Принцип действия однотарифных счетчиков основан на измерении мгновенных значений сигналов тока и напряжения с последующей математической обработкой и интегрированием во времени. Измерение и математическая обработка сигналов тока и напряжения осуществляется специализированной микросхемой, выдающей импульсы пропорциональные потребляемой активной энергии в счетный механизм счетчика. Счетный механизм представляет собой электромеханическое отсчетное устройство или микроконтроллер с энергонезависимой памятью и жидкокристаллическим индикатором.

Многотарифные счетчики изготовлены на базе цифрового сигнального процессора (DSP) со встроенным аналого-цифровым преобразователем, который производит преобразование сигналов, поступающих на его входы от датчиков тока и напряжения, в цифровой код. В качестве датчиков тока используются токовые трансформаторы или шунт, имеющий незначительную линейную погрешность, а в качестве датчика напряжения - резистивный делитель, включенный в параллельную цепь напряжения счетчика.

Процесс измерения и управление всеми функциональными узлами счетчика осуществляется микроконтроллером (или DSP), который реализует алгоритмы в соответствии со специализированной программой, помещённой в его внутреннюю память. Измеренные данные, параметры конфигурации, статусная и иная информация хранятся в энергонезависимой памяти и могут быть считаны по цифровому или оптическому интерфейсам и отображаться на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) счетчика или на установленном вместо ЖКИ электромеханическом отсчетном устройстве.

Многотарифные счетчики производят учет и хранения показаний активной или активной и реактивной электроэнергии по нескольким тарифам, переключение тарифов в счётчике производится внутренним таймером. Ход часов при отсутствии питания обеспечивается с помощью встроенной литиевой батареи в течение 10 лет.

Счетчики имеют энергонезависимую память, сохраняющую данные при отключении питания в течение 20 лет.

Вид измеряемой энергии и мощности, функциональные возможности счетчиков, наличие цифровых интерфейсов и импульсных каналов, а также значения базового и максимального токов определяются модификацией счетчика.

В модельный ряд счетчиков «ТОПАЗ 1» входят счетчики, отличающиеся наличием:

• - реле управления нагрузкой (реле ограничения мощности), максимальный ток 100 А;

• - типами интерфейсов связи (включая возможность установки сменных модулей связи);

• - способом установки (внутри или снаружи помещений);

• - второго измерительного элемента в нулевом проводе.

По устойчивости к климатическим воздействиям счетчики относится к группе 4 по ГОСТ 22261- 94 с расширенным диапазоном рабочих температур.

Степень защиты счетчиков от пыли и влаги, в зависимости от исполнения корпуса, IP51 или IP54 по ГОСТ 14254-80. Счетчики предназначены для установки внутри помещений (IP51) или наружной установки внутри шкафа учета (IP54).

Конструктивно счетчики выполнены в виде электронного модуля, размещенного в корпусе с клеммной колодкой и крышкой клеммной колодки.

Счетчики имеют исполнение корпуса для крепления на DIN-рейку и для крепления на вертикальную поверхность.

Конструкция корпусов счетчиков предусматривает возможность установки пломбы поверителя и завода-изготовителя.

Конструкция клеммных крышек счетчиков предусматривает возможность установки пломбы энергоснабжающей организации.

На лицевой панели могут находиться кнопки, с помощью которых можно изменить режимы работы и отображения на ЖКИ всех измеряемых и вспомогательных величин.

В дополнении к физическим пломбам счетчики обеспечивают контроль посредством электронных пломб вскрытия корпуса счетчика и крышки клеммной колодки.

На лицевой панели имеется световой индикатор, отображающий работу счетчиков.

Счетчики в зависимости от модификации имеют импульсные гальванически развязанные выходы для активной энергии (на прямое и обратное направление) и реактивной энергии.

На лицевой панели счетчиков может быть расположена дополнительная кнопка контрастирующего цвета, позволяющая при заданных режимах включить или выключить в ручном режиме реле ограничения мощности.

Питание счетчиков осуществляется от измерительных цепей напряжения.

Электромеханическое отсчетное устройство, состоит из сегментов разделенных фиксированной запятой. В зависимости от серии и модификации, до запятой, пять или шесть сегментов для отображения целого значения энергии в кВтч и одного сегмента выделенного красным цветом, после запятой, для отображения десятых долей в кВт^ч.

В базовом исполнении жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), отображает информацию с помощью семиразрядного числа с плавающей запятой. Первые шесть цифр до запятой, отображают целое значение электроэнергии в кВтч, одна цифра после запятой, десятая доля кВтч.

Параметры базового исполнения ЖКИ многотарифных счетчиков:

• - количество строк - 3;

• - количество знакомест в каждой строке - 20;

• - время отображения каждого параметра, не менее 1 с.

Символы, отображающиеся на дисплее счётчиков:

• - учтенная активная (реактивная) энергия всего и раздельно по тарифам кВтч (квар^ч);

• - символ отображения значения потребленной активной или реактивной энергии по текущему тарифу: общее; по дневному тарифу; по ночному тарифу; по полупиковому тарифу; по тарифу субботних, воскресных и праздничных дней (Т0; Т1; Т2; Т3; Т4);

• - режим учёта активной энергии в обратном направлении;

• - режим установления связи с компьютером;

• - символ, указывающий на низкий заряд батареи;

• - символ, указывающий, что реле ограничения мощности разомкнуто;

• - символ записи события или ошибки.

В зависимости от модификации ЖКИ может быть заменено на индикатор другого типа и исполнения.

В автоматическом режиме срабатывание реле происходит по превышению мгновенной мощности (кВт), значение которого программируется. Шаг задания максимальной мощности равен 0,1 кВт, также можно задать время задержки на отключение.  По согласованию с

заказчиком алгоритм срабатывания реле ограничения мощности может быть изменен.

В некоторых модификациях счетчиков установлен второй измерительный элемент (шунт или трансформатор). Данная функция повышает степень защиты от хищения электроэнергии, когда при возникновении разницы токов в фазном и нулевом проводах, превышающее значение 12,5%, загорается световой индикатор неравенства токов «1ф^Ю».

В зависимости от серии и модификации счетчики имеют следующие цифровые интерфейсы:

- оптический порт в соответствии со стандартом ГОСТ Р МЭК 61107-2001;

- RS-485.

В зависимости от модификации внутри корпуса счетчиков могут быть установлены незаменяемые модули связи:

- PLC модуль;

- Радио модуль;

- ZigBee модуль;

- GSM/GPRS модуль.

В зависимости от модификации счетчики могут иметь пломбируемый отсек для установки сменных модулей связи:

- PLC модуль;

- Радио модуль;

- ZigBee модуль;

- GSM/GPRS модуль.

Доступ к параметрам и данным со стороны интерфейсов связи защищен паролями на программирование и управление нагрузкой по команде оператора (два уровня доступа). Метрологические коэффициенты и заводские параметры защищены аппаратной технологической перемычкой защиты записи (аппаратный уровень доступа) и не доступны без снятия пломб завода-изготовителя и нарушения оттиска поверительного клейма.

Кроме механического пломбирования в счетчиках может быть предусмотрено электронное пломбирование крышки корпуса и клеммной крышки счетчика. Электронные пломбы работают как во включенном состоянии, так и, в зависимости от модификации счетчика, в выключенном состоянии счетчика. Факт и время вскрытия фиксируется в соответствующих журналах событий.

Многотарифные счетчики ведут учет энергии в четырех (если заказчиком не оговорено иначе) основных тарифных зонах, по тридцати двум типам дней, по семи дням недели в двенадцати сезонах. Дискретизация тарифной зоны составляет 1 минуту. В суточном тарифном расписании, возможно, задать 16 временных интервалов действия требуемых тарифов. Тарификатор счетчика использует тарифное расписание и расписание праздничных и особых дней. Особые дни включают в себя список перенесенных праздничных дней. Расписание праздничных и особых дней позволяет изменить тарификацию по типу дня, не изменяя тарифного расписания.

Счетчики ведут архивы тарифицированной учтенной энергии (активной или активной и реактивной). Через интерфейсы связи доступны следующие архивы:

- суточные фиксации (нарастающим итогом); фиксация производится на последней секунде суток;

- месячные фиксации (нарастающим итогом); фиксация производится на последней секунде последнего дня текущего месяца;

- профили мощности (энергии) с программируемым временем интегрирования от 1 до 60 минут.

Минимальные глубины хранения данных в энергонезависимой памяти определяются при программировании на заводе-изготовителе, в соответствии с требованиями МРСК и заказчика.

В зависимости от модификации счетчики ведут определенный набор журналов событий, в которых фиксируются следующие события:

- коррекции времени и даты;

- вскрытия корпуса счетчика;

- вскрытия клеммной крышки;

- установка/снятие технологической перемычки на плате счетчика;

- начало и прекращение воздействия магнитного поля;

- последний сеанс подключения по одному из интерфейсов;

- срабатывания реле ограничения мощности и причина отключения;

- снятие и возобновление подачи напряжения;- пониженное напряжение питания (ниже заданного порога);

- минимальные и максимальные значения фазного напряжения на 30-минутных интервалах;

- реверсивное протекание тока;

События фиксируются в журналах с указанием времени и даты события. Глубина хранения данных в энергонезависимой памяти определяется требованиями МРСК и заказчика. Уничтожение записей в журналах защищено аппаратной технологической перемычкой защиты записи и не возможно без вскрытия корпуса счетчика.

Список отображаемых параметров и информации при помощи кнопки просмотра может быть запрограммирован при помощи программного обеспечения верхнего уровня. Набор доступных параметров зависит от модификации счетчика. В общем случае счетчики позволяют считывать с ЖКИ при помощи кнопки просмотра следующую информацию:

- текущие показания счетчика по активной (или активной и реактивной) энергии в прямом или обратном направлении с разрешающей способностью 0,1 кВт^ч (квар^ч);

• - активная (или активная и реактивная) мощность с разрешающей способностью 0,001 кВт/квар;

• - тарифное расписание;

• - текущий тариф;

• - действующие значения сети: напряжение с разрешающей способностью 0,1 В; ток с разрешающей способностью 0,01 А; частота с разрешающей способностью 0,1 Гц;

• - текущие дата и время.

Счетчики предназначены для использования в составе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) и передачи с помощью имеющихся в составе счетчика интерфейсов измеренных или вычисленных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электрической энергии, а также для автономного использования.

Функциональные возможности счетчиков отражены в условном обозначении модификаций и представлены на рисунке 1.

ТОПАЗ 1 Х Х - Х Х - Х Х Х - Х Х Х

• I------Тип модуля связи:

встроенный

П - PLC модуль Ф - RF модуль

• 3 - ZigBee модуль

Д - GSM/GPRS модуль сменный НП - PLC модуль НФ - RF модуль НЗ - ZigBee модуль НД - GSM/GPRS модуль

--------Дополнительные опции:

В - встроенное реле отключения нагрузки ---------Тип интерфейса:

О - оптический (инфракрасный) порт

• 4 - интерфейс RS-485

--------------Тип отсчетного элемента:

M - ЭМОУ Э - ЖКИ

---------------Тип корпуса:

Р1 и Р5- на Din-рейку однофазный C1 - на панель однофазный С3 - на панель однофазный со сменным модулем связи.

-----------------Датчик тока:

Ш - шунт

Ш2 - два шунта ШТ - шунт и трансформатор тока T - трансформатор тока

-----------------------Класс точности: 1; 0,5S ----------------------Базовый (максимальный) ток:

• 5 (60); 10 (100).

-I--------------------------------Серия:

• 1 - однотарифный на Din-рейку

• 2 - однотарифный на панель

• 3 - многотарифный на Din-рейку

• 4 - многотарифный на панель

• 5 - многотарифный на панель со сменным модулем связи

• 6 - резерв

• 7 - резерв

• 8 - резерв

• 9 - резерв

-I---------------------------Вид учитываемой энергии:

0 - активная энергия

1 - активной и реактивной энергии -------------------------------1- однофазный счетчик

Рисунок 1 - Структура условного обозначения модификаций счетчиков «ТОПАЗ 1»

Фотографии модификаций счётчиков с местами опломбирования и место установки пломбы с оттиском знака поверки представлены на рисунках 2 -4.

Пломба ОТК завода

Пломба энергоснабжающей организации

Пломба с оттиском знака поверки

Рисунок 2 - Общий вид модификации счетчика ТОПАЗ 101 исполнение Р1

Пломба с оттиском знака поверки

Пломба ОТК завода

Рисунок 3 - Общий вид модификации счетчика ТОПАЗ 102

Пломба с оттиском знака поверки

Пломба энергоснабжающей организации

Рисунок 4 - Общий вид модификации счетчика ТОПАЗ 101 исполнение Р5

Таблица 4 - Комплектность

счетчиков приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Метрологические характеристики

Таблица 3 - Технические характеристики