Jak działają liczniki energii? Indukcyjne, elektroniczne i zdalnego odczytu

Licznik energii elektrycznej indukcyjny i jego odmiany

Jeszcze 20-30 lat temu, podstawowym przyrządem przeznaczonym do pomiaru ilości energii elektrycznej dopływającej do odbiorcy, był licznik indukcyjny. Prosty i powszechnie znany, będący specyficznym rodzajem silnika elektrycznego w którym wirnik, będący tarczą aluminiową, jest napędzany przez pole elektromagnetyczne wirowe, wytwarzane przez dwie cewki z drutu miedzianego. Jedną, napięciową, o dużej liczbie zwojów, nawiniętych cieniutkim drutem i drugą, prądową, o małej ilości zwojów z drutu grubego. Przez cewkę prądową płynie prąd elektryczny jaki pobiera odbiorca, w drugiej niewielki prąd, proporcjonalny do napięcia na wejściu instalacji. Cewki są tak zamocowane, że moment napędowy jaki działa na tarczę, powoduje jej obrót, z prędkością proporcjonalną do iloczynu wartości pobieranego prądu i napięcia, czyli do chwilowo pobieranej mocy czynnej. Z kolei tarcza jest połączona z mechaniczną przekładnią, a następnie liczydłem, które sumuje te obroty i w efekcie zlicza pobraną przez użytkownika moc czynną, wyrażając ją bezpośrednio w kilowatogodzinach [kWh]. Jest to ważne, bo okazuje się że w dzisiejszych czasach wiele osób już nie wie, że zużycie energii z tego licznika odczytuje się bezpośrednio. Że nie ma tu żadnych kodów!

Dla uniknięcia efektu "rozbiegania się" licznika bez poboru energii, krawędź jego aluminiowej tarczy przechodzi przez szczelinę dodatkowego magnesu trwałego, który wytwarza moment hamujący, proporcjonalny do szybkości jej ruchu.

Zjawisko hamowania tarczy licznika w stałym polu magnetycznym, próbowali wykorzystywać różni kombinatorzy domowego chowu, przykładający do obudowy licznika silne magnesy neodymowe, w celu nielegalnego zniekształcania jego wskazań. Tyle że w ten sposób działali również na stosowany w liczniku magnes stały, trwale zmieniając jego parametry, co po odjęciu magnesu neodymowego kończyło się późniejszym silnym zawyżaniem wskazań zużycia energii. Fakt takiej manipulacji jest łatwy do zbadania i udowodnienia, dlatego zdecydowanie odradzam dokonywanie prób oszukiwania takim sposobem. Grozi za to wysoka grzywna, jak również odpowiedzialność karna osoby użytkującej licznik.

Odmianą tego licznika jest indukcyjny licznik dwutaryfowy, czyli licznik z dwoma liczydłami w miejsce jednego. O tym które liczydło zlicza zużywaną w danej chwili energię, decyduje zegar sterujący, montowany zwykle tuż obok. Liczydła pracują więc oddzielnie, każde w godzinach określonych rodzajem wybranej taryfy. Górne liczydło wskazuje zużycie energii w taryfie pierwszej, a dolne w taryfie drugiej. Tutaj również nie ma żadnych kodów, odczyt zużycia energii następuje bezpośrednio z liczydeł.

Jeszcze inną odmianą są liczniki trójfazowe. Posiadają one oddzielne układy pomiarowe dla każdej z faz, ale wspólne liczydło, które sumuje zużycie energii na poszczególnych fazach i w efekcie otrzymujemy jedno, ogólne wskazanie zużytej energii.

Liczniki indukcyjne wciąż są jeszcze w powszechnym użyciu, a ich ostateczne wycofanie z eksploatacji (zastąpienie nowszymi typami) planowane jest dopiero na rok 2031.

Licznik energii elektroniczny (półprzewodnikowy, cyfrowy)

Liczniki elektroniczne, nazywane również statycznymi, zostały skonstruowane w latach 70. dwudziestego wieku, a od lat 90. zaczęły być powszechnie stosowane w miejsce liczników indukcyjnych. Szacuje się, że w Polsce na koniec roku 2024 pracowało ich już ponad 7 milionów.

Działanie licznika elektronicznego jest oparte na innych zasadach, niż licznika indukcyjnego. Posiada on specjalne układy półprzewodnikowe, które pod wpływem przyłożonego napięcia i przepływającego prądu generują impulsy, w ilości proporcjonalnej do wielkości pobieranej energii. Impulsy te są następnie zliczane (sumowane) przez układy mikroprocesora w określonej jednostce czasu, a wyniki pomiaru pokazywane na ekranie ciekłokrystalicznym licznika bezpośrednio w kilowatogodzinach [kWh] i są zachowywane w pamięci. Elektroniczna metoda pomiaru jest bardzo precyzyjna, dlatego liczniki elektroniczne są bardziej dokładne niż liczniki indukcyjne, a ponadto ich oprogramowanie pozwala na rejestrowanie i wyświetlanie innych parametrów elektrycznych typu moc bierna, moc chwilowa, moc szczytowa, napięcie fazowe, współczynnik mocy, prąd pobierany i tak dalej, oraz wielkości nieelektrycznych, typu data, aktualny czas i inne.

Migająca dioda licznika elektronicznego jest odpowiednikiem wirującej tarczy, która stosowana jest w licznikach indukcyjnych. Informuje ona o tym, że aktualnie pobierana jest (lub oddawana) energia elektryczna. Szybkie migotanie czerwonej diody oznacza więc wysoki pobór prądu.

Wadą liczników elektronicznych jest to, że do swojego działania potrzebują energii elektrycznej, którą pobierają z instalacji, a więc jej koszt obciąża rachunek odbiorcy prądu. Jest to jednak wielkość znikoma. Pobór mocy przez licznik jest mniejszy niż 1 wat (1 W), co w przeliczeniu daje około 8,7 kWh energii zużytej w ciągu roku, przy czym nowsze modele pobierają już znacznie mniej. Dla porównania przeciętna 4-osobowa, polska rodzina, zużywa rocznie ok. 2500 - 4000 kWh energii elektrycznej.

Liczniki (inteligentne) zdalnego odczytu (LZO): jakie mają zalety?

Kolejnym etapem rozwoju technologicznego w dziedzinie liczników energii elektrycznej są liczniki inteligentne, nazywane też licznikami zdalnego odczytu (LZO). Najważniejszą cechą odróżniającą je od pierwszych liczników elektronicznych są moduły komunikacji dwukierunkowej, które pozwoliły na przekazywanie wskazań w czasie rzeczywistym lub prawie rzeczywistym, oraz na ogromne rozszerzenie ich funkcjonalności. Dzisiejsze liczniki energii to wyspecjalizowane urządzenia mikroprocesorowe, realizujące pomiary całego szeregu wielkości elektrycznych i parametrów jakościowych zasilania, rejestrujące zmierzone wartości oraz zapewniające sprawne ich przekazywanie w postaci zaszyfrowanej, do odpowiedniej jednostki u dystrybutora energii. A więc umożliwiają dostawcy zdalne pozyskiwanie informacji o wielkości zużycia energii, bez konieczności wizyty inkasenta w miejscu instalacji licznika.

Liczniki LZO mają ponadto cały szereg innych, bardzo przydatnych właściwości i zalet:

• umożliwiają zdalną zmianę grupy taryfowej oraz zmianę sprzedawcy prądu, bez konieczności wizyt przedstawicieli dystrybutora u klientów,
• umożliwiają pomiar przepływu energii w dwóch kierunkach, co eliminuje konieczność wymiany licznika w przypadku przyłączenia mikroinstalacji fotowoltaicznej, albo innego, odnawialnego źródła energii (OZE),
• przekazują do służb dystrybutora informacje o przerwach w zasilaniu,
• zapewniają zdalną synchronizację zegara licznika, np. przy zmianie grupy taryfowej bez konieczności wizyty przedstawiciela dostawcy w domu klienta,
• umożliwiają udostępnianie aktualnych (bieżących) danych pomiarowych klientowi,
• przekazują informacje o nagłych zdarzeniach zarejestrowanych przez licznik, na przykład o otwarciu pokrywy licznika,
• umożliwiają zdalną zmianę konfiguracji licznika oraz np. aktualizację jego oprogramowania.

Szczegółowe wymagania techniczne dla liczników zdalnego odczytu (LZO), które są niezbędne do realizacji wymienionych powyżej funkcjonalności, są ściśle określone w Rozporządzeniu Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 22 marca 2022 r. w sprawie systemu pomiarowego (Dz.U. 2022 poz. 788).

Z punktu widzenia odbiorcy, liczniki zdalnego odczytu pozwalają na usunięcie kilku dokuczliwych problemów i mogą przynieść zupełnie wymierne korzyści. Pierwszą jest chociażby to, że pozwalają na likwidację rachunków szacunkowych, które bywają utrapieniem odbiorców, oraz źródłem wielu skarg i reklamacji. Inną zaletą mogą być wtedy, kiedy stają się narzędziem, za pomocą którego zaczniemy zarządzać domowym zużyciem i oszczędzać na kosztach energii.

Zdaję sobie sprawę, że w tym miejscu wiele osób z niedowierzaniem wzruszy ramionami i zwątpi w takie zapewnienia. Bo nie zdaje sobie sprawy, że oszczędności nie polegają na wyłączaniu odbiorników i utrudnianiu sobie życia. Mądre oszczędzanie nie polega na rezygnacji z komfortu, jaki daje nam użytkowanie urządzeń elektrycznych, lecz na przesuwaniu ich pracy na godziny i dni, kiedy energia elektryczna jest najtańsza!

Inteligentny licznik energii i oszczędność prądu

Sam doskonale pamiętam, jak zmieniły się moje zachowania po przyłączeniu mikroinstalacji fotowoltaicznej do instalacji domowej. I jak ogólny pobór energii z sieci w moim gospodarstwie zmalał, bo większość energochłonnych urządzeń, jeśli nie jest niezbędna to nie jest załączana kiedy nie świeci słońce (albo kiedy nie świeciło, bo mikroinstalacja jest wyposażona w magazyn energii). Podobnie można zorganizować swoje działanie, jeśli instalacja jest wyposażona w licznik LZO. Ceny energii elektrycznej zwykle osiągają szczyt w określonych, przewidywalnych porach dnia i sezonu. Ponadto są znane z wyprzedzeniem, co najmniej jednodniowym. I można przesunąć pracę określonych urządzeń "prądożernych" na takie godziny i takie dni, kiedy koszt energii przez nie zużywanej będzie najniższy. I proszę nie mówić, że ludzie nie mają czasu, aby tego pilnować. Sterowniki, które automatycznie będą czuwały za nas, kosztują kilkadziesiąt złotych (poniżej 10 euro), więc nie jest to wydatek ponad możliwości kieszeni. I nie musimy niczego zmieniać w instalacji elektrycznej, wystarczy zaprogramować je przyciskami, a potem jak wtyczkę wcisnąć do gniazdka sieciowego.

Ekonomiczne zarządzanie domowym zużyciem energii przynosi korzyść nie tylko odbiorcom indywidualnym. Jeden z naszych operatorów zaobserwował, że w okręgach, w których u wszystkich odbiorców zamontowano liczniki inteligentne, pobór mocy z sieci energetycznej w godzinach szczytowych spadł średnio o ponad 10%. To oznacza ogromne oszczędności, bo energia w tym czasie jest najdroższa i trudno dostępna. Gdyby wszyscy w kraju mieli już takie liczniki, to nie musielibyśmy budować nie tylko aż tylu nowych elektrowni, ale także sieci przesyłowych, co jest i kosztowne, i organizacyjnie bardzo złożone.

Poza tym, posiadając szczegółowe dane zbiorcze o poborze energii, dostawcy mogą wychwycić powtarzalne wahania w zużyciu prądu i na ich podstawie lepiej zarządzać siecią energetyczną oraz minimalizować straty handlowe i techniczne. Nie zapominajmy również o tym, że LZO umożliwiają korzystanie przez odbiorców energii elektrycznej z elastycznych taryf dynamicznych, z ceną energii zmienną w czasie. Dla dużych odbiorców oznacza to możliwość osiągnięcia poważnych korzyści finansowych, a operatorom łagodzi wahania poboru mocy, co również jest bardzo pożądane.

fot. forum.budujemydom.pl