СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока в различных отраслях народного хозяйства, в автоматизированных системах учета электроэнергии. Технический результат заключается в повышении точности и надежности измерений.
Известны счетчики электрической энергии, например, счетчик, приведенный в описании к патенту США №6,823,273, кл. НПК 702/61, кл. МПК G06F 12/14, опубл. 23.11.2004, содержащий микропроцессор, как минимум, один порт ввода-вывода данных, подключенный к микропроцессору, и, как минимум, одно устройство памяти, электрически связанное с микропроцессором, датчики тока и датчики напряжения, через преобразователь подключенные к микропроцессору, устройство отображения данных, интерфейс RS-232, модем, связанные с микропроцессором.
Известен также электронный счетчик электрической энергии, приведенный в описании к патенту США №6,611,134, кл. НПК 324/74, кл. МПК G01R 11/32, опубл. 26.08.2003, содержащий микропроцессор, датчики тока, датчики напряжения, преобразователь, порты ввода-вывода информации, устройство отображения, клавиатуру, соединенные с микропроцессором.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является счетчик электрической энергии, приведенный в описании полезной модели №519, кл. МПК G01R 21/133, опубл. 16.06.1995, содержащий измерительный блок, в состав которого входят датчики тока и напряжения, мультиплексор сигналов тока и напряжения, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, энергозависимое запоминающее устройство и подключенная к нему и измерительному блоку микро ЭВМ, энергозависимое запоминающее устройство содержит дополнительный регистр для хранения параметра коррекции постоянного инструментального фазового сдвига между током и напряжением, а измерительный блок - элемент дискретного задания коэффициента усиления, подключенный к усилителю, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя.
Описанные счетчики имеют недостаток, заключающийся в том, что в них не предусмотрена возможность долговременного хранения данных о потребленной электроэнергии, что бывает необходимо при возникновении разногласий между потребителем и поставщиком электроэнергии и предъявлении претензий. Современные счетчики электроэнергии должны хранить значения энергии, потребленной за определенные интервалы времени длительностью от двух минут до получаса, и для хранения этой информации, полученной в течение одного месяца, требуется достаточно большой объем памяти. Претензии же между потребителем и поставщиком электроэнергии, для разрешения которых требуется достоверная информация с приборов учета, могут возникнуть спустя три месяца или даже больше. Кроме того, могут возникнуть потери информации даже при кратковременном отключении питающего напряжения. При считывании данных в автоматизированную систему учета все счетчики должны быть доступны для опроса независимо от наличия напряжения в линии на которой они установлены. Кроме того, при изменении температуры возникает дополнительная погрешность привязки измеренных значений к интервалам времени из-за дополнительной температурной погрешности измерения времени внутренними часами счетчика, что приводит к ошибкам при расчете баланса энергии в энергосистеме.
При создании предлагаемой полезной модели стояла задача разработки счетчика электроэнергии, позволяющего надежно сохранять достоверную информацию о потребленной электроэнергии за предыдущие периоды и своевременно передавать ее в автоматизированную систему учета. Поставленная задача решается за счет увеличения объема энергонезависимой памяти, исключения влияния изменений температуры на погрешность измерения времени, а также исключения возможности потери данных даже при кратковременном отключения питающего напряжения и обеспечения возможности чтения данных со счетчика в автоматизированную систему при отсутствии входного напряжения. При этом, в счетчик электрической энергии, содержащий блоки датчиков напряжения и тока, подключенные к соответствующим входам измерительного блока, выход которого и другой вход соединены соответственно с входом и выходом микроконтроллера, к другим входам и выходам которого подключены порты ввода-вывода, блок индикации, блок кнопок управления, энергонезависимую память, имеющую регистр для хранения параметра коррекции постоянного инструментального фазового сдвига между током и напряжением, введены термонезависимые часы реального времени, позволяющие исключить влияние температуры на погрешность определения времени, а в энергонезависимую память введен дополнительный регистр, позволяющий увеличить объем хранимой информации о потреблении электроэнергии за предыдущие периоды, а также введен двухвходовый источник питания вторым входом подключенный к источнику резервного питания, обеспечивающий работоспособность счетчика при пропадании или снижении ниже нормы входного измеряемого напряжения, являющегося одновременно напряжением питания.
Технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности измерений показателей энергопотребления, достигается именно за счет введения новых элементов и их связей с другими блоками счетчика.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена функциональная схема счетчика электрической энергии.
Предлагаемый счетчик, представленный на чертеже, содержит блок датчиков тока 1, блок датчиков напряжения 2, выходы которых подключены к соответствующим входам измерительного блока 3, двухвходовый источник питания 4, один вход которого соединен с источником входного сигнала, а другой вход предназначен для подключения к источнику резервного питания, микроконтроллер 5, один из входов и один из выходов которого соединены с соответствующими выходом и входом измерительного блока 3, блок индикации 6, входом подключенный к другому соответствующему выходу микроконтроллера 5, энергонезависимую память 7, термонезависимые часы реального времени 8, порты ввода-вывода 9, своими входами и выходами подключенные к соответствующим выходам и входам микроконтроллера 5, один из входов которого подключен к выходу блока кнопок управления 10.
Предлагаемый счетчик электроэнергии работает следующим образом. Измеряемые сигналы напряжения и тока поступают на входы датчиков напряжения 2 и тока 1, с выходов которых они поступают на входы измерительного блока 3. Измерительный блок 3 производит аналого-цифровое преобразование и вычисляет необходимые параметры, которые периодически считывает микроконтроллер 5 и по запросу передает через порты ввода-вывода 9. Значения потребленной энергии, измеренные счетчиком на начало суток, месяца, года, а также значения энергии, измеренные за определенные интервалы времени с привязкой к дате и времени измерения, записываются в энергонезависимую память 7 во второй дополнительный регистр. Это позволяет увеличить время хранения снятых показаний.
Для правильного расчета за потребленную электроэнергию измерения должны быть привязаны ко времени с высокой точностью, а погрешность часов обычных счетчиков зависит от температуры окружающей среды. Применение внешних по отношению к микроконтроллеру 5 термонезависимых часов реального времени позволило исключить зависимость погрешности измерения времени от температуры, а подключение их к выходу микроконтроллера 5 позволило дистанционно по команде, передаваемой из автоматизированной системы через порты ввода-вывода 9, корректировать время, что дополнительно повышает точность измерения.
Питание счетчика обычно производится от измеряемого сигнала напряжения. При работе счетчика в составе автоматизированной системы учета постоянно возникает необходимость считывания показаний со всех счетчиков, в том числе, установленных на линиях, которые в данный момент отключены. Для этого в данном счетчике применен двухвходовый источник электропитания 4, который позволяет питать счетчик от резервного источника при отсутствии напряжения в измерительной цепи. Применение одного двухвходового источника питания 4 вместо обычно применяемых двух отдельных источников позволило снизить стоимость счетчика.