Elmätare
En elmätare , elmätare , elmätare , energimätare eller kilowattimmätare är en enhet som mäter mängden elektrisk energi som förbrukas av en bostad , ett företag eller en elektriskt driven enhet.
Elmätare eller energimätare mäter den totala effekt som förbrukas under ett tidsintervall.
Elverk använder elmätare installerade i kundernas lokaler för fakturerings- och övervakningsändamål. De är vanligtvis kalibrerade i faktureringsenheter, den vanligaste är kilowattimme ( kWh ) . De läses vanligtvis en gång varje faktureringsperiod.
När energibesparingar under vissa perioder önskas kan vissa mätare mäta efterfrågan, maximal effektförbrukning i något intervall. "Time of day"-mätning gör att elpriserna kan ändras under en dag, för att registrera användning under högkostnadsperioder och lågtrafikperioder med lägre kostnader. I vissa områden har mätare också reläer för belastningsavlastning under toppbelastningsperioder.
Historia
Likström
När kommersiell användning av elektrisk energi spred sig på 1880-talet blev det allt viktigare att en elenergimätare, liknande de då existerande gasmätarna , krävdes för att fakturera kunderna korrekt, istället för att fakturera för ett fast antal lampor per månad.
DC-mätare mätte laddningen i amperetimmar. Eftersom matningsspänningen bör förbli väsentligen konstant, var mätarens avläsning proportionell mot den faktiska energiförbrukningen. Till exempel, om en mätare registrerade att 100 amperetimmar hade förbrukats på en 200-voltskälla, så hade 20 kilowattimmar energi tillförts.
Många experimentella typer av mätare utvecklades. Thomas Edison arbetade först på en elektromekanisk likströmsmätare (DC) med ett direktavläsningsregister, men utvecklade istället ett elektrokemiskt mätsystem, som använde en elektrolytisk cell för att summera strömförbrukningen. Med jämna mellanrum togs plattorna bort och vägdes och kunden fakturerades. Den elektrokemiska mätaren var arbetskrävande att avläsa och togs inte emot väl av kunderna.
En tidig typ av elektrokemisk mätare som användes i Storbritannien var "Reason"-mätaren. Denna bestod av en vertikalt monterad glaskonstruktion med en kvicksilverbehållare överst på mätaren. När ström drogs från försörjningen överförde elektrokemisk verkan kvicksilvret till botten av kolonnen. Liksom alla andra DC-mätare registrerade den amperetimmar. När väl kvicksilverpoolen var uttömd blev mätaren en öppen krets. Det var därför nödvändigt för konsumenten att betala för ytterligare elförsörjning, varpå leverantörens agent skulle låsa upp mätaren från dess montering och vända den och återföra kvicksilvret till reservoaren och tillförseln. I praktiken skulle konsumenten få in leveransföretagets ombud innan leveransen tog slut och betala endast för den avgift som förbrukades enligt vågen. Agenten skulle sedan nollställa mätaren genom att invertera den.
1885 erbjöd Ferranti en kvicksilvermotormätare med ett register liknande gasmätare; detta hade fördelen att konsumenten enkelt kunde läsa av mätaren och kontrollera förbrukningen. Den första exakta, registrerande elförbrukningsmätaren var en DC -mätare av Dr Hermann Aron , som patenterade den 1883. Hugo Hirst från British General Electric Company introducerade den kommersiellt i Storbritannien från 1888. Arons mätare registrerade den totala laddningen som användes över tiden, och visade det på en serie urtavlor.
Växelström
Det första exemplaret av AC- kilowatt-timmätaren som tillverkats på basis av ungerska Ottó Bláthys patent och uppkallad efter honom presenterades av Ganz Works på Frankfurtmässan hösten 1889, och den första induktions-kilowatt-timmätaren var redan marknadsförts av fabriken i slutet av samma år. Dessa var de första växelströmswattimmarna, kända under namnet Bláthy-mätare. AC kilowattimmätarna som används för närvarande fungerar på samma princip som Bláthys ursprungliga uppfinning. Också runt 1889 Elihu Thomson från det amerikanska företaget General Electric en inspelningswattmätare (wattimmar) baserad på en strykfri kommutatormotor. Denna mätare övervann nackdelarna med den elektrokemiska typen och kunde arbeta med antingen växelström eller likström.
År 1894 tillämpade Oliver Shallenberger från Westinghouse Electric Corporation induktionsprincipen som tidigare endast användes i AC amperetimmätare för att producera en wattimmeter av den moderna elektromekaniska formen, med hjälp av en induktionsskiva vars rotationshastighet gjordes proportionell mot effekten i kretsen . Bláthy-mätaren liknade Shallenberger och Thomson-mätaren genom att de är tvåfasmotormätare. Även om induktionsmätaren bara skulle fungera på växelström, eliminerade den den känsliga och besvärliga kommutatorn i Thomson-designen. Shallenberger blev sjuk och kunde inte förfina sin ursprungliga stora och tunga design, även om han också utvecklade en flerfasig version.
Enheter
Den vanligaste måttenheten på elmätaren är kilowattimme [ kWh ], vilket är lika med mängden energi som används av en last på en kilowatt under en timmes period , eller 3 600 000 joule . Vissa elbolag använder istället SI megajoule .
Efterfrågan mäts normalt i watt, men i genomsnitt över en period, oftast en kvart eller en halvtimme.
Reaktiv effekt mäts i "tusentals volt-ampere reaktiva -timmar", (kvarh). Enligt konvention kommer en "eftersläpande" eller induktiv belastning, såsom en motor, att ha positiv reaktiv effekt. En "ledande", eller kapacitiv belastning, kommer att ha negativ reaktiv effekt.
Volt-ampere mäter all effekt som passerar genom ett distributionsnätverk, inklusive reaktiv och faktisk. Detta är lika med produkten av rot-medelkvadratvolt och ampere.
Förvrängning av den elektriska strömmen genom belastningar mäts på flera sätt. Effektfaktor är förhållandet mellan resistiv (eller verklig) effekt och volt-ampere. En kapacitiv belastning har en ledande effektfaktor och en induktiv belastning har en eftersläpande effektfaktor. En rent resistiv belastning (som en glödlampa, värmare eller vattenkokare) uppvisar en effektfaktor på 1. Strömövertoner är ett mått på förvrängning av vågformen. Till exempel drar elektroniska belastningar som datorströmförsörjning sin ström vid spänningstoppen för att fylla deras interna lagringselement. Detta kan leda till ett betydande spänningsfall nära matningsspänningstoppen, vilket visar sig som en utjämning av spänningsvågformen. Denna utjämning orsakar udda övertoner som inte är tillåtna om de överskrider specifika gränser, eftersom de inte bara är slösaktiga, utan kan störa driften av annan utrustning. Harmoniska utsläpp är lagstadgade i EU och andra länder att falla inom specificerade gränser.
Förutom mätning baserad på mängden energi som används finns andra typer av mätning tillgängliga. Mätare som mätte mängden laddning ( coulombs ) som användes, så kallade amperetimmetrar , användes under de första dagarna av elektrifiering. Dessa var beroende av att matningsspänningen förblev konstant för noggrann mätning av energianvändningen, vilket inte var en trolig omständighet med de flesta försörjningar. Den vanligaste applikationen var i relation till specialmätare för att övervaka laddnings-/urladdningsstatus för stora batterier. Vissa mätare mätte bara hur lång tid laddningen flödade, utan mätning av storleken på spänningen eller strömmen. Dessa är endast lämpade för applikationer med konstant belastning och används sällan idag.
Drift
Elmätare fungerar genom att kontinuerligt mäta den momentana spänningen ( volt ) och strömmen ( ampere ) för att ge energi som används (i joule , kilowattimmar etc.). Mätare för mindre tjänster (såsom små hushållskunder) kan kopplas direkt in-line mellan källa och kund. För större belastningar, mer än ca 200 ampere belastning, strömtransformatorer , så att mätaren kan placeras någon annanstans än i linje med serviceledarna. Mätarna delas in i två grundläggande kategorier, elektromekaniska och elektroniska.
Elektromekanisk
Den vanligaste typen av elmätare är den elektromekaniska wattimmätaren.
På en enfas växelströmsförsörjning arbetar den elektromekaniska induktionsmätaren genom elektromagnetisk induktion genom att räkna varven för en icke-magnetisk, men elektriskt ledande, metallskiva som är gjord för att rotera med en hastighet som är proportionell mot den effekt som passerar genom mätaren. Antalet varv är alltså proportionellt mot energianvändningen. Spänningsspolen förbrukar en liten och relativt konstant mängd ström, vanligtvis runt 2 watt som inte registreras på mätaren. Strömspolen förbrukar på liknande sätt en liten mängd ström i proportion till kvadraten på strömmen som flyter genom den, vanligtvis upp till ett par watt vid full belastning, vilket registreras på mätaren.
Skivan påverkas av två uppsättningar induktionsspolar , som i själva verket bildar en tvåfas linjär induktionsmotor . Den ena spolen är kopplad på ett sådant sätt att den producerar ett magnetiskt flöde i proportion till spänningen och den andra producerar ett magnetiskt flöde i proportion till strömmen . Spänningsspolens fält är fördröjt med 90 grader, på grund av spolens induktiva natur, och kalibreras med hjälp av en fördröjningsspole. Detta ger virvelströmmar i skivan och effekten är sådan att en kraft utövas på skivan i proportion till produkten av den momentana strömmen och momentana spänningen. En permanentmagnet fungerar som en virvelströmsbroms och utövar en motsatt kraft som är proportionell mot skivans rotationshastighet . Jämvikten mellan dessa två motsatta krafter resulterar i att skivan roterar med en hastighet som är proportionell mot effekten eller hastigheten på energianvändningen. Skivan driver en registermekanism som räknar varv, ungefär som vägmätaren i en bil, för att göra ett mått på den totala energianvändningen.
Olika faskonfigurationer använder ytterligare spännings- och strömspolar.
Skivan stöds av en spindel som har en snäckväxel som driver registret. Registret är en serie urtavlor som registrerar mängden energi som används. Urtavlarna kan vara av cyklometertyp , en vägmätarliknande display som är lätt att avläsa där för varje urtavla visas en enstaka siffra genom ett fönster i mätarens framsida, eller av pekartyp där en pekare anger varje siffra. Med rattpekartypen roterar angränsande pekare vanligtvis i motsatta riktningar på grund av växelmekanismen.
Mängden energi som representeras av ett varv på skivan betecknas med symbolen Kh som ges i enheter av wattimmar per varv. Värdet 7,2 är vanligt förekommande. Med hjälp av värdet på Kh kan man bestämma deras strömförbrukning vid varje given tidpunkt genom att tajma skivan med ett stoppur.
.
Var:
- t = tid i sekunder som skivan tar för att slutföra ett varv,
- P = effekt i watt.
Till exempel, om Kh = 7,2 enligt ovan, och ett varv skedde på 14,4 sekunder, är effekten 1800 watt. Denna metod kan användas för att bestämma strömförbrukningen för hushållsapparater genom att slå på dem en efter en.
De flesta hushållselmätare måste avläsas manuellt, antingen av en representant för elbolaget eller av kunden. Där kunden läser av mätaren kan avläsningen lämnas till elbolaget via telefon , post eller över internet . Elbolaget kommer normalt att kräva ett besök av en företagsrepresentant minst årligen för att verifiera kundlevererade avläsningar och för att göra en grundläggande säkerhetskontroll av mätaren.
I en mätare av induktionstyp är krypning ett fenomen som kan påverka noggrannheten negativt, som uppstår när mätarskivan roterar kontinuerligt med pålagd potential och belastningsterminalerna öppna kretsar. Ett test för fel på grund av krypning kallas ett kryptest.
Två standarder styr mätarens noggrannhet, ANSI C12.20 för Nordamerika och IEC 62053.
Elektronisk
Elektroniska mätare visar energin som används på en LCD- eller LED-skärm, och vissa kan också överföra avläsningar till avlägsna platser. Förutom att mäta den energi som används kan elektroniska mätare också registrera andra parametrar för belastningen och utbudet såsom momentana och maximala användningskrav, spänningar, effektfaktor och reaktiv effekt som används etc. De kan också stödja fakturering av tid på dagen, till exempel registrera mängden energi som används under högtrafik och lågtrafik.
Mätaren har en strömförsörjning, en mätmotor, en bearbetnings- och kommunikationsmotor (dvs. en mikrokontroller ) och andra tilläggsmoduler som en realtidsklocka (RTC), en LCD-skärm, infraröda kommunikationsportar/moduler och så vidare.
Mätmotorn ges spännings- och strömingångarna och har en spänningsreferens, samplers och kvantiserare följt av en analog till digital omvandlingssektion för att ge de digitaliserade ekvivalenterna för alla ingångarna. Dessa ingångar bearbetas sedan med hjälp av en digital signalprocessor för att beräkna de olika mätparametrarna.
Den största källan till långtidsfel i mätaren är drift i förförstärkaren, följt av precisionen på spänningsreferensen. Båda dessa varierar också med temperaturen, och varierar vilt när mätare är utomhus. Att karakterisera och kompensera för dessa är en stor del av mätardesignen.
Bearbetnings- och kommunikationssektionen har ansvaret för att beräkna de olika härledda kvantiteterna från de digitala värden som genereras av mätmotorn. Denna har också ansvaret för kommunikation med olika protokoll och gränssnitt med andra tilläggsmoduler kopplade som slavar till den.
RTC och andra tilläggsmoduler är kopplade som slavar till bearbetnings- och kommunikationssektionen för olika in-/utgångsfunktioner. På en modern mätare kommer det mesta om inte allt detta att implementeras inuti mikroprocessorn, såsom RTC, LCD-styrenhet, temperatursensor, minne och analog till digital-omvandlare.
Kommunikationsmetoder
Fjärrmätaravläsning är ett praktiskt exempel på telemetri . Det sparar kostnaden för en mänsklig mätarläsare och de resulterande misstagen, men det tillåter också fler mätningar och fjärrstyrning. Många smarta mätare inkluderar nu en switch för att avbryta eller återställa tjänsten.
Historiskt sett kunde roterande mätare rapportera sin uppmätta information på distans, med hjälp av ett par elektriska kontakter kopplade till en KYZ -linje.
Ett KYZ-gränssnitt är en Form C -kontakt som levereras från mätaren. I ett KYZ-gränssnitt är Y- och Z-ledningarna omkopplarkontakter, kortslutna till K för en uppmätt mängd energi. När en kontakt stänger öppnas den andra för att ge räknesäkerhet. Varje kontaktändring av tillstånd anses vara en puls. Pulsfrekvensen indikerar effektbehovet. Antalet pulser indikerar uppmätt energi.
KYZ - reläet genererar pulser. Termen KYZ syftar på kontaktbeteckningarna: K för gemensam, Y för Normalt öppen och Z för Normally Closed. När det är inbyggt i en elektrisk mätare, ändrar reläet tillstånd med varje hel eller halv rotation av mätarskivan. Varje tillståndsändring kallas en "puls". När den är ansluten till extern utrustning kan användningshastighet (kW) såväl som total användning (kWh) bestämmas utifrån hastigheten och antalet pulser.
KYZ-utgångar var historiskt kopplade till "totaliseringsreläer" som matade en "totaliserare" så att många mätare kunde läsas på en gång på ett ställe.
KYZ-utgångar är också det klassiska sättet att ansluta elmätare till programmerbara logiska styrenheter, HVAC eller andra styrsystem. Vissa moderna mätare tillhandahåller också en kontaktstängning som varnar när mätaren upptäcker ett behov nära en högre eltaxa , för att förbättra hanteringen av efterfrågesidan .
Vissa mätare har en öppen kollektor eller IR LED-utgång som ger 32-100 ms pulser för varje uppmätt mängd elektrisk energi, vanligtvis 1000-10000 pulser per kWh . Utgången är begränsad till max 27 V DC och 27 mA DC. Dessa S0-utgångar följer vanligtvis DIN 43864-standarden.
Många mätare utformade för halvautomatisk avläsning har en seriell port som kommunicerar med infraröd lysdiod genom mätarens frontpanel. I vissa byggnader med flera enheter används ett liknande protokoll, men i en trådbunden buss som använder en seriell strömslinga för att ansluta alla mätare till en enda kontakt. Kontakten är ofta nära en mer lättillgänglig punkt.
I Europeiska unionen är det vanligaste infraröda protokollet "FLAG", en förenklad delmängd av läge C i IEC 61107 . I USA och Kanada är det föredragna infraröda protokollet ANSI C12.18 . Vissa industrimätare använder ett protokoll för programmerbara logiska styrenheter ( Modbus eller DNP3 ).
Ett protokoll som föreslås för detta ändamål är DLMS/COSEM som kan fungera över vilket medium som helst, inklusive serieportar. Data kan överföras via Zigbee , Wi-Fi , telefonlinjer eller över själva kraftledningarna . Vissa mätare kan avläsas över internet. Andra mer moderna protokoll blir också allmänt använda, som OSGP (Open Smart Grid Protocol).
Elektroniska mätare använder nu lågeffektsradio , GSM , GPRS , Bluetooth , IrDA , såväl som RS-485 trådbunden länk. Mätarna kan lagra hela användningsprofilerna med tidsstämplar och vidarebefordra dem med ett knapptryck. De behovsavläsningar som lagras med profilerna indikerar exakt kundens belastningskrav. Denna belastningsprofilsdata bearbetas vid anläggningarna för fakturerings- och planeringsändamål.
AMR ( Automatic Meter Reading ) och RMR (Remote Meter Reading) beskriver olika system som gör att mätare kan kontrolleras på distans, utan att behöva skicka en mätarläsare. En elektronisk mätare kan överföra sina avläsningar via telefonlinje eller radio till ett centralt faktureringskontor.
Övervakning och faktureringsmetoder
Kommersiell användning
Stora kommersiella och industriella lokaler kan använda elektroniska mätare som registrerar strömförbrukningen i block om en halvtimme eller mindre. Detta beror på att de flesta elnät har efterfrågeökningar under hela dagen, och kraftbolaget kan vilja ge prisincitament till stora kunder att minska efterfrågan vid dessa tider. Dessa efterfrågeökningar motsvarar ofta måltidstider eller, känt nog, till reklam som avbryter populära tv-program .
Energiövervakning i hemmet
Ett potentiellt kraftfullt sätt att minska hushållens energiförbrukning är att ge bekväm feedback i realtid till användare så att de kan ändra sin energi genom att använda beteende. Nyligen har lågkostnadsdisplayer för energiåterkoppling blivit tillgängliga, som kanske kan mäta energi (wattimmar), momentan effekt (wattal) och som dessutom kan mäta MAINS spänning, ström, drifttid, skenbar effekt , fånga toppeffekt och toppström, och har en manuellt inställd klocka. Displayen kan visa strömförbrukningen under veckan grafiskt.
En studie som använde en konsumentläsbar mätare i 500 hem i Ontario av Hydro One visade en genomsnittlig minskning av den totala elanvändningen med 6,5 % jämfört med en kontrollgrupp av samma storlek. Hydro One erbjöd därefter gratis effektmonitorer till 30 000 kunder baserat på pilotens framgång. Projekt som Google PowerMeter tar information från en smart mätare och gör den mer lättillgänglig för användare för att uppmuntra till bevarande.
Plug-in elmätare (eller plug load meter) mäter energi som används av enskilda apparater. Det finns en mängd olika modeller tillgängliga på marknaden idag men de fungerar alla på samma grundprincip. Mätaren ansluts till ett uttag och apparaten som ska mätas ansluts till mätaren. Sådana mätare kan hjälpa till att spara energi genom att identifiera stora energianvändare, eller enheter som förbrukar överdriven standby-ström . Webbresurser kan också användas, om en uppskattning av strömförbrukningen räcker för forskningsändamålen. En effektmätare kan ofta lånas från de lokala kraftmyndigheterna eller ett lokalt folkbibliotek.
Flera taxor
Elhandlare kan vilja debitera kunderna olika tariffer vid olika tidpunkter på dygnet för att bättre återspegla kostnaderna för produktion och överföring. Eftersom det vanligtvis inte är kostnadseffektivt att lagra betydande mängder el under en period med låg efterfrågan för användning under en period med hög efterfrågan, kommer kostnaderna att variera avsevärt beroende på tid på dygnet. Låg kostnadsgenereringskapacitet (baslast) som kärnkraft kan ta många timmar att starta, vilket innebär ett överskott i tider med låg efterfrågan, medan hög kostnad men flexibel genereringskapacitet (som gasturbiner) måste hållas tillgänglig för att svara med ett ögonblicks varsel ( spinningsreserv) för att uppnå toppbehov, kanske används några minuter per dag, vilket är mycket dyrt.
Vissa flertariffmätare använder olika tariffer för olika mängder av efterfrågan. Dessa är vanligtvis industrimätare.
Inhemska mätare med variabel hastighet tillåter i allmänhet två till tre tariffer ("peak", "off-peak" och "skulder") och i sådana installationer kan en enkel elektromekanisk tidbrytare användas. Historiskt sett har dessa ofta använts i samband med elektriska värmare eller varmvattenlagringssystem .
Flera tariffer underlättas av tidsmätare (TOU-mätare) som innehåller eller är anslutna till en tidbrytare och som har flera register.
Växling mellan tarifferna kan ske via rippelkontroll eller via en radioaktiverad switch. I princip kan även en förseglad urkopplare användas, men anses vara mer sårbar för manipulering för att få billigare el. [ citat behövs ]
Radioaktiverad växling är vanligt i Storbritannien, med en nattlig datasignal som skickas inom långvågsvågen för BBC Radio 4, 198 kHz. Tiden för lågbelastningsladdning är vanligtvis sju timmar mellan midnatt och 07:00 GMT/BST, och detta är utformat för att driva lagringsvärmare och elpatron . I Storbritannien är sådana tariffer vanligtvis märkta Economy 7 , White Meter eller Dual-Rate . Populariteten för sådana tariffer har minskat de senaste åren, åtminstone på den inhemska marknaden, på grund av de (uppfattade eller verkliga) bristerna hos lagringsvärmare och den jämförelsevis mycket lägre kostnaden för naturgas per kWh (vanligtvis en faktor på 3-5 gånger lägre). Ändå har ett stort antal fastigheter inte möjlighet till gas, många på landsbygden ligger utanför gasförsörjningsnätet och andra är dyra i förväg för att uppgradera till ett radiatorsystem.
En Economy 10 -mätare finns också tillgänglig, vilket ger 10 timmars billig lågtrafik-el fördelat på tre tidluckor under en 24-timmarsperiod. Detta möjliggör flera påfyllningsförstärkningar för lagringsvärmare, eller en bra spridning av tider för att driva ett vått elvärmesystem till en billigare elpris.
De flesta mätare som använder Economy 7 växlar hela elförsörjningen till det billigare priset under den 7 timmar långa nattperioden, inte bara värmarens krets. Nackdelen med detta är att dagstaxan per kWh är betydligt högre och att de fasta avgifterna ibland är högre. Till exempel, från och med juli 2017, normala ("single rate") elkostnader 17,14p per kWh i London-regionen på standardtaxan för EDF Energy (den befintliga elleverantören efter privatiseringen i London), med en stående avgift på 18,90 p per dag. Motsvarande Economy 7- kostnader är 21,34p per kWh under högbelastningsperioden med 7,83p per kWh under lågtrafikperioden och en stående avgift på 18,90p per dag. Timer som installeras på tvättmaskiner , torktumlare , diskmaskiner och elpatron kan ställas in så att de bara slås på under lågtrafik.
Smarta mätare
Smarta mätare går ett steg längre än enkel AMR ( automatisk mätaravläsning) . De erbjuder ytterligare funktionalitet inklusive avläsning i realtid eller nästan i realtid, strömavbrott och övervakning av strömkvalitet. De tillåter prissättningsbyråer att införa olika priser för konsumtion baserat på tid på dygnet och säsong.
En annan typ av smarta mätare använder icke-inträngande belastningsövervakning för att automatiskt avgöra antalet och typen av apparater i en bostad, hur mycket energi varje använder och när. Denna mätare används av elbolag för att göra undersökningar av energianvändning. Det eliminerar behovet av att sätta timers på alla apparater i ett hus för att avgöra hur mycket energi var och en använder.
Förskottsbetalningsmätare
Standardaffärsmodellen för elhandel innebär att elbolaget fakturerar kunden för mängden energi som använts under föregående månad eller kvartal. I vissa länder, om återförsäljaren tror att kunden kanske inte betalar räkningen, kan en förskottsbetalningsmätare installeras. Detta kräver att kunden gör förskottsbetalning innan elen kan användas. [ citat behövs ] Om den tillgängliga krediten är uttömd då strömförsörjningen avbryts av ett relä .
I Storbritannien var det vanligt med mekaniska förskottsbetalningsmyntmätare, både i privata hyresbostäder och privatkunder hos Elstyrelserna, den nationaliserade elektricitetssektorn. Nackdelarna med dessa var bland annat behovet av regelbundna besök för att få bort kontanterna, och risk för stöld av kontanterna i mätarna av både kunder och inbrottstjuvar. [ citat behövs ]
De första automatiserade förskottsbetalningsmätarna introducerades av London Electricity, i samband med Slumberger Metering baserad i Felixstowe, Storbritannien. De kallades från början Key Meters och döptes senare om till Budget Meters. De undvek de 60 000 frånkopplingarna för utebliven betalning per år och de många nackdelarna med kontant förskottsbetalning. De var också populära bland kunder som ville ha en bekväm betalningsmetod, särskilt i kortsiktiga hyresavtal. över 1 miljon sådana mätare installerades över hela Storbritannien under de första åren efter introduktionen. Moderna solid-state elmätare, i kombination med smarta kort , har tagit bort dessa nackdelar och sådana mätare används ofta för kunder som anses vara en dålig kreditrisk . I Storbritannien kan kunderna använda organisationer som Post Office Ltd eller PayPoint -nätverket, där laddningsbara tokens (Quantum-kort för naturgas, eller plast-"nycklar" för elektricitet) kan laddas med vilka pengar kunden än har till förfogande.
I Sydafrika , Sudan och Nordirland laddas förbetalda mätare genom att ange ett unikt, kodat tjugosiffrigt nummer med hjälp av en knappsats. Detta gör polletterna, i huvudsak en papperslapp, mycket billiga att tillverka.
Runt om i världen pågår experiment, särskilt i utvecklingsländer, för att testa system för förskottsbetalning. I vissa fall har förskottsmätare inte accepterats av kunder. Det finns olika grupper, som föreningen Standard Transfer Specification (STS), som främjar gemensamma standarder för mätsystem för förskottsbetalning mellan tillverkare. Förbetalda mätare som använder STS-standarden används i många länder.
Tidsmätning på dygnet
Tidsmätning (TOD), även känd som Time of Usage (TOU) eller Seasonal Time of Day (SToD), mätning innebär att man delar upp dagen, månaden och året i tariffluckor och med högre priser vid toppbelastningsperioder och låga taxor vid lågbelastningsperioder. Även om detta kan användas för att automatiskt styra användningen från kundens sida (vilket resulterar i automatisk lastkontroll), är det ofta helt enkelt kundens ansvar att kontrollera sin egen användning eller betala därefter (frivillig lastkontroll). Detta gör det också möjligt för företagen att planera sin överföringsinfrastruktur på lämpligt sätt. Se även Demand-side Management (DSM).
TOD-mätning delar normalt upp hastigheterna i ett arrangemang av flera segment inklusive på topp, lågtopp, mittpunkt eller skuldra och kritisk topp. Ett typiskt arrangemang är en topp som inträffar under dagen (endast helgfria dagar), till exempel från 13.00 till 21.00 måndag till fredag under sommaren och från 06.30 till 12.00 och 17.00 till 21.00 under vintern . Mer komplexa arrangemang inkluderar användningen av kritiska toppar som inträffar under perioder med hög efterfrågan. Tidpunkten för efterfrågan/kostnadstopp kommer att variera på olika marknader runt om i världen.
Stora kommersiella användare kan köpa energi per timme med antingen prognostiserade priser eller realtidspriser. Vissa verktyg tillåter privatkunder att betala timpriser, till exempel i Illinois, som använder dag-förut-prissättning.
Effektexportmätning
Många elkunder installerar sin egen elproduktionsutrustning, vare sig det är av ekonomiska skäl, redundans eller miljöskäl . När en kund producerar mer el än vad som krävs för eget bruk kan överskottet exporteras tillbaka till elnätet . Kunder som genererar tillbaka till "nätet" måste vanligtvis ha speciell utrustning och säkerhetsanordningar för att skydda nätkomponenterna (liksom kundens egna) vid fel (elektriska kortslutningar) eller underhåll av nätet (säg spänning på en nedlagd linje som kommer från en exporterande kundanläggning).
Denna exporterade energi kan i enklaste fall redovisas genom att mätaren går baklänges under perioder av nettoexport , vilket minskar kundens registrerade energianvändning med den mängd som exporteras. Detta resulterar i själva verket i att kunden får betalt för sin export till fullt detaljpris på el. Om den inte är utrustad med en spärrhake eller motsvarande, kommer en standardmätare att noggrant registrera effektflödet i varje riktning genom att helt enkelt köra bakåt när ström exporteras. Där det är tillåtet enligt lag, upprätthåller kraftverken en lönsam marginal mellan priset på energi som levereras till konsumenten och den ränta som krediteras för konsumentgenererad energi som flödar tillbaka till nätet.
På senare tid kommer uppladdningskällor vanligtvis från förnybara källor (t.ex. vindturbiner , solceller ) eller gas- eller ångturbiner , som ofta finns i kraftvärmesystem . En annan potentiell uppladdningskälla som har föreslagits är plug-in hybridbilbatterier ( drivsystem från fordon till elnät) . Detta kräver ett " smart nät ", som inkluderar mätare som mäter elektricitet via kommunikationsnätverk som kräver fjärrkontroll och ger kunderna timing- och prisalternativ. Vehicle-to-grid-system kan installeras på arbetsplatser och garage och vid parker och åkattraktioner och kan hjälpa förare att ladda sina batterier hemma på natten när lågenergipriserna är billigare, och få fakturakreditering för att sälja överskottselektricitet tillbaka till nätet under timmar med hög efterfrågan.
Plats
Placeringen av en elmätare varierar med varje installation. Möjliga placeringar inkluderar på en bruksstolpe som betjänar fastigheten, i ett skåp på gatan (mätarlåda) eller inne i lokalerna i anslutning till konsumentenheten / fördelningscentralen . Elbolag kan föredra externa placeringar då mätaren kan avläsas utan att komma åt lokalen men externa mätare kan vara mer utsatta för skadegörelse .
Strömtransformatorer tillåter att mätaren placeras på avstånd från de strömförande ledarna. Detta är vanligt i stora installationer. Till exempel kan en transformatorstation som betjänar en enda stor kund ha mätutrustning installerad i ett skåp, utan att föra in tunga kablar i skåpet.
Kundfall och mätekvation
Eftersom elstandarden varierar i olika regioner, varierar även "kundfall" från nätet till kund beroende på standarder och typ av installation. Det finns flera vanliga typer av kopplingar mellan ett nät och en kund. Varje typ har olika mätekvationer. Blondels teorem säger att för alla system med N strömförande ledare är att N-1 mätelement är tillräckliga för att mäta elektrisk energi. Detta indikerar att annan mätning behövs, till exempel för ett trefas tretrådssystem än för ett trefas fyrtrådssystem (med noll).
I Europa, Asien, Afrika och de flesta andra platser är enfas vanligt för privatkunder och små kommersiella kunder. Enfasdistribution är billigare, eftersom en uppsättning transformatorer i en transformatorstation normalt betjänar ett stort område med relativt höga spänningar (vanligtvis 230 V) och inga lokala transformatorer. Dessa har en enkel mätekvation: Watt = volt x ampere , med volt mätt från nollan till fasledningen. I USA, Kanada och delar av Central- och Sydamerika betjänas liknande kunder normalt av enfas med tre trådar . Tretråds enfas kräver lokala transformatorer, så få som en per tio bostäder, men ger lägre, säkrare spänningar vid uttaget (vanligtvis 120 V), och ger kunderna två spänningar: neutral till fas (vanligtvis 120 V), och fas till fas (vanligtvis 240 V). Dessutom har tretrådskunder normalt en nollledare till nollsidan av generatorns lindningar, vilket ger en jordning som lätt kan mätas för att vara säker. Dessa mätare har en mätekvation på Watt = 0,5 x volt x (ampere av fas A − ampere av fas B), med volt mätt mellan fastrådarna.
Industriell kraft levereras normalt som trefaseffekt. Det finns två former: tretrådar eller fyratrådar med en systemnoll. I "tre trådar" eller "tre trådar delta," finns det ingen noll utan en jord jord är säkerhetsjorden. De tre faserna har endast spänning i förhållande till varandra. Denna distributionsmetod har en tråd mindre, är billigare och är vanlig i Asien, Afrika och många delar av Europa. I regioner som blandar bostäder och lätt industri är det vanligt att detta är den enda distributionsmetoden. En mätare för denna typ mäter normalt två av lindningarna i förhållande till den tredje lindningen och adderar watten. En nackdel med detta system är att om säkerhetsjorden går sönder är det svårt att upptäcka detta genom direkt mätning, eftersom ingen fas har en spänning i förhållande till jord.
I fyrtråds trefassystemet, ibland kallat "fyrtråds wye", är säkerhetsjorden ansluten till en neutral ledning som är fysiskt ansluten till nollspänningssidan av de tre lindningarna på generatorn eller transformatorn. Eftersom alla effektfaser är relativa till nollan i detta system, om nollan är frånkopplad, kan den mätas direkt. I USA kräver National Electrical Code att neutrala apparater är av denna typ. I detta system mäter och summerar effektmätarna alla tre faserna i förhållande till nollan.
I Nordamerika är det vanligt att elmätare kopplas in i ett standardiserat uttag utomhus, på sidan av en byggnad. Detta gör att mätaren kan bytas ut utan att störa ledningarna till uttaget eller den som bor i byggnaden. Vissa uttag kan ha en bypass när mätaren tas bort för service. Mängden elektricitet som används utan att registreras under denna korta tid anses vara obetydlig jämfört med de olägenheter som kan orsaka kunden genom att strömbryta. De flesta elektroniska mätare i Nordamerika använder ett seriellt protokoll, ANSI C12.18 .
I många andra länder finns matnings- och lastterminalerna i själva mätarhuset. Kablar ansluts direkt till mätaren. I vissa områden står mätaren utanför, ofta på en elstolpe. I andra är det inne i byggnaden i en nisch. Om den är inne kan den dela en dataanslutning med andra mätare. Om den finns är den delade anslutningen ofta en liten plugg nära postlådan. Anslutningen är ofta EIA-485 eller infraröd med ett seriellt protokoll som IEC 62056 .
Under 2014 förändras nätverket till mätare snabbt. De vanligaste systemen verkar kombinera en befintlig nationell standard för data (t.ex. ANSI C12.19 eller IEC 62056 ) som fungerar via internetprotokollet med ett litet kretskort för elnätskommunikation , eller en digital radio för ett mobiltelefonnätverk , eller en ISM band .
Noggrannhet
Elmätare krävs för att registrera den energi som förbrukas med en acceptabel grad av noggrannhet. Varje väsentligt fel i den registrerade energin kan innebära en förlust för elleverantören eller att konsumenten blir överfakturerad. Noggrannheten är generellt lagstadgad för den plats där mätaren är installerad. Lagbestämmelser kan också ange ett förfarande som ska följas om riktigheten ifrågasätts.
För Storbritannien krävs alla installerade elmätare för att korrekt registrera den förbrukade energin, men det är tillåtet att underavläsa med 3,5 % eller överavläsa med 2,5 %. Omtvistade mätare verifieras initialt med en kontrollmätare som fungerar vid sidan av den omtvistade mätaren. Den sista utvägen är att den omtvistade mätaren testas fullständigt både på den installerade platsen och på ett specialiserat kalibreringslaboratorium. Cirka 93 % av de omtvistade mätarna har visat sig fungera tillfredsställande. Återbetalning av betald, men inte förbrukad el (men inte vice versa) kommer endast att ske om laboratoriet kan uppskatta hur länge mätaren har felregistrerat sig. Detta står i kontrast till gasmätare där om en mätare visar sig vara under avläsning, antas det att den har underläst så länge som konsumenten har haft gastillförsel genom den. Eventuell återbetalning är begränsad till de föregående sex åren.
Ingrepp och säkerhet
Mätare kan manipuleras för att göra dem underregistrerade, vilket effektivt tillåter strömanvändning utan att betala för det. Denna stöld eller bedrägeri kan vara både farlig och oärlig.
Kraftbolag installerar ofta fjärrrapporteringsmätare specifikt för att möjliggöra fjärrdetektering av manipulering, och specifikt för att upptäcka energistöld. Bytet till smarta elmätare är användbart för att stoppa energistöld.
När manipulering upptäcks är den normala taktiken, laglig i de flesta områden i USA, att byta abonnenten till en "manipulerings"-taxa som debiteras med mätarens maximala designade ström [ citat behövs ] . Vid 0,095 USD/kWh orsakar en standardmätare på 50 A för bostäder en laglig avgift på cirka 5 000 USD per månad. Mätarläsare är utbildade för att upptäcka tecken på manipulering, och med råa mekaniska mätare kan maxpriset debiteras varje faktureringsperiod tills manipuleringen tas bort eller tjänsten kopplas bort.
En vanlig metod för manipulering av mekaniska skivmätare är att fästa magneter på utsidan av mätaren. Starka magneter mättar magnetfälten i mätaren så att motordelen av en mekanisk mätare inte fungerar. Magneter med lägre effekt kan öka dragmotståndet hos de interna diskmotståndsmagneterna. Magneter kan också mätta strömtransformatorer eller strömförsörjningstransformatorer i elektroniska mätare, även om motåtgärder är vanliga.
Vissa kombinationer av kapacitiv och induktiv belastning kan interagera med spolarna och massan hos en rotor och orsaka minskad eller omvänd rörelse.
Alla dessa effekter kan upptäckas av elföretaget, och många moderna mätare kan upptäcka eller kompensera för dem.
Mätarens ägare säkrar normalt mätaren mot manipulering. Intäktsmätarnas mekanismer och anslutningar är förseglade. Mätare kan också mäta VAR-timmar (den reflekterade belastningen), noll- och DC-strömmar (förhöjda av de flesta elektriska manipulationer), omgivande magnetiska fält, etc. Även enkla mekaniska mätare kan ha mekaniska flaggor som släpps av magnetiska manipulationer eller stora likströmmar.
Nyare datoriserade mätare har vanligtvis motåtgärder mot manipulering. AMR-mätare (Automated Meter Reading) har ofta sensorer som kan rapportera öppning av mätarlocket, magnetiska anomalier, extra klockinställning, limmade knappar, inverterad installation, omvända eller växlade faser etc.
Vissa manipulationer går förbi mätaren, helt eller delvis. Säkra sabotage av denna typ ökar normalt nollströmmen vid mätaren. De flesta delade fasade bostadsmätarna i USA kan inte upptäcka neutrala strömmar. Men moderna manipuleringssäkra mätare kan upptäcka och fakturera det till standardpriser.
Att koppla bort en mätares neutrala kontakt är osäkert eftersom kortslutningar då kan passera genom människor eller utrustning snarare än en metallisk jord till generatorn eller jord.
En fantomslinganslutning via jord har ofta mycket högre motstånd än den metalliska nollan. Även om en jordning är säker kan mätning vid transformatorstationen varna operatören för manipulering. Transformatorstationer, mellanledningar och transformatorer har normalt en mätare med hög noggrannhet för det område som betjänas. Kraftbolag undersöker normalt avvikelser mellan den totala faktureringen och den totala genererade summan, för att hitta och åtgärda problem med eldistribution. Dessa undersökningar är en effektiv metod för att upptäcka manipulering.
Kraftstölder i USA är ofta kopplade till inomhusodling av marijuana . Narkotikadetektiver associerar onormalt hög strömförbrukning med belysningen som sådana operationer kräver. Marijuanaodlare inomhus som är medvetna om detta är särskilt motiverade att stjäla el helt enkelt för att dölja sin användning av den.
Förordning och lagstiftning
Efter avregleringen av elförsörjningsmarknaderna i många länder är det kanske inte uppenbart vilket företag som ansvarar för en elmätare. Beroende på arrangemangen på plats kan mätaren tillhöra mätaren Operatören , eldistributören , återförsäljaren eller för vissa stora användare av el kan mätaren tillhöra kunden .
Det företag som ansvarar för att läsa av mätaren är kanske inte alltid det företag som äger den. Mätaravläsning är nu ibland underleverantör och i vissa områden kan samma person läsa gas- , vatten- och elmätare samtidigt.
Införandet av avancerade mätare i bostadsområden har gett ytterligare integritetsfrågor som kan drabba vanliga kunder. Dessa mätare kan ofta registrera energianvändning var 15:e, 30:e eller 60:e minut. Vissa mätare har en eller två IR-lysdioder på framsidan: en används för testning och som fungerar som motsvarigheten till tidsmärket på de äldre mekaniska mätarna och den andra som en del av en tvåvägs IR-kommunikationsport för avläsning/programmering av mätaren . Dessa IR-lysdioder är synliga med vissa mörkerseendetittare och vissa videokameror som kan känna av IR-sändningar. Dessa kan användas för övervakning, avslöja information om människors ägodelar och beteende. Det kan till exempel visa när kunden är borta under längre perioder. Icke-inträngande belastningsövervakning ger ännu mer information om vilka apparater människor har och deras boende- och användningsmönster.
En mer detaljerad och nyligen genomförd analys av detta problem utfördes av Illinois Security Lab . [ ytterligare förklaring behövs ]
Se även
- Programvara för energihantering
- Energiövervakning och målinriktning
- Mätaroperatör
- Utility submeter
- Zellweger lågtrafik
- Multimeter
Anteckningar
- "Handbok för elmätning" av Edison Electric Institute
externa länkar
-
Media relaterade till elmätare (kWh) på Wikimedia Commons
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
