МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ПРОВЕДЕНИЯ ВНЕКЛАССНОГО МЕРОПРИЯТИЯ « ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И УЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ»
методическая разработка

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТЕВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  

« НОВООСКОЛЬСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ПРОВЕДЕНИЯ ВНЕКЛАССНОГО МЕРОПРИЯТИЯ « ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И УЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ»

Разработала : В.Н. Михайличенко – преподаватель ОГАПОУ

« Новооскольский колледж»

г. Новый Оскол 2021

ВВЕДЕНИЕ

       История создания счётчиков связана с изобретениями электротехнических устройств XIX века. Самые разные исследователи независимо и беспрестанно изучали электромагнетизм, внося собственную лепту в создание и последующее развитие счётчиков электроэнергии. Вот лишь некоторые этапы продолжительного пути развития. Всплеск теоретических открытий в области явлений, устанавливающих связь между магнитными и электрическими свойствами вещества, уже в 1-й половине XIX века. Во второй половине XIX века к авторам теоретических трудов присоединились практики. В течение непродолжительного периода времени были изобретены гидротурбина, счётчик, трансформатор тока, электродвигатель, динамо-машина, электрическая лампа. Как считали первооткрыватели, само время дарило просветление, позволяя почти в одно и то же время свершаться схожим открытиям в противоположных концах света. В этом был, к примеру, уверен создатель индукционного электрического счётчика Отто Титус Блати, венгр по происхождению, который также являлся соизобретателем трансформатора. Аньош Йедлик и Вернер фон Сименс, каждый в своё время, придумали динамо-машину. Что, в свою очередь, позволило превратить электричество в коммерческий продукт массового спроса. Развитие систем освещения потребовало применения устройств измерения и стандартизации учёта электроэнергии. Первый точный счётчик ватт-часов запатентовал Герман Арон в 1833 году.Развитие систем передачи электроэнергии по пути создания систем высокого напряжения тормозилось главным недостатком цепей постоянного тока — невозможностью преобразования одного уровня напряжения в другой.   И давний спор сторонников распределительных сетей постоянного и переменного тока окончательно решился в пользу последних; этому также способствовало изобретение трансформатора (1885 год). Попытки решить задачу учёта электрической энергии переменного тока привели к целому ряду открытий. Созданию индукционных счётчиков электроэнергии предшествовало обнаружение эффекта вращающегося магнитного поля (Никола Тесла — 1883 год, Галилео Феррарис[1] — 1885 год, Оливер Шелленбергер — 1888 год). Первый счётчик электроэнергии для переменного тока разработан Оливером Б. Шелленбергером в 1888 году. Уже в 1889 году запатентован «Электрический счётчик для переменных токов» венгра Отто Титуц Блати (для компании «Ganz»). А в 1894 году Шелленбергер по заказу компании Westinghouse создал индукционный счётчик ватт-часов. Счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа «А» появился в 1899 году, создатель Людвиг Гутман. Был дан старт непрерывным усовершенствованиям индукционных счётчиков электроэнергии. Счётчики, берущие начало от счётчика Блати и индукционных счётчиков Феррариса, вследствие великолепной надёжности и малой себестоимости, до сих пор массово изготовляются, именно с их помощью производят большую часть измерений электроэнергии.

Инфраструктурный лист

В инфраструктурном листе указывается оборудование, программное обеспечение, инструменты, расходные материалы из расчета на группу или на 1 человека. С точки зрения технического обеспечения рекомендуется выбирать задания, для выполнения которых не потребуется редкое или сверхдорогое оборудование или расходные материалы.  

Для проведения профессиональной пробы в онлайн-формате отдельно указывается ПО и онлайн-площадки, с помощью которых осуществляется взаимодействие участников пробы с наставником, указываются технические параметры ПК и периферийной аппаратуры (камеры, микрофоны и т.п.), необходимые для проведения мероприятия. В приложение к инфраструктурному листу идет краткая текстовая инструкция по технической организации данной пробы в формате онлайн.

Инструктаж по технике безопасности.

Общие правила безопасности  работы в электромонтажной лаборатории и установками без подачи напряжения.  

2.УСТРОЙСТВО НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЧЕТЧИКОВ

Принцип работы

За счет постоянного совершенствования технологий совершенствуются и счетчики электроэнергии. Все однофазные модели представленные на современном рынке подразделяются на индукционные и электронные.

Рис. 1. Индукционный и электронный электросчетчик

Первый вариант является первопроходцем в системе учета электрической энергии, несмотря на их простоту и доступность, электронные электросчетчики постепенно вытесняют их за счет высокой точности и расширенной функциональности.

Индукционные счетчики электроэнергии

Индукционные счетчики электроэнергии обладают простой и понятной конструкцией, на примере которой относительно легко разобраться с устройством и принципом действия простейшего электросчетчика.

Рис. 2. Устройство индукционного счетчика электроэнергии

Конструктивно данная модель состоит из:

• Токовой обмотки – представляет собой катушку индуктивности, включаемую в цепь последовательно нагрузке. Предназначена для измерения величины тока, потребляемого нагрузкой, изготавливается из проволоки большого сечения из нескольких витков.
• Обмотки напряжения – также представлена катушкой индуктивности, но подключенной параллельно по отношению к токовой обмотке. Изготавливается из тонкой проволоки  и укладывается большим количеством витков, применяется для измерения величины напряжения.
• Алюминиевый диск – элемент счетчика электроэнергии, предназначенный для преобразования электромагнитного усилия в механическую работу. Устанавливается на ось для вращения по направлению усилий электромагнитного поля катушек индуктивности.
• Счетный механизм – преобразует количество оборотов алюминиевого диска в цифровое отображение результатов измерения мощности. Состоит из механического циферблата шестеренчатого типа.
• Постоянный магнит – применяется для сглаживания механических колебаний подвижного диска. Создает постоянный магнитный поток и обеспечивает плавность хода.

Принцип действия индукционного счетчика электроэнергии заключается в том, что при подключении в электрическую цепь на обмотку напряжения подается действующее номинальное напряжение. В случае подключения нагрузки к выводам электросчетчика через токовую катушку будет протекать определенная величина тока.  При взаимодействии двух электромагнитных полей в алюминиевом диске начнут наводиться вихревые токи, что создаст его собственное электромагнитное поле. Механическое усилие от диска через систему шестеренок передастся счетному механизму.

      За последнее время на смену индукционным счётчикам электроэнергии пришли электронные. В данных счётчиках счётный механизм приводится во вращение не с помощью катушек напряжения и тока, а с помощью специализированной электроники. Кроме того, средством счёта и отображения показаний может являться микроконтроллер и цифровой дисплей соответственно. Всё это позволило сократить габаритные размеры приборов, а также, снизить их стоимость .В состав практически любого электронного счётчика входит одна или несколько специализированных вычислительных микросхем, выполняющие основные функции по преобразованию и измерению. На вход такой микросхемы поступает информация о напряжении и силе тока с соответствующих датчиков в аналоговом виде. Внутри микросхемы данная информация оцифровывается и преобразуется определённым образом. В результате, на выходе микросхемы формируются импульсные сигналы, частота которых пропорциональна текущей потребляемой мощности нагрузки, подключенной к счётчику. Импульсы поступают на счётный механизм, который представляет собой электромагнит, согласованный с зубчатыми передачами на колёсики с цифрами. В случае с более дорогостоящими счётчиками с цифровым дисплеем применяется дополнительный микроконтроллер. Он подключается к вышесказанной микросхеме и к цифровому дисплею по определённому интерфейсу, ведёт накопление результата измерения электроэнергии в энергонезависимую память, а также, обеспечивает дополнительный функционал прибора.

Подавляющее большинство электронных счетных устройств строятся на микросхемах серий МРС 3905, 3906 или 3909. Принципиально они состоят из трех модулей:

1. Двух операционных усилителей (аналог катушек тока и напряжения).
2. Генератора незатухающих колебаний, имеющего собственный блок питания и подключенного к одной из фаз.
3. Счетчика импульсов.

Операционные усилители работают в паре с термодатчиками и подают электрический управляющий сигнал на генератор незатухающих колебаний, частота которых меняется в зависимости от его величины.

Если показания электросчетчика выводятся на жидкокристаллический дисплей, то количество импульсов за единицу времени учитывается отдельной микросхемой, преобразующей его в кодовый сигнал. При использовании механических редукторов импульсы поступают непосредственно на шаговый двигатель. Чем выше частота их следования, тем быстрее он вращается.

В трехфазных приборах электрического учета таких управляющих микросхем три, а в однофазных – одна.

2.Техногия монтажа и установка электрического счетчика

Для установки электросчётчика для начала нужно:Приготовить инструменты, которые точно понадобятся в процессе монтажа электросчётчика в распределительном щитке. Обязательно понадобятся следующие инструменты: плоскогубцы, кусачки, отвёртки, изоляцию, клещи для снятия изоляции . Вначале следует сделать ответвления от линии электропитания, для чего следует зачистить от изоляции, используя для этого специальные клещи, магистральные провода, которые должны быть предварительно обесточены. На это место ставится клеммник специально для ответвления провода. После того как пользователь устанавливает этот клеммник на магистральный провод, он должен подключить отводящий провод, который должен будет пойти к вводному автомату. Ответвление от нулевого магистрального провода делается аналогичным образом. Затем нужно установить все защитные аппараты, а также и сам электросчётчик, на панель щитка. После установки всех указанных компонентов на свои места нужно произвести подключение всех нужных проводов .Вышеописанное ответвление магистрального провода фазы должно быть подключено к вводному автомату, с выхода которого выполняется подключение провода к первой клемме счётчика. Автоматический выключатель не будет нужен для ответвлённого нулевого провода, подключённого ко второй клемме прибора. Провод расходится групповые защитные автоматы энергопотребителей. К общей шине зануления следует осуществить подключения провода с четвёртой клеммы. Кстати, все нулевые провода потребителей должны быть подключены к этой же шине.От самой квартиры идут провода фазы, которые следует подключить к установленным после электросчётчика нижним зажимам автоматическим выключателям. Следует помнить, что требуется установка отдельного автоматического выключателя для каждого провода фазы. Ни в коем случае нельзя осуществлять подключения всех фазных проводов к одному автомату.Следует знать тот факт, что все нулевые провода, которые идут от групп энергопотребителей, нужно подключить к общей шине зануления.Очень важно придерживаться приложенной выше схемой. Это поможет облегчить установкуСовет пользователям, которые займутся установкой электросчётчика в распределительном щитке на своей лестничной клетке:  Обязательно помните, что на лестничной клетке вы живёте не одни. Есть и другие пользователи, которые также являются счастливыми обладателями электросчётчика, установленного в щитке. Чтобы избежать возможной путаницы, рекомендуется пронумеровать все автоматические выключатели, которые были установлены вами. В противном случае можно столкнуться с неприятными замечаниями от ваших недовольных соседей. Установка счётчика в гараже осуществляется совершенно аналогичным образом, только с одним различием, которое состоит в том, что в гаражах имеются уже готовые отдельные провода электропитания, что означает ненадобность в осуществлении ответвления проводов. Если следовать всем инструкциям и советам, а также имеющимся схемам подключения, установка электросчётчика не составит большого труда даже для пользователя, не имеющего определённых навыков и должного опыта. Слишком больших трудностей такая установка не предполагает.

В зависимости от метода коммутации

Простейшая цифровая система на основе обычного микроконтроллера применяется в тех случаях, когда необходимо измерить импульсы, вывести информацию на дисплей и обеспечить защиту при аварийном сбое. Такие устройства являются цифровыми аналогами механических электросчетчиков. В этой системе поступление сигнала происходит через определенные трансформаторные датчики. Далее он идет на вход микросхемы-преобразователя. Снятие частотного сигнала, поступающего на вход микроконтроллера, осуществляется на выходе микросхемы. Микроконтроллер подсчитывает все поступившие импульсы и преобразует их в полученное количество энергии (Вт*ч). Когда поступающие единицы накапливаются, их общее значение выводится на монитор и фиксируется во внутренней флэш-памяти на случай исчезновения напряжения в сети и других сбоев. Это позволяет вести непрерывный учет потребляемой электроэнергии. Работает многотарифный электронный счетчик электроэнергии по собственному алгоритму. Последовательный интерфейс позволяет обмениваться информацией с внешним миром. С его помощью задаются тарифы, устанавливается и включается таймер времени, поступает информация о накопленной электроэнергии и т.д. Энергонезависимая оперативная память разделяется на 13 банков данных, сохраняющих информацию о количестве энергии, накопленной по разным тарифам. Первый банк учитывает всю энергию, накопленную от начала работы счетчика. В следующих 12 банках производится учет накоплений за 11 предыдущих месяцев и за текущий период. Таким образом, принцип действия электросчетчика в электронном варианте, позволяет изменять тарифы в соответствии с заранее установленным расписанием. Через специальный разъем можно подключиться к прибору и выяснить объем электроэнергии, оплаченной потребителем.

I.        Приложение и дополнения