“Найбільшим винаходом дев’ятнадцятого століття був винахід методу винаходів”
Цей афоризм англійського математика і філософа Альфреда Норду Вайтхеда (1891-1947) прекрасно відображає історію створення електричного лічильника, який вдосконалювався з кожним новим винаходом, що слідував один за іншим, ґрунтуючись на наукових досягненнях і стимулюючи подальший розвиток.
Перша половина дев’ятнадцятого століття принесла блискучі відкриття в області електромагнетизму. У 1820 році француз Андре-Марі Ампер (1775-1836) відкрив явище взаємодії електричних струмів. У 1827 році німець Георг Симон Ом (1787-1854) встановив залежність між силою струму і напругою в провідниках. У 1831 році англієць Майкл Фарадей (1791-1867) відкрив закон електромагнітної індукції, який лежить в основі принципу дії генераторів, двигунів і трансформаторів.
До другої половини століття вже була добре підготовлений ґрунт для впровадження наукових досягнень в практику. За відкриттями пішли винаходи і патенти. Лампа, динамо-машина, двигун, трансформатор, лічильник і гідротурбіна були винайдені один за одним в короткий термін.
Не дивно, що коли настав час, ключові винаходи відбуваються майже одночасно в різних частинах світу. Угорець Отто Тітус Блаті, винахідник індукційного лічильника і спів-винахідник трансформатора, згадуючи в 1930 році цей захоплюючий період, говорив: “У мій час було легко. Наука походила на тропічний ліс. Все, що було потрібно, це хорошу сокиру, і куди б ти ні вдарив, міг зрубати величезне дерево “.
Винахід динамо-машини (Аньош Йедлік в 1861 р., Вернер фон Сіменс в 1867 р.) дав можливість виробляти електричну енергію у великих кількостях. Вперше масове застосування електрики – це вуличне освітлення. Коли цей новий продукт – електроенергію – почали продавати, виникла необхідність визначити ціну. Однак було неясно, в яких одиницях слід вести облік і які принципи вимірювання були б найбільш зручними.
Першим електричним лічильником став лічильник годин роботи лампи Самюеля Гардінера (США), запатентований в 1872 році. Він вимірював час, протягом якого електроенергія подавалася в точку навантаження, при цьому всі лампи, підключені до цього лічильнику, контролювалися одним вимикачем. З появою електричної лампочки Едісона стало практикуватися розгалуження ланцюгів освітлення, і такий лічильник вийшов з ужитку.
Електролітичні лічильники
Томас Альва Едісон (1847-1931), який впровадив вперше розподільні освітлювальні електромережі постійного струму, стверджував, що електрику треба продавати як газ – в ті часи також широко використовуваний в цілях освітлення.
“Електричний лічильник” Едісона, запатентований в 1881 році, використовував електрохімічний ефект струму. Він містив електролітичну комірку, куди на початку розрахункового періоду містилася точно зважена пластинка міді. Струм, що проходить через електроліт, викликав осадження міді. В кінці розрахункового періоду, мідну пластинку зважували знову, і різниця у вазі відображала кількість електрики, яке пройшло крізь неї. Цей лічильник калібрував таким чином, що рахунки можна було виставляти в кубічних футах газу.
Такі лічильники продовжували використовувати до кінця 19-го століття. Однак у них був один великий недолік: зчитування показань представляло складність для енергетичної компанії і було абсолютно неможливим для споживача. Пізніше Едісон додав рахунковий механізм для зручності зчитування показів лічильника.
Існували й інші електролітичні лічильники, такі як водневий лічильник німецької компанії “Сіменс-Шукерт” (Siemens Shuckert) і ртутний лічильник Йенського скляного заводу “Шотт унд Геноссен” (Schott & Gen. Jena). Електролітичні лічильники могли вимірювати тільки ампер-години і не годилися при коливаннях напруги.
Маятникові лічильники
Ще одним з можливих принципів конструкції лічильників було створення деякого руху – коливання або обертання – пропорційного енергії, яке, в свою чергу, могло б запустити рахунковий механізм для відображення даних лічильника.
Принцип роботи маятникового лічильника був описаний американцями Вільямом Едвардом Ейртоном і Джоном Перрі в 1881 році. У 1884 році в Німеччині, не знаючи про їх винаході, Германн Арон (1845-1902) сконструював маятниковий лічильник.
У більш удосконаленої моделі цього лічильника було два маятника з котушками на кожному, підключеними до джерела напруги. Під маятниками поміщалися дві струмові котушки з протилежними намотування. Завдяки взаємодії котушок один з маятників рухався повільніше, а інший швидше, ніж без електричного навантаження. Ця різниця ходу передавалася рахунковому механізму лічильника. Маятники змінювалася ролями кожну хвилину, щоб компенсувати різницю у вихідній частоті коливань. У цей же момент заводився годинниковий механізм.
Такі лічильники були дорогими, тому що вони містили два часові механізму, і їх поступово витіснили моторні лічильники. Маятниковий лічильник дозволяв вимірювати ампер-години або ват-години, але його можна було використовувати виключно для мереж постійного струму.
Моторні лічильники
Іншою альтернативою для створення електролічильника було використання мотора. У таких лічильниках, обертаючий момент пропорційний навантаженню і врівноважується протидіючим моментом, таким чином, частота обертання ротора пропорційна навантаженні, тоді як моменти знаходяться в рівновазі. У 1889 році Американець Еліху Томсон (1853-1937) розробив свій “самописний ватметр” для компанії “Дженерал Електрик” (General Electric).
Це був двигун з якорем без металевого сердечника, який запускався від електричної напруги, що проходить через котушку і резистор за допомогою колектора. Статор приводився в рух струмом, і тому обертаючий момент був пропорційний добутку напруги і сили струму. Гальмівний момент забезпечувався постійним електромагнітом, який впливав на алюмінієвий диск, прикріплений до якоря. Такий лічильник використовувався переважно для постійного струму. Великим недоліком моторних електролічильників був колектор.
Винахід трасформатора
У часи, коли тільки почалося розподілення електричної енергії, було ще неясно, які системи виявляться ефективніше: системи постійного або змінного струму. Однак незабаром виявився один важливий недолік систем постійного струму – напругу не можна було змінити, а, отже, було неможливо створювати більш великі системи.
У 1884 році француз Люсьєн Голар (1850-1888) і англієць Джон Діксон Гіббс винайшли “вторинний генератор”, попередник сучасного трансформатора. На практиці трансформатор розробили і отримали патент для компанії “Ганц” (Ganz) в 1885 році троє угорських інженерів – Карою Ціперновскій, Отто Тітуц Блаті і Микса Дері. У тому ж році Вестінгхаус купив патент Голара і Гібсона, а Вільям Стенлі (1858-1916) вдосконалив дизайн. Джордж Вестінгхаус (1846-1914) також придбав патенти Ніколи Тесли на використання змінного струму. Завдяки цьому з’явилася можливість застосування електричних систем змінного струму. Починаючи з 20-го століття, вони поступово змінили системи постійного струму.
Для обліку електроенергії знадобилося вирішити нове завдання – вимір електроенергії змінного струму.
Індукційні лічильники
У 1885 році італієць Галілео Ферраріс (1847-1897) зробив важливе відкриття, що два не співпадаючих по фазі поля змінного струму можуть змусити обертатися суцільний ротор, такий як диск або циліндр. У 1888 році незалежно від нього американець хорватського походження Нікола Тесла (1857-1943) теж виявив обертове електричне поле.
Шелленбергер також, випадково, відкрив ефект обертових полів в 1888 році і розробив лічильник електрики для змінного струму. Протидіючий момент створювався гвинтовим механізмом. У такому лічильнику відсутній елемент напруги, щоб врахувати коефіцієнт потужності, тому він не підходив для роботи з електродвигунами.
Ці відкриття послужили основою для створення індукційних двигунів і відкрили шлях індукційним лічильникам.
У 1889 році угорець Отто Тітуц Блаті (1860-1939), працюючи на завод “Ганц” (Ganz) в м. Будапешт, Угорщина, запатентував свій “Електричний лічильник для змінних струмів” (патент Німеччини № 52.793, патент США № 423.210).
Як описується в патенті, “Цей лічильник, по суті, складається з металевого обертового тіла, такого як диск або циліндр, на який діють два магнітних поля, зрушені по фазі один щодо одного. Цей зсув фаз є результатом того, що одне поле створюється головним струмом, в той час як інше поле утворюється за рахунок котушки з великою самоіндукцією, шунтової ті точки ланцюга, між якими вимірюється споживана енергія. Однак магнітні поля не перетинаються в тілі обертання, як у добре відомому механізмі Ферраріс, а проходять крізь різні його частини, незалежно один від одного “.
З таким пристроєм Блаті вдалося досягти внутрішнього зміщення фаз майже рівно на 90 °, тому лічильник відображав ват-чати більш-менш коректно. У лічильнику використовувався гальмівний електромагніт для забезпечення широкого діапазону вимірювань, а також був передбачений циклометри стичний регістр. У тому ж році компанія “Ganz” приступила до виробництва. Перші лічильники кріпилися на дерев’яній основі, роблячи 240 оборотів в хвилину, і важили 23 кг. До 1914 року вага знизилася до 2,6 кг.
У 1894 році Олівер Блекбурн Шелленбергер (1860-1898) розробив лічильник ват-годин індукційного типу для компанії “Вестінгхаус” (Westinghouse). У ньому котушки струму і напруги розташовувалися на протилежних сторонах диска, і два постійних магніти сповільнювали рух цього диска. Цей лічильник теж був великим і важким, вагою в 41 фунт. У нього був барабанний рахунковий механізм.
У 1899 році Людвіг Гутманн, працюючи на фірму “Сангамо” (Sangamo), розробив лічильник ват-годин активної енергії змінного струму типу “A”. Ротор складався з циліндра зі спіральною прорізом, розташованого в полях котушок напруги і струму. Диск, прикріплений до дна циліндра, використовувався для гальмування за допомогою постійного магніту. Регулювання коефіцієнта потужності не була передбачена.
Подальші удосконалення
У наступні роки було досягнуто багато удосконалень: зменшення ваги і габаритів, розширення діапазону навантаження, компенсація зміни коефіцієнта навантаження, напруги і температури, усунення тертя шляхом заміни підп’ятників шарикопідшипниками, а потім подвійними камінням і магнітними підшипниками, а також продовження терміну стабільної роботи за рахунок поліпшення якісних характеристик гальмівних електромагнітів і видалення масла з опори і рахункового механізму. До чергового сторіччя, були розроблені трифазні індукційні лічильники, які використовують дві або три системи виміру, встановлені на одному, двох або трьох дисках.
Нові функціональні можливості
Індукційні лічильники, відомі також як лічильники Ферраріс, і лічильники, засновані на принципах лічильника Блаті, все ще виробляються у великих кількостях і виконують основну роботу з обліку енергії, завдяки їх низькій вартості і відмінним показникам надійності.
У міру поширення електрики, швидко з’явилася концепція багатотарифного електролічильника з локальним або дистанційним керуванням, лічильника максимального навантаження, лічильника попередньо оплаченої електроенергії та “Максіграфа”, – і все вже до початку того століття.
Перша система контролю пульсацій була запатентована в 1899 році французом Сезаром Рене Лубер, і її вдосконалювали в багатьох компаніях: “Компані де Комптер” (Compagnie des Compteurs) (пізніше “Шлюмберже” (Schlumberger)), “Сіменс” (Siemens), “АЕГ “(AEG),” Ландіс і Гір “(Landis & Gyr),” Цельвегер “(Zellweger) і” Саутер “(Sauter) і” Браун Бовері “(Brown Boveri), – і це перелік лише деяких з них.
У 1934 році компанія “Ландіс і Гір” (Landis & Gyr) розробила лічильник “Трівектор”, що вимірює активну та реактивну енергію і споживану потужність.
Електронні лічильники та дистанційне зчитування показань
Видатний період первісної розробки лічильників підійшов до кінця. Як сказав Блаті, продовжуючи свою метафору: “Тепер ти бродиш цілодобово безперервно, не натикаючись навіть на кущ”.
Електронні технології не знаходили застосування в обліку енергії до тих пір, поки в 1970-х роках не з’явилися перші аналогові і цифрові інтегральні мікросхеми. Це можна легко зрозуміти, якщо замислитися про обмеженому розході енергії в замкнутому корпусі електролічильника та очікуваної надійності.
Нова технологія дала новий поштовх до розвитку електричних лічильників. Спочатку були розроблені точні стаціонарні лічильники, головним чином використовують принцип час-імпульсного множення. Також застосовувалися осередку Холла, в основному для комерційних і квартирних електролічильників. У 1980-х роках були розроблені гібридні лічильники, що складаються з індукційних лічильників та електронних тарифних одиниць. Ця технологія використовувалася відносно недовго.
Дистанційні вимірювання
Ідея зчитування показань лічильників на відстані з’явилася в 1960-х роках. Спочатку використовувалася дистанційна імпульсна передача, але поступово замість неї стали використовувати різні протоколи і засоби передачі даних.
В даний час лічильники з розвиненими функціональними можливостями ґрунтуються на новітніх електронних технологіях, із застосуванням цифрової обробки сигналів, причому більшість функцій передбачені вбудованим програмним забезпеченням.
Стандарти і точність вимірювання
Необхідність у тісній співпраці між виробниками та енергетичними компаніями усвідомлена відносно рано. Перший стандарт вимірювань, Код C12 Американського Національного Інституту Стандартів (ANSI) для вимірювання електроенергії, був розроблений ще в 1910 році. У його передмові сказано: “При тому, що цей Код, природно, ґрунтується на науково-технічних принципах, ми завжди усвідомлювали велику важливість комерційної сторони вимірювань”.
Перший відомий стандарт виміру Міжнародної Електротехнічної Комісії (МЕК), Видання 43, датується 1931 роком.
Високий стандарт точності – це відмінна характеристика, яку встановила і продовжує зберігати вимірювальна індустрія. Вже в 1914 році в проспектах описуються лічильники з точністю 1.5% при діапазоні вимірювань від 10% і менше до 100% максимального струму. Стандарт МЕК 43:1931 встановлює клас точності 2.0. Такий рівень точності досі вважається задовільним для більшості лічильників, що знаходяться сьогодні в комунально-побутовому застосуванні, навіть для стаціонарних лічильників.
Влітку попит на кондиціонери значно збільшується, відповідно підвищуються і ціни. До того ж, часто утворюється черга на установку. Тому краще за все робити покупку навесні або восени, а якщо вже на то пішло, , але краще в тій фірмі, яка займається і його установкою, і подальшим гарантійним обслуговуванням. Довіряти установку системи охолодження необхідно тільки професіоналам, так як навіть сама якісна і дорога техніка швидко вийде з ладу при неправильному монтажі. Тому не варто намагатися заощаджувати пару сотень гривень на установці, купівля нового кондиціонера обійдеться в рази дорожче.
[poll id=”1″]