Шунт в счетчике – Некоторые аспекты применения датчиков в счетчиках электроэнергии

Шунт | Описание, предназначение, принцип работы.

Что такое шунт

В электронике и электротехнике часто можно услышать слово “шунт”, “шунтирование”, “прошунтировать”. Слово “шунт” к нам пришло с буржуйского языка: shunt –  в дословном переводе “ответвление”, “перевод на запасной путь”. Следовательно, шунт в электронике – это что-то такое, что “примыкает” к электрической цепи и “переводит” электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче).

По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!

Как работает шунт

Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.

Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой (

I ), в зависимости от нагрузки цепи.

Помните Закон Ома  для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:

где

U – напряжение

I – сила тока

R – сопротивление

Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря “константа”. Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:

Значит, исходя из формулы 

получаем формулу:

и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.

Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное – просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).

Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.

Виды шунтов

Промышленные амперметры выглядят вот так:

На самом же деле, как бы это странно ни звучало – это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с  расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).

На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.

А вот, собственно, и промышленные шунты:

Те, которые справа внизу  могут пропускать  через себя силу тока  до килоАмпера и больше.

К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать  шунт с амперметром вот по такой схеме:

В некоторых амперметрах этот шунт  встраивается прямо в корпус самого прибора.

Работа шунта на практике

В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:

Сзади можно прочитать его маркировку:

Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекающая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 милливольт.

0,5  – это класс точности. То есть сколько мы замерили – это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 милливольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).

Итак, у нас имеется  простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:

Выставляем на  Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.

Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:

И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.

Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 милливольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 милливольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс 😉

Вспоминаем, что показывал наш блок питания?

Погрешность в 0,02 Ампера! Думаю, это можно списать на погрешность приборов).

Так как радиолюбители в основном используют малое напряжение и силу тока в своих электронных безделушках, то можно применить этот принцип и в своих разработках. Для этого достаточно будет взять низкоомный резистор и использовать его как датчик силы тока). Как говорится ” голь на выдумку хитра” 😉

Где купить шунт

Почти такой же шунт, как у меня в статье, можно заказать на Али по этой ссылке:

www.ruselectronic.com

Электросчетчики с токовым шунтом для бытовых потребителей

Счетчики электроэнергии, давно и прочно вошедшие в нашу повседневную жизнь, необходимы как в жилых зданиях, так и в производственных помещениях. Эти приборы, изготовленные на разных предприятиях, отличаются друг от друга по типу, классу точности, номинальному напряжению, числу тарифов, а также по дизайну, размерам и т. п. Как не ошибиться в выборе электросчетчика? Чью продукцию предпочесть?
Понятно, что лучший электросчетчик - тот, который обеспечивает наиболее точный учет измеряемой электроэнергии, обладает высокой надежностью, удачно вписывается в интерьер квартиры, дома или офиса и при этом стоит не слишком дорого.

ОАО "Концерн Энергомера" уже 10 лет занимается разработкой, производством и реализацией электронных средств и систем учета электроэнергии. Предприятия компании постоянно совершенствуют выпускаемое оборудование, стремятся к повышению качества и надежности продукции. Приборы, производимые Концерном, имеют современный дизайн, могут быть использованы и в жилых домах, и в офисах, и на промышленных предприятиях.

Со второго полугодия 2003 года Концерном "Энергомера" серийно производится новый тип электросчетчиков - ЦЭ6807П с токовым шунтом в качестве датчика тока. Электросчетчик предназначен для измерения активной энергии в однофазных цепях переменного тока. Он имеет следующие отличительные особенности:

  • Класс точности - 1,0; 2,0.
  • Номинальный и максимальный токи нагрузки - 10-60 А.
  • Чувствительность счетчика по току нагрузки - 25 мА.
  • Межповерочный интервал - 16 лет.
  • Средний срок службы - 24 года.
  • Гарантийный срок эксплуатации - 5 лет.

Использование токового шунта в качестве датчика тока упрощает конструкцию счетчика, что ведет к снижению цены и одновременно - к повышению надежности прибора. Электросчетчик ЦЭ6807П обеспечивает надежную защиту от недоучета и хищений электроэнергии. К несомненным достоинствам нового прибора следует отнести также устойчивость к воздействию высокочастотных магнитных полей и электростатических разрядов и двойной запас по погрешности измерения. Широкий рабочий диапазон температур (от минус 40° до 50°) позволяет применять электросчетчики в различных климатических зонах.

Электросчетчик ЦЭ6807П выпускается в однотарифном и двухтарифном исполнении. Наличие стандартного телеметрического выхода делает возможным его применение как автономно, так и в составе автоматизированных систем учета электроэнергии (АСКУЭ). Предусмотрена возможность винтового крепления электросчетчика или установка на DIN-рейку. Размеры прибора позволяют использовать его и в новых, и в старых электрощитах без их доработки.
Новый электросчетчик сертифицирован, внесен в Госреестр средств измерений России. Производство электросчетчиков ЦЭ6807П аттестовано на соответствие международному стандарту качества ISO 9001.

Электросчетчик ЦЭ6807П должен заинтересовать в первую очередь тех, кто стремится к приобретению недорогого, но качественного и надежного оборудования. Наличие у прибора нескольких модификаций, защищенность от действия влаги и тепла, устойчивость к помехам, длительный срок службы, а также небольшие размеры позволяют использовать его в помещениях разного назначения. Кроме того, электросчетчик с электронным отсчетным устройством имеет энергонезависимую память, позволяющую сохранять показания при отключении сети, ЖК-дисплей для просмотра измерительной информации. Для поверки электросчетчиков с токовым шунтом Концерн разработал автоматизированную установку, производство которой также начато во втором полугодии 2003 года.

www.energomera.ru

Китай Шунт для Электронного Счетчика, Китай Шунт для Электронного Счетчика список товаров на ru.Made-in-China.com

Цена FOB для Справки:

US $ 10.0-15.0 / шт.
MOQ: 10000 шт.

  • Дисплей: Индикаторный
  • Установка: Прямая Подключеняя
  • Использование: Многофункциональный Счетчик Электроэнергии,Счетчик Ватт-Часов,Прибор для Промышленного и Бытового Использования,Стандартный Счетчик Электрической Энергии,Счетчик Предоплаты,Счетчик Реактивной Энергии,Многотарифный Счётчик,Счетчик Максимальной Нагрузки
  • Теория: Электронный Счетчик
  • Измеритель мощности Подключение: Проходной
  • Измеряемый сигнал: Импульсный Пик
  • Поставщики с проверенными бизнес-лицензиями

    Поставщики, проверенные инспекционными службами

    Ivy Metering Co., Ltd.

ru.made-in-china.com

Смогут ли электронные смарт счетчики предотвратить кражу электроэнергии

Кража электрической энергии началась примерно с тех пор, как Томас Эдисон основал в 1878 году Edison Electric Light Company. В 1886 году Daily Yellowstone Journal опубликовал отчет о том, что «большое количество беспринципных лиц производит незаконное подключение к электросети и ворует электроэнергию Эдисон». Представительство компании ответило подключением дополнительных динамо-машин в систему с целью вывести из строя незаконно подключенное оборудование.

Проблема с воровством электроэнергии актуальна и до сих пор. Согласно данным недавнего исследования, глобальные потери от хищения электрической энергии в 2015 году составили примерно 89.3 миллиарда долларов США. При этом первое место заняла Индия (16,2 миллиарда долларов), второе Бразилия (10,5 миллиардов долларов), и на третьем месте Россия (5,1 миллиардов долларов).

Принятие новых умных сетей (Smart Grid) и умных счетчиков, а также внедрение новых технологий позволяет улучшить систему обнаружения хищения электроэнергии.

Общие способы воровства электроэнергии

Существует довольно большое количество способов воровства электрической энергии. Самым простым из них можно назвать подключение к линии электроснабжения до электрического счетчика или же его шунтирование. Более сложные схемы, как правило, направлены на снижения количества измеряемой электросчетчиком энергии путем внесения изменений в схемы его соединения или вмешательство в сам рабочий процесс электросчетчика.

К внешним изменениям можно отнести – замена местами подключения фаза – ноль, полное отсоединение нейтрального провода, обеспечения контура протекания тока через землю, а не через нейтраль, отсоединение одного из фазных проводов от электросчетчика.

Когда речь заходит о вмешательстве в работу самого электросчетчика, то здесь пальму первенства занимает мощный магнит. Это связано с тем, что электроизмерительные приборы для своей работы используют магнитные устройства, и внешние магнитные поля способны оказывать существенное влияние на точность измерения. Размещенный рядом со счетчиком мощный магнит может насытить магнитные сердечники датчиков и тем самым  внести существенное негативное влияние на работу счетчика, вплоть до его полной остановки.

«Интеллектуальный» измерительный блок

За последнее десятилетие энергокомпании развернули компанию по замене старых электромеханических счетчиков новыми электронными, или как их называют «умными» счетчиками. Это способствует снижению краж электроэнергии.

«Интеллектуальный» электросчетчик включают в себя микроконтроллер и датчики измерения тока и напряжения, двунаправленные и беспроводные системы связи, функции создания отчетов и определения неисправностей, а также различные методы выявления хищения электроэнергии и предотвращения фальсификации результатов измерения.

На рисунке ниже показан наиболее распространенный метод измерения потребляемой мощности с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП работающего с микропроцессором и датчиков тока и напряжения:

Применение такой схемы сокращает энергопотребление самого счетчика практически к нулю, так как микроконтроллер практически все время пребывает в режиме малого потребления или спящем режиме и просыпается только в случае необходимости выполнения измерений, приема или передачи данных, или же в случае возникновения предупреждений.

Меры против несанкционированного доступа

Умный счетчик использует несколько методов для обнаружения и предотвращения несанкционированного доступа. Для предотвращения вмешательства в работу электросчетчика необходимо ограничить к нему доступ. При попытке несанкционированного доступа к корпусу прибора об этом должен извещаться микроконтроллер.

Для предотвращения кражи электричества путем обвода фазного провода мимо счетчика или замены местами проводов фазы и нейтрали, необходимо измерять ток на нейтральном проводе. Если существует разница между входящим и выходящим током – происходит утечка электроэнергии.

Для трехфазных симметричных сетей ток нулевого провода должен быть равен нулю. Слишком большой ток в нулевом проводе может говорить о несанкционированном подключении в какой-то фазе.

Защита от внешних магнитов

Внешние магниты способны оказывать очень негативное влияние на измерительные трансформаторы тока ТТ.

Трансформатор тока является одним из наиболее популярных устройств измерения тока в цепях переменного напряжения. Ниже показан его принцип работы:

Протекая через шину или провод, переменный ток создает магнитный поток в сердечнике трансформатора, который потом индуцирует переменный ток во вторичной обмотке. Если в первичной обмотке будет протекать ток нагрузки, то во вторичной обмотке протекает ток первичной, деленный на N (количество витков вторичной обмотки). Выходной ток трансформатора тока будет потенциально изолирован от напряжений и токов первичной цепи.

Если на прибор будет действовать сильное внешнее магнитное поле, то оно может привести к насыщению сердечника трансформатора тока и ввести ошибки в его работу. Проще говоря – вывести его из строя.

Есть несколько способов борьбы с таким явлением:

  1. Если трансформатор тока является встроенным в счетчик устройством, то необходимо добиться такого его расположения внутри устройства, чтобы ограничить доступ внешних магнитных полей. Если добиться такого расположения не представляется возможным, то необходимо предусмотреть его экранирование от внешних магнитных полей.
  2. Также возможен вариант с заменой трансформатора тока на катушку Роговского. Данная катушка не имеет металлического сердечника, и применение внешних магнитных полей никак не повлияет на точность ее измерения.
  3. Существует вариант с использованием измерительного шунта. В качестве шунта может быть использован резистор малого напряжения. Этот метод обеспечивает довольно точное измерение, однако это прямой метод измерения и нужно выполнять специальные защиты для системы управления.
  4. Помещение рядом с уязвимым элементом датчика магнитного поля. Когда значение магнитного поля превысит допустимое значение (несмотря на его полярность), датчик подаст сигнал в микроконтроллер о том, что магнитное поле превысило допустимое.

Защита источника питания

Силовой трансформатор для питания системы управления счетчика тоже является уязвимым к внешним магнитным полям, как и трансформатор тока. Успешная атака на блок питания может привести к полному отключению электросчетчика.

Если смарт счетчик потребляет мало мощности, то одним из вариантов обеспечения надежности питания является реализация drop-cap топологии, которая не требует наличия трансформатора. drop-cap источник использует емкостное сопротивление конденсатора для уменьшения напряжения.

На рисунке ниже показана схема питания drop-cap источника для трехфазного электронного счетчика:

Конструкция использует TPS54060 60В/0,5А понижающий регулятор с интегрированным на стороне высокого напряжения MOSFET транзистором. Использование трех фаз позволяет получить приемлемое значение пульсаций постоянного тока.

Входная цепь каждой фазы состоит из трех компонентов: входного конденсатор (для фазы 1 С39), который понижает напряжение сети благодаря своему емкостному сопротивлению,  токоограничивающий резистор R92 и стабилитрон D17, который не пропускает напряжение на положительном цикле и разряжает конденсатор C39 на отрицательном цикле переменного тока. Значения С39 и R92 выбираются на основании требуемого значения выходного напряжения источника питания.

Напряжение трех фаз выпрямляется и заряжает конденсатор С102 и формирует напряжение постоянного тока для DC-DC преобразователя.

Устройство блока питания использующего конденсатор вместо трансформатора дешевле и требует меньших габаритов для размещения в счетчике. Тем не менее, существуют два серьезных ограничения, которые необходимо учитывать:

  1. Конденсатор должен выдерживать амплитудное напряжение переменного тока и величина пропускаемого тока должна быть пропорциональна емкости. Конденсатор должен иметь большое рабочее напряжение и большую емкость, а это довольно дорогостоящая комбинация. Поэтому такой способ питания применяют, как правило, к устройствам с очень низким энергопотреблением.
  2. При отсутствии трансформатора отсутствует потенциальная развязка между силовым напряжением и напряжением питания системы, что не совсем хорошо.

Если токи устройства довольно большие, то без трансформатора обойтись не удастся. Для такого варианта источника питания обязательно наличие экранирования и месторасположения в труднодоступных для вредителей местах. Иногда необходимо предусматривать резервные источники питания (батареи), чтобы обеспечить довольно длительную работу до обнаружения и устранения источника магнитного поля.

Разработки против воровства

Ниже приведена схема устройства, которое включает в себя много функций против воровства электроэнергии описанных ранее. Схема позволяет проектировщику выбирать, либо применить емкостной источник питания, либо источник питания с трансформатором.

Для источника питания с трансформатором необходимо предусмотреть установку датчика Холла возле трансформатора. Это необходимо для обнаружения попыток незаконного вмешательства в работу электросчетчика с помощью сильного магнита. Необходимо предусмотреть резервное питания, в случае если атака с магнитом закончится успехом.

Если резервный источник батарея, то необходимо минимизировать потребление энергии датчиком Холла.

Приведенная выше конструкция использует микроконтроллер MSP430F67791A, который включает в себя целый ряд режимов работы с низким энергопотреблением, несколько высокоточных сигма-дельта АЦП (∑Δ), а также несколько контактов для регистрации событий, например несанкционированные вскрытие корпуса. Данный контакт зафиксирует вскрытие даже в случае отключенного питания электросчетчика.

Данный счетчик будет продолжать считать значения предыдущего большего тока, а не того который протекает сейчас, в случае обнаружения сильного магнитного поля, которое приложено для вывода счетчика из строя.

Продолжение следует

Проблемы хищение электроэнергии наибольшие в Индии и Бразилии, но они также актуальны и для других стран. Например, в Канаде, согласно оценкам BC Hydro, потери составили около 3%, что составило примерно 850 ГВт-час. А этой энергии могло хватить для питания 77000 домов, и стоимость данной энергии составила порядка $ 100 млн.

По статистике самыми большими похитителями электроэнергии являются производители марихуаны. В попытке скрыться от правоохранительных органов они прокладывали длинные подземные кабельные линии, подключались напрямую к высоковольтным линиям и устанавливали силовые трансформаторы.

Указанные выше методы борьбы с хищением электроэнергии могут значительно сократить способы незаконного подключения к электросетям, однако игра в кошки – мышки продолжается.

elenergi.ru

Шунт — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 января 2015; проверки требуют 11 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 января 2015; проверки требуют 11 правок. Это статья об электрическом устройстве. О шунтировании в медицине см. Шунтирование

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току (либо магнитному потоку) протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.

Шунтирование — процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи.

Впервые предложен американским изобретателем Эдвардом Вестоном в 1893 году[1].

Измерительный шунт[2] SMD-шунт резистивный

Например, шунты применяются для изменения верхнего предела измерения у амперметров магнитно-электрической системы. При этом необходимое сопротивление шунта рассчитывают по формуле:

R2=R1⋅I1I−I1,{\displaystyle R_{2}={\frac {R_{1}\cdot I_{1}}{I-I_{1}}},}

где:

  • R2{\displaystyle R_{2}}  — сопротивление шунта, Ом;
  • R1{\displaystyle R_{1}} — сопротивление амперметра, Ом;
  • I{\displaystyle I}  — максимальный ток, который будет соответствовать полному отклонению стрелки прибора, А;
  • I1{\displaystyle I_{1}}  — номинальный максимальный ток, измеряемый амперметром без шунта, А.

Если необходимый предел измерения значительно превосходит номинальный ток амперметра, то этим током в знаменателе можно пренебречь, и тогда формула принимает вид:

R2=R1⋅I1I{\displaystyle R_{2}={\frac {R_{1}\cdot I_{1}}{I}}}.

Например, для измерения токов до 10 А амперметром, имеющим сопротивление 2000 Ом и максимальный ток 50 мкА, понадобится шунт сопротивлением

R2≈2000⋅5⋅10−510=0,01{\displaystyle R_{2}\approx {\frac {2000\cdot 5\cdot 10^{-5}}{10}}=0,01} Ом.

Применение шунтов позволяет расширить пределы показаний амперметра (за счёт ухудшения разрешающей способности и чувствительности прибора).

Важные замечания:

1.Высокоомный проводник шунта припаивается к контактам.

2.Контакты шунта имеют раздельное подключение измерительной цепи и головки прибора.

Нормативные документы
  • ГОСТ 8042-93. Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 8. Особые требования к вспомогательным частям.
Книги
  • Арутюнов В. О. Электрические и магнитные измерения. Общий курс : учеб. пособие для втузов./В. О. Арутюнов [и др.]. — Л. ; М. : ОНТИ. Гл. ред. энерг. лит., 1937. — стр. 186‑194.

ru.wikipedia.org

0 comments on “Шунт в счетчике – Некоторые аспекты применения датчиков в счетчиках электроэнергии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *