Geschiedenis van de elektriciteitsmeter

De 19e en 20e eeuw bleken buitengewoon genereus in wetenschappelijke ontdekkingen, vooral op het gebied van elektromagnetisme. De "lage start" van wetenschappelijke en technische vooruitgang voor de komende 150 jaar werd gegeven in de jaren 1920. de ontdekking van de interactie van elektrische stromen door Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm vestigde zich na hem in 1827 relatie tussen stroom en spanning in draden… Eindelijk, in 1831, ontdekte Michael Faraday wet van elektromagnetische inductie, die ten grondslag liggen aan de werkingsprincipes van de volgende belangrijke uitvindingen: generator, transformator, elektromotor.

Elektriciteit werd een handelsartikel, zoals bekend, dankzij de dynamo, onafhankelijk uitgevonden door de Hongaarse natuurkundige Anzós Jedlik en de Duitse elektrische uitvinder Werner von Siemens in respectievelijk 1861 en 1867. Sindsdien is energieopwekking stevig verankerd op een commercieel pad.

Het moet gezegd dat in die tijd uitvindingen en ontdekkingen bij elke beurt "wachtten".De ideeën van elektrische lamp, dynamo, elektromotor, transformator kristalliseerden als vanzelf op tegenovergestelde delen van de planeet.

Iets soortgelijks gebeurde met de teller, die later werd teruggeroepen door de "auteur" van de inductieteller (en tegelijkertijd de mede-uitvinder transformator) Hongaarse elektrotechnisch ingenieur Otto Titus Blaty: “Wetenschap was als een regenwoud. Het enige wat hij nodig had, was een goede bijl en waar je ook sloeg, kon je een enorme boom omhakken. «

Het eerste patent voor een elektrische meter werd in 1872 verleend aan de Amerikaanse uitvinder Samuel Gardiner. Zijn apparaat meet de tijd die elektriciteit nodig heeft om het oplaadpunt te bereiken. De enige voorwaarde (dit is ook een nadeel van het apparaat) is dat alle aangestuurde lampen op één schakelaar moeten worden aangesloten.

Het creëren van nieuwe principes voor de werking van elektriciteitsmeters houdt rechtstreeks verband met de verbetering en optimalisatie van het elektriciteitsdistributiesysteem. Maar aangezien dit systeem op dat moment nog in ontwikkeling was, was het onmogelijk met zekerheid te zeggen welk principe optimaal zou zijn. Daarom werden meerdere alternatieve versies tegelijkertijd in de praktijk getest.

Hoeveel weegt een kilowatt?

Als de dynamo het bijvoorbeeld mogelijk maakte om aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit op te wekken, dan droeg de Thomas Edison-lamp bij aan de totstandkoming van een uitgebreid verlichtingsnetwerk. Als gevolg hiervan verloor de Gardiner-teller zijn relevantie en werd vervangen door een elektrolytische teller.

In de vroegste fase van het wijdverbreide gebruik van elektriciteitsmeters werd elektriciteit letterlijk "gewogen". De elektrolytische meter, uitgevonden door dezelfde Thomas Alva Edison, werkt volgens dit principe.In feite was de meterteller elektrolytisch, waarbij aan het begin van de telperiode een zeer nauwkeurig gewogen (voor zover toen mogelijk) koperen plaat werd geplaatst.

Als gevolg van de stroomdoorgang door de elektrolyt wordt koper afgezet. Aan het einde van de rapportageperiode is het bord opnieuw gewogen en is het elektriciteitsverbruik verrekend op basis van het verschil in gewicht. Dit principe werd voor het eerst toegepast in 1881 en werd met succes toegepast tot het einde van de 19e eeuw.

Het is opmerkelijk dat deze vergoeding wordt berekend in kubieke voet gas dat werd gebruikt om de verbruikte elektriciteit op te wekken. Dit is hoe een Edison-elektrolyser werd gekalibreerd.Vervolgens rustte Edison zijn apparaat voor het gemak uit met een telmechanisme - anders leek het aflezen van een meetapparaat een proces dat buitengewoon moeilijk was voor de energiebedrijven en volkomen onmogelijk voor de consument. Het gemak voegde echter weinig toe.

Bovendien hadden elektrolytische meters (destijds produceerde Siemens Shuckert een watermeter en Schott & Gen een kwikmeter) nog een belangrijk gemeenschappelijk nadeel. Ze kunnen alleen ampère-uren registreren en blijven ongevoelig voor spanningsschommelingen.

Parallel aan de elektrolytische teller verscheen een slingerteller. Voor het eerst werd het principe van zijn werking beschreven door de Amerikanen William Edward Ayrton en John Perry in hetzelfde jaar 1881. Maar sindsdien, zoals reeds vermeld, vlogen er ideeën in de lucht, het is niet verwonderlijk dat drie jaar later precies dezelfde toonbank werd in Duitsland gebouwd door Hermann Aron.

In verbeterde vorm is de meter voorzien van twee slingers met spoelen die zijn aangesloten op een stroombron. Onder de slinger werden nog twee spoelen met tegengestelde windingen geplaatst.Een slinger, als resultaat van de interactie van de spoelen onder een elektrische belasting, bewoog sneller dan zonder.

De andere daarentegen bewoog langzamer. Tegelijkertijd veranderden de slingers elke minuut van functie om het verschil in de aanvankelijke oscillatiefrequentie te compenseren. Het verschil in verplaatsing wordt verrekend in het telmechanisme. Bij het opstarten werd de klok gestart.

Wind van verandering

Slingertellers waren geen goedkoop "plezier", aangezien ze twee hele klokken bevatten. Tegelijkertijd maakten ze het mogelijk om ampère-uren of wattuur vast te leggen, waardoor ze ongeschikt waren voor wisselstroom.

Een revolutionaire ontdekking op zijn eigen manier wisselstroom, (uiteraard onafhankelijk van elkaar) gemaakt door de Italiaan Galileo Ferraris (1885) en Nikola Tesla (1888), diende als stimulans voor een volgende stap in de verbetering van meetapparatuur.

In 1889 werd een motorteller ontwikkeld. Het werd ontworpen voor General Electric door de Amerikaanse ingenieur Elihu Thomson.

Het apparaat was een ankermotor zonder metalen kern. De spanning over de collector wordt verdeeld over de spoel en de weerstand. De stroom drijft de stator aan, wat resulteert in een koppel dat evenredig is met het product van spanning en stroom. Een permanente elektromagneet die werkt op een aluminium schijf die aan het anker is bevestigd, zorgt voor een remkoppel. Het belangrijkste nadeel van de elektriciteitsmeter is de collector.

Zoals u weet, was er in die tijd geen consensus in de wetenschappelijke gemeenschap over welke van de systemen... gebaseerd op gelijkstroom of wisselstroom — zal het meest veelbelovend zijn… De door Thomson beschreven meter is primair ontworpen voor gelijkstroom.

Ondertussen groeien de argumenten voor wisselstroom, aangezien het gebruik van gelijkstroom geen spanningsveranderingen toelaat en als gevolg daarvan de creatie van grotere systemen. Wisselstroom werd steeds vaker gebruikt en aan het begin van de 20e eeuw begonnen wisselstroomsystemen geleidelijk gelijkstroom te vervangen in de elektrotechnische praktijk.

Dit stelde George Westinghouse (die de patenten van Tesla voor het gebruik van wisselstroom verwierf) voor de taak om elektriciteit te berekenen en deze boekhouding moest zo nauwkeurig mogelijk zijn. In deze periode (ook geassocieerd met de uitvinding van de transformator) werd het apparaat gepatenteerd, wat eigenlijk het prototype was moderne AC-meter… De geschiedenis kent ook meerdere “uitvindersvaders” van de inductieteller.

Het eerste inductiemeetapparaat wordt de «Ferraris-meter» genoemd, hoewel hij het helemaal niet in elkaar heeft gezet. De verdienste van Ferrari is de volgende ontdekking: twee roterende velden, die uit fase zijn met de wisselstroom, veroorzaken de rotatie van een vaste rotor - een schijf of cilinder. Tellers op basis van het inductieprincipe worden nog steeds geproduceerd.

De Hongaarse ingenieur Otto Titus Blaty, ook bekend als de uitvinder van de transformator, stelde zijn versie van de inductiemeter voor. In 1889 ontving hij twee patenten tegelijk, het Duitse nummer 52.793 en het Amerikaanse nummer 423.210, voor een uitvinding die officieel werd aangeduid als de "Alternating Current Electric Counter".

De auteur gaf de volgende beschrijving van het apparaat: “Deze teller bestaat in wezen uit een metalen roterend lichaam, zoals een schijf of cilinder, waarop wordt ingewerkt door twee magnetische velden die uit fase met elkaar zijn.

Deze faseverschuiving is het gevolg van het feit dat het ene veld wordt gegenereerd door de hoofdstroom, terwijl het andere veld wordt gegenereerd door een spoel met hoge zelfinductie die de punten in het circuit waartussen het stroomverbruik wordt gemeten, overbrugt.

De magnetische velden kruisen elkaar echter niet in een omwentelingslichaam, zoals bij het bekende Ferrari-mechanisme, maar gaan onafhankelijk van elkaar door verschillende delen ervan. » De eerste werkbladen geproduceerd door Ganz, waar Blatti werkte, stonden op een houten voetstuk en wogen 23 kg.

Natuurlijk werd tegelijkertijd hetzelfde kenmerk van beide velden ontdekt door een andere pionier op het gebied van elektrotechniek, Oliver Blackburn Shellenberger. En in 1894 ontwikkelde hij een elektriciteitsmeter voor AC-systemen. Het schroefmechanisme zorgde voor koppel.

Deze meter is echter niet geschikt voor het werken met elektromotoren, omdat hij niet het spanningselement levert dat nodig is voor de meting krachtfactor.

Deze toonbank was iets kleiner dan het Blati-apparaat, maar ook behoorlijk omvangrijk en behoorlijk zwaar - hij woog 41 kilogram, dat is meer dan 16 kg. Pas in 1914 werd het gewicht van het apparaat teruggebracht tot 2,6 kg.

Er is geen limiet aan perfectie

Zo kan gesteld worden dat aan het begin van de 20e eeuw de toonbank tot de dagelijkse praktijk is gaan behoren. Dit wordt ook bevestigd door het verschijnen van de eerste meetstandaard. Het werd in 1910 uitgegeven door het American National Standards Institute (ANSI).

Kenmerkend is dat de norm naast het belang van de wetenschappelijke betekenis van meetinstrumenten ook het belang van de commerciële component benadrukt. De eerste bekende meetstandaard van de International Electrotechnical Commission (IEC) dateert uit 1931.

Aan het begin van de 20e eeuw hadden de apparaten een aantal veranderingen ondergaan, zonder rekening te houden met de vermindering van gewicht en afmetingen: uitbreiding van het belastingsbereik, compensatie voor veranderingen in de belastingsfactor, spanning en temperatuur, het uiterlijk van bal lagers en magnetische lagers (die de wrijving aanzienlijk verminderden). De kwaliteitskenmerken van de remelektromagneten en het verwijderen van olie van de steun en het telmechanisme werden verbeterd, wat de levensduur verlengde.

Tegelijkertijd verschenen er nieuwe soorten meters: multitariefmeter, piekbelastingmeter, prepaid energiemeter en driefasige inductiemeters. De laatste maakt gebruik van twee of drie meetsystemen gemonteerd op één, twee of drie schijven. In 1934 verscheen een door Landis & Gyr ontwikkelde actieve en reactieve energiemeter.

Het verdere verloop van de wetenschappelijke en technische vooruitgang, evenals de ontwikkeling van marktverhoudingen, kwam tot uiting in de productie van meetinstrumenten. De ontwikkeling van elektronica had een serieuze impact - in de jaren zeventig verschenen naast inductiemeetapparatuur ook elektronische meetapparatuur. Dit breidde de functionaliteit van de apparaten natuurlijk enorm uit. Allereerst is het zo geautomatiseerde boekhoudsystemen (ASKUE), multi-tariefmodus.

Vervolgens werden de functies van de meter nog verder uitgebreid en gingen ze verder dan de grenzen van alleen energie- en resourcerapportage, waaronder bescherming tegen zichtbare overtredingen, vooruitbetaling, load balancing-controle en een aantal andere functies.Metingen worden gelezen van elektrische netwerken, telefoonlijnen of draadloze datatransmissiekanalen.