ELEKTRIČNI ŠTEVCI

Povsod, kjer imamo priključene le ohmske porabnike, luči, peči,... merimo porabljeno električno energijo s števci delovne energije, kjerkoli pa imamo priključene velike porabnike jalove energije in je potrebno ločeno obračunavanje delovne in jalove energije, je potreben poleg števca delovne energije še števec jalove energije. Števce navidezne energije uporabljamo le v izrednih primerih.

Delovanje indukcijskih števcev je podobno delovanju indukcijskih instrumentov, razlika je v tem, da je za vrtilni moment števcev potrebno potujoče magnetno polje, ki ga je treba doseči z ustrezno izvedbo tuljavic.

Gibljivi organ indukcijskih števcev je okrogla aluminijeva plošča, ki se vrti med poli elektromagnetov, na katerih so nasajene tuljave. Na enem izmed železnih jeder je nameščena tokovna tuljava, ki ima malo ovojev debele žice in v kateri teče bremenski tok I, drugem jedru pa je nasajena napetostna tuljava z mnogo ovoji tanke žice. V izvedbi, ki jo shematično prikazuje slika 1, je tokovna tuljavica razdeljena v dve polovici in je nameščena na jedru na zgornji strani plošče S, medtem, ko je jedro z napetostno tuljavo na spodnji strani aluminijeve plošče. Narisana izvedba predstavlja zelo razširjeno izvedbo indukcijskega števca, kakršne oblike je tudi indukcijski števec tovarne "Iskra števci".

Indukcijski števci delujejo po principu potujočega magnetnega polja in tega omogoča opisana oblika in razvrstitev polov elektromagnetov, vzbujanih po napetostni in tokovni tuljavici. Poleg ustrezne krajevne razvrstitve polov pa je potrebna za potujoče magnetno polje še fazni premik med pretokoma, ki ju vzbujata toka v napetostni in tokovni tuljavi. Ta fazni premik smo dosegli pri indukcijskih merilnih instrumentih s specialnimi vezavami, pri indukcijskih števcih pa ga dosežemo z ustrezno konstrukcijo tuljavic in jeder, torej brez posebnih vezav.

Pri indukcijskih instrumentih in števcih za merjenje delovne moči in energije potreben med napetostnim Φ_u in tokovnim Φ_I pretokom fazni premik točno 90⁰. Vendar je pri števcih treba opozoriti še na eno podrobnost: če namreč natančneje pogledamo v magnetne razmere indukcijskega števca delovne energije, spoznamo, da tokovni pretok tokovne tuljave ni v točni fazi s tokom, ki ga vzbuja, temveč zaostaja za njim za majhen kot α. Ker pa je za pravilno delovanje indukcijskega števca potreben kot med magnetnim pretokom točno 90⁰, mora biti števec izdelan tako, da napetostni pretok Φ_u zaostaja za napetostjo U za kot β, ki je za kot α večji od 90⁰. Iz tega izhaja temeljni pogoj za delovanje indukcijskih števcev delovne energije, ki ga lahko zapišemo z izrazom

β - α = 90⁰.

Da to dosežemo, mora biti induktivnost napetostne tuljave dovolj velika. Zato imajo nekatere izvedbe indukcijskih števcev magnetni kratki stik, čez katerega se velik del pretoka, ki ga vzbuja napetostna tuljava, sklene, ne da bi prehajal skozi ploščo in prispeval k vrtilnemu momentu. Razen od tega je kot B odvisen tudi od obremenitve tistega dela magnetnega pretoka, ki gre skozi kolut, njegovo obremenitev pa predstavljajo vrtinčni toki v obroču na napetostnem jedru.

Za merjenje dela, ki ga opravljajo električni stroji in naprave, uporabljamo električne števce. Ti v večini primerov merijo in registrirajo električno energijo, ki jo oddaja generator ali sprejema porabnik. Vrtilni moment teh števcev je sorazmeren toku in napetosti in so umerjeni v Watturah. Razen teh števcev pa obstajajo tudi električni števci, ki merijo le množino elektrine, ki jo oddaja generator ali sprejema porabnik. V tem primeru so odčitki na števcu neodvisni od višine napetosti in so števci umerjeni navadno v amperurah. Zato ločimo dve vrsti električnih števcev, ki jih uporabljamo v tehniki enosmernih tokov:

V takih primerih normalni števci z navadnim številčnikom niso uporabni, temveč mora biti števec opremljen s posebnim številčnikom z dvema števnikoma, izmed katerih je eden priključen, ko se električna energija obračunava po višji, in drugi, nižji ceni.

Številčnik dvotarifnega števca prikazuje slika 2. Ta ima dva števnika I in II, katera se lahko izmenoma priključujeta preko zobatega kolesja na gonilno os, ki jo poganja števčev rotor L. Na sliki je narisan primer, ko je normalno priključen števnik II in priteguje gonilno os k števniku vzmet. Gornji števnik priključuje rele R, ki ga ob določenih časih prek stikala K vklaplja npr. posebna stikalna ura. Tedaj rele pritegne kotvo in s tem primakne gonilno os h gornjemu števniku. Čas vklopitve in izklopitve števnika I lahko na stikalni uri nastavljamo.

Pri določanju cene porabljene električne energije pri velikih porabnikih ni odločujoče le število porabljenih kilowattur, ki jih razberemo na števcu, temveč je važen tudi podatek, kakšna je bila obremenitev v posameznih obdobjih, t.j. s koliko kilowatti je bila elektrarna obremenjena. Pri enakem številu kilowattur je lahko porabnik priključen kratko dobo z veliko priključno močjo, lahko pa je priključen vso dobo z znatno nižjo, npr. konstantno močjo.

Porabnik je v 720 urah (1 mesec) v obeh primerih porabil enako število kilowattur, saj sta obe površini na sliki enaki. Vendar mu porabljene energije ne smemo za oba primera zaračunati enako, po isti ceni za kWh. Enakomerna poraba je z gospodarskega in obratovalnega stališča za elektrarno mnogo ugodnejša kakor kratkotrajna velika poraba. Elektrarna mora namreč biti instalirana za tako moč, da lahko tudi porabnikom, ki se za krajšo dobo priključijo, daje zahtevano električno energijo. Za takšno obračunavanje električne energije potrebujemo merilnike, ki nam poleg porabljene energije kažejo tudi, kolikšna je bila največja povprečna poraba. Za ta namen uporabljamo števce, ki merijo, kolikšna je bila največja povprečna poraba npr v 15 ali 60 minutah.

S: čep, M: kazalec, Z₁, Z₂ : zobnika, F: vzmet

Za zelo velike porabnike električne energije so števci s kazalnikom maksimuma kombinirani s pisalno napravo tako, da števec preko posebnega prenosnega mehanizma premika nad papirnim trakom pisalo, ki riše nanj ravne črte, kakor prikazuje slika 4. Po izteku vsake časovne periode se pisalo vrne v izhodiščno lego, istočasno pa se premakne tudi papirni trak nekoliko naprej. Tako dobimo na papirnem traku celo vrsto daljših in krajših črt, katerih konci opisujejo krivuljo, kako se spreminja povprečna poraba.

V številnih stikalnih postajah so potrebni števci, ki morajo meriti sprejeto in oddano energijo. Ker pa se števec normalne izvedbe pri nasprotni smeri energije vrti nazaj, zaradi česar bi odšteval prej izmerjeno energijo, je potreben števec posebne izvedbe z dvema merilnima sistemoma s preprečenim protiregistriranjem. Tako en sistem meri oddano energijo, drugi pa sprejeto, medtem, ko posebna dodatna priprava preprečuje, da bi se kateri izmed obeh merilnih sistemov števca vrtel nazaj. Obstajajo pa tudi izvedbe z enim merilnim sistemom in dvema številčnikoma, ki ju dodatna priprava izmenoma vklaplja, tako da en številčnik meri sprejeto, drugi pa oddano energijo.