VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Энергетические компании несут огромные финансовые потери из-за того, что недобросовестные потребители не платят за используемую энергию. При этом часть финансовой нагрузки также несут и добросовестные пользователи, для которых энергокомпании вынуждены повышать тарифные ставки.

Это возможно из-за того, что современные счетчики электроэнергии уязвимы для мошенников.

Для устранения финансовых потерь необходимо найти решение по противодействию данным методам кражи электроэнергии. Для этого были поставлены следующие задачи:

1. Изучить устройство и принцип действия механического счетчика.

2. Собрать лабораторный стенд, на котором реализовать нормальную и запрещенные схемы подключения счетчика к сети.

3. Снять характеристики электрического счетчика при работе в различных схемах подключения.

Устройство электрического счетчика

С помощью электросчетчиков осуществляется учет израсходованной электрической энергии. Электросчетчики бывают индукционные и электронные.

Измерительный механизм индукционного однофазного счетчика электрической энергии (электроизмерительный прибор индукционной системы) состоит из двух электромагнитов, расположенных под углом 90° друг к другу, в магнитном поле которых находится легкий алюминиевый диск.

Для включения счетчика в цепь его токовую обмотку соединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения - параллельно. При прохождении по обмоткам индукционного счетчика переменного тока в сердечниках обмоток возникают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства счетчика электрической энергии: 1 - обмотка тока, 2 - обмотка напряжения, 3 - червячный механизм, 4 - счетный механизм, 5 - алюминиевый диск, б - магнит для притормаживания диска

Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов создает усилие, под действием которого диск вращается. Последний связан со счетным механизмом, учитывающим частоту вращения диска, т.е. расход электрической энергии [1,2].

Схемы включения электрического счетчика в сеть представлены на рис. 2.

а) б) в)

Рис. 2. Схемы включения электрического счетчика: а) нормальная, б) при перестановке фазного провода (реверсивная), в) при подключении в цепь нуля заземленного проводника

Нормальная схема включения однофазного электросчетчика (рис. 2а) предусматривает постоянное нахождение под сетевым напряжением цепи напряжения, которая создает сдвиг фаз между магнитным потоком и напряжением в стержневом магнитопроводе.

Ток, проходящий по двум последовательно соединенным катушкам, закрепленным на магнитопроводе, взаимодействуя с постоянным магнитным потоком, созданным катушкой напряжения, рождает вращающий момент, приводящий во вращение диск счетного механизма в направлении по часовой стрелке. То есть, по направлению потока мощности [1].

Следовательно, главным условием правильной работы электросчетчика является наличие напряжения в цепи.

После перестановки вводного фазного провода во второй клеммный зажим счетчика происходит изменение направления потока мощности (рис. 2б), что приводит к вращению диска счетного механизма в противоположную сторону.

Выявляется данное нарушение легко: наличие сорванной пломбы ЭСО; вращение диска счетного механизма в обратную сторону; наличие вводного фазного провода во втором клеммном зажиме [3].

Другой наиболее доступный способ, не требующий относительно сложных усилий по внедрению, это подключение в цепь нуля заземленного проводника (рис. 2в). Схема включения счетчика при этом не нарушается.

В данном случае предохранитель, установленный в нулевом проводнике, снимается и во внутреннюю проводку дома в цепь нуля включается проводник, соединенный с надежно заземленной металлической конструкцией и используемый в дальнейшем в качестве нуля. Отключение нуля сети разрывает параллельную цепь счетчика, что приводит к отключению катушки напряжения [3].

Выявление этого нарушения: отключен пробочный выключатель в нулевом проводе. При включенной нагрузке диск электросчетчика не вращается. Вращение диска происходит после установки пробочного предохранителя в рабочее положение. При этом пломбы ЭСО не нарушены.

Описание лабораторной установки

Для исследования характеристик электрического счетчика при различных схемах подключения была собрана лабораторная установка. Функциональная схема установки приведена на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема лабораторной установки.

Питание установки осуществляется от сети 220 В. Фазный провод через предохранитель (1) подключается к переключателю (2), который осуществляет переключение между схемами рис.1а и рис. 1б. Ключ (3) включает режим работы по схеме 1в. В качестве нагрузки используется лампа накаливания (4), мощностью 100 Вт. Ток в цепи определяется амперметром (5) (КТ 1,5), а напряжение вольтметром (6) (КТ 1,2),. Вольтметр имеет рабочий диапазон от 0 В до 15 В, поэтому, для подключения к цепи, используется резистивный делитель напряжения (7).

Испытания лабораторной установки

В качестве нагрузки сначала использовалась лампочка мощностью 100 Вт, однако ток, проходящий через счетчик, создавал вращающий момент не достаточный для приведения во вращение диска счетного механизма. Лампочка была заменена на чайник. Мощность чайника была измерена с помощью переносного измерительного комплекса К50, который позволяет измерять напряжение сети, ток и потребляемую мощность. Были получены следующие данные: I= 3 А, U= 226 В, P=680 Вт. Класс точности комплекса К50 0,5.

Установка была подключена к сети. С установки были сняты: ток I=3,00±0,05 А, напряжение U=227±3 В. Была определена потребляемая мощность установки P=681±20 Вт (погрешность установки 3%).

Определение характеристик электрического счетчика

Таблица 1. Определение характеристик электрического счетчика

	№	Счетчик			Установка I=3,0 А, U=227 В, P=681 Вт.
		Обороты	Энергия
			кВ/ч	кДж	Время, с	Энергия, кДж	Энергия средняя, кДж
а) нормальное подключение	1	60	0,05	180	279	190	188,4
	2	60	0,05	180	273	186
	3	60	0,05	180	274	187
	4	60	0,05	180	282	192
	5	60	0,05	180	274	187
б) реверсивное подключение	1	60	0,05	180	282	192	191
	2	60	0,05	180	283	193
	3	60	0,05	180	280	191
	4	60	0,05	180	281	191
	5	60	0,05	180	276	188
в) подключение в цепь нуля заземленного проводника	1	0	0	0	60	41	41
	2	0	0	0	60	41
	3	0	0	0	60	41
	4	0	0	0	60	41
	5	0	0	0	60	41

Вывод: При переключении счетчика в реверсивный режим диск счетного механизма вращается в обратную сторону. Показания счетчика в нормальном и реверсивном режиме одинаковые. Энергия, отсчитанная счетчиком, немного меньше реальной потребленной энергии. Это связанно с тем, что счетчик старый и из-за этого имеет больший коэффициент трения в опорах диска счетного механизма. Сила трения создает противодействующий момент, который притормаживает диск.

При включении режима, при котором в цепь нуля подключается заземленный проводник, счетчик перестает отсчитывать энергию.

Способы по противодействию данным методам обмана.

Выявление нарушений:

1) При перестановке фазного проводанарушается пломба ЭСО, диск счетного механизма вращается в обратную сторону, вводный фазный провод находится во втором клеммном зажиме.

2) Для отключения нулевого провода пробочный предохранитель в отключенном положении. Диск счетного механизма неподвижен при включенной нагрузке.

Все эти нарушения легко выявляются при проверке.

Способы противодействия: 1) Частые проверки и высокая вероятность того, что нарушения будут обнаружены. 2) Значительные штрафы за нарушения. 3) Выведение счетчика электроэнергии в недоступное для пользователей место.

Заключение:

В ходе выполнения учебной исследовательской работы были изучены устройство и принцип действия механического счетчика. Была собрана лабораторная установка для снятия характеристик электрического счетчика в разных режимах работы. Были сняты характеристики счетчика при работе в правильной и двух запрещенных схемах подключения.

Было установлено, что запрещенные схемы подключения электрического счетчика позволяют бесплатно использовать электрическую энергию, поэтому были найдены методы по противодействию данным методам обмана.

Список литературы:

1) Электротехника: учебное пособие для вузов : в 2 кн. / А. С. Касаткин, М. В. Немцов.- 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 1995-. 304 с

2) Принцип действия и устройство счётчиков электрической энергии [Электронный ресурс]. URL: http://electricalschool.info/main/uchet/789-princip-dejjstvija-i-ustrojjstvo.html, режим доступа – свободный, (дата обращения: 19.03.15)

3) Все способы обмана электросчетчиков [Электронный ресурс]. URL: http://www.tranklukator.ru/kniga.shtm, режим доступа – свободный, (дата обращения: 19.03.15)

Код для цитирования: Скопировать