Автономный переносной измеритель-ограничитель потребляемой электроэнергии

Полезная модель « Автономный переносной измеритель - ограничитель потребляемой электроэнергии» относится к обеспечивающим устройствам контроля расхода электроэнергии, санкционировано потребляемой от электрической сети. Заявляемая полезная модель относится к рубрикам МПК G01R 1/00 и G01R 11/02 - «Элементы конструкции и вспомогательные устройства для приборов» и «Электромеханические устройства для измерения интеграла электрической мощности или тока по времени, например потребления или расхода».
Известно достаточно большое количество устройств учета расхода электроэнергии, например [1…5], предназначенных, главным образом, для использования в стационарных условиях. Существуют устройства дистанционного учета расхода электроэнергии, в том числе беспроводные [6, 7], а также устройства контроля расходования электроэнергии и отключения несанкционированных потребителей [8]. Все перечисленные устройства предназначены для стационарного использования внутри производственных и жилых помещений, транспортных средств, то есть в условиях отсутствия внешних отрицательных воздействий. Поэтому в их составе отсутствуют специальные элементы, предназначенные для защиты от внешних механических, атмосферных и иных воздействий.
Известно устройство [9], принятое в качестве прототипа, которое может быть использовано в качестве переносного малогабаритного электроизмерительного прибора, устойчивого к воздействию вибраций и ударов. В конструкцию этого прибора введены специальная защитная крышка, растяжки, рессоры, пружины и другие амортизационные детали, обеспечивающие защиту устройства от нежелательных, в основном вибрационных и ударных, внешних воздействий. Поэтому такое устройство может применяться для учета расходуемой электроэнергии в нестационарных условиях.
Известные устройства, в том числе прототип, обеспечивают только учет израсходованной электроэнергии и контроль ее расходования. Однако при использовании потребителей электроэнергии в стационарных, лабораторных, полевых и бытовых условиях имеют место ситуации, когда объем отпускаемой потребителю электроэнергии ограничен установленным лимитом, определяемым, например, договором на оказание услуг. При этом ограничения могут быть как по среднему значению потребляемой мощности (тока), так и по общему значению используемой электроэнергии. В частности, к примеру, подобные ситуации возникают при временном санкционированном подключении потребителей в бизнесе, у дачников. Обладая свойствами индивидуального выносного измерителя потребляемой энергии применим также в быту, когда надо выявить более экономичный прибор при тех же потребительских свойствах. Устройство подключается, как правило, к стационарным электросетям, принадлежащим иным владельцам и, в свою очередь, также имеющим ограничения по потреблению электроэнергии. В подобных случаях необходим не просто контроль расходования потребителем электроэнергии в пределах отведенного ему лимита, но и принятие мер для недопущения перерасхода электроэнергии. Использование для этих целей известных устройств требует постоянного контроля человека за показаниями счетного устройства измерителя расходуемой электроэнергии и не позволяет автоматически блокировать возможность ее дальнейшего расходования в случае превышения отпущенного лимита.
Заявляемая полезная модель предназначена для достижения технического результата, заключающегося в автоматизации контроля расходования электроэнергии и блокирования возможности превышения допустимого лимита. Тем самым сокращаются затраты рабочего времени на контроль за расходованием электроэнергии, повышается качество контроля и исключается возможность несанкционированного расходования электроэнергии.
Для достижения указанного технического результата в состав переносного измерительного устройства дополнительно включены токовое реле, которое срабатывает на отключение потребителя в случае превышения допустимого значения средней потребляемой мощности и его повторное подключение при снижении потребляемой мощности до допустимого уровня, и таймер, который в качестве счетчика времени автоматически учитывает время работы потребителя в режиме расходования электроэнергии с допустимым средним значением потребляемой мощности и отключает потребителя в случае превышения допустимого лимита потребления электроэнергии. При этом учитывается, что расходуемая электроэнергия прямо пропорциональна значениям средней потребляемой мощности и времени потребления. Поскольку значение средней потребляемой мощности оговорено договором на санкционированное подключение и ограничено токовым реле, время работы потребителя, заданное установкой таймера, однозначно определяет значение разрешенной для израсходования электроэнергии. Таким образом, выбором токового реле с током срабатывания, соответствующим разрешенной средней потребляемой мощности, и установкой на таймере разрешенного времени потребления электроэнергии может быть задано разрешенное потребителю значение используемой энергии. Во избежание вмешательства потребителя в заданные установки токового реле и таймера, соответствующие разрешенному энергопотреблению, эти элементы устройства должны быть закрыты пломбируемыми крышками. В тех случаях, если фактически потребляемая мощность менее допустимой, оговоренной договором на оказание услуг, время установки таймера может быть откорректировано в сторону увеличения с учетом фактического потребления. При этом фактическое потребление может быть определено по показаниям счетчика расхода электроэнергии или за счет применения устройства измерения среднего потребляемого тока, например по [10], так как при постоянном напряжении сети расходуемая мощность определяется значением тока.
Счетчик времени (таймер), используемый в устройстве, в принципе, может быть любым - механическим, электромеханическим или электронным. Более удобны электромеханический и электронный, как обладающие более значительным диапазоном установки временных интервалов. При этом электропитание таких счетчиков может осуществляться либо от сети, в которой работает устройство, либо от автономного источника, например аккумулятора. В случае питания от сети, счетчик должен подключаться к ней в составе устройства до элементов размыкания цепи питания потребителя токовым реле и собственной контактной группой таймера. В противном случае при срабатывании элементов размыкания цепи вследствие превышения допустимой потребляемой мощности или разрешенного времени потребления электроэнергии, счетчик времени будет также отключаться от сети, т.е. отсчет времени прекратится.
Пример реализации устройства представлен на чертеже.
В корпусе устройства 1 имеются гнезда (вход) 2 для подключения к стационарной сети 3, от которой осуществляется потребление электроэнергии. Корпус устройства 1 предназначен для защиты переносного устройства от нежелательных внешних воздействий. Для этого он выполнен в брызгозащищенном исполнении, имеет закрывающуюся крышку и ручку для переноски. Внутри корпус 1 оборудован амортизаторами 4, демпфирующими колебания платы 5, на которой размещены остальные элементы устройства. Гнезда 2 подключены к входу счетного устройства 6 - счетчику израсходованной потребителем электроэнергии. Выход счетного устройства 6 подключен к входу токового реле 7 с нормально замкнутыми контактами, срабатывающему на размыкание цепи подачи электроэнергии потребителю в случае превышения допустимого расхода электрической мощности (тока) и на замыкание цепи при потребляемой мощности в пределах допуска. Токовое реле 7 имеет опечатываемую крышку, не позволяющую несанкционированно изменять установку тока срабатывания реле. Параллельно счетному устройству 6 к его входной цепи подключается счетчик времени (таймер) 8, имеющий орган (переключатель) установки допустимого времени потребления электроэнергии, доступ к которому закрыт опечатываемой крышкой для недопущения несанкционированного изменения установленного времени. По истечении установленного времени, контактная группа таймера 9, подключенная к выходу токового реле 7, размыкает цепь энергопотребления. При замкнутых контактах токового реле 5 и контактах 9 таймера 8 электроэнергия, поступающая от стационарной сети 3, подается на выходные гнезда устройства 10 и далее в цепь энергопотребления 11.
Работа описанного варианта устройства и организация его применения заключаются в следующем. При необходимости подключения потребителя стационарной электросети 3, устройство через входные гнезда 2 подключается к этой сети. Токовое реле 5 устанавливается на номинал тока, соответствующий допустимому потреблению мощности (например при допустимой потребляемой мощности 4000 Вт и напряжении сети 220 В устанавливается реле с током срабатывания 4000:220=18 А). Далее производится установка времени срабатывания таймера 8, соответствующего значению разрешенного потребления электроэнергии (например при разрешенном потреблении электроэнергии 100 кВт∙ч и потребляемой мощности 4000 Вт устанавливается время срабатывания таймера 100000:4000=25 ч). После этого крышки токового реле 5 и таймера 8 опечатываются и производится подключение сети энергопотребления 11 к выходным гнездам устройства 10. Если в процессе работы не было превышения допустимого потребления мощности (срабатывания токового реле), по истечении заданного времени энергопотребления (срабатывания таймера) производится съем показания счетчика электроэнергии 6. Если фактически израсходованная электроэнергия менее разрешенной, потребителем электроэнергии вместе с ее поставщиком производится установка дополнительного времени срабатывания таймера (например при фактическом расходе 90 кВт∙ч вместо разрешенных 100 кВт∙ч, дополнительное время составит 10000:4000=2,5 ч). Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает возможность контроля расходуемой электроэнергии при допустимом значении потребляемой мощности и ограничивает возможность энергопотребления сверх разрешенных значений потребляемых мощности и энергии.
Возможность практической реализации заявляемого устройства на современном техническом уровне не вызывает сомнений. Все элементы устройства известны. Они либо находятся в промышленном производстве, например счетчики расхода электроэнергии, токовые реле, таймеры, либо, такие как корпус, плата могут быть изготовлены без особых технологических затруднений. Каких - то дефицитных или уникальных материалов для изготовления устройства также не требуется. Таким образом, реализация заявленного назначения и технического результата при помощи предлагаемой полезной модели практически осуществима.
Источники информации
1. Счетчик электрической энергии электронный однофазный «НЕВА» паспорт ТАЙП. 411152.001-01 ПС, г. Санкт-Петербург, 2011
2. Изобретение «Устройство для измерения электрической энергии», авторское свидетельство СССР №1725034 SU, Р.ж. №13-1992
3. Изобретение «Устройство для автоматического контроля потребления электрической энергии», авторское свидетельство №1370571 SU, Р.ж. №10-1988
4. Изобретение «Электрическая штепсельная вилка с устройством отображения потребляемой мощности и электрической энергии», патент №ЕР 1666891 А1, Р.ж. №6-2007
5. Изобретение «Электрический счетчик с убираемыми выводами», патент № WO 2005012531 А2, Р.ж. №2-2007
6. Полезная модель «Цифровой счетчик электрической энергии с дистанционным управлением», Патент №152096 RU, опубл. 23.05.2015 г.
7. Изобретение «Автоматическое устройство учета расхода электроэнергии», патент №2231889 RU, опубл. 27.06.2004 г.
8. Изобретение «Устройство для учета расхода электроэнергии», патент №2327173 RU, опубл. 20.06.2008 г.
9. Изобретение «Переносной электроизмерительный прибор», авторское свидетельство СССР №1347019 SU, публ. 23.10.1987 г. №39.
10. Изобретение «Способ измерения расхода электроэнергии, потребляемой от электрической сети, и электронный счетчик электроэнергии», патент по заявке 96117265/09, опубл. 10.10.1999 г.