Қолданыстағы келісімдерге байланысты, есептегіштің меншігі операторға, электр энергиясын таратушыға, бөлшек саудагерге немесе ірі электр энергиясын пайдаланушыларға тиесілі болуы мүмкін. Есептегішті оқуға жауапты компания оның иесінен әрқашан бірдей болмайды. Қазір есептегішті оқу кейде субподрядқа беріледі, ал кейбір аймақтарда бір адам газ, су және электр есептегіштерін бір уақытта оқи алады. Тұрғын үйлердегі жаңа есептегіштерді енгізу қарапайым тұтынушыларға әсер ететін қосымша жеке өмірге қатысты мәселелерді тудырды. Бұл есептегіштер энергияны әр 15, 30 немесе 60 минут сайын тіркеуге қабілетті. Кейбір есептегіштердің алдыңғы жағында бір немесе екі ИК-диоды бар: біреуі сынақтар үшін, ескі механикалық есептегіштердегі уақыт белгісінің орнына, ал екіншісі есептегішті оқу/бағдарламалау үшін екі жақты ИК байланыс портының бөлігі ретінде қолданылады. Бұл ИК-диодтарды кейбір түнгі көру құрылғыларында және ИК сәулеленуді сезуге қабілетті бейнекамераларда көруге болады. Оларды бақылау үшін пайдалануға болады, адамдардың мүлкі мен мінез-құлқы туралы ақпаратты ашуға болады. Мысалы, клиент ұзақ мерзімге кеткенін көрсетуге болады. Жүктемелерді бақылау (Nonintrusive load monitoring) адамдардың қандай құралдары бар екені және олардың тұру және пайдалану үлгілері туралы одан да көп мәлімет береді. Бұл мәселенің егжей-тегжейлі және жақындағы талдауын Иллинойс қауіпсіздік зертханасы жүргізді.