Historia licznika energii elektrycznej

Wiek XIX i XX okazał się niezwykle obfity w odkrycia naukowe, zwłaszcza w dziedzinie elektromagnetyzmu. „Niski start” postępu naukowo-technicznego na następne 150 lat przypadł na lata 20. XX wieku. odkrycie oddziaływania prądów elektrycznych przez Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm osiedlił się po nim w 1827 roku związek między prądem a napięciem w przewodach… Wreszcie w 1831 r. odkrył to Michael Faraday prawo indukcji elektromagnetycznej, które leżą u podstaw zasad działania kluczowych wynalazków — generatora, transformatora, silnika elektrycznego.

Energia elektryczna stała się towarem, jak wiadomo, dzięki dynamo, wynalezionemu niezależnie przez węgierskiego fizyka Anzósa Jedlika i niemieckiego wynalazcę elektrycznego Wernera von Siemensa odpowiednio w 1861 i 1867 roku. Od tego czasu wytwarzanie energii jest mocno ugruntowane na ścieżce komercyjnej.

Trzeba powiedzieć, że w tamtych czasach wynalazki i odkrycia „czekały” na każdym kroku.Idee lampy elektrycznej, dynama, silnika elektrycznego, transformatora wykrystalizowały się jakby same z siebie w przeciwległych częściach planety.

Coś podobnego stało się z licznikiem, co później wspominał "autor" licznika indukcyjnego (a jednocześnie współtwórca transformator) Węgierski inżynier elektryk Otto Titus Blaty: „Nauka była jak las deszczowy. Potrzebował tylko dobrej siekiery, a gdziekolwiek trafisz, możesz ściąć ogromne drzewo. «

Pierwszy patent na licznik elektryczny został wydany w 1872 roku amerykańskiemu wynalazcy Samuelowi Gardinerowi. Jego urządzenie mierzy czas potrzebny na dotarcie prądu do punktu ładowania. Jedynym warunkiem (jest to również wada urządzenia) jest to, że wszystkie sterowane lampy muszą być podłączone do jednego przełącznika.

Tworzenie nowych zasad działania liczników energii elektrycznej jest bezpośrednio związane z doskonaleniem i optymalizacją systemu dystrybucji energii elektrycznej. Ale ponieważ w tym czasie system ten wciąż się kształtował, nie można było z całą pewnością stwierdzić, która zasada byłaby optymalna. Dlatego w praktyce przetestowano jednocześnie kilka alternatywnych wersji.

Ile waży kilowat?

Na przykład, jeśli dynamo umożliwiło wytwarzanie energii elektrycznej w znacznych ilościach, to żarówka Thomasa Edisona przyczyniła się do stworzenia rozległej sieci oświetleniowej. W rezultacie licznik Gardinera stracił na znaczeniu i został zastąpiony licznikiem elektrolitycznym.

W najwcześniejszej fazie powszechnego stosowania liczników energii elektrycznej energia elektryczna była dosłownie „ważona”. Miernik elektrolityczny, wynaleziony przez tego samego Thomasa Alvę Edisona, działa na tej zasadzie.W rzeczywistości licznik liczników był elektrolityczny, gdzie na początku okresu liczenia umieszczano bardzo dokładnie odważoną (o ile było to wówczas możliwe) miedzianą płytkę.

W wyniku przepływu prądu przez elektrolit osadza się miedź. Na koniec okresu sprawozdawczego płytkę ponownie zważono i naliczono zużycie energii elektrycznej na podstawie różnicy wagi. Zasada ta została po raz pierwszy zastosowana w 1881 roku i była z powodzeniem stosowana do końca XIX wieku.

Warto zauważyć, że opłata ta naliczana jest w metrach sześciennych gazu, który został wykorzystany do wytworzenia zużytej energii elektrycznej. Tak skalibrowano elektrolizer Edisona, a następnie dla wygody Edison wyposażył swoje urządzenie w mechanizm liczący - w przeciwnym razie pobranie odczytów z urządzenia pomiarowego wydawało się procesem niezwykle trudnym dla firm energetycznych i całkowicie niemożliwym dla konsumenta. Jednak wygoda niewiele dodała.

Ponadto liczniki elektrolityczne (wówczas Siemens Shuckert produkował wodomierz, a Schott & Gen rtęciomierz) miały jeszcze jedną istotną wspólną wadę. Mogą rejestrować tylko amperogodziny i pozostają niewrażliwe na wahania napięcia.

Równolegle do licznika elektrolitycznego pojawił się licznik wahadłowy. Po raz pierwszy zasadę jego działania opisali Amerykanie William Edward Ayrton i John Perry w tym samym roku 1881. Ale od tego czasu, jak już wspomniano, idee unosiły się w powietrzu, nic dziwnego, że trzy lata później dokładnie taki sam licznik zbudował w Niemczech Hermann Aron.

W ulepszonej formie miernik jest wyposażony w dwa wahadła z cewkami podłączonymi do źródła prądu. Pod wahadłem umieszczono jeszcze dwie cewki o przeciwnych uzwojeniach.Wahadło w wyniku oddziaływania cewek pod obciążeniem elektrycznym poruszało się szybciej niż bez niego.

Drugi z kolei poruszał się wolniej. W tym samym czasie wahadła zmieniały swoje funkcje co minutę, aby skompensować różnicę w początkowej częstotliwości oscylacji. Różnica w podróży jest uwzględniana w mechanizmie zliczającym. Po włączeniu zegar został uruchomiony.

Wiatr zmian

Liczniki wahadłowe nie były tanią „przyjemnością”, ponieważ zawierały dwa całe zegary. Jednocześnie umożliwiły ustalenie amperogodzin lub watogodzin, przez co nie nadawały się do pracy na prąd zmienny.

Rewolucyjne odkrycie na swój sposób prąd przemienny, wykonane (oczywiście niezależnie od siebie) przez Włochów Galileo Ferrarisa (1885) i Nikolę Teslę (1888), posłużyły jako bodziec do kolejnego etapu doskonalenia urządzeń pomiarowych.

W 1889 roku opracowano licznik motoryczny. Został zaprojektowany dla General Electric przez amerykańskiego inżyniera Elihu Thomsona.

Urządzeniem był silnik twornika bez metalowego rdzenia. Napięcie na kolektorze rozkłada się na cewkę i rezystor. Prąd napędza stojan, co skutkuje momentem obrotowym proporcjonalnym do iloczynu napięcia i prądu. Stały elektromagnes działający na aluminiową tarczę przymocowaną do twornika zapewnia moment hamujący. Najbardziej znaczącą wadą licznika energii elektrycznej jest kolektor.

Jak wiecie, w ówczesnym środowisku naukowym nie było zgody co do tego, który z systemów... oparte na prądzie stałym lub zmiennym — będą najbardziej obiecujące… Miernik opisany przez firmę Thomson jest przeznaczony przede wszystkim do pomiaru prądu stałego.

Tymczasem argumentów przemawiających za prądem przemiennym jest coraz więcej, gdyż zastosowanie prądu stałego nie pozwala na zmiany napięcia, a co za tym idzie tworzenie większych układów. Prąd przemienny znajdował coraz szersze zastosowanie, a na początku XX wieku układy prądu przemiennego zaczęły stopniowo zastępować prąd stały w praktyce elektrotechnicznej.

To wyznaczyło George'owi Westinghouse'owi (który nabył patenty Tesli na wykorzystanie prądu przemiennego) zadanie rozliczania energii elektrycznej, a rozliczanie to musiało być tak dokładne, jak to tylko możliwe. W tym okresie (również związanym z wynalezieniem transformatora) opatentowano urządzenie, które w rzeczywistości było prototypem nowoczesny miernik AC… Historia ma również kilku „ojców wynalazców” licznika indukcyjnego.

Pierwsze urządzenie do pomiaru indukcji nazywa się „miernikiem ferrarisa”, chociaż w ogóle go nie zmontował. Zasługą Ferrari jest następujące odkrycie: dwa wirujące pola, które są przesunięte w fazie z prądem przemiennym, powodują obrót stałego wirnika - dysku lub cylindra. Liczniki działające na zasadzie indukcji produkowane są do dziś.

Węgierski inżynier Otto Titus Blaty, znany również jako wynalazca transformatora, zaproponował swoją wersję miernika indukcyjnego. W 1889 roku otrzymał jednocześnie dwa patenty, niemiecki numer 52 793 i amerykański numer 423 210, na wynalazek oficjalnie nazwany „Licznik elektryczny prądu przemiennego”.

Autor podał następujący opis urządzenia: „Licznik ten zasadniczo składa się z metalowego obracającego się korpusu, takiego jak dysk lub cylinder, na który działają dwa pola magnetyczne, które nie są ze sobą w fazie.

To przesunięcie fazowe wynika z faktu, że jedno pole jest generowane przez prąd główny, a drugie przez cewkę o dużej indukcyjności własnej, bocznikującą punkty w obwodzie, pomiędzy którymi mierzony jest pobór mocy.

Jednak pola magnetyczne nie przecinają się w ciele obrotowym, jak w dobrze znanym mechanizmie Ferrari, ale przechodzą przez różne jego części niezależnie od siebie. » Pierwsze blaty wyprodukowane przez firmę Ganz, w której pracował Blatti, były zamocowane na drewnianej podstawie i ważyły ​​23 kg.

Oczywiście w tym samym czasie tę samą charakterystykę obu dziedzin odkrył inny pionier elektrotechniki, Oliver Blackburn Shellenberger. W 1894 roku opracował licznik energii elektrycznej dla systemów prądu przemiennego. Mechanizm śrubowy zapewniał moment obrotowy.

Miernik ten nie nadaje się jednak do pracy z silnikami elektrycznymi, ponieważ nie zapewnia wymaganego do pomiaru elementu napięciowego współczynnik mocy.

Licznik ten był nieco mniejszy od urządzenia Blati, ale też dość masywny i dość ciężki – ważył 41 kilogramów, czyli ponad 16 kg. Dopiero w 1914 roku wagę urządzenia zmniejszono do 2,6 kg.

Nie ma ograniczeń co do doskonałości

Można więc stwierdzić, że na początku XX wieku lada stała się elementem codziennej praktyki. Potwierdza to również pojawienie się pierwszego wzorca pomiarowego. Został wydany przez American National Standards Institute (ANSI) w 1910 roku.

Co charakterystyczne, oprócz uznania znaczenia naukowego urządzeń pomiarowych, norma podkreśla również znaczenie komponentu komercyjnego. Pierwsza znana norma pomiarowa Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) pochodzi z 1931 roku.

Do początku XX wieku urządzenia przeszły szereg zmian, nie uwzględniając redukcji wagi i wymiarów: rozszerzenie zakresu obciążeń, kompensacja zmian współczynnika obciążenia, napięcia i temperatury, pojawienie się kulek łożyska i łożyska magnetyczne (co znacznie zmniejszyło tarcie). Poprawiono właściwości jakościowe elektromagnesów hamulcowych oraz odprowadzanie oleju ze wspornika i mechanizmu zliczającego, co zwiększyło żywotność.

Równocześnie pojawiły się nowe typy liczników – liczniki wielotaryfowe, liczniki szczytowe, liczniki energii przedpłaconej, a także liczniki indukcyjne trójfazowe. Ten ostatni wykorzystuje dwa lub trzy układy pomiarowe zamocowane na jednej, dwóch lub trzech tarczach. W 1934 roku pojawił się licznik energii czynnej i biernej opracowany przez firmę Landis & Gyr.

Dalszy bieg postępu naukowo-technicznego oraz rozwój relacji rynkowych znalazł wyraz w produkcji urządzeń pomiarowych. Poważny wpływ miał rozwój elektroniki — w latach 70. wraz z indukcyjnymi przyrządami pomiarowymi pojawiły się elektroniczne przyrządy pomiarowe. Oczywiście znacznie rozszerzyło to funkcjonalność urządzeń. Przede wszystkim jest zautomatyzowane systemy księgowe (ASKUE), tryb wielotaryfowy.

Następnie funkcje licznika rozszerzyły się jeszcze bardziej i wykroczyły poza granice samego raportowania energii i zasobów, w tym ochrona przed widocznymi naruszeniami, przedpłata, kontrola równoważenia obciążenia i szereg innych funkcji.Odczyty odczytywane są z sieci elektrycznych, linii telefonicznych lub kanałów bezprzewodowej transmisji danych.