Измерительный комплекс для синхронизированных по времени измерений
MEASURING COMPLEX FOR TIME-SYNCHRONIZED MEASUREMENTS

Изобретение относится к электронно-измерительной технике, в частности к области обследования электрических сетей и может быть использовано для синхронизированных удалённых измерений параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках.
Известен таймер – электросчётчик портативный мобильный трёхфазный (Патент РФ № 195905, МПК G01R 19/00, опубл. 11.02.20).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство таймер - электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных, позволяющее выполнять мобильное измерение текущих и максимальных значений мощности, тока, напряжения, в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, а также позволяет выявлять хищения электроэнергии при обходах потребителей, в том числе трёхфазных; составлять энергобаланс объектов при проведении энергоаудита; определять коэффициенты, характеризующие время использования оборудования, режимов его работы (ПН, ПК и т.п.); уточнять правильность выбора проводов и кабелей; исследовать суточные графики нагрузки, что приведет к уменьшению недоотпуска электроэнергии потребителям, повышению надежности и эффективности систем электроснабжения потребителей и фиксации реальных режимов работы трёхфазной сети. (Патент РФ №2739717, МПК G01R 11/42, G01R 11/46, опубл. 28.12.20).
Недостатком известного устройства является недостаточная функциональность и ограниченная область применения, так как оно не позволяет выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональности и расширение области применения за счёт обеспечения возможности выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый измерительный комплекс для синхронизированных по времени измерений, содержащий съёмные датчики тока с преобразователем тока в напряжение, блок записи данных, блок часов реального времени, датчики напряжения, микроконтроллеры, блок индикации и сигнализации, согласно изобретению, снабжен шестью измерительными блоками, устанавливаемыми в исследуемой линии электропередачи, в каждом из которых размещены микроконтроллер, по три датчика  напряжения и тока с преобразователем тока в напряжение, выходы которых подключены ко входам микроконтроллера, блок часов реального времени, блок записи данных и встроенное средство связи, передающее по каналу связи данные в центральный блок с привязкой данных к астрономическому времени.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема измерительного комплекса для синхронизированных по времени измерений.
Измерительный комплекс для синхронизированных по времени измерений содержит семь микроконтроллеров МК1-МК7,  восемнадцать датчиков тока ДТ8-ДТ25, восемнадцать датчиков напряжения ДН26-ДН43, блок индикации и сигнализации БИС44, семь блоков часов реального времени БЧРВ45 - БЧРВ51, семь блоков записи данных БЗД52-БЗД58, семь встроенные средства связи ВСС59-ВСС65.
ДТ8-ДТ10 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МК2, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК2. ДН26-ДН28 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МК2, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК2. БЧРВ46 соединён с МК2, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате первого измерительного блока. БЗД53 соединён с МК2, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель первого измерительного блока. ВСС60 соединён с МК2, осуществляет передачу полученных данных первого измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК2 соединён с ДТ8-ДТ10, ДН26-ДН28, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ46, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД53, осуществляет отправку команд на запись данных первого измерительного блока, соединён с ВСС60 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети первого измерительного блока. ДТ11-ДТ13 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МК3, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК3. ДН29-ДН31 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МК3, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК3. БЧРВ47 соединён с МК3, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате второго измерительного блока. БЗД54 соединён с МК3, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель второго измерительного блока. ВСС61 соединён с МК3, осуществляет передачу полученных данных второго измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК3 соединён с ДТ11-ДТ13, ДН29-ДН31, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ47, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД54, осуществляет отправку команд на запись данных второго измерительного блока, соединён с ВСС61 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети второго измерительного блока. ДТ14-ДТ16 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МК4, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК4. ДН32-ДН34 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МК4, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК3. БЧРВ48 соединён с МК4, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате третьего измерительного блока. БЗД55 соединён с МК4, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель третьего измерительного блока. ВСС62 соединён с МК4, осуществляет передачу полученных данных третьего измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК4 соединён с ДТ14-ДТ16, ДН32-ДН34, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ48, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД55, осуществляет отправку команд на запись данных третьего измерительного блока, соединён с ВСС62 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети третьего измерительного блока. ДТ17-ДТ19 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МК5, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК5. ДН35-ДН37 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МК5, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК5. БЧРВ49 соединён с МК5, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате четвертого измерительного блока. БЗД56 соединён с МК5, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель четвертого измерительного блока. ВСС63 соединён с МК5, осуществляет передачу полученных данных четвертого измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК5 соединён с ДТ17-ДТ19, ДН35-ДН37, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ49, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД56, осуществляет отправку команд на запись данных четвертого измерительного блока, соединён с ВСС63 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети четвертого измерительного блока. ДТ20-ДТ22 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МК6, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК6. ДН38-ДН40 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МК6, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК6. БЧРВ50 соединён с МК6, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате пятого измерительного блока. БЗД57 соединён с МК6, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель пятого измерительного блока. ВСС64 соединён с МК6, осуществляет передачу полученных данных пятого измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК6 соединён с ДТ20-ДТ22, ДН38-ДН40, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ50, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД57, осуществляет отправку команд на запись данных пятого измерительного блока, соединён с ВСС64 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети пятого измерительного блока. ДТ23-ДТ25 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МК7, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МК7. ДН41-ДН43 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МК7, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МК7. БЧРВ51 соединён с МК7, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате шестого измерительного блока. БЗД58 соединён с МК7, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель шестого измерительного блока. ВСС65 соединён с МК7, осуществляет передачу полученных данных шестого измерительного блока по каналу связи в ВСС59. МК7 соединён с ДТ23-ДТ25, ДН41-ДН43, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ51, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД58, осуществляет отправку команд на запись данных шестого измерительного блока, соединён с ВСС65 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети шестого измерительного блока. БЧРВ45 соединён с МК1, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате центрального блока. БЗД52 соединён с МК1, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель центрального блока. ВСС59 соединён с МК1, осуществляет прием полученных данных измерительных блоков по каналу связи от ВСС60-ВСС65. МК1 соединён с БЧРВ45, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени центрального блока, соединён с БЗД52, осуществляет отправку команд на запись данных центрального блока на внешний накопитель, соединён с ВСС59 и осуществляет прием и обработку данных о параметрах электрической сети от измерительных блоков, соединён с БИС44, осуществляет индикацию на дисплее центрального блока.
Измерительный комплекс работает следующим образом.
Датчики тока ДТ8-ДТ25 и датчики напряжения ДН26-ДН43 первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого измерительных блоков подключаются к исследуемой электрической линии в различных точках, производят измерения токов, напряжений и передают данные на микроконтроллеры МК2-МК7, которые обрабатывают их с получением данных о параметрах режима работы электрической сети, в том числе значениях тока и напряжения, потреблении электроэнергии, частоте тока, значениях параметров качества электрической энергии.
Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой измерительные блоки выполнены на базе микроконтроллеров МК2-МК7, которые обрабатывают значения датчиков тока ДТ8-ДТ25 и напряжения ДН26-ДН43, выполняют необходимые расчеты параметров электрической сети и отправляют обработанные данные с датчиков на встроенные средства связи ВСС60-ВСС65, работающие в режиме передатчиков, которые передают полученные данные по каналу связи ВСС59. Блоки записи данных БЗД53-БЗД58 производят запись всех измеряемых данных измерительных блоков.  Блоки часов реального времени БЧРВ46-БЧРВ51 измерительных блоков производят привязку этих данных к астрономическому времени и дате.
Один вход каждого из датчиков напряжения ДН26-ДН43 подключается к нулевому проводнику, второй к фазному через специальные зажимы. Датчики тока ДТ8-ДТ25 благодаря своей конструкции (разъемные трансформаторы тока) одеваются на фазные проводники линии электропередачи в точке установки соответствующего измерительного блока. Выходы датчиков напряжения ДН26-ДН28 и тока ДТ8-ДТ10 подключаются к входам микроконтроллера МК2 первого измерительного блока, выходы датчиков напряжения ДН29-ДН31 и тока ДТ11-ДТ13 подключаются к входам микроконтроллера МК3 второго измерительного блока, выходы датчиков напряжения ДН32-ДН34 и тока ДТ14-ДТ16 подключаются к входам микроконтроллера МК4 третьего измерительного блока, выходы датчиков напряжения ДН35-ДН37  и тока ДТ17-ДТ19 подключаются к входам микроконтроллера МК5 четвертого измерительного блока, выходы датчиков напряжения ДН38-ДН40 и тока ДТ20-ДТ22 подключаются к входам микроконтроллера МК6 пятого измерительного блока, выходы датчиков напряжения ДН41-ДН43 и тока ДТ23-ДТ25 подключаются к входам микроконтроллера МК7 шестого измерительного блока.
Выходы ВСС60, блока записи данных БЗД53, блока часов реального времени БЧРВ46 подключаются к входам второго микроконтроллера МК2, выходы ВСС61, блока записи данных БЗД54, блока часов реального времени БЧРВ47 подключаются к входам третьего микроконтроллера МК3, выходы ВСС32, блока записи данных БЗД55, блока часов реального времени БЧРВ48 подключаются к входам четвертого микроконтроллера МК4, выходы ВСС63, блока записи данных БЗД56, блока часов реального времени БЧРВ49 подключаются к входам пятого микроконтроллера МК5, выходы ВСС64, блока записи данных БЗД57, блока часов реального времени БЧРВ50 подключаются к входам шестого микроконтроллера МК6, выходы ВСС65, блока записи данных БЗД58, блока часов реального времени БЧРВ51 подключаются к входам седьмого микроконтроллера МК7.
ВСС59, работает в режиме приемника и получает данные по каналу связи от ВСС60-ВСС65 измерительных блоков. Микроконтроллер МК1,  центрального блока получает данные от ВСС59, выполняет обработку данных и передает их на блок индикации и сигнализации БИС44. Выходы ВСС59, блока записи данных БЗД52, блока часов реального времени БЧРВ45, блока индикации и сигнализации БИС44  подключаются к входам первого микроконтроллера МК9.
Блок записи данных БЗД52 производит запись всех получаемых данных с привязкой к конкретному измерительному блоку.  Блок часов реального времени БЧРВ45 центрального блока производит привязку этих данных к астрономическому времени и дате. Это позволяет синхронизировать полученные данные.
Применение предлагаемого измерительного комплекса для синхронизированных по времени измерений позволяет осуществить мобильное синхронизированное измерение параметров режимов работы исследуемой электрической сети одновременно в нескольких точках, вести фиксацию в данных точках потреблённой электроэнергии, архивировать измеряемые значения и передавать все измеренные данные в центральный блок, удалённый от места измерений.  Это позволяет выявлять хищения электроэнергии, выявлять участки ЛЭП с повышенными потерями электроэнергии и потерями напряжения, выявлять участки сети с недостаточной пропускной способностью, выявлять участки сети с отклонениями качества электроэнергии, выявлять несимметрию в сети, проверять соответствие потребляемой абонентами мощности  договорным условиям, уточнять правильность выбора проводов и кабелей.