Uređaj za merenje utroška električne energije

Uređaj za merenje utroška električne energije ili električno brojilo je suštinski važan uređaj pri komercijalnoj distribuciji električne energije. Kao što znate koristi se pri obračunavanju ukupne utrošene električne energije individualnih potrošača. Obično su kalibrisani u kilovat satima (kWh) kao obračunskim jedinicama, što predstavlja količinu od jednog kilovata preuzete snage u periodu od sat vremena.

 Neki uređaji mere samo vreme tokom kog ima protoka struje, bez merenja amplitude napona i struje. Ovakvi uređaji su pogodni za merenje utroška energije samo pri konstantnom opterećenju. Generalno, današnja električna brojila rade tako što kontinualno mere trenutne vrednosti struje i napona, čiji proizvod daje trenutnu električnu snagu u vatima. Integraljenjem snage u vremenu dobija se ukupna utrošena električna energija u kilovat satima.

 Postoje različiti tipovi brojila, brojila za domaćinstva, manja brojila koja se postavljaju između izvora i nekog potrošača ili pak veća brojila koja koriste strujne merne trensformatore, a mere utrošak energije u kolima kroz koja se ostvaruje struja od preko 200 A.

 Brojila se mogu podeliti na dve osnovne grupe: elektromehaničke i elektronske. Elektromehanička brojila su brojila kod kojih se brojčanik pokreće pomoću točka, koji se okreće usled indukcije nastale kao posledica proticanja struje kroz brojilo. Ovakvi uređaji imaju više mana. Odlikuje ih, za današnje uslove, velika nepreciznost. Drugi veliki problem koji polako potiskuje ove uređaje je nemogućnost njihovog povezivanja na daljinske sisteme očitavanja brojila i upravljanja potrošnjom u tzv. pametnim mrežama.

 Elektronska brojila mere utrošak energije upotrebom visoko-integrisanih komponenata ili namenski integrisanih kola. Ovi uređaji digitalizuju kontinualne vrednosti napona i struje kroz sigma-delta ADC visoke rezolucije. I ovde se zatim izračunava preuzeta kontinualna snaga (u ovom slučaju, u diskretnom domenu) kao proizvod napona i struje, a potom i integrali u vremenu, kako bi se dobila količina utrošene energije. Dizajn ovih uređaja zavisi od tri glavna faktora: cene uređaja, efikasnosti i veličine. Dok je cena pod uticajem opšte dostupnosti korisniku, efikasnost i veličina moraju u potpunosti biti u skladu sa standardom.

Slika br.1 Blok-šema digitalnog uređaja za merenje utroška električne energije.

 Na slici br.1 prikazan je blok-dijagram digitalnog uređaja za merenje utroška električne energije. Pri radu ovakvog uređaja potrebna su dva senzora: senzor napona i senzor struje. Izlaz sa oba senzora se vodi Signal Conditioner, deo uređaja koji obrađuje signale sa senzora i šalje glavnoj upravljačkoj komponenti (PIC mikrokontroleru). PIC je odabran jer sadrži 10-bitni ADC, veoma je fleksibilan pri programiranju i pri povezivanju sa periferijama.

Slika br.2 Šema uređaja.

 ADC konvertuje analogne signale u njihove digitalne ekvivalente; signali se potom množe pomoću ugrađenog softvera. Korekcija greške se vrši tako što se najpre utvrdi greška ofseta (merenjem utrošene električne energije kada je ulaz uređaja kratko spojen), koja se kasnije čuva u memoriji i koristi kao kalibraciona veličina. PIC je programiran u C jeziku. Rezultati merenja se prikazuju na 2×16 LCD displeju.

 Source kod i šeme uređaja možete preuzeti ovde.