СПОСОБ УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ELECTRIC ENERGY METERING METHOD

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а также к средствам распределения, контроля, учета расхода электроэнергии, защиты от хищений, дистанционной индикации режимов работы сети и управления средствами коммутации питающих сетей. Изобретение может быть использовано для создания систем электроснабжения бытового и мелкомоторного сектора в цепях переменного тока с целью снижения коммерческих и технических потерь в сетях 0,4 кВ.
Известен способ учета электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений и устройство для его осуществления (RU 94040064 A1, МПК G01R 22/00, G01R 11/24, опубликован 27.06.1996), предполагающий формирование сигналов мгновенных мощностей токов фазного и нулевого проводов, их последующее усреднение, определение модуля разности их усредненных значений, преобразование сигнала мощности нагрузки в частоту импульсного сигнала и подсчет числа импульсов.
Недостатком данного способа является наличие ряда трудноустранимых погрешностей, в частности погрешности, вызванной изменением коэффициента мощности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ учета электрической энергии в распределительных сетях 0,4 кВ с защитой от хищений (RU 2330294 C2, МПК G01R 11/00, опубликован 27.07.2008), при котором потребителей электроэнергии подключают к подводящей электросети через контрольно-измерительные устройства, расположенные в точках непосредственного присоединения к распределительной сети 0,4 кВ, состоящие из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя, и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии.
Недостатки способа характеризуются тем, что источник сигнала, пропорционального току, не защищен от воздействия мощности искажения, вследствие чего возрастает величина результирующей погрешности измерения количества электрической энергии, т.е. растут технические потери электроэнергии.
Задачей изобретения является повышение точности измерения электрической энергии и создание помехозащищенности электрической сети.
Задача решается тем, что в предлагаемом способе учета электрической энергии, заключающемся в том, что потребителей электроэнергии подключают к контрольно-измерительным устройствам, состоящим из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя, и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии, в отличие от прототипа потребителей подключают к контрольно-измерительным устройствам через экранированный разделительный трансформатор, размещенный в заземленном корпусе. Использование экранированного разделительного трансформатора позволяет значительно повысить помехозащищенность сети по сравнению с прототипом, а также исключить влияние мощности искажения на источник сигнала, пропорционального току, и тем самым повысить точность измерения электроэнергии за счет создания гальванической развязки между контрольно-измерительными устройствами и нагрузкой (потребителями электроэнергии), что, в свою очередь, позволяет исключить негативное влияние мощности искажения, появление которой обусловлено наличием потребителя с нелинейной вольт-амперной характеристикой, на источники сигналов, пропорциональных току. Корпус экранированного разделительного трансформатора заземлен для предотвращения поражения персонала и потребителей электрическим током.
Сущность изобретения поясняется схемой системы электроснабжения (фиг.), включающей:
контрольно-измерительное устройство, состоящее:
- из счетчика электроэнергии 1, вход которого подключен непосредственно к распределительной сети 12, а выход подключен к входу разделительного высокочастотного фильтра 2, выход которого подключен через управляемый выключатель 6 к началу линии электроснабжения 13 потребителя 8;
- первого электросетевого модема 3, подключенного непосредственно к распределительной сети 12;
- второго электросетевого модема 5, подключенного к началу линии электроснабжения 13 потребителей 8;
- устройства управления 4, управляющего работой электросетевых модемов 3,5 и выключателя 6, получающего информацию о расходе электроэнергии от счетчика 1.
К окончанию линии электроснабжения 13 потребителей 8 подключен экранированный разделительный трансформатор 14, к вторичной обмотке которого подключены потребители 8, и третий электросетевой модем 7.
Экранированный разделительный трансформатор служит для создания гальванической развязки между контрольно-измерительным устройством и нагрузкой (потребителями электроэнергии), что, в свою очередь, позволяет исключить негативное влияние мощности искажения, появление которой обусловлено наличием потребителя с нелинейной вольт-амперной характеристикой, на источники сигналов, пропорциональных току.
Разделительные трансформаторы выпускаются промышленностью.
К третьему электросетевому модему 7 подключен блок индикации 9, на который поступает информация от контрольно-измерительного устройства.
Для сбора информации в центр и для управления группой контрольно-измерительных устройств к началу линии распределительной сети 12 подключен концентратор 11 через электросетевой модем 10. Концентраторы размещают в помещениях трансформаторных подстанций или щитовых помещениях многоквартирных домов.
Для реализации способа используются следующие промышленные или заказные изделия.
В качестве счетчика электроэнергии можно использовать любой электронный или электромеханический счетчик с импульсным или цифровым выходом, в том числе многотарифный.
Разделительный высокочастотный фильтр служит для изолирования взаимных влияний электросетевых модемов, установленных на внутренних подводящих линиях электроснабжения соседних абонентов. В качестве фильтра можно использовать дроссель или выпускаемые промышленностью фильтры электромагнитных помех для сети электроснабжения.
В качестве электросетевых модемов можно использовать любые модемы, выпускаемые промышленностью, для передачи информации по электрической сети переменного тока напряжением 220 В.
Блок управления контрольно-измерительного устройства выполняется на основе микроконтроллера, запрограммированного соответствующим образом.
В качестве управляемого выключателя можно использовать силовое реле с подходящими параметрами по допустимому напряжению и току.
Блок индикации может быть переносным, иметь экран, например, жидкокристаллический для вывода информации и включаться в розетку электрической сети, расположенную внутри здания. Возможно также подключение к персональному компьютеру или телевизионному приемнику через специальные устройства сопряжения.
Концентратор служит для сбора и хранения информации с контрольно-измерительных устройств с целью ее дальнейшей передачи в энергоснабжающую организацию. В качестве концентратора можно использовать выпускаемые промышленностью концентраторы для автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). Связь из центра управления АСКУЭ с концентратором может осуществляться по любым доступным каналам связи, используемым в АСКУЭ.
Каждое контрольно-измерительное устройство опрашивается концентратором по линии распределительной электрической сети 0,4 кВ и передает в концентратор информацию о потреблении электроэнергии. Это позволяет контролировать правильность и своевременность платежей, а также при наличии управляемых выключателей в составе контрольно-измерительных устройств дистанционно отключать должников и неплательщиков.
Абонент не имеет физического доступа непосредственно к контрольно-измерительному устройству и соответственно не может на него повлиять с целью искажения учета потребленной электроэнергии или несанкционированно подключиться в обход контрольно-измерительного устройства для безучетного энергопотребления. В то же время он получает полную информацию о количестве потребленной электроэнергии, а также другую информацию, необходимую для учета электроэнергии и произведения оплаты.
Способ учета электрической энергии реализуется следующим образом.
Обмен данными между счетчиками и концентратором происходит с помощью радиосигналов. Концентратор периодически излучает радиосигнал, принимаемый всеми подчиненными узлами системы, которые интерпретируют факт приема радиосигнала как команду на передачу одного бита своих данных. Передача данных производится всеми узлами в области пересечения нулевого уровня основным напряжением сети, т.к. эта область сетевого полупериода наиболее свободна от помех со стороны сетевых потребителей электроэнергии. Концентратор побитно принимает данные от счетчиков и сохраняет распознанные пакеты в энергонезависимой памяти, откуда их в любой момент можно считать через один из его последовательных интерфейсов.
Первичная обмотка экранированного разделительного трансформатора включается последовательно после контрольно-измерительного устройства в электрическую цепь измеряемого тока. К вторичной обмотке трансформатора подключается потребитель (нагрузка). Ток, проходя по виткам первичной обмотки, создает в сердечнике переменный магнитный поток той же частоты, что и ток. Под воздействием переменного магнитного потока в замкнутой цепи вторичной обмотки возникает вторичный ток. Этот ток создает в свою очередь в сердечнике свой магнитный поток, действующий навстречу основному потоку. В то же время потребитель, содержащий элементы с нелинейной вольт-амперной характеристикой, генерирует в сеть гармоники различных порядков, которые, проходя через вторичную обмотку, создают свои магнитные потоки. В результате размагничивающего действия вторичным потоком и подмагничивающего действия токов высших гармоник в сердечнике трансформатора устанавливается результирующий магнитный поток, равный геометрической разности потоков. Часть результирующего потока, рассеиваясь в пространстве, отражается от внутренней поверхностей экрана и направляется в сердечник экранированного разделительного трансформатора. В то же время электромагнитные помехи, идущие от внешних источников, отражаются от внешней поверхности экрана и отводятся от защищаемой области. При этом высшие гармоники, проходя через экранированный разделительный трансформатор, затухают. Величины собственного магнитного потока и вторичного тока при прочих равных условиях остаются неизменными.
Таким образом, достигнут технический результат, на который направлено данное изобретение, что в итоге позволяет существенно сократить коммерческие и технические потери электроэнергии, возникающие при электроснабжении бытовых и мелкомоторных абонентов.