УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОВОЗЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройству измерения расхода электроэнергии подвижного состава переменного тока, и может быть использована для измерения и учета расхода потребляемой электроэнергии на электровозе.
На всех электровозах для измерения потребленной из сети и произведенной при электрическом торможении электроэнергии установлены счетчики учета электроэнергии. В отличие от грузовых электровозов на пассажирских электровозах переменного тока установлены еще и счетчики потребления энергии на отопление пассажирского состава. Электроэнергия на отопление поступает с дополнительной обмотки силового трансформатора.
Такая схема измерения электроэнергии применяется на пассажирских электровозах переменного тока ЭП1 в которую входят два электросчетчика, разделительный трансформатор напряжения и два датчика тока. Схема измерения потребленной энергии из сети и возвращенной в сеть состоит из счетчика, входы которого подключены через разделительный трансформатор к вторичной обмотке собственных нужд силового трансформатора электровоза и к датчику тока, установленному в первичной цепи силового трансформатора. Схема измерения потребленной энергии на отопление пассажирского состава состоит из счетчика, входы которого подключены к вторичной обмотке силового трансформатора и к датчику тока, установленному на выходе обмотки отопления. («Электровоз «Руководство по эксплуатации» том 1 ИДМБ.661142.004 РЭ1 г.Новочеркасск, 2006 г., с 14, 28, рис.1.5, 1.9,).
Недостатком данной схемы измерения электроэнергии является то, что счетчики не учитывают распределение электроэнергии между потребителями и
источниками, которыми являются сеть, тяговый привод, цепи собственных нужд электровоза и цепи отопления пассажирских вагонов. При электрическом торможении тяговый привод становится источником электроэнергии, а сеть наоборот потребителем.
Известно также устройство для измерения и учета распределения электроэнергии на электровозе переменного тока (Патент RU 69259 U1, 10.12.2007 г., G01R 11/00, B60L 3/00) - прототип, включающее счетчик электрической энергии переменного тока, вход которого по напряжению соединен с вторичной обмоткой силового трансформатора, делитель напряжения и датчик тока, подключенные к первичной обмотке силового трансформатора. Данный измеритель измеряет на электровозе общий расход электроэнергии в тяге и возврат в сеть в режиме рекуперативного торможения.
Указанная выше схема измерителя отличается от схемы, применяемой на электровозах ЭП1 только тем, что для измерения напряжения используется высоковольтный делитель, подключенный непосредственно к входной цепи электровоза (к первичной обмотке силового трансформатора), что при высокоточном делителе повышает точность измерения. На ЭП1 напряжение измеряется на вторичной обмотке силового трансформатора, что увеличивает погрешность измерения мощности, из-за потерей в трансформаторе при различных нагрузках. В остальном электроэнергия учитывается традиционным образом, как и на электровозе ЭП1.
Для технического и коммерческого учета потребленной и произведенной электроэнергии на электровозе необходимо измерять и вычислять электроэнергию с ее разделением на следующие составляющие:
- активная электроэнергия, потребленная электровозом из сети;
- активная электроэнергия, возвращенная в сеть от рекуперации;
- активная электроэнергия, потребленная на собственные нужды электровоза;
- активная электроэнергия, потребленная на отопление пассажирских вагонов;
- активная электроэнергия, потребленная на тягу;
- активная электроэнергия, произведенная электроприводом при рекуперативном торможении;
- активная электроэнергия, потребленная на собственные нужды из сети;
- активная электроэнергия, потребленная на собственные нужды от рекуперации;
- активная электроэнергия, переданная на отопление пассажирских вагонов из сети;
- активная электроэнергия, потребленная на отопление пассажирских вагонов от рекуперативного торможения.
T
p
Используемый в приведенных выше устройствах учет электроэнергии на пассажирских и грузовых локомотивах, как видно из описания известных устройств, становится непригодным для «чистого» учета энергии. Используя данные устройства, по показаниям счетчиков за поездку можно определить разность энергии, затраченной электровозом на тягу Wт и энергии, возвращенной при рекуперации: W=W-W. При этом оценку распределения энергии движения пассажирского поезда можно дать лишь приблизительно.
Технический результат заявленной полезной модели - повышение точности измерения расхода потребляемой электроэнергии на электровозе, а также повышение эффективности системы нормирования и учета расхода электроэнергии на тягу, рекуперацию и отопление поезда с возможностью распределения энергии по требуемым составляющим.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения и учета распределения электроэнергии на электровозе переменного тока, включающее счетчик электрической энергии переменного тока, вход которого по напряжению соединен с вторичной обмоткой силового трансформатора, делитель напряжения и датчик тока, подключенные к первичной обмотке силового трансформатора, дополнительно содержит делитель напряжения, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, и два датчика тока, подключенные соответственно к первичной и вторичной обмоткам силового
трансформатора, при этом каждый делитель напряжения содержит блок измерения энергии, последовательно включенные резистор высокого напряжения и резистор низкого напряжения, причем два из трех датчиков тока соединены с блоком измерения энергии соответствующего делителя напряжения, а третий датчик тока соединен со счетчиком электрической энергии переменного тока, связанным с делителями напряжения информационной шиной, обмен по которой производится по изолированному CAN-интерфейсу.
Включение в устройство дополнительного делителя напряжения, подключенного к вторичной обмотке силового трансформатора, и двух дополнительных датчиков тока, подключенных соответственно к первичной и вторичной обмоткам силового трансформатора, включение в состав делителя напряжения блока измерения энергии с последовательно включенными резисторами высокого напряжения и резистора низкого напряжения, соединение двух из трех датчиков тока с блоком измерения энергии соответствующего делителя напряжения, а третьего датчика тока со счетчиком электрической энергии переменного тока, связанным с делителями напряжения информационной шиной, обмен по которой производится по изолированному CAN-интерфейсу, позволяют дополнительно к учету энергии из сети и возвращенной обратно в сеть более точно измерять количество энергии, затрачиваемой непосредственно на тягу, на отопление, на собственные нужды локомотива и производимой при электрическом торможении электровозом с учетом ее распределения на собственные нужды, отопление поезда и энергии, возвращенной в сеть. При этом с помощью оптических развязок обеспечивается защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током.
В счетчик запрограммирован специализированный алгоритм обработки входных сигналов. Счетчик и блоки измерения энергии имеют импульсные выходы с частотой пропорциональной мощности. В устройстве существует возможность измерения расхода электроэнергии непосредственно в отдельных поездках.
Сущность предлагаемого технического решения разъясняется чертежом, на котором показана схема заявляемого устройства.
Устройство для измерения и учета распределения электроэнергии измерения на электровозе переменного тока включает счетчик 1 электрической энергии переменного тока, вход которого по напряжению соединен со вторичной обмоткой силового трансформатора 2, делители напряжения 3 и 4, датчики тока 5, 6 и 7. Высоковольтный делитель напряжения 3 подключен к первичной обмотке силового трансформатора 2 после токоприемника 8 и выключателя 9 и содержит блок 10 измерения энергии (сетевой энергии), последовательно включенные резистор 11 высокого напряжения, резистор 12 низкого напряжения. Делитель напряжения 4, измеряющий энергию отопления пассажирского состава подключен к выводам вторичной (отопительной) обмотки силового трансформатора 2, и содержит блок 13 измерения энергии (на отопление), последовательно включенные резистор 14 высокого напряжения, резистор 15 низкого напряжения. Причем резистор 15 низкого напряжения подключен к шине низкого потенциала, на которую также установлен датчик тока 7. Датчик 5 тока (сетевого тока) подключен к низковольтному выводу первичной обмотки трансформатора 2, которая соединена с общей токосъемной шиной и колесными парами (на чертеже не показаны). Счетчик 1 расхода энергии соединен с делителями напряжения 3 и 4 информационной шиной 16, обмен по которой производится по изолированному CAN-интерфейсу. К счетчику 1 подключен датчик тока 6, измеряющий ток в цепи собственных нужд электровоза. Делители напряжения 3, 4 и счетчик 1 имеют импульсные выходы 17.
Устройство для измерения и учета распределения электроэнергии на электровозе переменного тока работает следующим образом.
Высокое напряжение 25кВ (50 Гц) в контактной сети через токоприемник 8 и выключатель 9 подается на силовой трансформатор 2 и на высоковольтный делитель напряжения 3. Одновременно на вторичной обмотке (обмотках собственных нужд и отопления) силового трансформатора 2 формируется напряжение, которое поступает на делитель напряжения 4 и на вход счетчика 1.
После понижения напряжение с низковольтных плеч делителей 12 и 15 поступает на вход блока 10 измерения сетевой энергии и блок 13 энергии отопления поезда. Одновременно на вход блоков 10 и 13 поступают сигналы с датчиков тока 5 и 7, которые установлены в сетевой (первичной) и отопительной (вторичной) обмотках силового трансформатора 2. На выходе датчиков тока 5, 6 и 7 формируются сигналы, пропорционально изменяющиеся току, протекающему в силовых цепях электровоза. В блоках 10 и 13 производится расчет измеренной электроэнергии и на выходах формируются сигналы, которые по CAN-шине 16 передаются на вход электрического счетчика 1.
Алгоритм вычисления произведенной при торможении и затраченной энергии на тягу, на собственные нужды и отопление поезда основывается на измерении текущих произведенных и потребленных мощностей, вычислении разности мощностей и определении источника и потребителя энергии. В соответствии с полученными результатами вычисляются величины энергии, затраченной на тягу, на отопление состава, на собственные нужды электровоза и энергию, произведенную электровозом при торможении с распределением по потребителям указанной энергии.
Электрический счетчик 1 производит учет всей электроэнергии с сохранением информации в энергонезависимой памяти и отображением расхода энергии на дисплее.
Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения расхода потребляемой электроэнергии на электровозе за счет применения делителей напряжения, а также повысить эффективность системы нормирования и учета расхода электроэнергии на тягу, рекуперацию и отопление поезда с возможностью вести учет потребленной электроэнергии коммерческими пассажирскими составами.