Историја мерача електричне енергије
19. и 20. век су се показали необично великодушним у научним открићима, посебно у области електромагнетизма. „Ниски почетак” научног и техничког напретка за наредних 150 година дат је двадесетих година прошлог века. откриће интеракције електричних струја Андре Мари Ампере... Георг Симон Охм се населио након њега 1827 однос струје и напона у жицама… Коначно, 1831, Мајкл Фарадеј је открио закон електромагнетне индукције, који леже у основи принципа рада следећих кључних проналазака — генератора, трансформатора, електромотора.
Струја је постала роба, као што је познато, захваљујући динаму, који су независно измислили мађарски физичар Анзош Једлик и немачки проналазач електричне енергије Вернер фон Сименс 1861. односно 1867. године. Од тада је производња електричне енергије чврсто успостављена на комерцијалном путу.
Мора се рећи да су у то време изуми и открића "чекали" на сваком кораку.Идеје електричне лампе, динама, електромотора, трансформатора искристалисале су се као саме од себе на супротним деловима планете.
Нешто слично се догодило и са бројачем, на шта се касније присетио „аутор“ индукционог бројача (а уједно и копроналазач трансформатор) Мађарски инжењер електротехнике Ото Титус Блати: „Наука је била као прашума. Требала му је само добра секира и где год удариш могао си да посечеш огромно дрво. «
Први патент за електрични бројило издат је 1872. америчком проналазачу Семјуелу Гардинеру. Његов уређај мери време потребно да струја стигне до тачке пуњења. Једини услов (ово је такође недостатак уређаја) је да све контролисане лампе морају бити повезане на један прекидач.
Креирање нових принципа за рад бројила електричне енергије директно је повезано са унапређењем и оптимизацијом електродистрибутивног система. Али пошто се у то време овај систем још формирао, није било могуће са сигурношћу рећи који би принцип био оптималан. Стога је неколико алтернативних верзија истовремено тестирано у пракси.
Колико је киловат тежак?
На пример, ако је динамо омогућио производњу електричне енергије у значајним количинама, онда је сијалица Томаса Едисона допринела стварању широке светлосне мреже. Као резултат тога, Гардинер бројач је изгубио своју релевантност и замењен је електролитичким бројачем.
У најранијој фази широке употребе струјомера, електрична енергија је била буквално „пондерисана“. Електролитички мерач, који је изумео исти Томас Алва Едисон, ради на овом принципу.У ствари, бројач бројила је био електролитички, где је на почетку периода бројања била постављена врло прецизно (колико је то било могуће у то време) бакарна плоча.
Као резултат проласка струје кроз електролит, бакар се таложи. На крају извештајног периода, плоча је поново измерена и потрошња електричне енергије је обрачуната на основу разлике у тежини. Овај принцип је први пут примењен 1881. године и успешно се користио до краја 19. века.
Важно је напоменути да се ова накнада обрачунава у кубним стопама гаса који је коришћен за производњу утрошене електричне енергије. Овако је калибрисан Едисонов електролизер, а затим је Едисон, ради погодности, опремио свој уређај механизмом за бројање – иначе је узимање очитавања са мерног уређаја деловало као процес изузетно тежак за електропривреде и потпуно немогућ за потрошача. Међутим, погодност је мало додала.
Поред тога, електролитска бројила (у то време је Сиеменс Схуцкерт производио водомер, а Сцхотт & Ген мерач живе) имали су још један значајан заједнички недостатак. Они могу да снимају само ампер-сате и остају неосетљиви на флуктуације напона.
Паралелно са електролитским бројачем појавио се бројач клатна. Први пут су принцип његовог деловања описали Американци Вилијам Едвард Ајртон и Џон Пери исте 1881. Али пошто су тада, као што је већ поменуто, идеје лебделе у ваздуху, није изненађујуће што су три године касније потпуно исту тезгу је у Немачкој изградио Херман Арон.
У побољшаном облику, мерач је опремљен са два клатна са калемовима повезаним са извором струје. Испод клатна су постављена још два намотаја са супротним намотајима.Клатно, као резултат интеракције калемова под електричним оптерећењем, кретало се брже него без њега.
Други се, пак, кретао спорије. У исто време, клатна су мењала своје функције сваког минута да би надокнадила разлику у почетној фреквенцији осциловања. Разлика у путовању се обрачунава у механизму за бројање. При укључивању, сат је покренут.
Ветар промена
Бројачи са клатном нису били јефтино „задовољство“ јер су садржали два цела сата. Истовремено су омогућили да се поправе ампер-сати или ват-сати, што их је учинило непогодним за рад наизменичном струјом.
Револуционарно откриће на свој начин наизменична струја, које су (наравно, независно један од другог) израдили Италијани Галилео Ферарис (1885) и Никола Тесла (1888), послужили су као подстицај за следећу етапу у усавршавању мерних уређаја.
Године 1889. развијен је моторни бројач. Дизајнирао га је за Генерал Елецтриц амерички инжењер Елиху Томсон.
Уређај је био арматурни мотор без металног језгра. Напон на колектору је распоређен преко завојнице и отпорника. Струја покреће статор, што резултира обртним моментом пропорционалним производу напона и струје. Стални електромагнет који делује на алуминијумски диск причвршћен за арматуру обезбеђује кочиони момент. Најзначајнији недостатак мерача електричне енергије је колектор.
Као што знате, у то време у научној заједници није постојао консензус о томе који од система – на бази једносмерне или наизменичне струје — највише обећава… Бројило које је описао Тхомсон дизајниран је првенствено за једносмерну струју.
У међувремену, аргументи у корист наизменичне струје расту, пошто употреба једносмерне струје не дозвољава промене напона и, као резултат, стварање већих система. Наизменична струја налазила је све ширу примену, а почетком 20. века системи наизменичне струје почели су постепено да замењују једносмерну струју у електротехничкој пракси.
Овај сет за Џорџа Вестингхауса (који је стекао Теслине патенте за коришћење наизменичне струје) задатак обрачуна електричне енергије и ово рачуноводство је морало да буде што прецизније. Током овог периода (такође у вези са проналаском трансформатора) уређај је патентиран, који је заправо био прототип савремени бројило наизменичне струје… Историја такође има неколико „очева проналазача” индукционог бројача.
Први индукциони мерни уређај се зове „Феррарис метар“, иако га он уопште није склапао. Фераријева заслуга је следеће откриће: Два ротирајућа поља, која нису у фази са наизменичном струјом, изазивају ротацију чврстог ротора – диска или цилиндра. Бројачи на принципу индукције производе се и данас.
Мађарски инжењер Ото Титус Блати, познат и као проналазач трансформатора, предложио је своју верзију индукционог мерача. Године 1889. добио је два патента одједном, немачки број 52.793 и амерички број 423.210, за проналазак који је званично означен као „електрични бројач наизменичне струје“.
Аутор је дао следећи опис уређаја: „Овај бројач се у суштини састоји од металног ротирајућег тела, као што је диск или цилиндар, на које делују два магнетна поља која нису у фази једно с другим.
Овај фазни помак је резултат чињенице да једно поље генерише главна струја, док друго поље генерише високо самоиндуктивни калем који манипулише тачке у колу између којих се мери потрошња енергије.
Међутим, магнетна поља се не секу у телу обртања, као у добро познатом Ферари механизму, већ пролазе кроз различите његове делове независно једно од другог. » Прве радне плоче које је произвео Ганз, где је Блати радио, биле су причвршћене на дрвену подлогу и биле су тешке 23 кг.
Наравно, у исто време, исту карактеристику оба поља открио је још један пионир електротехнике, Оливер Блекбурн Шеленбергер. А 1894. године развио је мерач електричне енергије за системе наизменичне струје. Механизам завртња је обезбедио обртни момент.
Међутим, овај мерач није погодан за рад са електромоторима, јер не обезбеђује елемент напона потребан за мерење фактор снаге.
Овај бројач је био нешто мањи од уређаја Блати, али и прилично гломазан и прилично тежак – тежио је 41 килограм, односно више од 16 кг. Тек 1914. године тежина уређаја је смањена на 2,6 кг.
Не постоји граница савршенству
Тако се може констатовати да је тезга почетком 20. века постала део свакодневне праксе. То потврђује и појава првог мерног еталона. Издао га је Амерички национални институт за стандарде (АНСИ) 1910. године.
Карактеристично је да стандард, поред препознавања значаја научног значаја мерних уређаја, наглашава и значај комерцијалне компоненте. Први познати стандард за мерење Међународне електротехничке комисије (ИЕЦ) датира из 1931. године.
До почетка 20. века, уређаји су претрпели низ промена, не узимајући у обзир смањење тежине и димензија: проширење опсега оптерећења, компензацију за промене фактора оптерећења, напона и температуре, изглед лопте. лежајева и магнетних лежајева (који су значајно смањили трење). Побољшане су карактеристике квалитета кочионих електромагнета и уклањање уља са носача и механизма за бројање, што је повећало век трајања.
Истовремено, појавили су се и нови типови бројила - вишетарифни бројило, мерач вршног оптерећења, препаид бројило енергије, као и трофазна индукциона бројила. Потоњи користи два или три мерна система монтирана на један, два или три диска. Године 1934. појавио се мерач активне и реактивне енергије који је развио Ландис & Гир.
Даљи ток научно-техничког напретка, као и развој тржишних односа, нашли су израз у производњи мерних уређаја. Развој електронике имао је озбиљан утицај — 1970-их, заједно са индукционим мерним уређајима, појавили су се и електронски мерни уређаји. Наравно, ово је значајно проширило функционалност уређаја. Пре свега, јесте аутоматизовани рачуноводствени системи (АСКУЕ), вишетарифни режим.
Након тога, функције бројила су се још више прошириле и изашле из оквира само извештавања о енергији и ресурсима, укључујући заштиту од видљивих прекршаја, унапред плаћање, контролу балансирања оптерећења и низ других функција.Очитавања се читају са електричних мрежа, телефонских линија или канала за бежични пренос података.