عداد الكهرباء

طُوِّرت أنواع تجريبية عديدة من العدادات. في البداية، عمل توماس إديسون على عداد كهروميكانيكي يعمل بالتيار المستمر مع مسجل قراءة مباشر، لكنه طوّر لاحقًا نظام قياس كهروكيميائيًا يستخدم خلية إلكتروليتية لحساب إجمالي استهلاك التيار. تُزال الألواح على فترات دورية وتُوزن، ثم تُصدر الفاتورة للعميل. كان قراءة العداد الكهروكيميائي عملية شاقة، ولم يلقَ استحسانًا لدى العملاء.

كانت عدادات التيار المستمر تقيس الشحنة عادةً بوحدة أمبير ساعة. وبما أن جهد المصدر يجب أن يظل ثابتًا تقريبًا، فإن قراءة العداد تتناسب طرديًا مع الطاقة الفعلية المستهلكة. على سبيل المثال، إذا سجل العداد  استهلاك 100 أمبير ساعة على مصدر جهد 200 فولت، فهذا يعني أن  الطاقة المُزوَّدة هي 20 كيلوواط ساعة.

في عام 1885، طرحت شركة فيرانتي عدادًا يعمل بمحرك زئبقي مزودًا بلوحة تسجيل مشابهة لعدادات الغاز؛ تميز هذا العداد بسهولة قراءة المستهلك له والتحقق من استهلاكه. ^{[ 2 ]} ومن بين العدادات الكهرومغناطيسية المبكرة الأخرى ذات القراءات المرئية، عداد التيار المستمر الذي صممه هيرمان آرون ، والذي حصل على براءة اختراعه عام 1884. ^{[ 3 ]} وقام هوغو هيرست ، من شركة جنرال إلكتريك البريطانية، بطرحه تجاريًا في بريطانيا العظمى ابتداءً من عام 1888. ^{[ 4 ]} وكان عداد الطاقة الذي صممه آرون (والذي تم تعديله لاحقًا ليعمل مع التيار المتردد) يسجل إجمالي الشحنة المستهلكة بمرور الوقت، ويعرضها على سلسلة من أقراص الساعة.

تم تطوير العدادات الكهروكيميائية لتُقرأ قراءتها مباشرةً، مثل عداد باستيان الإلكتروليتي الذي اختُرع عام 1897، ^{[ 5 ] : 76} ، وعداد رايت الإلكتروليتي أو عداد "ريزون" الذي سُجّل كبراءة اختراع عام 1900. ^{[ 5 ]} يتكون عداد رايت، المستخدم بشكل رئيسي في المملكة المتحدة، ^{[ 6 ]} من هيكل زجاجي مُثبّت رأسيًا مع خزان زئبقي في أعلى العداد. عند سحب التيار من مصدر الطاقة، ينقل التفاعل الكهروكيميائي الزئبق إلى أسفل العمود. يشير ارتفاع الزئبق إلى إجمالي الشحنة. ^{[ 7 ] [ 8 ]} يجب إعادة ضبط العداد إلى الصفر قبل نفاد الزئبق. تتم إعادة الضبط بقلب العداد، مما يُعيد الزئبق إلى الخزان. ^{[ 8 ]}

قدّمت شركة غانز ووركس أول نموذج لعداد الكيلوواط/ساعة للتيار المتردد ، المُصنّع بناءً على براءة اختراع المجري أوتو بلاثي والذي سُمّي باسمه، في معرض فرانكفورت خريف عام 1889. وفي نهاية العام نفسه، طرحت الشركة أول عداد كيلوواط/ساعة يعمل بالحث في الأسواق. وكانت هذه أول عدادات واط/ساعة للتيار المتردد، والمعروفة باسم عدادات بلاثي. ^{[ 9 ]} وتعمل عدادات الكيلوواط/ساعة للتيار المتردد المستخدمة حاليًا وفقًا للمبدأ نفسه الذي اعتمده اختراع بلاثي الأصلي. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} وفي عام 1889 تقريبًا، طوّر إيليهو طومسون، من شركة جنرال إلكتريك الأمريكية ، عداد واط/ساعة للتسجيل يعتمد على محرك ذي مبدل بدون حديد. وقد تغلّب هذا العداد على عيوب النوع الكهروكيميائي، وكان بإمكانه العمل على التيار المتردد أو التيار المستمر. ^{[ 14 ]}

في عام ١٨٩٤، طبّق أوليفر شالينبرغر، من شركة ويستنغهاوس إلكتريك، مبدأ الحثّ الذي كان يُستخدم سابقًا ^{[ ١٥ ]} فقط في عدادات أمبير ساعة التيار المتردد، لإنتاج عداد واط ساعة بالشكل الكهروميكانيكي الحديث، باستخدام قرص حثّي تتناسب سرعة دورانه مع القدرة في الدائرة. ^{[ ١٦ ] [ ١٧ ]} كان عداد بلاثي مشابهًا لعدادي شالينبرغر وتومسون من حيث كونه عدادًا ثنائي الطور للمحركات. ^{[ ١٠ ]} على الرغم من أن عداد الحثّ كان يعمل فقط على التيار المتردد، إلا أنه استغنى عن المبدل الحساس والمعقد في تصميم تومسون. مرض شالينبرغر ولم يتمكن من تحسين تصميمه الأولي الكبير والثقيل، مع أنه طوّر أيضًا نسخة متعددة الأطوار.

في عام 1902، حصل ويليام موريس موردي وجاي كاري فريكر على براءة اختراع عداد الكهرباء موردي-فريكر ، الذي كان يعمل وفق مبدأ مختلف عن العدادات التي تعمل بمحركات كهربائية، حيث يستخدم آلية ساعة تتذبذب عجلة توازنها بمعدل يتناسب طرديًا مع التيار. وكان مناسبًا لكل من التيار المستمر والتيار المتردد دون أي خطأ في التردد، وقد صُمم للاستخدام في التركيبات المنزلية الصغيرة التي تتراوح بين 12 و30 مصباحًا. ^{[ 18 ]}

أكثر أنواع عدادات الكهرباء شيوعاً هو عداد الواط/ساعة الكهروميكانيكي . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

في حالة التيار المتردد أحادي الطور ، يعمل مقياس الحث الكهروميكانيكي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي ، وذلك بحساب دورات قرص معدني غير مغناطيسي ولكنه موصل للكهرباء، يدور بسرعة تتناسب مع القدرة المارة عبر المقياس. وبالتالي، يتناسب عدد الدورات طرديًا مع استهلاك الطاقة. يستهلك ملف الجهد كمية صغيرة وثابتة نسبيًا من الطاقة، عادةً حوالي 2 واط، وهي غير مسجلة على المقياس. وبالمثل، يستهلك ملف التيار كمية صغيرة من الطاقة تتناسب مع مربع التيار المار فيه، عادةً ما يصل إلى بضعة واط عند الحمل الكامل، وهي القيمة المسجلة على المقياس.

يتأثر القرص بمجموعتين من ملفات الحث ، تُشكلان معًا محرك حث خطي ثنائي الطور . يُوصل أحد الملفين بحيث يُنتج تدفقًا مغناطيسيًا يتناسب مع الجهد، بينما يُنتج الآخر تدفقًا مغناطيسيًا يتناسب مع التيار . يتأخر مجال ملف الجهد بمقدار 90 درجة، نظرًا لطبيعته الحثية، ويُعاير باستخدام ملف تأخير. ^{[ 22 ]} يُولد هذا تيارات دوامية في القرص، ويكون تأثيرها أن قوة تُسلط على القرص تتناسب مع حاصل ضرب التيار اللحظي والجهد اللحظي. يعمل مغناطيس دائم كمكبح للتيارات الدوامية ، مُسلطًا قوة معاكسة تتناسب مع سرعة دوران القرص. ينتج عن التوازن بين هاتين القوتين المتعاكستين دوران القرص بسرعة تتناسب مع القدرة أو معدل استهلاك الطاقة. يقوم القرص بتشغيل آلية تسجيل تحسب الدورات، تمامًا مثل عداد المسافات في السيارة، من أجل قياس إجمالي الطاقة المستخدمة.

تستخدم التكوينات الطورية المختلفة ملفات جهد وتيار إضافية.

يُثبَّت القرص بواسطة محور مزود بترس دودي يُشغِّل العداد. يتكون العداد من سلسلة من الأقراص التي تُسجِّل مقدار الطاقة المُستخدَمة. قد تكون هذه الأقراص من نوع عداد الدوران ، وهو شاشة عرض سهلة القراءة تُشبه عداد المسافات، حيث يُظهر كل قرص رقمًا واحدًا من خلال نافذة في واجهة العداد، أو من نوع المؤشر، حيث يُشير مؤشر إلى كل رقم. في نوع المؤشر، تدور المؤشرات المتجاورة عادةً في اتجاهين متعاكسين بفضل آلية التروس.

يُرمز إلى كمية الطاقة التي تُمثلها دورة واحدة للقرص بالرمز Kh، وتُقاس بوحدة واط-ساعة لكل دورة. القيمة الشائعة هي 7.2. باستخدام قيمة Kh، يُمكن تحديد استهلاك الطاقة في أي وقت عن طريق قياس زمن دوران القرص باستخدام ساعة توقيت.

${\displaystyle P={{3600\cdot Kh} \over t}}$.

أين:

t = الزمن بالثواني الذي يستغرقه القرص لإكمال دورة واحدة،

P = القدرة بالواط.

على سبيل المثال، إذا كانت قيمة Kh تساوي 7.2 كما هو موضح أعلاه، واستغرقت دورة واحدة 14.4 ثانية، فإن القدرة تساوي 1800 واط. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد استهلاك الطاقة للأجهزة المنزلية عن طريق تشغيلها واحدًا تلو الآخر.

يجب قراءة معظم عدادات الكهرباء المنزلية يدويًا، إما بواسطة مندوب من شركة الكهرباء أو بواسطة المستهلك. في حال قيام المستهلك بقراءة العداد، يمكنه إرسال القراءة إلى شركة الكهرباء عبر الهاتف أو البريد أو الإنترنت . عادةً ما تطلب شركة الكهرباء زيارة من مندوبها مرة واحدة على الأقل سنويًا للتحقق من القراءات التي يقدمها المستهلك وإجراء فحص سلامة أساسي للعداد.

في أجهزة القياس الحثية، يُعدّ الزحف ظاهرةً قد تؤثر سلبًا على الدقة، وتحدث عندما يدور قرص الجهاز باستمرار مع تطبيق جهد كهربائي ودائرة مفتوحة لأطراف الحمل. ويُطلق على اختبار الخطأ الناتج عن الزحف اسم اختبار الزحف.

هناك معياران يحكمان دقة العداد، وهما ANSI C12.20 لأمريكا الشمالية و IEC  62053.

تعرض العدادات الإلكترونية الطاقة المستهلكة على شاشة LCD أو LED، ويمكن لبعضها إرسال القراءات إلى مواقع بعيدة. إضافةً إلى قياس الطاقة المستهلكة، تسجل بعض العدادات الإلكترونية معايير أخرى للحمل والإمداد، مثل معدل الاستهلاك اللحظي والأقصى، والفولتية، ومعامل القدرة، والطاقة التفاعلية المستخدمة، وغيرها. كما تدعم هذه العدادات نظام الفوترة حسب وقت الاستهلاك، على سبيل المثال، بتسجيل كمية الطاقة المستهلكة خلال ساعات الذروة وخارجها.

يحتوي العداد على مصدر طاقة، ومحرك قياس، ومحرك معالجة واتصال (أي وحدة تحكم دقيقة )، ووحدات إضافية أخرى مثل ساعة الوقت الحقيقي (RTC)، وشاشة عرض بلورية سائلة، ومنافذ/وحدات اتصال بالأشعة تحت الحمراء، وما إلى ذلك.

يُزوَّد محرك القياس بمدخلات الجهد والتيار، ويحتوي على مرجع جهد، ووحدات أخذ عينات، ومُكمِّمات، يليها قسم تحويل تناظري إلى رقمي لإنتاج المكافئات الرقمية لجميع المدخلات. ثم تُعالَج هذه المدخلات باستخدام معالج إشارات رقمي لحساب معلمات القياس المختلفة.

يُعدّ انحراف المضخم الأولي المصدر الأكبر للأخطاء طويلة الأمد في جهاز القياس، يليه دقة مرجع الجهد. ويتغير كلا هذين العاملين بتغير درجة الحرارة، ويتغيران بشكل كبير عند استخدام أجهزة القياس في الهواء الطلق. ويُشكّل تحديد خصائص هذين العاملين والتعويض عنهما جزءًا أساسيًا من تصميم أجهزة القياس.

يتولى قسم المعالجة والاتصالات مسؤولية حساب الكميات المشتقة المختلفة من القيم الرقمية التي يُنتجها محرك القياس. كما يتولى هذا القسم مسؤولية التواصل باستخدام بروتوكولات متنوعة والتفاعل مع وحدات إضافية أخرى متصلة به كوحدات تابعة.

تُلحق وحدة الساعة الحقيقية (RTC) ووحدات إضافية أخرى كوحدات تابعة لقسم المعالجة والاتصال لتنفيذ وظائف الإدخال والإخراج المختلفة. في العدادات الحديثة، تُنفذ معظم هذه الوظائف، إن لم تكن جميعها، داخل المعالج الدقيق، مثل وحدة الساعة الحقيقية، ووحدة التحكم بشاشة LCD، ومستشعر درجة الحرارة، والذاكرة، ومحولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية.

تُعد قراءة العدادات عن بُعد مثالًا عمليًا على القياس عن بُعد . فهي توفر تكلفة قارئ العدادات البشري وما ينتج عنها من أخطاء، كما تتيح إجراء المزيد من القياسات وتوفير الخدمة عن بُعد. وتتضمن العديد من العدادات الذكية الآن مفتاحًا لقطع الخدمة أو استعادتها.

تاريخياً، كان بإمكان العدادات الدوارة الإبلاغ عن معلومات القياس عن بعد، باستخدام زوج من نقاط التلامس الكهربائية المتصلة بخط KYZ .

واجهة KYZ هي عبارة عن وصلة من النوع C يتم توصيلها بالعداد. في هذه الواجهة، يعمل السلكان Y وZ كوصلات تبديل، حيث يتم توصيلهما بالطرف K لقياس كمية الطاقة. عند إغلاق إحدى الوصلتين، تُفتح الأخرى لضمان دقة العد. ^{[ 23 ]} يُعتبر كل تغيير في حالة الوصلة نبضة واحدة. يشير تردد النبضات إلى استهلاك الطاقة، بينما يشير عددها إلى الطاقة المقاسة. ^{[ 24 ]} عند دمجها في عداد كهروميكانيكي، يتغير وضع المرحل مع كل دورة كاملة أو نصف دورة لقرص العداد. يُطلق على كل تغيير في الحالة اسم "نبضة".

كانت مخرجات KYZ تاريخياً متصلة بـ "مرحلات العداد الإجمالي" التي تغذي "العداد الإجمالي" بحيث يمكن قراءة العديد من العدادات دفعة واحدة في مكان واحد.

تُعدّ مخارج KYZ الطريقة التقليدية لتوصيل عدادات الكهرباء بوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، وأنظمة التكييف والتهوية، أو غيرها من أنظمة التحكم. كما توفر بعض العدادات الحديثة دائرة إغلاق تنبيهية تُصدر تحذيراً عند رصد العداد طلباً قريباً من تعريفة كهرباء أعلى ، وذلك لتحسين إدارة جانب الطلب .

يُعرّف معيار EN 62053-31 (المعروف سابقًا باسم DIN 43864) واجهة S0 ، وهي عبارة عن مخرج جامع مفتوح معزول كهربائيًا . ويُحدد الجهد والتيار بـ 27 فولت و27 مللي أمبير على التوالي. تُنتج كل كمية مُقاسة من الطاقة الكهربائية نبضة واحدة بطول يتراوح بين 32 و100 مللي ثانية. يُمكن برمجة ثابت العداد (عدد النبضات لكل كيلوواط ساعة) في بعض العدادات، ولكنه غالبًا ما يكون ثابتًا عند 1000-10000 نبضة لكل كيلوواط ساعة . تُطبّق عدادات أخرى واجهة نبضات مماثلة، ولكن باستخدام مصباح LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء بدلًا من التوصيل الكهربائي. تُستخدم هذه الواجهة أيضًا في أنواع أخرى من العدادات، مثل عدادات المياه.

تحتوي العديد من العدادات المصممة للقراءة شبه الآلية على منفذ تسلسلي يتصل عبر مؤشر LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء من خلال لوحة العداد. في بعض المباني متعددة الوحدات، يُستخدم بروتوكول مشابه، ولكن عبر ناقل سلكي باستخدام حلقة تيار تسلسلية لتوصيل جميع العدادات بمقبس واحد. غالبًا ما يكون هذا المقبس قريبًا من نقطة يسهل الوصول إليها.

في الاتحاد الأوروبي، يُعد بروتوكول "FLAG" الأكثر شيوعًا في مجال الأشعة تحت الحمراء، وهو نسخة مبسطة من الوضع C في معيار IEC 61107. أما في الولايات المتحدة وكندا، فيُفضل استخدام بروتوكول ANSI C12.18 . وتستخدم بعض العدادات الصناعية بروتوكولات خاصة بوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، مثل Modbus أو DNP3 .

أحد البروتوكولات المقترحة لهذا الغرض هو DLMS/COSEM ، الذي يعمل عبر أي وسيط، بما في ذلك المنافذ التسلسلية. ويمكن نقل البيانات عبر Zigbee أو Wi-Fi أو خطوط الهاتف أو حتى عبر خطوط الكهرباء نفسها . كما يمكن قراءة بعض العدادات عبر الإنترنت. وتنتشر أيضاً بروتوكولات أخرى أكثر حداثة، مثل OSGP (بروتوكول الشبكة الذكية المفتوحة).

تستخدم العدادات الإلكترونية الآن تقنيات الراديو منخفضة الطاقة ، وشبكات GSM و GPRS ، وتقنية البلوتوث ، والأشعة تحت الحمراء (IrDA) ، بالإضافة إلى وصلة RS-485 السلكية. تستطيع هذه العدادات تخزين بيانات الاستهلاك كاملةً مع الطوابع الزمنية، وإرسالها بضغطة زر. تشير قراءات الطلب المخزنة مع البيانات إلى احتياجات العميل من الطاقة بدقة. تُعالج بيانات استهلاك الطاقة هذه في شركات المرافق لأغراض الفوترة والتخطيط.

يشير مصطلحا AMR ( قراءة العدادات الآلية ) و RMR (قراءة العدادات عن بُعد) إلى أنظمة مختلفة تسمح بفحص العدادات عن بُعد، دون الحاجة إلى إرسال قارئ عدادات. ويمكن للعداد الإلكتروني إرسال قراءاته عبر خط الهاتف أو الراديو إلى مكتب الفوترة المركزي.

قد تستخدم المنشآت التجارية والصناعية الكبيرة عدادات إلكترونية تسجل استهلاك الطاقة على فترات لا تتجاوز نصف ساعة. ويعود ذلك إلى أن معظم شبكات الكهرباء تشهد ارتفاعات مفاجئة في الطلب على مدار اليوم، وقد ترغب شركات الكهرباء في تقديم حوافز سعرية للمستهلكين الكبار لخفض استهلاكهم خلال هذه الفترات. وغالبًا ما تتزامن هذه الارتفاعات مع أوقات الوجبات، أو، كما هو معروف، مع الإعلانات التي تقاطع البرامج التلفزيونية الشهيرة ، مثل برنامج " العودة إلى التلفزيون" .

من الوسائل الفعّالة لتقليل استهلاك الطاقة المنزلية توفير معلومات فورية ومريحة للمستخدمين لتمكينهم من تعديل سلوكهم في استهلاك الطاقة. وقد ظهرت مؤخرًا شاشات عرض منخفضة التكلفة لقياس استهلاك الطاقة، قادرة على قياس الطاقة (واط-ساعة)، والطاقة اللحظية (واط)، بالإضافة إلى قياس جهد التيار الكهربائي، والتيار، ووقت التشغيل، والطاقة الظاهرية ، وتسجيل ذروة الواط وذروة التيار، مع إمكانية ضبط الساعة يدويًا. كما يمكن للشاشة عرض استهلاك الطاقة على مدار الأسبوع بيانيًا. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

أظهرت دراسة أجرتها شركة هايدرو ون في 500 منزل في أونتاريو، باستخدام عداد استهلاك كهربائي سهل القراءة ، انخفاضًا متوسطًا بنسبة 6.5% في إجمالي استهلاك الكهرباء مقارنةً بمجموعة ضابطة مماثلة الحجم. وبناءً على نجاح التجربة، قدمت هايدرو ون أجهزة مراقبة استهلاك الطاقة مجانًا لـ 30,000 عميل. ^{[ 27 ]} وتقوم مشاريع مثل جوجل باورميتر بجمع المعلومات من العدادات الذكية وتوفيرها للمستخدمين بسهولة أكبر لتشجيع ترشيد استهلاك الطاقة. ^{[ 28 ]}

تقيس عدادات الكهرباء الموصولة بالكهرباء (أو عدادات استهلاك الطاقة) الطاقة التي تستهلكها الأجهزة الكهربائية بشكل فردي. تتوفر اليوم في الأسواق نماذج متنوعة، لكنها جميعًا تعمل وفق المبدأ الأساسي نفسه: توصيل العداد بمأخذ كهربائي، ثم توصيل الجهاز المراد قياس استهلاكه بالعداد. تُسهم هذه العدادات في ترشيد استهلاك الطاقة من خلال تحديد الأجهزة الأكثر استهلاكًا للطاقة، أو تلك التي تستهلك طاقة زائدة في وضع الاستعداد . كما يمكن الاستعانة بمصادر الإنترنت، إذا كان تقدير استهلاك الطاقة كافيًا لأغراض البحث. غالبًا ما يُمكن استعارة عداد الطاقة من هيئات الكهرباء المحلية ^{[ 29 ]} أو من المكتبة العامة المحلية. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

قد يرغب مزودو الكهرباء في فرض تعريفات مختلفة على عملائهم في أوقات مختلفة من اليوم لتعكس بشكل أفضل تكاليف التوليد والنقل. ونظرًا لعدم جدوى تخزين كميات كبيرة من الكهرباء خلال فترات انخفاض الطلب لاستخدامها خلال فترات ارتفاعه، فإن التكاليف ستختلف اختلافًا كبيرًا باختلاف وقت اليوم. قد تستغرق محطات التوليد منخفضة التكلفة (الحمل الأساسي)، مثل المحطات النووية، ساعات طويلة للتشغيل، مما يعني وجود فائض في أوقات انخفاض الطلب، بينما يجب إبقاء محطات التوليد عالية التكلفة والمرنة (مثل التوربينات الغازية) متاحة للاستجابة الفورية (الاحتياطي الدوار) لذروة الطلب، وقد تُستخدم لبضع دقائق فقط يوميًا، وهو أمر مكلف للغاية.

تستخدم بعض عدادات التعريفة المتعددة تعريفات مختلفة لكميات الطلب المختلفة. وعادةً ما تكون هذه عدادات صناعية.

تسمح عدادات الاستهلاك المنزلي ذات التعريفة المتغيرة عمومًا بتعريفتين أو ثلاث تعريفات ("الذروة"، "خارج الذروة"، و"الفترة الانتقالية")، وفي مثل هذه التركيبات، يمكن استخدام مفتاح زمني كهروميكانيكي بسيط. تاريخيًا، غالبًا ما استُخدمت هذه العدادات بالتزامن مع سخانات التخزين الكهربائية أو أنظمة تخزين المياه الساخنة .

يتم تسهيل التعرفات المتعددة بواسطة عدادات وقت الاستخدام (TOU) التي تتضمن أو متصلة بمفتاح زمني والتي تحتوي على سجلات متعددة.

قد يتم التبديل بين التعرفات عبر التحكم في التموج ، أو عبر مفتاح يعمل لاسلكيًا. من حيث المبدأ، يمكن استخدام مفتاح زمني مغلق، ولكنه يُعتبر أكثر عرضة للتلاعب للحصول على كهرباء أرخص.

يُعدّ التبديل المُفعّل لاسلكيًا شائعًا في المملكة المتحدة، حيث تُرسل إشارة بيانات ليلية عبر الموجة الطويلة لإذاعة بي بي سي 4 ، بتردد 198  كيلوهرتز. عادةً ما تكون فترة الشحن خارج أوقات الذروة سبع ساعات بين منتصف الليل والساعة 7:00 صباحًا بتوقيت غرينتش/التوقيت الصيفي البريطاني، وهي مُصممة لتشغيل سخانات التخزين وسخانات الغمر . في المملكة المتحدة، تُعرف هذه التعريفات عادةً باسم "إيكونومي 7" أو "العداد الأبيض" أو "السعر المزدوج" . وقد تراجع الإقبال على هذه التعريفات في السنوات الأخيرة، على الأقل في السوق المحلية، بسبب أوجه القصور (المُتصوّرة أو الحقيقية) في سخانات التخزين وانخفاض تكلفة الغاز الطبيعي لكل كيلوواط ساعة بشكل ملحوظ (عادةً ما تكون أقل من 3 إلى 5 مرات). مع ذلك، لا يزال عدد كبير من العقارات محرومًا من خيار الغاز، حيث يقع العديد منها في المناطق الريفية خارج شبكة إمداد الغاز، بينما تُعدّ ترقية أنظمة التدفئة إلى نظام مشعات مكلفة للغاية في البداية.

يتوفر أيضًا عداد "اقتصاد 10" ، الذي يوفر 10 ساعات من الكهرباء الرخيصة خارج أوقات الذروة موزعة على ثلاث فترات زمنية خلال 24 ساعة. يتيح ذلك إعادة شحن سخانات التخزين عدة مرات، أو تشغيل نظام التدفئة الكهربائية المائية على فترات زمنية مناسبة بتكلفة كهرباء أقل. ^{[ 32 ]}

معظم العدادات التي تستخدم نظام "اقتصاد 7" تحوّل كامل إمدادات الكهرباء إلى السعر الأرخص خلال فترة الليل التي تمتد لسبع ساعات، وليس فقط دائرة سخان التخزين. لكن من سلبيات هذا النظام ارتفاع سعر الكيلوواط/ساعة خلال النهار بشكل ملحوظ، بالإضافة إلى ارتفاع رسوم الخدمة الثابتة في بعض الأحيان. على سبيل المثال، اعتبارًا من يوليو 2017، بلغت تكلفة الكهرباء العادية ("السعر الموحد") 17.14 بنسًا لكل كيلوواط/ساعة في منطقة لندن وفقًا للتعرفة الافتراضية القياسية لشركة EDF Energy (مُزوّد ​​الكهرباء الحالي في لندن بعد الخصخصة)، مع رسوم خدمة ثابتة قدرها 18.90 بنسًا يوميًا. ^{[ 33 ]} أما تكلفة "اقتصاد 7" المكافئة فهي 21.34 بنسًا لكل كيلوواط/ساعة خلال فترة ذروة الاستهلاك، و7.83 بنسًا لكل كيلوواط/ساعة خلال فترة انخفاض الاستهلاك، مع رسوم خدمة ثابتة قدرها 18.90 بنسًا يوميًا. ^{[ 34 ]} ويمكن ضبط مفاتيح المؤقت المُثبّتة على الغسالات ، والمجففات ، وغسالات الأطباق ، وسخانات المياه بحيث تعمل فقط خلال فترة انخفاض الاستهلاك.

تتجاوز العدادات الذكية مجرد قراءة العدادات الآلية البسيطة ، إذ توفر وظائف إضافية تشمل قراءة فورية أو شبه فورية، وإشعارات بانقطاع التيار الكهربائي ، ومراقبة جودة الطاقة. كما تتيح لجهات تحديد الأسعار تطبيق أسعار مختلفة للاستهلاك بناءً على وقت اليوم والفصل.

يستخدم نوع آخر من العدادات الذكية تقنية مراقبة الأحمال غير التداخلية لتحديد عدد وأنواع الأجهزة المنزلية تلقائيًا، ومقدار الطاقة التي يستهلكها كل جهاز وتوقيت استهلاكه. تستخدم شركات الكهرباء هذا العداد لإجراء مسوحات استهلاك الطاقة، مما يُغني عن الحاجة إلى تركيب مؤقتات على جميع الأجهزة المنزلية لتحديد مقدار الطاقة التي يستهلكها كل جهاز.

يتضمن نموذج العمل القياسي لتجارة التجزئة للكهرباء قيام شركة الكهرباء بإصدار فاتورة للعميل بناءً على كمية الطاقة المستهلكة خلال الشهر أو الربع السابق. في بعض الدول، إذا اعتقدت الشركة أن العميل قد لا يسدد الفاتورة، فقد يتم تركيب عداد دفع مسبق. يتطلب هذا من العميل دفع مبلغ مقدم قبل استخدام الكهرباء. وفي حال نفاد الرصيد المتاح، يتم قطع التيار الكهربائي بواسطة جهاز تحكم .

في المملكة المتحدة، كانت عدادات الدفع المسبق الميكانيكية شائعة الاستخدام، سواء في المساكن المؤجرة الخاصة أو لدى عملاء شركات الكهرباء، وهي قطاع الكهرباء المؤمم. ومن عيوبها الحاجة إلى زيارات منتظمة لسحب النقود، وخطر سرقة النقود من العدادات من قبل العملاء واللصوص على حد سواء.

أدخلت شركة كهرباء لندن، بالتعاون مع شركة شلمبرجير للعدادات ومقرها فيليكستو بالمملكة المتحدة، أول عدادات الدفع المسبق الآلية. كانت تُعرف في البداية باسم "عدادات المفاتيح" ثم أُعيد تسميتها لاحقًا إلى "عدادات الميزانية". وقد ساهمت هذه العدادات في تجنب 60,000 حالة فصل للكهرباء سنويًا بسبب عدم السداد، بالإضافة إلى العديد من عيوب الدفع النقدي المسبق. كما لاقت رواجًا بين العملاء الذين يبحثون عن طريقة دفع مريحة، خاصةً في عقود الإيجار قصيرة الأجل. تم تركيب أكثر من مليون عداد من هذا النوع في جميع أنحاء المملكة المتحدة خلال السنوات القليلة الأولى بعد طرحها. أما عدادات الكهرباء الحديثة ذات الحالة الصلبة، بالاقتران مع البطاقات الذكية ، فقد تغلبت على هذه العيوب، وأصبحت هذه العدادات شائعة الاستخدام للعملاء ذوي الجدارة الائتمانية المنخفضة . في المملكة المتحدة، يمكن للعملاء استخدام مؤسسات مثل مكتب البريد المحدود أو شبكة PayPoint ، حيث يمكن شحن الرموز القابلة لإعادة الشحن (بطاقات Quantum للغاز الطبيعي، أو "مفاتيح" بلاستيكية للكهرباء) بأي مبلغ متوفر لديهم.

في إندونيسيا ، وأيرلندا الشمالية ، وجنوب أفريقيا ، والسودان ، تُعاد تعبئة عدادات الدفع المسبق بإدخال رقم فريد مشفر مكون من عشرين خانة باستخدام لوحة مفاتيح. وهذا يجعل إنتاج الرموز، التي قد تُسلّم إلكترونيًا أو تُطبع على ورقة عند الشراء، رخيصًا للغاية.

تُجرى تجارب في جميع أنحاء العالم، وخاصة في الدول النامية، لاختبار أنظمة الدفع المسبق. وفي بعض الحالات، لم تلقَ عدادات الدفع المسبق قبولًا لدى المستهلكين. وتوجد جهات مختلفة، مثل جمعية مواصفات التحويل القياسية ( STS )، التي تُعنى بتعزيز معايير موحدة لأنظمة عدادات الدفع المسبق بين مختلف المصنّعين. وتُستخدم عدادات الدفع المسبق التي تعتمد معيار STS في العديد من البلدان. ^{​​[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

يعتمد نظام قياس استهلاك الطاقة حسب وقت الاستخدام (TOD)، المعروف أيضًا باسم قياس وقت الاستخدام (TOU) أو القياس الموسمي حسب وقت الاستخدام (SToD)، على تقسيم اليوم والشهر والسنة إلى فترات تعريفة محددة، حيث تكون التعريفة أعلى خلال فترات ذروة الاستهلاك وأقل خلال فترات انخفاض الاستهلاك. ورغم إمكانية استخدام هذا النظام للتحكم التلقائي في استهلاك المستهلك (مما يؤدي إلى تحكم تلقائي في الأحمال)، إلا أنه غالبًا ما تقع مسؤولية التحكم في الاستهلاك أو الدفع وفقًا لذلك على عاتق المستهلك نفسه (التحكم الطوعي في الأحمال). كما يتيح هذا النظام لشركات الكهرباء تخطيط بنية النقل الخاصة بها بشكل مناسب. انظر أيضًا إدارة جانب الطلب (DSM).

عادةً ما يقسم نظام عدادات الطاقة حسب وقت الطلب (TOD) الأسعار إلى عدة شرائح، تشمل أوقات الذروة، وخارج أوقات الذروة، ومتوسط ​​أوقات الذروة، وأوقات الذروة الحرجة. ومن الترتيبات الشائعة تحديد أوقات الذروة خلال النهار (في غير أيام العطلات الرسمية فقط)، مثلاً من الساعة 1 ظهراً إلى 9 مساءً من الاثنين إلى الجمعة خلال فصل الصيف، ومن الساعة 6:30 صباحاً إلى 12 ظهراً ومن الساعة 5 مساءً إلى 9 مساءً خلال فصل الشتاء. وتشمل الترتيبات الأكثر تعقيداً استخدام أوقات الذروة الحرجة التي تحدث خلال فترات ارتفاع الطلب. وتختلف أوقات ذروة الطلب/التكلفة باختلاف الأسواق حول العالم.

بإمكان المستهلكين التجاريين الكبار شراء الطاقة بالساعة باستخدام التسعير المتوقع أو التسعير الفوري. وتتيح بعض شركات المرافق للمستهلكين السكنيين الدفع بالساعة، كما هو الحال في ولاية إلينوي التي تستخدم التسعير المسبق لليوم التالي. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

يقوم العديد من مستهلكي الكهرباء بتركيب معدات توليد الكهرباء الخاصة بهم، سواء لأسباب اقتصادية أو احتياطية أو بيئية . عندما يُنتج المستهلك طاقة كهربائية تفوق حاجته، يُمكنه تصدير الفائض إلى شبكة الكهرباء . عادةً ما يحتاج المستهلكون الذين يُصدرون الطاقة إلى الشبكة إلى معدات خاصة وأجهزة أمان لحماية مكونات الشبكة (وكذلك مكوناتهم الخاصة) في حالة حدوث أعطال (مثل قصر الدائرة الكهربائية) أو صيانة الشبكة (مثل انخفاض الجهد على خط كهربائي قادم من منشأة تابعة لمستهلك مُصدِّر).

يمكن احتساب الطاقة المُصدَّرة، في أبسط الحالات، عن طريق دوران العداد عكسيًا خلال فترات التصدير الصافي ، مما يُقلل من استهلاك الطاقة المُسجَّل لدى المستهلك بمقدار الطاقة المُصدَّرة. وينتج عن ذلك فعليًا حصول المستهلك على ثمن صادراته بسعر التجزئة الكامل للكهرباء. ما لم يكن العداد القياسي مُجهزًا بآلية تروس أو ما يُماثلها، فإنه يُسجِّل تدفق الطاقة بدقة في كلا الاتجاهين بمجرد دورانه عكسيًا عند تصدير الطاقة. وحيثما يسمح القانون بذلك، تُحافظ شركات الكهرباء على هامش ربح بين سعر الطاقة المُوَصَّلة للمستهلك والسعر المُحتسب للطاقة المُوَلَّدة من قِبَل المستهلك والتي تعود إلى الشبكة.

في الآونة الأخيرة، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة (مثل توربينات الرياح والخلايا الكهروضوئية )، أو توربينات الغاز أو البخار ، والتي تُستخدم غالبًا في أنظمة التوليد المشترك للطاقة ، هي المصادر الرئيسية للطاقة المتجددة . ومن المصادر المحتملة الأخرى المقترحة بطاريات السيارات الهجينة القابلة للشحن (أنظمة الطاقة من المركبات إلى الشبكة ). يتطلب هذا وجود " شبكة ذكية "، تشمل عدادات تقيس استهلاك الكهرباء عبر شبكات اتصال تتطلب تحكمًا عن بُعد، وتتيح للعملاء خيارات التوقيت والتسعير. يمكن تركيب أنظمة الطاقة من المركبات إلى الشبكة في مواقف السيارات وأماكن العمل ، وفي مواقف السيارات العامة ، مما يُساعد السائقين على شحن بطاريات سياراتهم في المنزل ليلًا عندما تكون أسعار الكهرباء خارج أوقات الذروة أقل، والحصول على رصيد في فواتيرهم مقابل بيع فائض الكهرباء إلى الشبكة خلال ساعات ذروة الطلب.

نظراً لاختلاف معايير الكهرباء بين المناطق، تختلف أيضاً كمية الطاقة الكهربائية المتدفقة من الشبكة إلى المستهلك تبعاً لهذه المعايير ونوع التركيب. توجد عدة أنواع شائعة من التوصيلات بين الشبكة والمستهلك، ولكل نوع معادلة قياس خاصة به. تنص نظرية بلونديل على أنه في أي نظام يحتوي على N موصلاً ناقلاً للتيار، يكفي N-1 عنصر قياس لقياس الطاقة الكهربائية. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى قياسات مختلفة، على سبيل المثال، لنظام ثلاثي الأطوار بثلاثة أسلاك مقارنةً بنظام ثلاثي الأطوار بأربعة أسلاك (مع سلك محايد).

في أوروبا وآسيا وأفريقيا ومعظم المناطق الأخرى، يُعدّ نظام الطور الواحد شائعًا للمنازل والشركات الصغيرة. يتميز هذا النظام بانخفاض تكلفته، حيث تُغذي مجموعة واحدة من المحولات في محطة فرعية منطقة واسعة بفولتية عالية نسبيًا (عادةً 230 فولت) دون الحاجة إلى محولات محلية. ويتم حساب الفولتية باستخدام معادلة بسيطة: الواط = الفولت × الأمبير ، حيث تُقاس الفولتية من السلك المحايد إلى سلك الطور. في الولايات المتحدة وكندا وأجزاء من أمريكا الوسطى والجنوبية، يُغذّى عملاء مماثلون عادةً بنظام الطور الواحد ثلاثي الأسلاك. يتطلب هذا النظام محولات محلية، قد يصل عددها إلى محول واحد لكل عشرة منازل، ولكنه يوفر فولتية أقل وأكثر أمانًا عند المقبس (عادةً 120 فولت)، كما يوفر فولتيتين للعملاء: من المحايد إلى الطور (عادةً 120 فولت)، ومن طور إلى طور (عادةً 240 فولت). بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما يكون سلك المحايد موصولًا بالطرف الصفري لملفات المولد، مما يوفر تأريضًا يمكن قياسه بسهولة لضمان سلامته. تحتوي هذه العدادات على معادلة قياس تبلغ واط = 0.5 × فولت × (أمبير الطور أ - أمبير الطور ب)، مع قياس الفولت بين أسلاك الطور.

تُزوَّد الطاقة الصناعية عادةً بنظام ثلاثي الأطوار. يوجد نوعان: نظام ثلاثي الأسلاك، ونظام رباعي الأسلاك مع سلك محايد. في نظام "ثلاثي الأسلاك" أو "ثلاثي الأسلاك دلتا"، لا يوجد سلك محايد، بل يُستخدم التأريض الأرضي كأرضية أمان. وتكون الفولتية في الأطوار الثلاثة نسبية فقط. يتميز هذا النظام بقلة عدد الأسلاك، وانخفاض التكلفة، وهو شائع في آسيا وأفريقيا وأجزاء كثيرة من أوروبا. في المناطق التي تجمع بين السكن والصناعات الخفيفة، يُعد هذا النظام هو نظام التوزيع الوحيد. يقيس عداد هذا النوع عادةً لفتين من لفات النظام بالنسبة لللفة الثالثة، ثم يجمع الفولتية. من عيوب هذا النظام صعوبة اكتشاف انقطاع التأريض الأرضي بالقياس المباشر، لعدم وجود فولتية نسبية بين أي طور والأرض.

في نظام التيار ثلاثي الأطوار ذي الأربعة أسلاك، والذي يُسمى أحيانًا "نظام واي رباعي الأسلاك"، يتم توصيل سلك التأريض الآمن بسلك محايد موصول فعليًا بجانب الجهد الصفري للملفات الثلاثة للمولد أو المحول. وبما أن جميع أطوار الطاقة تُقاس نسبةً إلى السلك المحايد في هذا النظام، فإنه في حال فصل السلك المحايد، يُمكن قياسها مباشرةً. في الولايات المتحدة، يشترط قانون الكهرباء الوطني أن تكون الأسلاك المحايدة من هذا النوع. ^{[ 40 ]} في هذا النظام، تقيس عدادات الطاقة وتجمع جميع الأطوار الثلاثة نسبةً إلى السلك المحايد.

في أمريكا الشمالية، من الشائع توصيل عدادات الكهرباء بمقبس قياسي خارجي على جانب المبنى. يتيح ذلك استبدال العداد دون التأثير على أسلاك المقبس أو إزعاج ساكن المبنى. قد تحتوي بعض المقابس على نظام تحويل مؤقت أثناء إزالة العداد للصيانة. تُعتبر كمية الكهرباء المستهلكة دون تسجيلها خلال هذه الفترة القصيرة ضئيلة مقارنةً بالإزعاج الذي قد يلحق بالمستهلك نتيجة انقطاع التيار الكهربائي. تستخدم معظم العدادات الإلكترونية في أمريكا الشمالية بروتوكولًا تسلسليًا، وهو ANSI C12.18 .

في العديد من البلدان الأخرى، توجد أطراف التغذية والتحميل داخل غلاف العداد نفسه. وتُوصل الكابلات مباشرةً بالعداد. في بعض المناطق، يكون العداد في الخارج، غالبًا على عمود كهرباء. وفي مناطق أخرى، يكون داخل المبنى في تجويف مخصص. إذا كان داخل المبنى، فقد يتشارك اتصال بيانات مع عدادات أخرى. وفي حال وجود اتصال مشترك، فغالبًا ما يكون عبارة عن قابس صغير بالقرب من صندوق البريد. ويكون هذا الاتصال عادةً من نوع EIA-485 أو الأشعة تحت الحمراء باستخدام بروتوكول تسلسلي مثل IEC 62056 .

في عام 2014، شهدت شبكات العدادات تغيراً سريعاً. ويبدو أن أكثر المخططات شيوعاً تجمع بين معيار وطني قائم للبيانات (مثل ANSI C12.19 أو IEC 62056 ) يعمل عبر بروتوكول الإنترنت مع لوحة دوائر صغيرة للاتصال عبر خطوط الطاقة ، أو راديو رقمي لشبكة الهاتف المحمول ، أو نطاق ISM .