1. Uvod

Kada govorimo o digitalnom mjerenju potroka elektrine energije dobro je neto rei o brojilima koja su prethodila digitalnim brojilima. Elektrika brojila su instrumenti koji slue za integriranje neke fizikalne veliine elektrikim putem. Namijenjena su najee integriranjem elektrike snage radi registriranja elektrike energije koju u odreenom razdoblju prodava elektrike energije predaje potroau. Njihovi podaci obino slue za obraunavanje elektrine energije u javnom prometu.Prema tome da li brojilo mjeri proteklu koliinu elekriciteta u ampersatima ili proteklu elektrinu energiju u vatsatima (ili u drugim doputenim jedinicama ) razlikuju se ampersatna i vatsatna brojila. Dok se ampersatna brojila upotrebljavaju samo za istosmjernu struju , vatsatna se brojila upotrebljavaju i za istosmjernu i za izmjeninu struju.

2. Svrha i podjela brojila

Slika 1. Digitalno brojilo

Brojila se mogu podijeliti: Kuanstvo Obrt Javna rasvjetaBrojila potroka elektrine energije mogu se podijeliti:

1. Prema vrsti elektrike struje brojila mogu biti za istosmjernu i za izmjeninu struju. Brojila za izmjeninu struju mogu biti jednofazna ili trofazna.2. Prema registriranoj energiji razlikuju se brojila djelatnog potroka, brojila jalovog ili reaktivnog potroka, brojila prividnog potroka i brojila mjeovitog potroka.

Brojila istosmjerne struje registriraju samo tzv. djelatni rad , a kod izmjenine struje dolaze u obzir tri vrste rada : djelatan , jalov i prividan . Kao vatsatna brojila istosmjerne struje dolaze u obzir elektrodinamika motorna brojila i brojilo s njihalom , a za izmjeninu struju rijetko elektrodinamika , a preteito indukcijska brojila , koja danas ine 100 % svih brojila u prometu. Na rad brojila utjeu mnogi faktori( npr. jakost struje, napon, frekvencija, fazni pomak, temperatura) pa se time izazvana pogreka izraava kao funkcija jednoga od tih faktora, a za ostale se pretpostavlja da se ne mijenjaju.Pogreke brojila prikazane u dijagramu u ovisnosti o odabranoj promjenjivoj veliini odreuju nepravilnu crtu koja se naziva karakteristika brojila.

2.1 Glavni dijelovi indukcijskih brojila

Glavni su dijelovi indukcijskih brojila : kuite , sastavljeno od podlone ploe i poklopca (koji se moe plombirati) ; prikljunica s poklopcem i stezaljkama za prikljuak vodova ; trajni magnet i mjerni mehanizam (sastavljan o potrebnog broja mjernih sistema); rotora i brojaa . Mjerni sistem sastavljen je u pravilu od dva elektromagneta , od kojih je jedan prikljuen u strujni krug troila (strujni magnet) a drugi na napon (naponski magnet) . Elektrine struje u elektromagnetima i struje koje se induciraju u tankoj aluminijskoj ploici ( rotoru ) proizvode zakretni moment , koji uzrokuje okretanje rotora brzinom koja je priblino proporcionalno razmjerna s djelatnom snagom elektrine struje .

Slika 2. Djelovi digitalnog brojilaTrajnim magnetom moe se regulirati brzina vrtnje rotora u velikom opsegu pa o njegovoj jakosti i vremenskoj stalnosti ovisi tonost brojila . Zbog toga je trajni magnet jedan od temeljnih elemenata u brojilu.

3. Mjerenje potroka elektrine energije u trofaznim mreama

Za mjerenje potroka elektrine energije u trofaznim mreama slue trofazna indukcijska brojila sa dva odnosno tri mjerna sistema kojima su rotori spojeni na zajedniku osovinu to pokree broja. Da bi domainstva i drugi potroai troili to manje elektrine energije u vrijeme najveeg optereenja elektrine mree, cijena je u to doba via , a za najmanjeg optereenja (oko podne i po noi) nia. Za odreivanje potroka pri viestrukim tarifama slui dvotarifno i trotarifno brojilo, koje se sastoji od jednog mjernog sistema i dva brojaa ili vie njih to ih releji naizmjence povezuju s mjernim sistemom . Prebacivanje od brojaa za jednu tarifu provodi se pomou sklopnog sata ili pomou sklopnog ureaja , koji se aktivira signalom iz mree. Osim navedenih postoji jo niz drugih elektrinih brojila predvienih za specijalne namjene .

3.1 Viefazna brojila

Za integriranje djelatne snage viefaznog sistema potrebno je toliko mjernih sistema koliko sistem ima vodova, manje 1.Nije pri tome vano da li su ti svi mjerni sistemi smjeteni tako da djeluju na isti rotor (tzv. viefazno brojilo) ili tako da svaki sistem djeluje na posebni rotor(nekoliko jednofaznih brojila). Zbog praktikih razloga i zbog vee tonosti daje se prednost viefaznim brojilima.Za pogonske sisteme viefaznih brojila tvornice najee upotrebljavaju pogonske sisteme svojih jednofaznih brojila

3.2 Tarifna brojila

Tarifna brojila slue za to prikladnije provoenje tarifne politike prodaje elektrine energije. Izvode se tako da prilikom registriranja elektrikog potroka uzimaju u obzir razliite znaajne okolnosti upotrebe elektrike struje, kao npr. doba dana u kojem se uzima struja (vremenska tarifa),visina optereenja (uinska tarifa), smjer toka elektrike energije (tarifa davanja i primanja) itd.Openito brojila mogu biti jednotarifna ili vietarifna. Vietarifna brojila mogu se izvoditi sa dvije, tri ili etiri tarife, pa se nazivaju dvotarifna , trotarifna i etverotarifna.

3.3 Vienamjenska brojila

Vienamjenska brojila (kombi brojila),takva su brojila koja unutar jednog kuita imaju mjerne sisteme za mjerenje radne i jalove energije(u vie tarifa),te vrne snage, a ponekad i uklopni sat, MTU prijamnik i limitator. esto im je pridodan, i sklop koji u vidu elektrinih impulsa jednako vrijednih u troenoj elektrinoj energiji, daje podatke o njoj na daljnje koritenje distributeru i potroau.Premda sve vie pristiu brojila s elektronskim zapisom i LCD-pokaznikom, jo dugo e biti u pogonu brojila s elektromehanikim ureajem za mjerenje vrne snage.Novije konstrukcije brojila, a osobito statika imaju umjesto mehanikih brojanika i kazaljki, pokaznik s tekuim kristalima (LCD),na kojem se mogu oitati sve veliine to ih brojilo mjeri za proteklo razdoblje (ponekad due i od godine dana), a takoer i podaci o mjernom mjestu i potroau.

3.4 Upotreba brojila s komunikacijom IEC 1142 I GSM

Koncept i ideja rjeenja sistema IEC 1142 I GSM komunikacije sastoji se u tome ,da se uz minimalna financijska ulaganja u potpunosti iskoriste prednosti i potencijal elektronikih brojila s jedne strane elektrodistribucijskim poduzeima omogui daljinsko optimalno upravljanje i kontrola potronje elektrine energije.S obzirom na injenicu da je brojilo zapravo jedina veza potroaa i elektrodistribucijskog poduzea, direktnim povezivanjem ostvaruje se bliska veza izmeu ta dva meusobno ovisna subjekta i temelj za ostvarivanje partnerskog odnosa.Pri svakom koraku realizacije koncepta sistema IEC 1142 I GSM komunikacije, to emo prikazati u ovom kratkom opisu, teili smo, a i uspjeli u namjeri da faktor vremena tj. brzina ostvarenja promjena, trokovi i dodatni napori budu to manji.

Osnovne funkcije brojila : mjerenje potroene elektrine energije za etiri razliite tarife lokalno (daljinsko) postavljanje poetka i kraja svake tarife prikaz postavljenog vremena ukapanja pojedine tarife pohranjivanje posljednjih 18 uzastopnih (mjesenih) kumulativnih vrijednosti utroene elektrine energije po svakoj tarifi prikaz svake od 18 pohranjenih vrijednosti utroka elektrine energije pojedinano po svakoj tarifi lokalno (daljinsko ) postavljanje limita angairane snage za svaku tarifu prikaz upisanih vrijednosti limita angairane snage za svaku tarifu pohranjivanje maksimalno angairane trenutne snage u toku mjeseca za posljednjih 18 mjeseci po tarifama prikaz maksimalno angairane trenutne snage u toku mjeseca za posljednjih 18 mjeseci za svaku od tarifa prikaz trenutnog stanja 15 minutne angairane snage s postotkom proteklog vremena prikaz tekueg datuma i vremena mogunost ugradnje modula vlastitog MTK prijemnika mogunost ugradnje modula vlastitog uklopnog sata mogunost ugradnje modula za lokalno ili daljinsko oitavanje stanja brojila ili programiranje brojila prema IEC 1142 mogunost ugradnje modula za generiranje signala limitatora mogunost ugradnje modula oitavanja stanja brojila prema IEC 1107

4. Jednofazno digitalno brojilo

Porodica jednofaznih digitalnih brojila pripada novijoj generaciji monolitnih brojila , to znai da su sve funkcije brojila elektrine energije zdruene u jednoj integriranom krugu. Namijenjeni su mjerenju i registriranju elektrine energije u jednofaznoj dovodnoj mrei , za direktni ili transformatorski prikljuak . Projektirani su tako da udovoljavaju svim sadanjim im narednim potreban a po mjerenju i upravljanju s elektrinom energijom u domainstvu i gospodarstvu .Mjerno tehnike znaajke ovog brojila odgovaraju meunarodnoj preporuci IEC 1036 , za elektronika brojila elektrine energije i za to odgovarajuim nacionalnim normama. Brojilo je izraeno u skladu s normom ISO 9001 , to kupcima osigurava proizvode jednake kakvoe . Moderna zamisao mjernog sistema , koja se temelji na integriranom Hallovom osjetilu osigurava tono , vremenski stabilno i sigurno mjerenje elektrine energije. 4.1 Smanjivanje trokova

Ne samo u Bosni i Hercegovini nego i u svijetu kao jedna od najneproduktivnijih aktivnosti drutava koja se bave distribucijom elektrine energije je angairanje osoblja za oitavanje potronje.Sistem za oitavanje brojila putem GSM komunikacije osim to eliminira potrebu zapoljavanja takvog osoblja, ime se automatski smanjuju trokovi, omoguuje oitavanje na problematinim, odnosno teko pristupnim lokacijama.

4.2 Poboljanje kvalitete usluge

GSM komunikacija omoguuje redovito, brzo, kvalitetno tono i precizno, prikupljanje i obradu podataka. Omoguuje stalni obraun potronje prema stvarnom utroku, ime se prema iskustvu pojedinih europskih zemalja smanjuju pritube i nezadovoljstva potroaa, a isto tako i prua izbor funkcioniranja ugraenih elektronikih brojila kao standardnih ureaja odnosno kao pretplatnih brojila.

4.3 Rjeenje sistema

Rjeenje komunikacijskog sistema IEC 1142 i GSM komunikacije osmiljeno je na takav nain da se osigura beina dvosmjerna komunikacija- od raunala u elektrodistribucijskom centru do brojila, i obrnuto , od brojila do istog raunala.

Time se omoguuje:

oitavanje brojila / grupe brojila programiranje brojila / grupe brojila iskljuivanje/ukljuivanje potroaa(trenutno u fazi razvoja) praenje i kontrola potronje

4.4 Komunikacijski sistem IEC 1142

Sistem komunikacije po meunarodnom protokolu IEC 1142 je sistem umreenog lokalnog oitavanja i programiranja brojila.U lokalnu ianu mreu spaja se do sto brojila simetrino, telefonskom linijom , a oitava se pomou posebnog suelja (u stvari konvertora koda u logikom i elektrikom smislu),i primopredajnika informacija (najee raunala, prijenosnog ili stacionarnog). U protokolu IEC 1142 odreena su pravila formiranja podataka iz brojila u grupe , nain kriptiranja i ostale vremenske, informacijske i elektrike posebnosti te nain povezivanja. Time je omogueno programiranje svih eljenih parametara i oitavanje svih eljenih podataka iz svih ili svakog brojila.

4.5 Komunikacijski sistem GSM

Telekomunikacijski sistem GSM (Global System Mobile) originalno je predvien za mobilne komunikacije, no dokazao je svoje prednosti i kod stacionarnih ureaja jer ne zahtjeva fiksnu fiziku liniju za vezu. GSM se bazira na grupi primarnih ureaja; prostorno relativno gusto rasporeenoj mrei povezanih primopredajnika i skupini sekundarnih, korisnikih komunikacijskih ureaja. Komunikacija se obavlja na vrlo visokim frekvencijama, upotrebom sloenih sistema digitalne modulacije, zatite informacija i bolje iskoristivosti frekvencijskog spektra kanala. Komunikacija izmeu dva (pokretna) GSM ureaja ostvaruje se vezom jednog korisnika (sekundarni ureaj) s najbliim primarnim primopredajnikom sistema , zatim kroz fiksni sistem, do najblieg primarnog sistema, zatim kroz fiksni sistem, do najblieg primarnog primopredajnika pozvanom korisniku (drugi sekundarni ureaj) i od tog primopredajnika pozvanog korisnika. Nakon uspostavljanja te veze komunikacija je u potpunosti dvosmjerna

4.6 Oitavanje potronje

Za oitavanje potronje potrebno je upisati serijski broj brojila i pritisnuti tipkuOitaj brojilo.Nakon toga bit e poslan zahtjev za oitavanje ureaja. Vrijeme za odgovor ovisi o trenutnom stanju GSM mree, a najee iznosi nekoliko minuta.Po prijemu odgovora bit e ispisane kumulativne potronje, angairane snage, stanje sata realnog vremena i poruke greaka.Ako postoji potreba za korekcijom sata zahtjev za korekciju sata bit e automatski poslan, a brojilo e po prijemu zahtjeva izvriti potrebnu korekciju.

4.7 Programiranje brojila

Parametri koji se mogu programirati su: uklopna vremena, sat realnog vremena brojila i mjerne periode. Za programiranje parametara potrebno je upisati serijski broj brojila, te vrijednosti uklopnih vremena ili sata tj. zahtjev za zakljuivanje mjerne periode (u ovisnosti to se eli programirati) i pritisnuti tipku Programiraj brojilo.Svi podaci o brojilima i oni oitani i oni potrebni za oitavanje nalaze se u bazi podataka brojila. Znai da je za, na primjer, oitavanje nekog brojila dovoljno upisati samo broj brojila ili ime potroaa, a ostalo program radi automatski.

4.8 Ovjeravanje i igosanje brojila

igosanje se obavlja utiskivanjem igova u dvije olovne ili kositrene plombe, kojima se osiguravaju vijci na kuitu brojila od neovlatenih zahvata kojima bi se mogla mijenjati mjerna svojstva brojila.

Brojilo EBM95 je elektroniko jednofazno, etverotarifno brojilo, klase 2, nazivnih strujnih opsega 10-40A;10-60 i 20-80A u cijelosti u skladu sa stardardnom IEC 1036.Predvieno je za kuanstvo za unutranju ugradnju.Napajanje sklopova brojila je transformatorsko. Ispravljeni naponi diodnih mostova se privode na regulatore u 3 toke koji osiguravaju stabilizirane napone. Napajanje analognih i digitalnih sklopova je galvanski odvojeno.

4.9 Princip mjerenja elektrine energije u kuanstvu

Hallov efekt , otkriven 1876. godine , karakteristian je za poluvodike kristale . Na poluvodikom kristalu , koji se nalazi na magnetskom polju H i kroz koji tee elektrina struja I , pojavi se tzv. Hallov napon koji je proporcionalan jakosti magnetskog polja H i jakosti elektrine struje I .S druge je strane elektrina snaga P proporcionalna je mrenom naponu U i struji I tereta . Ako u magnetsko polje H ( i ) , kojeg uzrokuje struja tereta postavimo poluvodiki kristal i kroz njega provedemo struju I (u) , koja je proporcionalna mrenom naponu , onda e Hallov napon biti upravo proporcionalan elektrinoj snazi tereta . To je princip mjerenja na kojem se temelje Iskrina monolitna elektronika brojila elektrine energije iz porodice ME 1 ...

Tvrtka je razvila orginalnu izvedbu Hallovog osjetila kojeg moemo integrirati na istom Si substratu (monolitu ) , zajedno sa digitalnom i analognom elektronikom . Integrirani krug je izraen u MOS tehnologiji i ugraen u keramiko kuite , to osigurava malu vlastitu potronju elektrine energije i visoku otpornost na klimatske utjecaje okolia . S uporabom Hallovog osjetila kao detektora struje tereta te ujedno mnoila struje tereta i napona mree , a s odgovarajuim podeavanjem pojedinih funkcijskih stupnjeva u integriranom krugu , dobiveno je vremenski stabilno inteligentno osjetilo elektrine snage . Analogna elektronika pretvara Hallov napon u slijed impulsa i brine se za kompenzaciju temperaturne ovisnosti i nelinearnosti . Digitalno procesni stupanj integriranog kruga izvodi ulazno izlazne i ispitne funkcije .

Opcije po elji kupca : mogunost ugradnje modula vlastitog MTK prijemnika mogunost ugradnje modula vlastitog uklopnog sata mogunost ugradnje modula za generiranje signala limitatora mogunost ugradnje modula za lokalno i daljinsko oitavanje stanja brojila i programiranja , odnosno reprogramiranja brojila (prema IEC 1142 )

4.10 MTK 95

Prijemnik MTK 95 suvremeni je mikroprocesorski ureaj namjenjen prijemu mrenih komandi koje se putem kodiranog tonfrekventnog signala alju distribucijskom mreom elektrine energije.Osnovna namjena prijemnika MTK 95 jest upravljanje tarifama na brojilima elektrine energije, dirigirana potronja, paljenje / gaenje uline rasvjete, upravljanje vremenskim intervalom pokazivaa maksimuma.Prijemnikom MTK 95 mogu se upravljati i razni drugi ureaji kao to su : ureaji za grijanje , ventilaciju , rasvjetu , kuanski aparati ...

5. Osnovni uslovi ispitivanja elektrinih brojila

Za vrijeme ispitivanja brojila treba opteretiti tako da se moe ispitati svim zahtjevnim tokama. Brojilo bi se moglo opteretiti tako da strujni krug optereti svim vrijednostima struje koje trai ispitivanje. Poto bi to ispitivanje trailo velike snage onda postoji umjetno optereenje. Odvajanjem strujnog kruga od naponskog prekidamo vezu naponskog kruga sa strujnim na prikljucima brojila i potom cijeli strujni krug za sebe prikljuen na pripadajui izvor napona. Time je izvor napona optereen malom strujom. Takvo se brojilo moe ispitati uz malo struje. Kada se istovremeno ispituje vie brojila naponski se krugovi spoje paralelno, a strujni serijski. Za napajanje brojila za vrijeme ispitivanja potreban je izmjenian napon ije izoblienje ne smije premaiti 2-5%. Za ispitivanje elektrinog brojila upotrebljavaju se razne metode, no njihov izbor ovisi prvenstveno o zahtjevima dravnih kontrolnih organa, i opremljenosti ispitivalita.

Glavni dijelovi indukcionog motornog brojila:

naponski svitak strujni svitak kotva kliza jeziak magnet leajevi

5.1 Ispravno mjerenje

Da bi se elektrika energija mogla ispravno mjeriti, po pravilu mora svaki vodi elektrike mree biti prikljuen na brojilo.

Prema konstrukciji

Razlikujemo motorna, elektrolitska i elektromehanika brojila. Motorna brojila mogu biti magnetomotorna, elektrodinamika i indukcijska. Magnetomotorna brojila mogu se upotrijebiti samo za prikljuak na istosmjernu struju, elektrodinamika za istosmjernu i izmjeninu, a indukcijska samo za izmjeninu struju. Elektrolitsko brojilo temelji se na prvom Faradayjevom zakonu koji kae da su elektrolitskim putem izluene koliine tvari razmjerne jakosti struje i trajanju njenog prolaenja tj. koliini elektriciteta koji prolazi elektrolitom. Elektrolitska brojila mogu se izravno primijeniti samo za mjerenje u sistemima istosmjerne struje. Elektromehanika brojila ( npr. S vjetrenjaom i polugom poput sablje ) imaju danas samo povijesno znaenje.

5.2 Oznake

Oznake propisane od slube kontrole mjera jesu u nas ove:>A< za motorska ampersatna brojila, >D< za elektrodinamika, >E< za elektrolitska i >F< za indukcijska. Sa >B< oznaena su daljinska brojila.

Prema nainu prikljuenja na el. mreu

Razlikuju se brojila za izravan prikljuak na mreu, transformatorska i redukcijska.

5.3 Vrste brojanika

Potronja elektrine energije registrira se na brojaniku. Brojanik mora biti tako izveden da je omogueno lako i tono oitanje. Dozvoljava se upotreba brojanika s kolutima i krunim skalama (kazaljke). Brojanici mogu biti izvedeni kao jednotarifni, dvotarifni itd. Veliine koje su na njima registrirane mogu biti primarne i sekundarne.

7. Literatura

1. Daniels, A. R.: Introduction to Electrical Machines, Edison 20142. Hartl, V. Elektrini strojevi 1, kolska knjiga, Zagreb 19963. Essert, M. Elektrotehnika, Zagreb, 20044. Kali, . Elektrina brojila, Zavod za udbenike i nastavna sredstva, Beograd 19925. Winders, John J., Jr.: Power Transformer Principles and Applications Nas, CRC, 2014.

20