Google+

Licznik energii elektrycznej to miernik konsumpcji prądu w danym gospodarstwie domowym lub dowolnym innym obiekcie, który stanowi zarazem granicę między siecią energii elektrycznej obiektu, a siecią dystrybucji stworzoną lub zarządzaną przez dostawcę prądu.

Fot. 1. Linia produkcyjna liczników Apator w Ostaszewie Fot. 1. Linia produkcyjna liczników Apator w Ostaszewie; FOT. APATOR S.A.

Te przyrządy pomiarowe, których przeznaczeniem było do niedawna mierzenie ilości przepływającej energii elektrycznej i mierzenie mocy przy jednoczesnym całkowaniu jej w czasie, dziś są minikomputerami komunikującymi się zdalnie z administratorami, które oprócz wskazania konsumpcji prądu wykonują wiele innych czynności i zadań.

Początki nowoczesnych liczników

W 1883 roku berliński naukowiec – Herman Aron – urodzony w polskim obecnie Kępnie – opatentował pierwszy dokładny licznik energii elektrycznej, który był oparty na ruchu wahadła. Ten licznik był ojcem kolejnych pokoleń liczników mocy czynnej, które z czasem otrzymały miano indukcyjnych, zaś w Polsce są dziś najstarszym powszechnie stosowanym rodzajem licznika energii elektrycznej. Natomiast elektroniczne liczniki mamy na rynku polskim od około dwóch dekad – a przynajmniej od takiego czasu można mówić o odczuwalnej ich obecności. To z nich wyewoluowały tzw. „liczniki inteligentne”, o których szerzej piszę w kolejnych rozdziałach.

Rodzaje liczników i zasady ich działania

Fot. 2. Smart EMU 1 to wielotaryfowy licznik energii elektrycznej, służący do bezpośredniego
pomiaru czynnej i biernej energii elektrycznej Fot. 2. Smart EMU 1 to wielotaryfowy licznik energii elektrycznej, służący do bezpośredniego pomiaru czynnej i biernej energii elektrycznej; FOT. APATOR S.A. Fot. 3. Licznik energii elektrycznej EMDX3 3-fazowy, pomiar przez przekładniki
prądowe, z wyjściem RS485 Fot. 3. Licznik energii elektrycznej EMDX3 3-fazowy, pomiar przez przekładniki prądowe, z wyjściem RS485. FOT. LEGRAND POLSKA SP. Z O.O. Licznik energii elektrycznej EMDX3
3-fazowy, pomiar bezpośredni do
63A, z wyjściem RS485 Fot. 4. Licznik energii elektrycznej EMDX3 3-fazowy, pomiar bezpośredni do 63A, z wyjściem RS485. FOT. LEGRAND POLSKA SP. Z O.O. Licznik energii elektrycznej EMDX3
1-fazowy, pomiar bezpośredni do
63A, z wyjściem impulsowym Fot. 5. Licznik energii elektrycznej EMDX3 1-fazowy, pomiar bezpośredni do 63A, z wyjściem impulsowym. FOT. LEGRAND POLSKA SP. Z O.O.

Patrząc na strukturę rynku polskiego wyróżnia się dwa dominujące rodzaje liczników energii elektrycznej – elektromechaniczne i elektroniczne, zwane też cyfrowymi. Oba są stosowane i funkcjonują w infrastrukturze, przy czym każdy oparty jest na mechanizmie liczącym przepływającą energię elektryczną w zupełnie inny sposób.

Licznik indukcyjny – intensywnie wycofywany i zastępowany elektronicznym – jest mechanizmem, w którym aluminiowa tarcza obraca się wokół własnej osi dzięki wytworzonemu przez dwie cewki wirowemu polu magnetycznemu. Przez jedną z cewek przepływa prąd proporcjonalny do natężenia prądu pobieranego przez konsumenta, zaś przez drugą prąd proporcjonalny do napięcia sieci. Cewki, dzięki swojemu rozlokowaniu generują moment pędowy proporcjonalny do iloczynu chwilowej wartości prądu i jego napięcia, który równoważony jest przez moment hamujący, powstający w wyniku obrotu tarczy między biegunami magnesu trwałego. Moment hamujący jest tu proporcjonalny do prędkości obrotowej tarczy, ale należy pamiętać, że może zostać osłabiony wskutek uszkodzenia magnesu trwałego – na przykład poprzez oddziaływanie zewnętrznego pola magnetycznego. Wówczas naliczanie energii elektrycznej będzie przekłamane i zawyżone. Liczniki indukcyjne liczą obroty tarczy – każdy obrót to określona ilość spożytej energii elektrycznej. Przy jednej taryfie całodobowej licznik indukcyjny posiada jeden miernik podający informację o zużytych kWh, zaś w układzie dwutaryfowym (dzień/ noc lub weekend/robocze dni), w liczniku pracują dwa mierniki – każdy oddzielnie dla każdej z taryf. Dla prawidłowego rozliczenia dostawca energii musi oczywiście otrzymać informację z obu mierników.

Licznik elektroniczny opiera swoje działanie na układach scalonych wyposażonych oczywiście w półprzewodniki (stąd druga nazwa dla tych liczników: półprzewodnikowe) i generujących impulsy pod wpływem przepływającego prądu oraz przyłożonego napięcia. Impulsy te powstają w ilości proporcjonalnej do pobieranej energii elektrycznej i następnie ich ilość jest sumowana przez licznik w określonej jednostce czasu. Dzięki temu, że licznik elektroniczny liczy gęsto generowane impulsy, a nie samą energię elektryczną, jest o wiele dokładniejszy od indukcyjnego, a dzięki procesorom i oprogramowaniu oferuje znacznie więcej funkcji, o czym traktuje kolejny rozdział. Liczniki można podzielić też według innego kryterium, grupując je w dwóch kategoriach: liczniki jednofazowe i trójfazowe. Te pierwsze są najpowszechniejsze i liczą prąd w instalacji jednofazowej o napięciu 230 V, złożonej z trzech przewodów, podczas gdy druga grupa to liczniki montowane w instalacjach 3-fazowych o napięciu 400 V i składających się z 4 lub 5 przewodów. Te instalacje tworzone są z myślą o obsłudze urządzeń wysoko energochłonnych, takich jak np. maszyny stosowane w warsztatach produkcyjnych (duże piły w warsztatach stolarskich, itp.), lub zasilania rozwiązań takich jak ogrzewanie elektryczne.

Inteligentne liczniki najnowszej generacji i ich możliwości

Fot. 6. Licznik sEA w układzie pomiarowo-rozliczeniowym odbiorcy Fot. 6. Licznik sEA w układzie pomiarowo-rozliczeniowym odbiorcy. FOT. ZEUP POZYTON SP. Z O.O. Fot. 7. Corax 3 jest statycznym licznikiem energii elektrycznej pracującym w sieci trójfazowej czteroprzewodowej Fot. 7. Corax 3 jest statycznym licznikiem energii elektrycznej pracującym w sieci trójfazowej czteroprzewodowej. FOT. APATOR S.A. Liczniki EQUS są wielotaryfowymi, przedpłatowo-kredytowymi licznikami
energii elektrycznej z wymiennymi modułami komunikacyjnymi Fot. 8. Liczniki EQUS są wielotaryfowymi, przedpłatowo-kredytowymi licznikami energii elektrycznej z wymiennymi modułami komunikacyjnymi. FOT. APATOR S.A. Fot. 9. Czterokwadrantowy, przedpłatowy,
1-fazowy i wielostrefowy licznik LP-1 Fot. 9. Czterokwadrantowy, przedpłatowy, 1-fazowy i wielostrefowy licznik LP-1. FOT. ZEUP POZYTON SP. Z O.O. Fot. 10. 3-fazowe i wielostrefowe liczniki EABM w układzie pomiarowym Fot. 10. 3-fazowe i wielostrefowe liczniki EABM w układzie pomiarowym. FOT. ZEUP POZYTON SP. Z O.O.

Możliwości liczników cyfrowych są dziś bardzo szerokie i pozwoliły całkowicie zmienić sposób ich obsługi. Dzięki funkcji odczytywania ich drogą radiową udało się uniknąć konieczności wizyt przedstawicieli dostawcy energii elektrycznej – to duże udogodnienie dla konsumentów. Ale to nie jedyna ich zaleta. W przypadku ewentualnej awarii, licznik elektroniczny natychmiast powiadamia o tym dostawcę, odciążając w tym konsumentów – dzięki temu reakcja dostawcy jest z reguły bardzo szybka i skuteczna.
Liczniki cyfrowe pozwalają na bieżąco kontrolować zużycie prądu (niektóre mierzą czynną jak i bierną energię), a więc i monitorować koszty, przy czym są to koszty za realnie wykorzystaną energię, dzięki czemu zakłady energetyczne mogły zrezygnować ze zryczałtowanych rachunków. Co więcej – pozwalają na rozliczenia na zasadzie przedpłaty (system prepaid), czyli zakupy określonych porcji energii za pomocą kodów doładowujących. Dzięki realnemu wskazaniu zużycia energii i możliwości jego kontroli pozwalają uniknąć sytuacji wystąpienia zadłużenia, co świetnie sprawdza się w motelach, hostelach i domkach lub lokalach pod wynajem. Wyświetlacze LCD liczników elektronicznych prezentują obecnie cały szereg informacji, takich jak choćby całkowite zużycie energii wyrażone w kWh, koszt zużytej energii, bieżące zapotrzebowanie na energię, aktualny koszt pojedynczej kWh, ilość jednostek pozostałych do zużycia po wykupieniu porcji energii poprzez system przedpłaty czy też parametry aktualnej taryfy.
Liczniki elektroniczne mają też pewną wadę, o której należy wspomnieć – same pobierają energię – za którą konsument musi zapłacić. To powoduje nieznaczny wzrost kosztów, jakie wiążą się z decyzją o zakupie licznika elektronicznego w miejsce elektromechanicznego (indukcyjnego). Na największą uwagę zasługuje funkcja przełomowa z punktu widzenia historii rozwoju liczników inteligentnych – komunikacja z osobami odpowiedzialnymi za ich kontrolowanie, z dostawcą energii elektrycznej oraz jej konsumentem. Co istotne – ta komunikacja nie jest jednostronna, lecz dwustronna. Między innymi dlatego liczniki elektroniczne otrzymały miano „inteligentnych”. Ich konstrukcja sprowadza się do układu wiążącego ze sobą mikrokontroler, przetworniki A/C oraz C/A, czujnik który mierzy prąd i napięcie, baterię (zapasowe zasilanie dla zapewnienia nieprzerwanego działania licznika), wyświetlacz LCD i moduł do komunikacji bezprzewodowej (WiFi, Bluetooth, GSM i inne metody).
Wracając do kwestii wymiany danych, należy zauważyć, że obecnie dostawcy energii otrzymują znacznie więcej informacji o zużyciu energii, niż miało to miejsce dwie czy trzy dekady temu. Nowoczesne liczniki przekazują informacje o stanie licznika w regularnych odstępach czasowych, np. co 15 lub 30 minut, dzięki czemu dostawcy mogą wychwycić trendy i powtarzalne wahania w zużyciu prądu i na ich podstawie lepiej zarządzać siecią energetyczną, na przykład poprzez wysyłanie większej porcji energii tam, gdzie realne zapotrzebowanie na nią jest większe. Informacje od liczników, umożliwiające im prowadzenie lepszego monitoringu prądu, pozwalają na minimalizację strat handlowych i technicznych. Na poparcie warto przytoczyć oficjalne dane od grupy ENERGA, która w 2014 roku, w okręgach w których zainstalowała liczniki inteligentne, zaobserwowała zmniejszenie się różnicy bilansowej o około 10%. Oznacza to oszczędność milionów złotych, po części inwestowanych w dalsze unowocześnianie infrastruktury z pożytkiem dla wszystkich.
Ważną cechą komunikacji z licznikami cyfrowymi, jest jej dwukierunkowość. Kierunek od konsumenta do dostawcy energii elektrycznej jest rzeczą oczywistą, lecz komunikacja dostawcy z licznikiem to dość nowa sprawa. To rozwiązanie jest bardzo przydatne, gdyż pozwala dostawcy prądu zdalnie aktualizować oprogramowanie licznika oraz stawki cenowe i informacje dotyczące taryf. Co więcej – konsument też może wejść w komunikację z własnym licznikiem, otrzymując pakiety danych na temat zużytych kWh, bieżących kosztów, napięcia prądu, zmierzonej mocy itp. Służą do tego indywidualne konta, na których – po zalogowaniu się – konsumenci sprawdzają aktualne zużycie energii, miesięczne lub roczne podsumowanie itp. Mogą tam nawet sprawdzić swoje zwyczaje konsumpcji prądu w cyklu dobowym, przedstawiane choćby w postaci wykresu graficznego, oraz dokonać zmian w wyborze taryf, lub – jak zostało to wspomniane wcześniej – dokonać rozliczenia rzeczywistego, albo też dokonać przedpłaty i zapłacić z góry za kolejną ilość prądu.

Dobieranie licznika do potrzeb odbiorcy

Należy zacząć od tego, że wyboru między licznikiem indukcyjnym i elektronicznym dziś już nie ma. Możemy jedynie wybierać między prostszymi modelami, tymi bardziej złożonymi lub też wysoko zaawansowanymi wyrobami, oferującymi interesujące dane, statystyki czy wręcz analizy. Dobierając licznik wpierw trzeba jednak zwrócić uwagę na podstawowe parametry prądu, jaki może licznik mierzyć. W szczególności chodzi o dobranie licznika o właściwym bazowym i maksymalnym mierzonym prądzie. Za przykład niech służy oznaczenie licznika symbolem 10(40) A, gdzie 10 A stanowi prąd bazowy, zaś 40 A prąd maksymalny. Oznacza to, że licznik pracując przy prądzie bazowym dokonuje pomiaru z błędem bliskim zeru, zaś przy maksymalnym – przy którym może stale pracować i który nie powinien być przekraczany – ten błąd może zacząć być już istotny. Licznik dobieramy też w odniesieniu do rodzaju instalacji elektrycznej (1-fazowa lub 3-fazowa) oraz obowiązującej odbiorcę taryfy.

Fot. 11. Liczniki EQM w ukladzie pomiarowym Fot. 11. Liczniki EQM w ukladzie pomiarowym. FOT. ZEUP POZYTON SP. Z O.O.

Jeśli chodzi o samą konstrukcję licznika, należy dobrać go tak, by w razie realnego zagrożenia udarami – a niekiedy takie sytuacje mogą zaistnieć, np. w obiektach przemysłowych – był w stanie je znieść. Oczywistością jest zgodność wymiarów obudowy z normami i zabezpieczenie pokrywy przed niepożądaną ingerencją (plomba) oraz szczelność, jeśli warunki pracy licznika tego wymagają (odpowiedni wskaźnik w skali IP).
Jeśli odbiorca energii elektrycznej chce otrzymywać wiele danych dotyczących zużycia energii elektrycznej, w tym na przykład dane w postaci graficznej – wszystkie dostarczane w wygodny bezprzewodowy sposób – wówczas musi skierować uwagę w stronę urządzeń z najnowszą elektroniką. Chodzi tu więc o zaawansowane oprogramowanie, możliwość przesyłania danych w oparciu o co najmniej jeden z popularnych protokołów, ale też o dodatkową pamięć, w której gromadzone są dane z poprzednich okresów rozliczeniowych. Dobrze jest też, jeśli licznik wyposażony jest w wyraźny wyświetlacz LCD prezentujący dużo danych.
Bardzo istotną kwestią jest zasilanie rezerwowe. Potrzeby wielu odbiorców są takie, że szerokopasmowy zasilacz umożliwiający funkcjonowanie licznika w przypadku dwóch faz lub jednej fazy i przewodu neutralnego staje się podstawą. Dzięki temu ryzyko, że licznik ulegnie uszkodzeniu podczas testowania instalacji spada praktycznie do zera.
Ostatnia kwestią – nie do pominięcia przy doborze licznika – jest jego cena. Najbardziej zaawansowane modele sięgają cen sporo powyżej jednego tysiąca złotych, najtańsze 1-fazowe można kupić już za 100-150 zł. Dlatego przy tak dużej rozpiętości cenowej warto rozważyć przy każdej ofercie stosunek ceny do jakości.

Michał Jagusiak,
Prezes Zarządu,
Dyrektor naczelny POZYTON Sp. z o.o.

Zdaniem EKSPERTA
Czy wszystkie standardy wymiany informacji z nowoczesnymi licznikami są równie dobre, czy też można wskazać takie, które zdecydowanie górują nad pozostałymi i powinny być preferowane przez producentów jak i odbiorców urządzeń ?

Współczesne liczniki energii elektrycznej to specjalizowane urządzenia mikroprocesorowe realizujące pomiary wielkości elektrycznych i parametrów jakościowych zasilania, rejestrujące zmierzone wartości oraz zapewniające sprawne i szybkie pozyskiwanie danych.
Ich rozwój opiera się na najnowszych światowych technologiach z dziedziny elektroniki, informatyki i teletransmisji. Liczniki takie powinny posiadać otwartą architekturę umożliwiającą rozszerzenie funkcjonalności bez ingerencji w funkcje pomiarowe, z jednoczesnym zapewnieniem bezpieczeństwa danych. Dla umożliwienia dostosowywania się do rozwoju technik transmisji danych, liczniki powinny mieć konstrukcję zapewniającą wymianę modułów komunikacyjnych.
Moduły komunikacyjne tego typu liczników powinny zapewniać wykorzystywanie sprawdzonych systemów komunikacji przewodowej i bezprzewodowej: Internet (ETH, Wi-Fi…), GSM/ GPRS/LTE. Technologia PLC jako nie spełniająca współczesnych standardów przesyłu danych nie powinna być stosowana. Przykłady liczników energii elektrycznej spełniających powyższe oczekiwania to liczniki produkcji ZEUP Pozyton: LP-1 i EP-3, wyposażone m.in. w klawiaturę QWERTY, moduł Wi-Fi, graficzny wyświetlacz, USB, gniazdo karty mikro SD. Szczegółowe opisy techniczne tych, oraz innych nowoczesnych liczników można znaleźć na stronie www.pozyton.com.pl

Przyszłość inteligentnych liczników energii elektrycznej

Przyszłość inteligentnych liczników rysuje się w pozytywnych barwach dla najnowszych generacji liczników cyfrowych, gdyż zgodnie z dyrektywą unijną 2009/72/WE dotyczącą wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej, 80% starych liczników ma być wymienione na liczniki elektroniczne. Dla Polski oznacza to, iż na jej terenie będzie zainstalowanych około 13-14 milionów liczników inteligentnych. Zdecydowanie zauważalnym trendem wyznaczającym przyszły rozwój liczników inteligentnych, jest wzrost ilości danych, przekazywanych do dostawcy energii elektrycznej. Są to bardzo liczne i bogate dane, które można wykorzystywać do tworzenia trafnych prognoz lub statystyk w odniesieniu do pojedynczych odbiorców energii elektrycznej. Zdaniem GIODO liczniki cyfrowe stają się jednak zagrożeniem dla prywatności konsumentów. Za ich pośrednictwem dostawcy prądu mogą obserwować nawyki konsumentów, identyfikować urządzenia, jakie konsument posiada w domu, tworzyć wręcz ich „profile energetyczne” i później te informacje sprzedać lub udostępnić na przykład dystrybutorom sprzętów AGD, RTV itp. Dlatego bardziej spodziewać się należy rozwiązań prawnych, polegających na tym, iż szczegółowe dane dotyczące zużycia energii przez konsumenta, będą traktowane jak dane osobowe, niż faktycznego ograniczania ilości danych, przekazywanych przez liczniki do dostawców energii.

Fot. 12. Liczniki EQM oraz urządzenia transmisji danych i synchronizacji
czasu. Fot. 12. Liczniki EQM oraz urządzenia transmisji danych i synchronizacji czasu. FOT. ZEUP POZYTON SP. Z O.O.

Innym trendem jest stopniowa miniaturyzacja liczników cyfrowych, czyli zmniejszanie ich rozmiarów – cecha typowa dla wszystkich urządzeń bazujących na układach scalonych i technologiach półprzewodnikowych – przy jednoczesnym ich wzmacnianiu i uszczelnianiu – tak by mogły pracować w nieprzyjaznych środowiskach.
Kolejną cechą rozwijaną przez producentów jest coraz łatwiejsza dwustronna komunikacja z licznikiem (poprzez sieci WiFi, protokół BlueTooth, GSM, sieci Ethernet itp…), którą już dziś prowadzi się przy użyciu stosownych aplikacji instalowanych w tabletach lub smartfonach. W przyszłości należy spodziewać się gwałtownego rozwoju struktur IoT, czyli tzw. Internetu Rzeczy, w które liczniki energii elektrycznej na pewno zostaną włączone – wówczas przejdą one na kolejny poziom komunikacji: M2M, czyli Machine To Machine (wymiana danych między urządzeniami). Jak bardzo zmieni to życie nas, konsumentów energii elektrycznej, oraz jak wpłynie to na same liczniki? – przyszłość pokaże.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Stowarzyszenie Elektryków Polskich,
ZEUP Pozyton Sp. z o.o.,
Apator S.A. i
Legrand Polska Sp. z o.o.