Měření elektrické energie v ac/dc soustavách

a) Měření ve stejnosměrné soustavě
Watthodinové elektroměry
Watthodinové elektroměry jsou soustavy elektrodynamické, tj. mají napěťovou a proudovou cívku. Napěťovou cívku zastupuje otočná kotvička, do které se proud přivádí komutátorem. Hlavní magnetické pole je vy­tvořeno dvěma proudovými cívkami (obrázek 1a). Pomocná cívka, zapojená do série s kotvou, kompenzuje tření kartáčků a ložisek.




Ampérhodinové elektroměry
Ampérhodinové elektroměry se používají k měření množství proudu pro­šlého za určitou dobu. Měřicí soustava nemá napěťovou cívku. Má jen trvalý magnet a kotvičku z hliníkového kotouče, v němž je uloženo několik cívek. Cívky kotvičky jsou připojeny k bočníku a podle velikosti proudu se mění počet otáček kotvy (obrázek 1b).

b) Měření ve střídavé soustavě
Elektroměry na měření elektrické energie střídavého proudu jsou sou­stavy indukční. Mají pevné elektromagnety s vinutím připojeným na obvod střídavého napětí a proudu a kotoučový rotor z vodivého materiálu, který je uložen do mezery dvou různých magnetických obvodů (obrázek 2). Elektro­magnety vytvářejí ve vzduchové mezeře posuvné pole, které způsobí otáčení kotvy. Otočná část nemá přívody proudu, otáčivý pohyb není nijak omezen a lze dosáhnout značného točivého momentu. Moment ústrojí je přímo úměrný měřenému výkonu. Elektromagnetickou indukci může vytvořit jen proměnné magnetické pole, a proto lze elektroměrem indukční soustavy měřit jen spotřebu střídavého proudu.


Obdobně jako wattmetrem lze měřit výkon činný a jalový, tak také elektroměrem lze měřit práci činnou a jalovou.

Pro elektroměry platí ČSN-ESČ 88-Elektroměry (z roku 1948). Tato norma byla částečně nahrazena ČSN 35 6110 Střídavé watthodinové elektro­měry třídy přesnosti 2,0, která platí od 1. 1. 1962. Nová norma zavádí ně­které definice, které jsou zcela jiné, než byly v normě z r. 1948, a také značení svorek je odlišné. Proto je třeba znát několik základních ustanovení z nové normy.

• 1. Jmenovitý proud elektroměru se vyznačuje na štítku na prvním místě.
• 2. Maximální proud se vyznačuje na štítku na druhém místě a určuje horní hranici trvalého zatížení elektroměru. Pro všechny elektroměry musí být maximální proud nejméně 1,25násobek jmenovitého proudu. Je-li maxi­mální proud větší než 1,25násobek jmenovitého proudu, je jeho velikost uvedena za označením jmenovitého proudu, např. 5 až 10A.
• 3. Normální jmenovité napětí. U několikafázových elektroměrů se na štítku vyznačuje jmenovité napětí vyjádřené počtem napěťových vinutí, napětím sdruženým a u čtyřvodičů také napětím fázovým.
  Příklad: Napětí trojfázového trojvodičového elektroměru se dvěma hna­cími soustavami, 120V mezi fázemi, bude označeno 2X120V.
  Napětí trojfázového čtyřvodičového elektroměru se třemi hnacími sou­stavami, 220V mezi fází a středním vodičem, bude označeno 3X220/380V.
• 4. Druh elektroměru se vyznačuje na štítku značkou, která je umís­těna v kruhu. Má-li proudové i napěťové vinutí téže soustavy elektroměru společný bod, je tečka označující proudové vinutí vyznačena na jednom nebo druhém konci čáry označující napěťové vinutí. Mají-li dva nebo tři obvody napěťových vinutí společný konec, označují se čarami stýkajícími se v bodě, přičemž úhly mezi dvěma čarami vyjadřují fázový rozdíl mezi napětími. Počet čar udává počet hnacích soustav elektroměru. Příklady značení jsou uvedeny v tabulce 1.
• 5. Konstanta elektroměru je číslo, které vyjadřuje počet otáček kotouče, připadající na jednotku měřené veličiny. Např. 1kWh=2500 otáček nebo k=2500ot/kWh.
  Poznámka: Dříve se označení konstanta elektroměru používalo pro elektrický převod elektroměru.
• 6. Násobitel číselníku (x) je číslo, kterým je nutno násobit údaj počítacího strojku, aby se převedl na energii měřeného obvodu. U elektro­měrů pro nepřímé měření jsou násobitele dva, a to primární násobitel a sekundární násobitel.
  Poznámka: Dříve se místo označení násobitel používalo názvu konstanta elektro­měru.

• 7. Třída přesnosti je číselné označení velikosti dovolené chyby údaje elektroměru, a vyjádřené v procentech měřené hodnoty, např. od 10% až do maximální hodnoty při cos  φ=1 je dovolená chyba ±2%.
• 8. Vliv změny napětí. Při změně napětí o±10% od jmenovité hod­noty, při jmenovitém kmitočtu a cos φ=1, nesmí změna údaje elektro­měru překročit:
  ±1% při zatížení jmenovitým i maximálním proudem,
  ±1,5% při zatížení 10% jmenovitého proudu.
• 9. Značení svorek. Podle normy z roku 1948 se označovaly připojo­vací svorky A, B, C, nebo X₁—X₂, Y₁—Y₂, Z₁—Z₂ a nulová svorka 0. Podle nové normy musí být svorky označeny zleva (při pohledu zpředu) číslicemi 1 až 9 a nulová svorka N. Několikasazbové elektroměry mají číslice od 1 do 15. Svorky (šrouby) pro ochranný vodič musí být označeny značkou uzemnění. Proudové svorky pro přívod a vývod první fáze jsou označeny číslicemi 1 a 3, druhé 4 a 6 a třetí 7 a 9. Svorky 2,5 a 8 jsou napě­ťové. U elektroměrů pro přímé měření jsou příslušné napěťové svorky pro­pojeny s proudovými můstkem. Při použití napěťových a proudových měři­cích transformátorů musí být svorky odděleny příčkou z izolantu. Jsou-li napěťové svorky stejné jako svorka proudová, musí být napěťové svorky označeny důlkem naplněným červenou barvou.
  

Jednofázové elektroměry na měření činné práce
Jednofázové elektroměry jsou určeny především pro měření v jednofázovém rozvodu. Stavějí se pro jmenovité proudy 5 a 10A a pro jmenovité napětí do 400V. Jsou přetížitelné o 100% a dají se vyrobit s přetížitelností až i 600%. Na obrázku 3 je vyznačeno zapojení jednofázového elektroměru naší výroby, typu EJ 6. Jiným druhem je elektroměr EJE8, který má odlišné uspořádání svorkovnice (obrázek 4).


Při zapojování elektroměru zjistíme doutnavkou fázový vodič a ten za­pojíme do proudové svorky označené číslicí 1. Proudové svorky jsou větší než napěťové. Aby pod jednou svorkou nebyly dva vodiče, dělá se svorka pro střední vodič zdvojená. Kdyby se při zapojování zaměnil vodič fázový se středním, bude elektroměr ukazovat správně, avšak umožní se nedovo­lený odběr proudu přes fázový vodič a zem. Při záměně fázového přívodu s vývodem se bude kotouč elektroměru otáčet opačným směrem.

Jednofázový elektroměr pro napětí 220V lze použít k měření odběru v soustavě 3X220V (bez středního vodiče) tak, že se druhý fázový vodič zapojí do svorek N.

Činné elektroměry se třemi soustavami
Jsou určeny k měření elektrické práce především v rozvodu se středním vodičem. Naším výrobkem je čtyřvodičový elektroměr typu ET 4 pro prou­dové rozsahy 5, 10, 20, 30, 50, 75 nebo 100A a napětí do 3X230/400V.

Elektroměr do 20A lze trvale přetížit o 200% jmenovitého proudu, od 30 do 100A o 150% a při nepřímém měření o 125%.



Při zapojování elektroměru pro přímé měření zjistíme konce vodičů od zdroje a připojíme je na svorky 1—4 a 7, tj. na svorky, které jsou můstkem spojeny s napěťovými cívkami (obrázek 5). Kdyby se u některé soustavy, např. u fáze R, zapojil vodič od zdroje do svorky 3 a odcházející vodič do svorky 1, bude tato soustava působit opačným momentem a při rovnoměr­ném zatížení bude elektroměr ukazovat jen třetinu spotřeby. Správný chod elektroměru přezkoušíme tak, že budeme jednotlivé fáze postupně zatě­žovat a přitom sledovat směr otáčení kotouče elektroměru. Při výměně elektroměru v již provozovaném rozvodu si musíme označit odpojované vodiče a zapojit je opět ve stejném pořadí. Kdyby se např. vodič od zdroje, původně zapojený do svorky 4, zapojil do svorky 7 a opačně, bude elektro­měr ukazovat správně, avšak změní se smysl otáček elektromotorů a pohá­něných zařízení. Také záměnou dvou vodičů za elektroměrem se změní sled fází za elektroměrem.

Při měření nad 100A, nebo kde by připojení elektroměru vodiči velkého průřezu bylo obtížné, použijeme elektroměru s proudovými cívkami na 5A a měřicí rozsah zvětšíme měřicími transformátory proudu (obrázek 6). Svorky měřicích transformátorů označené písmeny K musí být připojeny na stranu zdroje. Pro ochranu před nebezpečným dotykovým napětím, kdyby se některá fáze prorazila, se sekundární svorky měřicích transformátorů proudu uzemňují. Zemnič má mít zemní odpor alespoň 15Ω.

Při použití měřicích transformátorů proudu nesmí zůstat sekundární obvod rozpojen. Aby k tomu nedošlo a aby se dal elektroměr odpojit bez přerušení dodávky, osazuje se do přívodu k elektroměru zkušební svorkov­nice, která je uzpůsobena tak, že se obvod zkratuje stykovými šrouby. Napěťové cívky se připojí přímo na fázové vodiče. Připojují se obvykle před měřicí transformátory proudu směrem ke zdroji, neboť spotřeba proudové cívky je menší než spotřeba cívky napěťové a měření je přesnější. Měří-li se velká spotřeba, není to nutné. U elektroměru ET 4 je spotřeba
v jedné napěťové cívce asi 1W a v jedné proudové cívce při jmenovitém napětí 5A asi 0,4W.

Elektroměrem se třemi soustavami se dá měřit i v rozvodu trojvodičovém (bez středního vodiče). Uzel napěťových cívek tvoří umělou nulu. Svorka N nebude použita.

Činné elektroměry se dvěma soustavami pro třívodičové sítě
Elektroměry se dvěma soustavami se nazývají také elektroměry třívodičové. Mají dvě měřicí soustavy, upravené tak, že působí na jednu spo­lečnou osu, na které je také osazen převod k počítacímu strojku. Používá se jich v třívodičovém rozvodu, tj. v síti bez středního vodiče. Elektro­měry se dvěma soustavami měří v třívodičovém rozvodu správně bez ohledu na nesouměrnost napětí nebo na nerovnoměrnost proudového zatížení fází. Na obrázku 7 je schéma zapojení elektroměru typu ET 3. Proudový rozsah bez použití měřicích transformátorů proudu je 5, 10, 20, 30, 50, 75 nebo 100A a elektroměry jsou do napětí 3x500V. Trvale se dají přetížit pro přímé měření do 20A o 200% jmenovitého proudu, od 30 do 100A o 150% a pro nepřímé měření o 125%.

Elektroměru se dvěma soustavami nepoužíváme běžně ve čtyřvodičové síti, tj. v rozvodu se středním vodičem. Při nerovnoměrném zatížení fází prochází ve čtyřvodičové síti středním vodičem vyrovnávací proud, který by nebyl měřen. Elektroměr by neukazoval správ­ně a byl by možný neoprávněný odběr z té fáze, ve které není proudová cívka.



Před připojováním vodičů zjistíme konce vodičů od zdroje proudu. Dva konce připojíme na svorky 1 a 7 a třetí na svorku 4. I když to není pod­mínkou, doporučuje se připojovat vodiče od zdroje ve správném sledu fází, tj. tak, jak jsou kreslena zapojovací schémata elektroměru. Správný sled fází R—S—T zjistíme ukazatelem sledu typu Ušlo nebo zkoušečkou ZN 1. Při výměně elektroměru musí být nový elektroměr zapojen se stejným po­řadím vodičů, jako tomu bylo u elektroměru demontovaného. Proto si již při rozpojování pečlivě označíme jednotlivé konce, např. barevnými návlačkami. Na obrázku 8 je vyznačeno zapojení elektroměru ET 3 s měřicími transformátory proudu. V rozvodu nízkého napětí nebudou měřicí transfor­mátory napětí. Napěťové cívky se připojí přímo na fázové vodiče, na stranu zdroje, tj. od svorky 2 na fázi R, od svorky 5 na fázi S a od svorky 8 na fázi T.