УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ 0,4 КВ С ФУНКЦИЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к электрическим измерениям и предназначена для направления информации в режиме реального времени об отсутствии напряжения с целью пресечения фактов хищения проводов, уменьшения времени реагирования на аварийные отключения электроэнергии. Кроме того, предназначено для контроля уровня напряжения в удаленных точках сети, отслеживая выход за установленные пределы фазных напряжений.
Известно устройство синхронизированных векторных измерений напряжения и тока (патент RU 118760, опубликован 27.07.2012). Принцип работы устройства заключается в том, что аналоговые сигналы напряжения и тока во вторичных измерительных цепях напряжения и тока поступают в блок аналогово-цифрового преобразования, где величины указанных сигналов преобразуются в цифровое представление, и далее передаются для формирования внутреннего цифрового потока. Внутренний цифровой поток содержит данные об измеренных величинах напряжения и тока, с привязкой каждого отдельного значения напряжения или тока в цифровом потоке ко времени по сигналам тактовой синхронизации. На основании внутреннего и внешнего цифрового потока осуществляется вычисление фазовых векторов напряжения и тока, с привязкой вычисленных значений фазовых векторов к календарному времени на основании сигналов календарной синхронизации от внешнего источника. Вычисленные значения фазовых векторов напряжения и тока транслируются на выходной коммуникационный интерфейс. Недостатком аналога является его исполнение в виде терминала, необходимость предварительно подключенных клемм и монтажного узла, что приводит к увеличению габаритов устройства, увеличению стоимости монтажа и таким образом, невозможности подключения для не подготовленного участка сети.
Известен комплекс дистанционного контроля токов и напряжений (патент RU 2564124, опубликован 27.09.2015). Комплекс содержит программируемый управляющий терминал, связанный каналом передачи данных с группой автономных регистраторов тока и напряжения. Каждый регистратор содержит датчик тока, датчик напряжения и модуль первичной обработки, снабженный источником автономного питания, хранение полученных данных и их передача осуществляется через беспроводный приемопередатчик. Недостаток аналога заключается в том, что датчики тока и напряжения выполнены в виде резисторных шунтов, установленных в разрыв фазных проводов сети. Область применения данного комплекса является высоковольтная сеть, однако по принципу работы является аналогом полезной модели.
Наиболее близким техническим решением - прототипом является устройство контроля фазного напряжения воздушной линии электропередач, описанное в патенте на полезную модель RU 154803, опубликованного 10.09.2015. Данное устройство состоит из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации о фазном напряжении на воздушной линии электропередач, средства обработки сигналов, средства обработки информации и средства передачи информации, средство обработки информации соединено с выходом приемника спутниковых сигналов системы глобального позиционирования, при этом средство для снятия первичной информации о фазном напряжении на воздушной линии электропередач выполнено на основе намотанного на фазный провод изолированного провода меньшего сечения, которые совместно образуют низковольтное плечо емкостного делителя напряжения, один из выводов изолированного провода соединен с сигнальным входом средства обработки сигналов, общая земляная шина средства обработки сигналов гальванически связана с фазным проводом линии электропередач. Недостатком прототипа является сложность подключения к трехфазным линиям электропередач выполненных проводом марки СИП, а также отсутствие возможности автономной работы.
Задачей полезной модели является разработка устройства мониторинга напряжения в сети 0,4 кВ с функцией обратной связи, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является уменьшение габаритов и стоимости устройства, упрощение его монтажа и наладки, повышение удобства и гибкости решений по компоновке оборудования, а также наличие возможности автономной работы при отсутствии напряжения в измеряемой сети для передачи информации об аварийном отключении.
Технический результат достигается тем, что устройство мониторинга напряжения в сети 0,4 кВ с функцией обратной связи, состоящее из датчиков с встроенными трансформаторами напряжений, выход которых соединен с аналоговыми входами микроконтроллера, к цифровым входам которого подключено средство приема-передачи информации, снабженное конденсатором для осуществления работоспособности при пиковом потреблении питания, согласно настоящей полезной модели устройство выполнено с возможностью переключения питания на автономный источник питания, подзаряжаемый от сети в месте подключения предлагаемого устройства при наличии напряжения, выход автономного источника питания подключен к входу первого преобразователя напряжения, выход первого преобразователя напряжения подключен к реле, выход выпрямителя напряжения контролируемой сети подключен к входу модуля защиты и заряда автономного источника питания, выход модуля защиты и заряда автономного источника питания подключен к входу второго преобразователя напряжения, выход второго преобразователя напряжения подключен к реле, при этом устройство выполнено с возможностью подключения к контролируемой трехфазной линии электропередачи при помощи прокалывающих зажимов.
Блок-схема устройства контроля напряжения представлена на фиг. 1, алгоритм работы устройства контроля напряжения представлен на фиг. 2, схема системы мониторинга в сетях 0,4 кВ представлена на фиг. 3.
Цифрами на фиг. 1 обозначены:
1 - источник автономного питания;
2 - первый преобразователь напряжения;
3 - реле;
4 - второй преобразователь напряжения;
5 - модуль защиты и заряда автономного источника питания;
6 - выпрямитель напряжения;
7 - средство приема-передачи информации;
8 - микроконтроллер;
9 - датчик с встроенными трансформаторам напряжения (фаза A);
10 - датчик с встроенными трансформаторам напряжения (фаза B);
11 - датчик с встроенными трансформаторам напряжения (фаза C);
12 - контролируемая трехфазная линия электропередачи.
Назначение элементов на фиг. 1 следующее. Источник автономного питания 1 (аккумуляторная батарея либо ионистр) предназначен для реализации возможности питания устройства мониторинга напряжения в сети 0,4 кВ в случае аварийного отключения контролируемой сети; первый преобразователь напряжения 2 предназначен для изменения величины напряжения источника автономного питания до напряжения, необходимого для работы микроконтроллера; реле 3 служит для переключения питания устройства с контролируемой сети на автономный источник питания; второй преобразователь напряжения 4 предназначен для изменения величины напряжения, получаемого с выпрямителя 6, необходимого для преобразования переменного напряжения контролируемой сети в постоянное напряжение, необходимое для работы микроконтроллера 8; модуль 5 служит зарядным устройством источника автономного питания; средство приема-передачи информации 7, снабженное конденсатором для осуществления работоспособности при пиковом потреблении питания, служит каналом связи для передачи обработанной информации и получения запросов о состоянии сети; микроконтроллер 8 предназначен для программирования алгоритма работы устройства, обработки запросов, первичной информации о напряжении на воздушной линии электропередач; датчики с встроенными трансформаторами напряжений 9, 10, 11, предназначены для снятия и преобразования первичной информации о напряжении на воздушной линии электропередач на фазах A, B и C соответственно; предлагаемое устройство подключается к контролируемой трехфазной линии электропередачи 12 при помощи прокалывающих зажимов (условно на фиг. 1 не показаны). Модули 7, 9, 10, 11 с микроконтроллером 8 обмениваются данными по протоколу 1wire по заданному алгоритму.
Представленный на фиг. 2 алгоритм работы датчика контроля напряжения осуществляется следующим образом. На воздушной линии 0,4 кВ осуществляется постоянный контроль фазных напряжений, при выходе значения напряжения из заранее заданных пределов, осуществляется отправка сигнала о повышенном или пониженном напряжении в сети, после чего продолжается мониторинг величины напряжения.
Устройство мониторинга напряжения в сети 0,4 кВ с функцией обратной связи, посредством которого осуществляется мониторинг в сетях 0,4 кВ (фиг. 3) работает следующим образом. Устройство устанавливается в конце каждой отходящей от трансформаторной подстанции воздушной линии электропередач (на конечных опорах) и направляет сигнал в необходимой форме по выбранному каналу передачи данных в случае кражи провода, падения деревьев на линию, либо других аварийных отключений линии и в случае отклонения напряжения у потребителей от заданного диапазона.
Предлагаемое устройство подключается к контролируемой трехфазной линии электропередачи 12 через впаянные в датчики 9, 10, 11 трансформаторы напряжения, выполненные с возможностью подключения при помощи прокалывающих зажимов (условно на фиг. 1 не показаны). В случае возникновения аварийной ситуации (обрыва провода, падения дерева и т.д.) поступает сигнал о повышенном или пониженном напряжении в сети. Устройством, содержащим датчики со встроенными трансформаторами напряжений 9, 10, 11 производится измерение фазных напряжений, обработка микроконтроллером 8, сравнение с заданными пределами. В случае отсутствия напряжения или выхода за установленные пределы направляется информация по средству приема-передачи информации 7, например, GSM-канал - SMS-сообщение, GPRS-канал - пакет данных на указанный сервер.. Бесперебойная работа при отключениях электроэнергии поддерживается за счет источника автономного питания 1 (аккумуляторной батареи или комплекта ионисторов), подзаряжаемого от сети в месте подключения предлагаемого устройства при наличии напряжения.