Villamos fogyasztásmérő

Háromfázisú elektromechanikus fogyasztásmérő; a rajta található piros LED csak akkor fog világítani, amikor egy fázis hiányzik (például túlterhelés vagy rövidzárlat hatására az egyik fázis kismegszakítója leoldott)

A villamos fogyasztásmérőt (hétköznapi nevén villanyóra) a fogyasztói elszámolásban a vételezett hatásos (kWh), illetve vételezett vagy a meddő energia (kvarh) mennyiségének, szükség estén annak napszaki megoszlásának meghatározására használják. A hagyományos, mechanikus fogyasztásmérő forgórésze a terhelés hatására forog, szögsebessége a teljesítménnyel arányos, tehát a megtett fordulatok száma, amelyet a fogyasztásmérőbe beépített számlálómű számol, az elfogyasztott villamos energiával arányos.

Története

Váltakozó áramú

A váltakozó áramú villamos energia mérését 1889-től Bláthy világhírű találmánya tette lehetővé. 1885-ből származik Bláthy váltakozó áramú wattmérője. Ennek későbbi 1910-es változata a Kellner József-féle wattméter volt, amely a mágneses és a dielektromos veszteségeket is pontosan mutatta. A Ganz gyár egyre több váltakozó áramú motort szállított üzletfeleinek, akik mind jobban igényelték a felhasznált energia mérését. Bláthy kísérletbe kezdett, hogy az addig használt fogyasztásmérők hibáit kiküszöbölje.

A wattórák mérésére az Elihu Thomson dinamometrikus számlálója szolgált. Az 1888. évi párizsi kiállításon mutatták be, de bizonytalanul mért. A mérési pontatlanság viszont jelentős pénzveszteséget okozott az áramszolgáltatóknak. Egyébként is a Thomson-mérő használata feltételezte, hogy a feszültségi körben folyó áram a feszültséggel arányos, és azonos fázisú.

A feladat tehát adott volt: olyan számláló szerkesztése, amelynek fordulatszáma követi a mindenkori terhelést (azaz a fékezőnyomaték függjön a fordulatszámtól), mert a fordulatszám arányos a fogyasztott munkával. Minőségileg pedig meg kellett oldani, hogy a számláló a névleges terhelés 0,5-1%-ánál biztosan induljon, és terhelés nélkül, még 120%-os feszültségnél se járjon üresen (hiszen P = U ⋅ I ⋅ cosφ, és ha I = 0, akkor P = 0). Bláthy 1889 márciusában kiadta a gyártási utasításokat, és 1889 végére a Ganz-gyár forgalmazta a világon az első, indukciós elven működő váltakozó áramú fogyasztásmérőket. Az első darabok súlya 20–25 kg között mozgott, a forgatónyomaték 100 cmgr, saját fogyasztás 17 W, fordulatszám 240 ford/perc volt. Ezt később csökkentette Bláthy: forgatónyomaték 35 cmgr, fogyasztás 6-7 W, fordulatszám 100 ford/perc; a forgórész vörösréz tárcsából készült. A forgórész súlya a Thomson számlálókkal összehasonlítva annak 1/10 része volt. Bláthy mintegy 77 szabadalma közül 27 a számlálógyártással kapcsolatos.

Bláthy Ottó Titusz, az általa feltalált és szabadalmaztatott váltakozó áramú, egyfázisú villamos fogyasztásmérő első példányával (1889)

Működése

Analóg elektromechanikus műszerek

Az indukciós fogyasztásmérő függőleges tengelyű forgó műszer, tengelyén vékony alumíniumtárcsával. Ezen a tárcsán hajtó és fékezőnyomatékok keletkeznek, eredőként a tengelyen jön létre. A tárcsa szerkezetileg egymáshoz térben eltolt áramtekercs és feszültségtekercs vasmagjánál kiképzett légrésben és egy állandó mágnes légrésében forog. Az áramtekercsen folyik át a terhelő váltakozó áram, a feszültségtekercs pedig a mérendő hálózat váltakozó feszültségére van kapcsolva. Az áramtekercs viszonylag kis menetszámú, ellentétben a feszültségtekerccsel, amely viszonylag nagy menetszámmal készül.

A feszültségtekercs Φ∪ mágneses fluxust létesít, amelyeknek egy része a tárcsákra hat és örvényáramot (I∪) hoz létre benne. Ez a mágneses fluxus ugyanis a feszültség-vasmagban keletkezik és áthaladva a forgórész tárcsáján zárul, arra merőleges irányban. A fogyasztó áramkörében folyó áram az áramtekercs vasmagjában Φ mágneses fluxust gerjeszt, és ez I örvényáramot kelt a forgórészben. Mindegyik fluxus a vele szomszédos örvényáramokkal erőt hoz létre, és ez az erő a forgástengelyre nyomatékot létesít, ami váltakozó fogyasztásmérők esetében minden időpillanatban arányos a fogyasztó áramkörében érvényesülő villamos teljesítménnyel.

Az indukciós fogyasztásmérő egy bizonyos idő alatt megtett fordulatainak száma arányos a villamos munkával, amelyet a fogyasztó ugyanaz az idő alatt elfogyasztott. A létrejött hajtónyomaték arányos a fogyasztói áramkörben létrejött villamos terheléssel.

Elektronikus

Az elektronikus fogyasztásmérők az áramot és a feszültséget digitális eszközökkel mérik, és LCD- vagy LED-kijelzőn mutatják. Egyes típusok képesek a mérési adatokat továbbítani az áramszolgáltató vagy a fogyasztó felé. Különböző órák vannak, pl. H-tarifa, éjszakai, nappali (ezeknek mind külön órájuk van). A villamosenergia-szolgáltatók a régi elektromechanikus mérőket 2010-es évektől kezdve ilyen eszközükre cserélik.

Elektronikus-digitális fogyasztásmérő kijelzővel (Hollandia)

Elhelyezése

Végleges helyre kerülő fogyasztás mérőszekrény

Háromfázisú elektromechanikus fogyasztásmérő zárjeggyel biztosítható (leplombálható) műanyag szekrény tokozatban

A mérőhelyet sok esetben helyezik el az épület körítő falának külső részében vagy az ingatlanhatár közelében, illetve a kerítéspillérben. A kialakításhoz csak az áramszolgáltató által elfogadott, szabadtérre alkalmazható mérőszekrény használható, ami teljesíti az IP54 védettséget. Ez biztosítja a por- és páramentes elhelyezést a fogyasztásmérő berendezés számára.

Általában a mérőszekrény felső részében van kialakítva a fogyasztói főelosztó, amely tartalmazza az áramköri kismegszakítókat is. A nappali és a vezérelt áramkörök külön légtérben vannak elhelyezve. A mérőhely tartalmazza a vezérelt áramkörökről működő fogyasztók kapcsolására szolgáló hangfrekvenciás vevőkészüléket, illetve a mágneskapcsolót is.

Csoportosan kialakított fogyasztásmérő hely

Az épületbe becsatlakozó méretlen háromfázisú hálózat 400 A mérése áramváltókkal (Anglia)

Társasházak esetén a csatlakozó vezeték a legtöbb esetben földkábel. A fogyasztásmérő szekrényeket szintenként, csoportosan kell elhelyezni. A berendezések falon kívül vagy erre a célra kialakított falsüllyedésbe szerelhetőek. Ennek az elrendezésnek több előnye is van. A kivitelezés egyszerűbb, az előre összeállított szekrényeket a helyszínen könnyebb a helyükre illeszteni. A szolgáltató vagy megbízottja le tudja olvasni a fogyasztásmérőket anélkül, hogy a fogyasztónak otthon kellene maradnia.

Képek

• 
  Villamos fogyasztásmérők, kapcsolóórák, ÁMGy termékek (1980)