Zgodovina števca električne energije

19. in 20. stoletje sta se izkazala za nenavadno radodarna v znanstvenih odkritjih, zlasti na področju elektromagnetizma. »Nizki štart« znanstvenega in tehničnega napredka za naslednjih 150 let je bil dan v dvajsetih letih prejšnjega stoletja. odkritje interakcije električnih tokov Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm se je naselil za njim leta 1827 razmerje med tokom in napetostjo v žicah… Končno je leta 1831 Michael Faraday odkril zakon elektromagnetne indukcije, na katerih temeljijo principi delovanja naslednjih ključnih izumov — generator, transformator, elektromotor.

Elektrika je postala blago, kot je znano, po zaslugi dinama, ki sta ga leta 1861 in 1867 neodvisno izumila madžarski fizik Anzós Jedlik in nemški električni izumitelj Werner von Siemens. Od takrat je proizvodnja električne energije trdno zasidrana na komercialni poti.

Povedati je treba, da so takrat izumi in odkritja »čakali« na vsakem koraku.Ideje električne svetilke, dinama, elektromotorja, transformatorja so kristalizirale kot same od sebe na nasprotnih koncih planeta.

Nekaj ​​podobnega se je zgodilo s števcem, na kar se je pozneje spomnil "avtor" indukcijskega števca (in hkrati soizumitelj transformator) Madžarski inženir elektrotehnike Otto Titus Blaty: »Znanost je bila kot deževni gozd. Vse, kar je potreboval, je bila dobra sekira in kamor koli udariš, lahko posekaš ogromno drevo. «

Prvi patent za električni števec je leta 1872 izdal ameriški izumitelj Samuel Gardiner. Njegova naprava meri čas, v katerem elektrika doseže polnilno mesto. Edini pogoj (to je tudi pomanjkljivost naprave) je, da morajo biti vse krmiljene svetilke priključene na eno stikalo.

Ustvarjanje novih principov delovanja števcev električne energije je neposredno povezano z izboljšanjem in optimizacijo distribucijskega sistema električne energije. A ker se je takrat ta sistem šele oblikoval, ni bilo mogoče z gotovostjo reči, kateri princip bi bil optimalen. Zato je bilo v praksi preizkušenih več alternativnih različic hkrati.

Koliko tehta kilovat?

Na primer, če je dinamo omogočil proizvodnjo električne energije v velikih količinah, potem je žarnica Thomas Edison prispevala k ustvarjanju obsežnega omrežja razsvetljave. Zaradi tega je Gardinerjev števec izgubil pomen in ga je nadomestil elektrolitski števec.

V najzgodnejši fazi široke uporabe števcev električne energije je bila elektrika dobesedno »utežena«. Na tem principu deluje elektrolitski merilnik, ki ga je izumil isti Thomas Alva Edison.Pravzaprav je bil števec elektrolitski, kjer je bila na začetku štetja postavljena zelo natančno stehtana (kolikor je bilo takrat možno) bakrena plošča.

Zaradi prehoda toka skozi elektrolit se baker odlaga. Ob koncu poročevalnega obdobja smo ploščo ponovno stehtali in glede na razliko v teži obračunali porabo električne energije. To načelo je bilo prvič uporabljeno leta 1881 in se je uspešno uporabljalo do konca 19. stoletja.

Omeniti velja, da je ta pristojbina izračunana v kubičnih metrih plina, ki je bil uporabljen za proizvodnjo porabljene električne energije. Tako je bil kalibriran Edisonov elektrolizator, nato pa je Edison zaradi udobja opremil svojo napravo s števcem - sicer se je zdelo, da je jemanje odčitkov z merilne naprave izjemno težaven postopek za elektroenergetska podjetja in popolnoma nemogoč za potrošnika. Vendar je udobje malo dodalo.

Poleg tega so imeli elektrolitski števci (takrat je Siemens Shuckert izdelal vodomer, Schott & Gen pa živosrebrni števec) še eno pomembno skupno pomanjkljivost. Beležijo lahko samo amp ure in ostanejo neobčutljivi na nihanje napetosti.

Vzporedno z elektrolitskim števcem se je pojavil nihalni števec. Načelo njegovega delovanja sta prvič opisala Američana William Edward Ayrton in John Perry istega leta 1881. Toda od takrat, kot že omenjeno, so ideje lebdele v zraku, ni presenetljivo, da tri leta pozneje popolnoma enak števec je v Nemčiji zgradil Hermann Aron.

V izboljšani obliki je merilnik opremljen z dvema nihaloma s tuljavami, povezanimi s tokovnim virom. Pod nihalo smo postavili še dve tuljavi z nasprotnimi navitji.Nihalo se je kot posledica interakcije tuljav pod električno obremenitvijo gibalo hitreje kot brez njega.

Drugi pa se je premikal počasneje. Hkrati so nihala vsako minuto spreminjala svoje funkcije, da bi nadomestila razliko v začetni frekvenci nihanja. Razlika v potovanju je upoštevana v mehanizmu štetja. Ob vklopu se je ura zagnala.

Veter sprememb

Nihalni števci niso bili poceni »užitek«, saj so vsebovali dve celi uri. Hkrati so omogočili fiksiranje amper ur ali vat ur, zaradi česar niso bili primerni za AC delovanje.

Na svoj način revolucionarno odkritje izmenični tok, ki sta jih (seveda neodvisno drug od drugega) izdelala Italijan Galileo Ferraris (1885) in Nikola Tesla (1888), služila kot spodbuda za naslednjo stopnjo izpopolnjevanja merilnih naprav.

Leta 1889 je bil razvit motorni števec. Za General Electric ga je oblikoval ameriški inženir Elihu Thomson.

Naprava je bila armaturni motor brez kovinskega jedra. Napetost na kolektorju se porazdeli po tuljavi in ​​uporu. Tok poganja stator, kar povzroči navor, ki je sorazmeren zmnožku napetosti in toka. Trajni elektromagnet, ki deluje na aluminijasto ploščo, pritrjeno na armaturo, zagotavlja zavorni moment. Najpomembnejša pomanjkljivost števca električne energije je zbiralnik.

Kot veste, takrat v znanstveni skupnosti ni bilo soglasja o tem, kateri od sistemov... ki temelji na enosmernem ali izmeničnem toku — bo najbolj obetaven… Merilnik, ki ga opisuje Thomson, je zasnovan predvsem za enosmerni tok.

Medtem pa je vedno več argumentov v prid izmeničnega toka, saj uporaba enosmernega toka ne omogoča spreminjanja napetosti in posledično ustvarjanja večjih sistemov. Izmenični tok je našel vedno večjo uporabo in v začetku 20. stoletja so sistemi izmeničnega toka začeli postopoma nadomeščati enosmerni tok v elektrotehnični praksi.

To je za Georgea Westinghousea (ki je pridobil Teslove patente za uporabo izmeničnega toka) postavilo nalogo obračunavanja električne energije in to obračunavanje je moralo biti kar se da natančno. V tem obdobju (povezanem tudi z izumom transformatorja) je bila naprava patentirana, ki je bila pravzaprav prototip sodoben števec AC… Zgodovina pozna tudi več »očetov izumiteljev« indukcijskega števca.

Prva indukcijska merilna naprava se imenuje "Ferrarisov meter", čeprav je sploh ni sestavil. Ferrarijeva zasluga je naslednje odkritje: Dve vrtilni polji, ki nista v fazi z izmeničnim tokom, povzročita vrtenje trdnega rotorja - diska ali cilindra. Števci po principu indukcije se izdelujejo še danes.

Madžarski inženir Otto Titus Blaty, znan tudi kot izumitelj transformatorja, je predlagal svojo različico indukcijskega števca. Leta 1889 je prejel dva patenta naenkrat, nemško številko 52.793 in ameriško številko 423.210, za izum, uradno označen kot "električni števec izmeničnega toka".

Avtor je podal naslednji opis naprave: »Ta števec je v bistvu sestavljen iz kovinskega rotirajočega telesa, kot je disk ali valj, na katerega delujeta dve magnetni polji, ki nista v fazi med seboj.

Ta fazni zamik izhaja iz dejstva, da eno polje ustvari glavni tok, drugo polje pa ustvari tuljava z visoko samoinduktivnostjo, ki ranžira točke v vezju, med katerimi se meri poraba energije.

Vendar pa se magnetna polja ne sekajo v vrtilnem telesu, kot v dobro znanem Ferrarijevem mehanizmu, ampak prehajajo skozi njegove različne dele neodvisno drug od drugega. » Prvi pulti proizvajalca Ganz, kjer je Blatti delal, so bili pritrjeni na leseno podlago in so tehtali 23 kg.

Seveda je istočasno enako značilnost obeh področij odkril še en pionir elektrotehnike, Oliver Blackburn Shellenberger. In leta 1894 je razvil števec električne energije za sisteme izmeničnega toka. Vijačni mehanizem je zagotovil navor.

Vendar ta merilnik ni primeren za delo z elektromotorji, saj ne zagotavlja napetostnega elementa, potrebnega za merjenje faktor moči.

Ta števec je bil nekoliko manjši od naprave Blati, a tudi precej zajeten in precej težek - tehtal je 41 kilogramov, torej več kot 16 kg. Šele leta 1914 je bila teža naprave zmanjšana na 2,6 kg.

Za popolnost ni omejitev

Tako lahko rečemo, da je v začetku 20. stoletja števec postal del vsakdanje prakse. To potrjuje tudi pojav prvega merilnega standarda. Izdal ga je Ameriški nacionalni inštitut za standarde (ANSI) leta 1910.

Značilno je, da standard poleg prepoznavanja pomena znanstvenega pomena merilnih naprav poudarja tudi pomen komercialne komponente. Prvi znani merilni standard Mednarodne elektrotehnične komisije (IEC) sega v leto 1931.

Do začetka 20. stoletja so bile naprave podvržene številnim spremembam, ne da bi upoštevale zmanjšanje teže in dimenzij: razširitev obsega obremenitve, kompenzacija sprememb faktorja obremenitve, napetosti in temperature, videz kroglice. ležaji in magnetni ležaji (kar je znatno zmanjšalo trenje). Izboljšane so bile kakovostne karakteristike zavornih elektromagnetov in odstranjevanje olja iz nosilca in števnega mehanizma, kar je podaljšalo življenjsko dobo.

Hkrati so se pojavile nove vrste števcev - večtarifni števec, števec konične obremenitve, predplačniški števec energije ter trifazni indukcijski števec. Slednji uporablja dva ali tri merilne sisteme, nameščene na enem, dveh ali treh diskih. Leta 1934 se je pojavil merilnik aktivne in jalove energije, ki ga je razvil Landis & Gyr.

Nadaljnji potek znanstvenega in tehničnega napredka ter razvoj tržnih odnosov je prišel do izraza v proizvodnji merilnih naprav. Razvoj elektronike je močno vplival - v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so se poleg indukcijskih merilnih naprav pojavile tudi elektronske merilne naprave. Seveda je to močno razširilo funkcionalnost naprav. Najprej je avtomatizirani računovodski sistemi (ASKUE), večtarifni način.

Kasneje so se funkcije števca še razširile in presegle meje samo poročanja o energiji in virih, vključno z zaščito pred vidnimi kršitvami, predplačilom, nadzorom izravnave obremenitve in številnimi drugimi funkcijami.Odčitki se berejo iz električnih omrežij, telefonskih linij ali kanalov za brezžični prenos podatkov.