تويت
عداد كهرباء
Electric Meter - Compteur électrique
عداد الكهرباء
عداد الكهرباء electric meter، هو جهاز تكاملي يقيس مقدار الطاقة الكهربائية التي تغذي دارة أو حملاً لفترات زمنية مختلفة.
عندما يقاس التوتر بالفولت (V) والتيار بالأمبير (A) والزمن بالثانية (t)، فإن الطاقة الكهربائية تقاس بالجول (J) أو (واط /ثانية Watt-second)، وغالباً ما يقاس الزمن بالساعة h، ولذلك فإنها تقاس بالواط الساعي (Wh).
تدعى الأجهزة التكاملية المستخدمة في قياس الطاقة عند التيار المستمر مقياس تومبسون، في حين تدعى عند التيار المتناوب المقياس التحريضي[ر]. وتمثل المجموعة الأخيرة أكثر المقاييس شيوعاً وانتشاراً على الصعيدين المنزلي والصناعي.
تعتمد المقاييس التحريضية في نظام عملها على التفاعل بين فيضين مغنطيسيين والتيارات الإعصارية المحرضة في قرص دوار يوضع بينها، ويؤثر نتيجة لذلك عزم الدوران في القرص الذي يتوازن مع عزم الكبح الناتج من دوران القرص بين قطبي مغنطيس دائم، ويستمر القرص بالدوران بسرعة ثابتة بتساوي العزمين.
يمتاز عداد الكهرباء بآلية ميكانيكية لتسجيل عدد دورات قرص من الألمنيوم أو النحاس مثبت على محور دوران يدور بسرعة زاوية ثابتة. تقابل كل دورة للقرص قيمة محددة من الطاقة الكهربائية المقاسة، وهكذا فإن عدد دورات القرص خلال الزمن سيتناسب طرداً مع الطاقة المستهلكة، وعليه يدعى بالعداد الكهربائي.
تمتاز هذه الأجهزة باحتكاك منخفض، وبعزم دوران عالٍ، وتكلفة منخفضة، ودرجة تحمل عالية للشروط البيئية، وسهولة المواءمَة مع الأحمال المتغيرة في مجالات واسعة.
عداد الكهرباء المنزلي
يمكن أن يكون أحادي الطور single phase أو ثلاثي الطور three phaeses:
عداد الكهرباء أحادي الطور:
يستخدم هذا العداد في قياس الطاقة الكهربائية للأحمال أحادية الطور، ولايخلو منه منزل في العالم، وعليه فهو أكثر الأجهزة الكهربائية استعمالاً وشيوعاً. ويبين الشكل (1) مكوناته الأساسية.
يخترق الفيض المغنطيسي الأول قرص الألمنيوم المثبت على محور الدوران، ويربط ملف المغنطيس الكهربائي الأول على التسلسل مع الحمل، ويدعى بملف التيار أو الملف التسلسليseries coil.
يؤثر الفيض المغنطيسي الثاني في التفرع مع الحمل، ويدعى بالملف التفرعي shunt coil أو ملف التوتر.
يتفاعل الفيضان المغنطيسيان مع التيارات المتحرضة في قرص الألمنيوم، فيُوَّلد عزم يدوّر القرص بين قطبي مغنطيس دائم، وينشأ عزم معاكس يدعى عزم الكبح، وعند تساوي العزمين يستمر الدوران بسرعة زاوية ثابتة، ويتناسب عدد دورات القرص مع الطاقة المستهلكة.
ولكي يشير العداد إلى الواط الساعي، فإن العزم المؤثر في القرص يجب أن يكون أعظمياً من أجل عامل استطاعة مساوٍ واحداً، ومعدوماً عندما يكون عامل الاستطاعة صفراً. يتحقق هذا الشرط فنياً عندما يتأخر الفيض المغنطيسي المولَّد من ملف التوتر بزاوية طور عن الفيض الناشئ من ملف التيار.
يتم تسجيل عدد دورات القرص المتناسب مع الطاقة المستهلكة بآلية ميكانيكية مؤلفة من مجموعة مسننات متعشقة ومقادة من محور الدوران (على سبيل المثال ستة أقراص كل منهم مقسم من الصفر إلى رقم تسعة).
عداد الكهرباء ثلاثي الطور:
يستخدم هذا العداد في قياس الطاقة الكهربائية للأحمال ثلاثية الطور، تختلف بنيته تبعاً لعدد أسلاكه؛ وعندما تكون الدارة ثلاثية و ثلاثي الأسلاك، فإن المقياس يحتوي على جهازين بقرصين مثبتين على محور الدوران نفسه الذي يقود العداد (الشكل 2)، وإذا كان الحمل رباعي الأسلاك فإن مقياس الطاقة سيتكون من ثلاثة مقاييس أحادية الطور.
القياسات الصناعية والتعريفات:
يفضل المستهلك استثمار الطاقة عند عامل استطاعة عالٍ؛ لأنه في الحالة المعاكسة ستزداد تكلفة المحطات الكهربائية وأجهزة التوزيع وستكون عملية تنظيم التوتر صعبة، مما يجعل آنذاك الحفاظ على درجة تأرجح توتر التغذية في حدودها المعيارية أمراً متعذراً، وتستجر الأحمال تيارات أعلى، ومن ثم يكون الفقد كبيراً.
تأخذ تعرفة المستثمرين الصناعيين بالحسبان العوامل المذكورة آنفاً، وتُفرض تعريفات متعددة لمراعاة تكاليف النظام الكهربائي والطاقة المستهلكة وطبيعة الأحمال.
ـ وتتناسب تعرفة الكيلوواط ساعي أو تسعيرته (فاتورة المستهلك) مع الطاقة المستهلكة، وتعرف بالسعر الموحد. كما تضاف رسوم أخرى للمشاركة في تغطية تكاليف بناء النظام الكهربائي ورواتب العاملين وتكاليف الصيانة والوقود وغيرها.
يتم التمييز بوساطة تعرفة معامل الاستطاعةpower factor tariff بين الرسوم الإجمالية لكل واط ساعي بين نوعين من الأحمال: فعند الحمل بعامل استطاعة 0.8 وأعلى، فإن المستهلك سيدفع أقل، بينما في الحالة العكسية سيدفع أكثر.
وينظم الدفع بحيث يقابلُ تناقصَ عامل الاستطاعة بمرتبة 0.01 رسمٌ إضافيُ تصاعديٌ وتزايدٌ بالقدر نفسه، يقلل الرسوم.
تتطلب التعريفات السابقة قياس كيلوواط ساعي وكيلوفولت أمبير ساعي وكيلوفولت أمبير ردي ساعي (kVArh), (kVAh), (kWh) في المنشآت الصناعية لتحديد التكاليف المالية عند مختلف أنواع المستهلكين.
التطبيقات المعاصرة لقياس استهلاك الطاقة الكهربائية
تطورت وسائل قياس استهلاك الطاقة الكهربائية في المنازل وفي الصناعة مع تطور الإلكترونيات في الحواسيب وتطبيقاتها. فقد نشأت نظم تحصيل موزعة distributed acquisition systems يمكن استخدامها لهذا الغرض. إذ يستعاض عن المقياس المنزلي أو الصناعي التقليديين بمقياسين رقميين digital meters، يوصلان عبر تجهيزات موائمة مناسبة إلى شبكة اتصال ميدانية field comm network، وتصلها إلى مركز حاسوبي ميداني. يتم في هذا المركز تجميع القياسات الدورية لاستهلاك الطاقة المنزلية والصناعية في تلك المنطقة. توصل عادة هذه المراكز الحاسوبية المناطقية في شبكة اتصال ميدانية واسعة إلى مركز الإدارة للشبكة الحاسوبية.
محمد موسى
Electric Meter - Compteur électrique
عداد الكهرباء
عداد الكهرباء electric meter، هو جهاز تكاملي يقيس مقدار الطاقة الكهربائية التي تغذي دارة أو حملاً لفترات زمنية مختلفة.
عندما يقاس التوتر بالفولت (V) والتيار بالأمبير (A) والزمن بالثانية (t)، فإن الطاقة الكهربائية تقاس بالجول (J) أو (واط /ثانية Watt-second)، وغالباً ما يقاس الزمن بالساعة h، ولذلك فإنها تقاس بالواط الساعي (Wh).
تدعى الأجهزة التكاملية المستخدمة في قياس الطاقة عند التيار المستمر مقياس تومبسون، في حين تدعى عند التيار المتناوب المقياس التحريضي[ر]. وتمثل المجموعة الأخيرة أكثر المقاييس شيوعاً وانتشاراً على الصعيدين المنزلي والصناعي.
تعتمد المقاييس التحريضية في نظام عملها على التفاعل بين فيضين مغنطيسيين والتيارات الإعصارية المحرضة في قرص دوار يوضع بينها، ويؤثر نتيجة لذلك عزم الدوران في القرص الذي يتوازن مع عزم الكبح الناتج من دوران القرص بين قطبي مغنطيس دائم، ويستمر القرص بالدوران بسرعة ثابتة بتساوي العزمين.
يمتاز عداد الكهرباء بآلية ميكانيكية لتسجيل عدد دورات قرص من الألمنيوم أو النحاس مثبت على محور دوران يدور بسرعة زاوية ثابتة. تقابل كل دورة للقرص قيمة محددة من الطاقة الكهربائية المقاسة، وهكذا فإن عدد دورات القرص خلال الزمن سيتناسب طرداً مع الطاقة المستهلكة، وعليه يدعى بالعداد الكهربائي.
تمتاز هذه الأجهزة باحتكاك منخفض، وبعزم دوران عالٍ، وتكلفة منخفضة، ودرجة تحمل عالية للشروط البيئية، وسهولة المواءمَة مع الأحمال المتغيرة في مجالات واسعة.
عداد الكهرباء المنزلي
يمكن أن يكون أحادي الطور single phase أو ثلاثي الطور three phaeses:
عداد الكهرباء أحادي الطور:
 الشكل (1) مكونات العداد أحادي الطور |
يخترق الفيض المغنطيسي الأول قرص الألمنيوم المثبت على محور الدوران، ويربط ملف المغنطيس الكهربائي الأول على التسلسل مع الحمل، ويدعى بملف التيار أو الملف التسلسليseries coil.
يؤثر الفيض المغنطيسي الثاني في التفرع مع الحمل، ويدعى بالملف التفرعي shunt coil أو ملف التوتر.
يتفاعل الفيضان المغنطيسيان مع التيارات المتحرضة في قرص الألمنيوم، فيُوَّلد عزم يدوّر القرص بين قطبي مغنطيس دائم، وينشأ عزم معاكس يدعى عزم الكبح، وعند تساوي العزمين يستمر الدوران بسرعة زاوية ثابتة، ويتناسب عدد دورات القرص مع الطاقة المستهلكة.
ولكي يشير العداد إلى الواط الساعي، فإن العزم المؤثر في القرص يجب أن يكون أعظمياً من أجل عامل استطاعة مساوٍ واحداً، ومعدوماً عندما يكون عامل الاستطاعة صفراً. يتحقق هذا الشرط فنياً عندما يتأخر الفيض المغنطيسي المولَّد من ملف التوتر بزاوية طور عن الفيض الناشئ من ملف التيار.
يتم تسجيل عدد دورات القرص المتناسب مع الطاقة المستهلكة بآلية ميكانيكية مؤلفة من مجموعة مسننات متعشقة ومقادة من محور الدوران (على سبيل المثال ستة أقراص كل منهم مقسم من الصفر إلى رقم تسعة).
عداد الكهرباء ثلاثي الطور:
 الشكل (2) العداد ثلاثي الأطوار |
القياسات الصناعية والتعريفات:
يفضل المستهلك استثمار الطاقة عند عامل استطاعة عالٍ؛ لأنه في الحالة المعاكسة ستزداد تكلفة المحطات الكهربائية وأجهزة التوزيع وستكون عملية تنظيم التوتر صعبة، مما يجعل آنذاك الحفاظ على درجة تأرجح توتر التغذية في حدودها المعيارية أمراً متعذراً، وتستجر الأحمال تيارات أعلى، ومن ثم يكون الفقد كبيراً.
تأخذ تعرفة المستثمرين الصناعيين بالحسبان العوامل المذكورة آنفاً، وتُفرض تعريفات متعددة لمراعاة تكاليف النظام الكهربائي والطاقة المستهلكة وطبيعة الأحمال.
ـ وتتناسب تعرفة الكيلوواط ساعي أو تسعيرته (فاتورة المستهلك) مع الطاقة المستهلكة، وتعرف بالسعر الموحد. كما تضاف رسوم أخرى للمشاركة في تغطية تكاليف بناء النظام الكهربائي ورواتب العاملين وتكاليف الصيانة والوقود وغيرها.
يتم التمييز بوساطة تعرفة معامل الاستطاعةpower factor tariff بين الرسوم الإجمالية لكل واط ساعي بين نوعين من الأحمال: فعند الحمل بعامل استطاعة 0.8 وأعلى، فإن المستهلك سيدفع أقل، بينما في الحالة العكسية سيدفع أكثر.
وينظم الدفع بحيث يقابلُ تناقصَ عامل الاستطاعة بمرتبة 0.01 رسمٌ إضافيُ تصاعديٌ وتزايدٌ بالقدر نفسه، يقلل الرسوم.
تتطلب التعريفات السابقة قياس كيلوواط ساعي وكيلوفولت أمبير ساعي وكيلوفولت أمبير ردي ساعي (kVArh), (kVAh), (kWh) في المنشآت الصناعية لتحديد التكاليف المالية عند مختلف أنواع المستهلكين.
التطبيقات المعاصرة لقياس استهلاك الطاقة الكهربائية
تطورت وسائل قياس استهلاك الطاقة الكهربائية في المنازل وفي الصناعة مع تطور الإلكترونيات في الحواسيب وتطبيقاتها. فقد نشأت نظم تحصيل موزعة distributed acquisition systems يمكن استخدامها لهذا الغرض. إذ يستعاض عن المقياس المنزلي أو الصناعي التقليديين بمقياسين رقميين digital meters، يوصلان عبر تجهيزات موائمة مناسبة إلى شبكة اتصال ميدانية field comm network، وتصلها إلى مركز حاسوبي ميداني. يتم في هذا المركز تجميع القياسات الدورية لاستهلاك الطاقة المنزلية والصناعية في تلك المنطقة. توصل عادة هذه المراكز الحاسوبية المناطقية في شبكة اتصال ميدانية واسعة إلى مركز الإدارة للشبكة الحاسوبية.
محمد موسى