В. А. Карпов. Электрические измерительные приборы, 1927 год

ГЛАВА V. Счетчики электрической энергии.

22. Счетчики электрической энергии для специальных целей.

Электрические станции по большей части имеют весьма неравномерную нагрузку. Благодаря этому в определенные часы нагрузка станции сильно возрастает. Для удовлетворения потребности в энергии в эти часы, приходится увеличивать установленную на станции мощность, при чем использование машин бывает весьма незначительным. В целях лучшей загрузки станции важно привлекать уменьшенными тарифами потребителей в часы, когда станция мало нагружена. Тогда станция окажется нагруженной более равномерно, машины будут использованы в большей мере и киловатт-час удешевится (1). Так как в то же время нельзя отказывать абоненту в беспрерывном отпуске энергии, то в таких случаях лучше всего применить счетчик двойного тарифа. Схематическое изображение такого счетчика дано на рис. 85. Счетчик ∑ имеет, как и обычный счетчик, обмотки А и В. Параллельно последней включена еще цепь электромагнита Э, включаемого и выключаемого часовым механизмом М, в определенное, заранее устанавливаемое время. Если электромагнит Э выключен, то якорь счетчика имеет связь с счетным механизмом НТ для низкого тарифа. При включении электромагнита Э приводится в движение счетный механизм ВТ для высокого тарифа. При наличии такого счетчика абонент будет заинтересован в том, чтобы выполнить более работы в дневные часы или в ночное время, когда тариф соответственно понижается. Внешний вид часового механизма показан на рис. 86. Часовой механизм может представлять и одно целое со счетчиком, как это и видно из рис. 87. Часы могут заводиться от руки, но могут иметь и электрический завод.

Более простыми являются двойные счетчики, то-есть счетчики, заключающие в одном кожухе два счетчика. Один из них учитывает энергию, отпускаемую по дешевому тарифу для электродвигателей, другой — энергию для освещения, для которого тариф — выше. Встречаются и такие счетчики, у которых, как и у счетчика рис. 85, электромагнит производит переключение с низкого тарифа на высокий, как только абонент кроме электродвигателей (низкий тариф) включит хотя бы одну лампу (высокий тариф). В таких счетчиках провода к двигателям и для освещения отходят самостоятельными цепями.

Счетчики-автоматы представляют собою простые счетчики, соединенные с кассовыми аппаратами, и являются счетчиками с предварительной оплатой. Опущенная в кассовый аппарат монета падает вниз, замыкает ток и тем самым приводит счетчик в движение. По отпуске определенного количества энергии ток автоматически выключается и, следовательно, необходимо опускание новой монеты.

Счетчики энергии с указателем максимальной нагрузки имеют целью, кроме показания общего потребления энергии (в киловатт-часах) дать также и регистрацию максимальной нагрузки (в киловаттах). Детали дополнительного устройства для такой регистрации показаны на рис. 88. Здесь мы видим алюминиевый диск 1, счетчика с постоянным магнитом 2, якорную ось 3, посредством червяка 4 и колеса 5 приводящую в движение как счетный механизм 6, регистрирующий потребление киловатт-часов, так и колесо 7, на оси которого сидит колесико 8. В зависимости от положения рычага 9, колесико 8 может иметь или не иметь сцепления с колесом 10. Этого сцепления нет, если в электромагнит 11 не дан ток (контакт 12 замкнут) и пружина 13 оттягивает книзу правую половину рычага. Это сцепление периодически будет иметь место, если часовой механизм 14 периодически будет размыкать контакт 12. Ток к рабочему механизму подводится через зажимы 15 и 16.

Всякий раз, как колесико 8 сцепится с колесом 10, последнее придет во вращение и упоркой 17 подвинет стрелку 18 по шкале. При выключении тока стрелка 18 не вернется в обратное положение, так как свободное ее передвижение задерживается пружиной 19. Колесо же силою пружины 20 повернется в первоначальное положение. Процесс колебательного движения колеса 10 все время повторяется. Если за какой-нибудь период нагрузка возрастет, то колесо 10, сделав больший угол поворота, будет в состоянии сообщить стрелке 18 дополнительное перемещение вправо, после чего она вновь остановится. Возвращение ее в нулевое положение возможно только от руки. Таким образом, рассмотренный прибор, кроме потребления энергии, дает еще величину потребного для установки в определенный период времени максимальной мощности (2).

При наличии в цепи переменного тока сдвига фаз тока и напряжения для выражения мощности вводится множитель cos φ и формула мощности принимает вид:

Соответственно этому и количество энергии за время t в часах может быть исчислено по формулам:

для однофазного тока —

для трехфазного тока—

Относя множитель cosφ к силе тока, мы можем сказать, что, хотя машина и дает ток I, но счетчиками электрической энергии учитывается лишь величина тока I cosφ, в то время как другая составляющая тока I, равная I sinφ, остается неучтенной. Если cosφ = 1, то sinφ = 0. Следовательно, если у абонентов (с силовой нагрузкой) установить по два счетчика, из которых один учитывает количество энергии Е I cosφ t, оплачиваемой по дешевому тарифу, а другой дает количество энергии Е I sinφ t, оплачиваемой по более дорогой цене, то абонент будет заинтересован в том, чтобы второй счетчик отсчитывал как можно меньше, чего можно достигнуть лишь увеличением cosφ, то-есть доведением его по возможности до 1, когда sinφ будет равен нулю. Счетчики, учитывающие E I sinφ t или E I sinφ √3 t, по своей конструкции будут такими же как и счетчики учитывающие Е I cosφ t или Е I cosφ √3 t. Действие их так рассчитывается, что при запаздывающем токе (преобладает самоиндукция) показания счетчика будут увеличиваться, а при опережающем токе (преобладает емкость) показания будут уменьшаться. Применяя такие счетчики у абонентов, имеющих моторную нагрузку, и ведя определенную тарифную политику, можно достичь значительного выравнивания в сети cosφ. Счетчики обычного типа называются счетчиками потребления действительной мощности, счетчики же для учета потребления безваттной мощности, называются синус-счетчиками.

1) См. главы III—VI книги Т. Крофт: "Электр. станции и подстанции" - Издание Московского Акционерного Издательского Общества.
2) Более подробное описание счетчиков подобного типа дано в главе III книги Т. Крофт "Электрические станции и подстанции"