विद्युत-मापी

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File:Hydro quebec meter.JPG

उत्तर अमेरिकी घरेलू एनालॉग संकेत बिजली मीटर।

पारदर्शी प्लास्टिक केस के साथ बिजली मीटर (इज़राइल)

File:Hydro Quebec meter solid state.jpg

उत्तरी अमेरिकी घरेलू इलेक्ट्रॉनिक बिजली मीटर

विद्युत-मापी (electricity meter), इलेक्ट्रिक मीटर (electric meter), इलेक्ट्रिकल मीटर (electrical meter), ऊर्जा मीटर (energy meter) या किलोवाट-घंटा मीटर (kilowatt-hour meter) एक ऐसा उपकरण है जो एक घर, एक व्यवसाय या विद्युत संचालित उपकरण द्वारा खपत विद्युत ऊर्जा (electric energy) की मात्रा को मापता है।

विद्युत-मापी या ऊर्जा-मापी एक समय अंतराल में विद्युत की कुल खपत को मापता है।

विद्युत उपयोगिताएँ ग्राहकों के परिसर में स्थापित विद्युत-मापी का उपयोग विद्युत के कर निर्धारण (billing) और निगरानी उद्देश्यों के लिए करती हैं। ये सामान्यतः कर निर्धारण इकाइयों मे अंशांकित होते हैं, जिनमें सबसे सामान्य किलोवाट घंटा (kWh) होता है। इन्हें सामान्यतः प्रत्येक कर निर्धारण अवधि में एक बार पढ़ा जाता है।

जब किसी निश्चित अवधि के दौरान ऊर्जा की बचत वांछित होती है, तो कुछ विद्युत-मापी माँग अर्थात् किसी अंतराल में बिजली के अधिकतम उपयोग को माप सकते हैं। "दिन का समय (Time of day)" मापन, बिजली की दरों को एक दिन के दौरान चरम उच्च-लागत अवधि और सस्ता, कम-लागत, अवधि के दौरान उपयोग को दर्ज करने के लिए परिवर्तित होने की अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, कुछ क्षेत्रों में चरम भार अवधि के दौरान माँग प्रतिक्रिया विद्युत-कटौती के लिए विद्युत-मापी में प्रसारण (relay) होते हैं।

इतिहास

एकदिश धारा (Direct current)

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एक एरन प्रकार डीसी बिजली मीटर दिखा रहा है कि अंशांकन ऊर्जा के बजाय प्रभारी का उपभोग किया गया था

1880 के दशक में विद्युत ऊर्जा के व्यावसायिक उपयोग के रूप में, यह तेजी से महत्वपूर्ण हो गया कि तत्कालीन गैस - मीटर के समान एक ऐसा विद्युत ऊर्जा मीटर हो, जो प्रति माह एक निश्चित संख्या में लैंप के उपयोग के आधार पर कर निर्धारण के स्थान पर ग्राहकों को सुचारू रूप से कर निर्धारण करने की सुविधा प्रदान करे।

डीसी मीटर (DC meter) ने आवेश को एम्पीयर घंटे में मापा। चूंकि आपूर्ति का विभव काफी हद तक स्थिर रहने के कारण मीटर का पाठन वास्तविक ऊर्जा की खपत के समानुपाती था। उदाहरण के लिए, यदि एक मीटर ने दर्ज किया कि 200-वोल्ट की आपूर्ति पर 100 एम्पीयर घंटे की खपत हुई, तो 20 किलोवाट-घंटे की ऊर्जा की आपूर्ति की गई थी।

कई प्रयोगात्मक मीटर विकसित किए गए। थॉमस एडिसन ने पहले प्रत्यक्ष पाठन रजिस्टर के साथ एकदिश धारा (डीसी) विद्युत-यांत्रिक मीटर पर कार्य किया, लेकिन इसके स्थान एक विद्युत-रसायन मापन तंत्र विकसित किया, जिसमें धारा की खपत को पूरा करने के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिका (विद्युत्-अपघटन द्वारा उत्पन्न) का इस्तेमाल किया गया। समय-समय पर प्लेटों को हटा कर वजन किया गया, और ग्राहक का कर निर्धारण किया गया। विद्युत-रसायन मीटर पढ़ने में श्रमसाध्य (labor-intensive) था, लेकिन इसे ग्राहकों द्वारा सुचारू रूप से प्राप्त नहीं किया गया।

File:Reason electricity meter.JPG

एक 'कारण' मीटर

यूनाइटेड किंगडम में इस्तेमाल किया जाने वाला एक प्रारंभिक प्रकार का विद्युत-रसायन मीटर 'तर्क' मीटर था। इसमें मीटर के शीर्ष पर एक पारा संग्रह के साथ एक ऊर्ध्वाधर आरूढ़ित काँच की संरचना सम्मिलित थी। जैसे ही आपूर्ति से धारा खींची जाती थी, तो विद्युत रासायनिक क्रिया पारे को स्तंभ के नीचे स्थानांतरित कर देती थी। अन्य सभी डीसी मीटरों की तरह ही इसमें भी एम्पीयर घंटे दर्ज किए गए। पारा संग्रह समाप्त होने के बाद मीटर एक खुला परिपथ बन जाता था। इसलिए उपभोक्ता के लिए विद्युत की एक और आपूर्ति के लिए भुगतान करना आवश्यक था, जिसके बाद आपूर्तिकर्ता का प्रतिनिधि मीटर को ऊपर से खोल देता था और पारा को संग्रह में भर कर और आपूर्ति को बहाल कर देता था। व्यवहार में उपभोक्ता को आपूर्ति समाप्त होने से पहले आपूर्ति कंपनी का प्रतिनिधि मिल जाता था और केवल पैमाने से पढ़ी गई खपत के लिए शुल्क भुगतान करना होता था। इसके बाद प्रतिनिधि मीटर को उल्टा करके शून्य पर रीसट कर देता था।

वर्ष 1885 में फेरांती ने गैस मीटर के समान एक रजिस्टर के साथ पारा मोटर मीटर (mercury motor meter) प्रस्तुत किया; इसका यह लाभ था कि उपभोक्ता आसानी से मीटर का पाठन कर सकता था और खपत को सत्यापित कर सकता था। डीसी मीटर डॉ. हरमन एरोन द्वारा पहला सटीक और रिकॉर्डिंग विद्युत खपत मीटर था, जिसका पेटेंट उन्होंने वर्ष 1883 में कराया था। ब्रिटिश जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी के ह्यूगो हर्स्ट ने इसे वर्ष 1888 में व्यावसायिक रूप से ग्रेट ब्रिटेन में प्रस्तुत किया था। एरोन के मीटर ने समय के साथ उपयोग किए गए कुल आवेश को दर्ज किया, और इसे घड़ी के मुख (clock dial) की एक श्रृंखला पर प्रदर्शित किया।

प्रत्यावर्ती धारा (Alternating current)

हंगेरियन ओटो ब्लाथी (Ottó Bláthy) के पेटेंट के आधार पर निर्मित एसी किलोवाट-घंटे मीटर का उनके नाम पर पहला नमूना वर्ष 1889 की शीत ऋतु में फ्रैंकफर्ट मेले में गैंज़ वर्क्स द्वारा प्रस्तुत किया गया था, और किलोवाट-घंटे मीटर की पहली खेप को उसी वर्ष के अंत में कारखाने द्वारा पहले से ही व्यावसायीकृत किया गया था। ये पहले प्रत्यावर्ती धारा वाट-घंटे मीटर थे, जिन्हें ब्लैथी-मीटर (Bláthy-meters) के नाम से जाना जाता था।

वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले एसी किलोवाट घंटे मीटर, ब्लैथी के मूल आविष्कार वाले सिद्धांत पर कार्य करते हैं। इसके अतिरिक्त लगभग वर्ष 1889 में, अमेरिकन जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी के एलिहू थॉमसन ने एक लौहहीन धारा परिवर्तक यन्त्र मोटर (ironless commutator motor) पर आधारित एक रिकॉर्डिंग वाट मीटर (वाट-घंटे मीटर) विकसित किया। इस मीटर ने विद्युत रासायनिक प्रकार की कमियों को दूर किया और यह प्रत्यावर्ती या एकदिश धारा पर कार्य कर सकता था।

वर्ष 1894 में वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन के ओलिवर शालेनबर्गर ने पूर्व में केवल एसी एम्पीयर-घंटे-मीटर में प्रयुक्त प्रेरण सिद्धांत को आधुनिक विद्युत-यांत्रिक रूप के एक वाट-घंटे मीटर के उत्पादन के लिए परिपथ में घूर्णन गति को शक्ति के समानुपात बनायी गई एक प्रेरण डिस्क का उपयोग करके लागू किया था। ब्लैथी मीटर, शलेनबर्गर और थॉमसन मीटर के समान थे, जिसमें वे दो-चरण मोटर मीटर होते हैं। हालांकि प्रेरण मीटर केवल प्रत्यावर्ती धारा पर कार्य करता है, इसने थॉमसन संरचना के संवेदनशील और परेशानी वाले कम्यूटेटर (computator) को समाप्त कर दिया। शालेनबर्गर अस्वस्थ हो गए और अपनी प्रारम्भिक बड़ी और भारी संरचना को परिष्कृत करने में असमर्थ रहे, हालांकि उन्होंने एक बहु-चरण संस्करण भी विकसित किया।

इकाइयाँ

पैनल-माउंटेड ठोस अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) बिजली मीटर, एक 2 स्पष्ट बिजली बिजली विद्युत सबस्टेशन से जुड़ा हुआ है।रिमोट करंट और वोल्टेज सेंसर को मोडम द्वारा और स्थानीय रूप से अवरक्त द्वारा दूरस्थ रूप से पढ़ा और प्रोग्राम किया जा सकता है।दो डॉट्स वाला सर्कल इन्फ्रारेड पोर्ट है।छेड़छाड़-स्पष्ट मुहरें देखी जा सकती हैं

विद्युत-मापी पर माप की सबस सामान्य इकाई किलोवाट्ट घंटा [kWh] है, जो एक घंटे में एक किलोवाट के भार द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा या 3,600,000 जूल के बराबर है। कुछ विद्युत कंपनियां इसके स्थाम पर एसआई (SI) मेगाजूल का उपयोग करती हैं।

माँग को सामान्यतः वाट (watt) में मापा जाता है, लेकिन प्रायः एक चौथाई या आधे घंटे की अवधि में औसत निकला जाता है।

प्रतिक्रियाशील शक्ति को "हजारों वोल्ट-एम्पीयर प्रतिक्रियाशील-घंटे", (kvarh) में मापा जाता है। प्रथा के अनुसार, एक मोटर जैसी एक "लैगिंग (lagging)" या आगमनात्मक भार में सकारात्मक प्रतिक्रियाशील शक्ति होती है। एक "अग्रणी", या संधारित्र भार में नकारात्मक प्रतिक्रियाशील शक्ति होती है।

वोल्ट-एम्पीयर (Volt-ampere), प्रतिक्रियाशील और वास्तविक शक्ति सहित वितरण नेटवर्क के माध्यम से गुजरने वाली संपूर्ण शक्ति को मापता है। यह वर्ग-माध्य-मूल वोल्ट (root-mean-square) और एम्पीयर के गुणनफल के बराबर होता है।

भार द्वारा विद्युत धारा के विरूपण को कई तरीकों से मापा जाता है। ऊर्जा घटक प्रतिरोधक (या वास्तविक) शक्ति और वोल्ट-एम्पीयर का अनुपात होता है। एक संधारित्र भार में एक प्रमुख ऊर्जा घटक होता है, और आगमनात्मक भार में एक लैगिंग ऊर्जा घटक होता है। एक विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक भार (जैसे फिलामेंट लैंप, ऊष्मक या केतली) शक्ति कारक "1" को प्रदर्शित करता है। तरंग रूप के विरूपण का एक उपाय, गुणावृत्ति धारा (current harmonics) है। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर विद्युत की आपूर्ति जैसे इलेक्ट्रॉनिक भार अपने आंतरिक भंडारण तत्वों को भरने के लिए वोल्टेज शिखर पर अपना प्रवाह खींचते हैं। यह आपूर्ति वोल्टेज शिखर के पास एक महत्वपूर्ण वोल्टेज के गिरने का कारण बन सकता है जो वोल्टेज तरंग के समतलीकरण के रूप में दिखाई देता है। यह समतलीयता असामान्य अनुरूपता (odd harmonics) का कारण बनता है जो कि विशिष्ट सीमा से अधिक होने पर अनुमेय (permissible) नहीं हैं, क्योंकि वे न केवल व्यर्थ हैं, बल्कि अन्य उपकरणों के संचालन में हस्तक्षेप भी कर सकते हैं। यूरोपीय संघ और अन्य देशों में निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर अनुरूपता उत्सर्जन कानूनी तौर पर अनिवार्य है।

उपयोग की गई ऊर्जा की मात्रा के आधार पर मीटरिंग के अतिरिक्त अन्य प्रकार की मीटरिंग भी उपलब्ध है। विद्युतीकरण के प्रारम्भिक दिनों में इस्तेमाल किए गए आवेश (कूलॉम) की मात्रा को मापने वाले मापक का उपयोग किया जाता था, जिन्हें एम्पीयर घंटे मापक के रूप में जाना जाता था। ये ऊर्जा उपयोग के सटीक माप के लिए स्थिर शेष आपूर्ति वोल्टेज पर निर्भर थे, जो कि अधिकांश आपूर्ति के साथ एक संभावित परिस्थिति नहीं थी। बड़ी बैटरी के आवेशित/अनावेशित स्थिति की निगरानी के लिए विशेष प्रयोजन मापक के संबंध में सबसे सामान्य अनुप्रयोग था। कुछ मापक केवल उस समय की लंबाई को मापते हैं जिसके लिए आवेश प्रवाहित होता है, जिसमें विभव या विद्युत धारा के परिमाण का कोई माप नहीं होता है। ये केवल निरंतर-भार अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं और आजकल संभवतः ही उपयोग किए जाते हैं।

ऑपरेशन

File:ElectricityMeterMechanism.jpg

विद्युत इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन मीटर का तंत्र।1: वोल्टेज कॉइल: प्लास्टिक में फाइन वायर के कई मोड़, लोड के साथ समानांतर में जुड़े।2: वर्तमान कॉइल: मोटी तार के तीन मोड़, लोड के साथ श्रृंखला में जुड़े।3: स्टेटर: ध्यान केंद्रित करता है और चुंबकीय क्षेत्र को सीमित करता है।4: एल्यूमीनियम रोटर डिस्क।5: रोटर ब्रेक मैग्नेट।6: वर्म गियर के साथ स्पिंडल।7: डिस्प्ले डायल: 1/10, 10 और 1000 डायल दक्षिणावर्त घूमते हैं जबकि 1, 100 और 10000 डायल ने वामावर्त को घुमाया

बिजली के मीटर तात्कालिक वाल्ट ेज (वोल्ट) और विद्युत प्रवाह (एम्पेयर ) को लगातार मापने के लिए उपयोग करते हैं (जूलस , किलोवाट-घंटे आदि) में ऊर्जा देने से संचालित होता है।छोटी सेवाओं के लिए मीटर (जैसे छोटे आवासीय ग्राहक) को स्रोत और ग्राहक के बीच सीधे इन-लाइन से जोड़ा जा सकता है।बड़े लोड के लिए, लगभग 200 से अधिक लोड से अधिक, करेंट ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है, ताकि मीटर सेवा कंडक्टर के अनुरूप कहीं और स्थित हो सके।मीटर दो बुनियादी श्रेणियों, इलेक्ट्रोमैकेनिकल और इलेक्ट्रॉनिक में आते हैं।

इलेक्ट्रोमैकेनिकल

बिजली मीटर का सबसे आम प्रकार इलेक्ट्रोमैकेनिकल वाट-घंटे मीटर है। एक एकल-चरण विद्युत शक्ति पर | एकल-चरण एसी आपूर्ति, इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंडक्शन मीटर एक गैर-चुंबकीय, लेकिन विद्युत प्रवाहकीय, धातु डिस्क के क्रांतियों की गिनती करके विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से संचालित होता है, जो शक्ति के लिए आनुपातिक रूप से घूमने के लिए बनाया गया है मीटर से गुजरना। क्रांतियों की संख्या इस प्रकार ऊर्जा उपयोग के लिए आनुपातिक है। वोल्टेज कॉइल एक छोटी और अपेक्षाकृत निरंतर मात्रा में बिजली की खपत करता है, आमतौर पर लगभग 2 वाट जो मीटर पर पंजीकृत नहीं होता है। वर्तमान कॉइल इसी तरह से प्रवाहित होने वाले वर्तमान के वर्ग के अनुपात में थोड़ी मात्रा में बिजली का उपभोग करता है, आमतौर पर पूर्ण लोड पर वाट के एक जोड़े तक, जो मीटर पर पंजीकृत होता है।

डिस्क को प्रेरण कुंडली के दो सेटों द्वारा कार्य किया जाता है, जो कि प्रभाव में, दो चरण रैखिक प्रेरण मोटर है। एक कॉइल इस तरह से जुड़ा हुआ है कि यह वोल्टेज के अनुपात में एक चुंबकीय प्रवाह पैदा करता है और दूसरा विद्युत प्रवाह के अनुपात में एक चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करता है। कॉइल की आगमनात्मक प्रकृति के कारण वोल्टेज कॉइल के क्षेत्र में 90 डिग्री की देरी होती है, और एक अंतराल कॉइल का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाता है। यह डिस्क में एड़ी धाराओं का उत्पादन करता है और प्रभाव ऐसा है कि तात्कालिक वर्तमान और तात्कालिक वोल्टेज के उत्पाद के अनुपात में डिस्क पर एक बल लगाया जाता है।एक स्थायी चुंबक एक [[ भंवर धारा ब्रेक ]] के रूप में कार्य करता है, जो डिस्क के कोणीय वेग के लिए आनुपातिक रूप से एक विरोधी बल को बढ़ाता है।इन दो विरोधी ताकत ों के बीच संतुलन के परिणामस्वरूप डिस्क में गति आनुपातिकता (गणित) पर घूर्णन होता है, जो ऊर्जा उपयोग की शक्ति या दर के लिए होता है।डिस्क एक रजिस्टर तंत्र को चलाता है जो क्रांतियों को गिनता है, एक कार में ओडोमीटर की तरह, उपयोग की जाने वाली कुल ऊर्जा के माप को प्रस्तुत करने के लिए।

अलग -अलग बहुपक्षीय तंत्र अतिरिक्त वोल्टेज और वर्तमान कॉइल का उपयोग करते हैं।

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तीन-चरण इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंडक्शन मीटर, मीटरिंग 100 ए 240/415 वी सप्लाई।क्षैतिज एल्यूमीनियम रोटर डिस्क मीटर के केंद्र में दिखाई देता है

डिस्क को एक स्पिंडल द्वारा समर्थित किया जाता है जिसमें एक गियर#वर्म होता है जो रजिस्टर को चलाता है।रजिस्टर डायल की एक श्रृंखला है जो उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा को रिकॉर्ड करती है।डायल साइकमीटर प्रकार का हो सकता है, एक ओडोमीटर जैसा डिस्प्ले जो पढ़ने में आसान होता है, जहां प्रत्येक डायल के लिए एक एकल संख्यात्मक अंक मीटर के चेहरे में एक खिड़की के माध्यम से दिखाया जाता है, या सूचक प्रकार का जहां एक सूचक प्रत्येक अंक को इंगित करता है।डायल पॉइंटर प्रकार के साथ, आसन्न पॉइंटर्स आमतौर पर गियरिंग तंत्र के कारण विपरीत दिशाओं में घूमते हैं।

डिस्क की एक क्रांति द्वारा दर्शाए गए ऊर्जा की मात्रा को प्रतीक केएच द्वारा दर्शाया गया है जो प्रति क्रांति के वाट-घंटे की इकाइयों में दिया गया है।मान 7.2 आमतौर पर देखा जाता है।केएच के मूल्य का उपयोग करना किसी भी समय स्टॉपवॉच के साथ डिस्क को समय देकर अपनी बिजली की खपत का निर्धारण कर सकता है।

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