istoria contorului de energie electrică

„Marea invenție a secolului al XIX-lea a fost metoda invenției”. Această maximă a matematicianului și filosofului englez Alfred North Whitehead (1891-1947) se aplică perfect istoriei contorului de energie electrică, perfecționată printr-o serie de invenții care se bazează pe realizări și stimulează dezvoltarea ulterioară.

prima jumătate a secolului al 19-lea a adus descoperiri strălucite în electromagnetism. În 1820, francezul Andrix-Marie amp Otrivtre (1775-1836) a descoperit interacțiunea electrodinamică dintre curenți. În 1827, germanul Georg Simon Ohm (1787-1854) a descoperit relația dintre tensiune și curent într-un conductor. În 1831, britanicul Michael Faraday (1791-1867) a descoperit legea inducției, pe care se bazează funcționarea generatoarelor, motoarelor și transformatoarelor.

în a doua jumătate a secolului, solul era bine pregătit pentru aplicații practice.

Descoperirile au fost urmate de invenții și brevete. Lampa, dinamul, motorul, transformatorul, contorul și turbina au fost inventate în succesiune rapidă. Nu este surprinzător faptul că, odată ce timpul este copt, invențiile de piatră de hotar sunt realizate cvasi-simultan în diferite părți ale lumii.

ungurescul Ott, Titusz bl Unkthy, inventatorul contorului de energie electrică cu inducție și co-inventator al transformatorului, a privit înapoi în 1930 la această perioadă interesantă cu aceste cuvinte: „în zilele mele era ușor. Știința era ca o pădure tropicală. Tot ce ai nevoie a fost un topor bun, și oriunde ai accident vascular cerebral, ai putea tăia un copac enorm.”

odată cu inventarea dinamului (Anyos Jedlik în 1861, Werner von Siemens în 1867), energia electrică ar putea fi generată în cantități mari. Prima aplicare în masă a energiei electrice a fost iluminarea. Când acest nou produs – energia electrică-a început să fie vândut, era evident că costul trebuia determinat.

cu toate acestea, nu era clar care ar trebui să fie unitățile facturate și care ar fi cele mai potrivite principii de măsurare.

cel mai vechi contor a fost contorul lamphour al lui Samual Gardiner (SUA) patentat în 1872. A măsurat timpul în care energia a fost furnizată sarcinii, deoarece toate lămpile conectate la acest contor au fost controlate de un comutator. Subdivizarea circuitelor de iluminat a devenit practică odată cu introducerea becului Edison, iar acest contor a devenit învechit.

contoare electrolitice

Thomas Alva Edison (1847-1931), care a introdus primele sisteme de distribuție electrică pentru iluminat folosind curent continuu, a susținut că electricitatea trebuie vândută la fel ca gazul – folosit și pe scară largă pentru iluminat la acea vreme.

contorul său electric brevetat în 1881 (brevetul SUA nr.251,545) a folosit efectul electrochimic al curentului.

conținea o celulă electrolitică, în care o bandă de cupru cântărită cu precizie a fost plasată la începutul perioadei de facturare. Curentul care trece prin electrolit a provocat o depunere de cupru. La sfârșitul perioadei de facturare, banda de cupru a fost cântărită din nou, iar diferența a reprezentat cantitatea de energie electrică care a trecut. Contorul a fost calibrat astfel încât facturile să poată fi redate în metri cubi de gaz.

aceste contoare au rămas în uz până la sfârșitul secolului al 19-lea. Cu toate acestea, a existat un dezavantaj mare – citirea contorului a fost dificilă pentru utilitate și imposibilă pentru client. Edison a adăugat mai târziu un mecanism de numărare pentru a ajuta la citirea contorului.

au existat și alte contoare electrolitice, cum ar fi contorul de hidrogen german Siemens-Shuckert și contorul de mercur Schott& gen.jena. Contoarele electrolitice puteau măsura doar amperi-ore și nu erau potrivite atunci când tensiunea fluctua.

contoarele pendulului

un alt principiu posibil pe baza căruia să se construiască un contor a fost crearea unei mișcări – oscilație sau rotație – proporțională cu energia, care ar putea conduce apoi un registru pentru a citi.

principiul pendulului a fost descris de americanii William Edward Ayrton și John Perry în 1881. În 1884, fără să știe de invenția lor, Hermann Aron (1845-1902) în Germania a construit un contor de pendul.

în forma sa mai avansată, acest contor avea două pendule, cu o bobină pe ambele pendule conectate la tensiune. Sub pendule erau două bobine de curent înfășurate în direcții opuse. Prin urmare, unul dintre pendule funcționa mai lent, iar celălalt mai repede decât fără sarcină.

diferența dintre timpii de oscilație a condus mecanismul de numărare. Rolul celor două pendule a fost schimbat în fiecare minut, astfel încât diferența inițială dintre timpii de oscilație ai pendulelor să poată fi compensată. În același timp, ceasul a fost lichidat.

aceste contoare erau scumpe deoarece conțineau Două ceasuri și au fost înlocuite treptat cu contoare cu motor. Contoarele de pendul au măsurat amperi-ore sau watthours, dar ar putea fi utilizate numai pentru curent continuu.

contoare cu Motor

o altă posibilitate a fost utilizarea unui motor pentru a construi un contor. În astfel de contoare, cuplul de conducere este proporțional cu sarcina și este echilibrat de un cuplu de frânare, astfel încât viteza rotorului este proporțională cu sarcina atunci când cuplurile sunt în echilibru.

americanul Elihu Thomson (1853 – 1937) și-a dezvoltat ‘wattmetrul de înregistrare’ în 1889 pentru General Electric. Era un motor fără fier, cu rotorul excitat de tensiune printr-o bobină și un rezistor, folosind un comutator.

statorul a fost excitat de curent, iar cuplul de conducere a fost, prin urmare, proporțional cu produsul tensiunii și curentului. Cuplul de frânare a fost asigurat de un magnet permanent care acționează pe un disc de aluminiu, fixat pe rotor. Acest contor a fost utilizat în principal pentru DC. Marele dezavantaj al contoarelor motorului a fost comutatorul.

transformatoarele au inventat

în primii ani de distribuție a energiei electrice, nu era încă clar dacă sistemele de curent continuu sau sistemele de curent alternativ ar fi mai avantajoase.

cu toate acestea, un dezavantaj important al sistemelor de curent continuu a devenit în curând evident – tensiunea nu a putut fi schimbată și, prin urmare, nu a fost posibil să se construiască sisteme mai mari. În 1884, francezul Lucian Gaulard (1850-1888) și englezul John Dixon Gibbs au inventat generatorul secundar, precursorul transformatorului modern.

un transformator practic a fost dezvoltat și patentat pentru Ganz în 1885 de către trei ingineri maghiari – K Okticroly Zipernowsky, Ott Okt7 Titusz bl Unkthy și Miksa D Okticri. În același an, Westinghouse a cumpărat brevetul lui Gaulard și Gibson, iar William Stanley (1858-1916) a perfecționat designul. George Westinghouse (1846-1914) a cumpărat și brevetele de curent alternativ ale lui Nikola Tesla.

cu aceasta, sistemul de electricitate AC a devenit fezabil, iar de la începutul secolului 20 a preluat treptat de la sistemele DC. În măsurare, a trebuit rezolvată o nouă problemă – măsurarea energiei electrice de curent alternativ.

inductoare

în 1885, italianul Galileo Ferraris (1847 – 1897) a făcut descoperirea cheie că două câmpuri de curent alternativ în afara fazei ar putea face o armătură solidă ca un disc sau cilindru să se rotească. Independent, croato – americanul Nikola Tesla (1857-1943) a descoperit, de asemenea, câmpul electric rotativ în 1888. De asemenea, Shallenberger – accidental – a descoperit efectul câmpurilor rotative în 1888 și a dezvoltat un contor de amperi-oră AC.

cuplul de frânare a fost asigurat de un ventilator. Acest contor nu avea niciun element de tensiune care să țină cont de factorul de putere; prin urmare, nu era potrivit pentru utilizarea cu motoare. Aceste descoperiri au stat la baza motoarelor cu inducție și au deschis calea către contoarele de inducție. În 1889, maghiarul Otto Titusz Bleuxthy (1860-1939), care lucra pentru Ganz works din Budapesta, Ungaria, și-a brevetat ‘contorul Electric pentru curenți alternativi’ (Germania nr.52.793, SUA nr. 423.210).

după cum descrie brevetul: „Acest contor, în esență, constă dintr-un corp rotativ metalic, cum ar fi un disc sau un cilindru, care este acționat de două câmpuri magnetice deplasate în fază unul de celălalt.

deplasarea de fază a fazelor rezultă din faptul că un câmp este produs de curentul principal, în timp ce celălalt câmp este excitat de o bobină de mare autoinducție șuntată din acele puncte ale circuitului între care trebuie măsurată energia consumată.

cu toate acestea, câmpurile magnetice nu se încrucișează între ele în solidul revoluției, ca în binecunoscutul aranjament al lui Ferraris, ci trec prin diferite părți ale aceluiași, independent unul de celălalt.”

cu acest aranjament, bl Unktthy a reușit să realizeze o schimbare de fază internă de aproape exact 90 de centimi, astfel încât contorul afișa watthours mai mult sau mai puțin corect. Contorul a folosit un magnet de frână pentru a asigura o gamă largă de măsurare și a fost echipat cu un registru ciclometric. Ganz a început producția în același an. Primii metri au fost montați pe o bază de lemn, care rulează la 240 de rotații pe minut și cântăresc 23 kg. Până în 1914, greutatea a fost redusă la 2,6 kg.

Oliver Blackburn Shallenberger (1860-1898) a dezvoltat un contor watthour de tip inducție pentru Westinghouse în 1894. Avea bobinele de curent și de tensiune situate pe laturile opuse ale discului și doi magneți permanenți care amortizează același disc. Era, de asemenea, mare și greu, cântărind 41 de kilograme. Avea un registru de tip tambur.

Ludwig Gutmann, care lucra pentru Sangamo, a dezvoltat contorul AC watthour „de tip A” în 1899. Rotorul era un cilindru cu fante spiralate poziționat în câmpurile bobinelor de tensiune și curent. Un disc nituit în partea inferioară a cilindrului a fost utilizat pentru frânarea cu un magnet permanent. Nu a existat nicio ajustare a factorului de putere.

contoare de energie electrică-îmbunătățiri suplimentare

în anii următori, s-au obținut multe îmbunătățiri: reducerea greutății și a dimensiunilor, extinderea intervalului de încărcare, compensarea modificărilor factorului de putere, a tensiunii și a temperaturii, eliminarea frecării prin înlocuirea rulmenților pivotanți cu rulmenți cu bile și apoi cu rulmenți dublijewel și rulmenți magnetici și îmbunătățirea stabilității pe termen lung prin magneți de frână mai buni și eliminarea uleiului din rulment și registru.

până la începutul secolului, contoarele de inducție trifazate au fost dezvoltate folosind două sau trei sisteme de măsurare dispuse pe unul, două sau trei discuri.

noi funcții

contoare de inducție, cunoscute și sub numele de contoare Ferraris și bazate pe principiile contorului bl Unkthy, sunt încă fabricate în cantități mari și sunt caii de lucru ai contorului, datorită prețului lor scăzut și fiabilității excelente.

pe măsură ce utilizarea energiei electrice s-a răspândit, conceptul contorului multi-tarifar cu comutatoare locale sau controlate de la distanță, contorul maxim al cererii, contorul de plată în avans și maxigraph s-au născut rapid, toate până la începutul secolului.

prima unda sistemul de control a fost brevetat în anul 1899 de către francez César René Loubery, și a fost perfecționat de către Compagnie des Compteurs (mai târziu Schlumberger), Siemens, AEG, Landis&Gyr, Zellweger și Sauter și Brown Boveri, pentru a numi doar câteva. În 1934, Landis & Gyr a dezvoltat contorul Trivector, măsurând energia activă și reactivă și cererea aparentă.

contoare electronice și contorizare la distanță

Marea perioadă a dezvoltării inițiale a contoarelor s-a încheiat. Așa cum a spus Bleuxthy, continuându-și metafora: „acum Mergi zile întregi fără să găsești măcar un tufiș”.

tehnologiile electronice nu și-au găsit drumul spre măsurare până când primele circuite integrate analogice și digitale au devenit disponibile în anii 1970. acest lucru poate fi înțeles cu ușurință dacă ne gândim la limitările consumului de energie din casetele contoarelor închise și la fiabilitatea așteptată.

noua tehnologie a dat un nou impuls dezvoltării contoarelor de energie electrică. Inițial, s-au dezvoltat contoare statice de înaltă precizie, folosind în principal principiul multiplicării timpului. Celulele Hall au fost, de asemenea, utilizate, în principal pentru contoare comerciale și rezidențiale. Contoarele hibride constând din contoare de inducție și unități tarifare electronice au fost construite în anii 1980. această tehnologie a avut o durată relativ scurtă.

contorizare la distanță

ideea contorizării la distanță s-a născut în anii 1960. Inițial, a fost utilizată transmisia de impulsuri la distanță, dar aceasta a fost înlocuită treptat prin utilizarea diferitelor protocoale și medii de comunicare.

astăzi contoarele cu funcționalitate complexă se bazează pe cea mai recentă tehnologie electronică, folosind procesarea digitală a semnalului, majoritatea funcțiilor fiind implementate în firmware.

standarde și precizie de măsurare

necesitatea unei cooperări strânse între producători și utilități a fost realizată relativ devreme. Primul standard de măsurare, codul ANSI C12 pentru contorizarea energiei electrice, a fost dezvoltat încă din 1910. Prefața sa spune:”în timp ce codul se bazează în mod natural pe principii științifice și tehnice, partea comercială a contorizării a fost păstrată constant în minte ca fiind de o importanță foarte mare”.

primul standard de măsurare IEC cunoscut, publicația 43, datează din 1931. Standardul ridicat de precizie este o caracteristică remarcabilă care a fost stabilită și menținută de profesia de măsurare. Pliantele din 1914 au contoare cu o precizie de 1.5% peste intervalul de măsurare de 10% sau mai puțin până la 100% din curentul maxim. IEC 43: 1931 specifică clasa de precizie 2.0. Această precizie este încă considerată adecvată pentru majoritatea aplicațiilor rezidențiale de astăzi, chiar și pentru contoarele statice.

contoare de energie electrică-viitorul

concentrându – se pe aspectele de afaceri ale contorizării și bazându-se pe cele mai recente rezultate în tehnologie-acestea sunt cheile succesului continuu în istoria contorizării.

mulțumiri