УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА И СИГНАЛИЗАЦИИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
DEVICE FOR MONITORING AND SIGNALLING ABOUT ELECTRIC MAINS STATUS

Настоящие изобретение относится к области электроизмерительной техники, мониторинга и сигнализации состояния трехфазной электрической сети, а именно, к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии, предназначенным для оперативного контроля параметров электрической энергии, технического, а при установке внешнего дисплея, коммерческого учета электрической энергии, мощности и состояния электрической сети в системах электроснабжения на энергетических объектах, с возможностью передачи информации по радиоканалу.
Известен ближайший аналог счетчик электрической энергии Описание полезной модели к патенту RU 92729 U1 МПК G01R 21/06, G01R 22/00.
Счетчик электрической энергии содержит блоки датчиков, тока и напряжения, подключенные к соответствующем входам измерительного блока, выход и вход которого соединены соответственно с входом и выходом микроконтроллера. К микроконтроллеру так же подключены порты ввода-вывода, блок индикации, блок кнопок управления, энергонезависимая память, имеющая регистр для хранения параметра коррекции постоянного инструментального фазного сдвига между током и напряжением, регистр позволяющий увеличить объем хранимой информации о потреблении электроэнергии за предыдущие периоды, термонезависимые часы реального времени, позволяющие исключить влияние температуры на погрешность определения времени, а также двухходовый источник питания, обеспечивающий работоспособность счетчика при пропадании или снижении ниже нормы входного измеряемого напряжения, являющегося одновременно напряжением питания.
Недостатками аналога является сложная и дорогая конструкция двухвходового источника питания, отсутствует радио передающие устройство, нет интерфейса RS-485.
Наиболее близким по технической сущности является электросчетчик МЕРКУРИЙ 230 ART2-PQCGSN (http://www.incotexcom.ru/m230artg.htm), содержащий стандартный цифровой счетчик электрической энергии, а так же модуль считывания и передачи данных, включающий в себя: модем сотовой связи, считывателя SIM-карт и управляющий контроллер.
Недостатками устройства являются полная недееспособность при отключении электросчетчика от электросети, отсутствие возможности сигнализации о полном отключении электроснабжения или превышении/понижении номинальных величин электрической энергии с указанием точного места нештатной ситуации, дорогая конструкция.
Задачей данного патента является - создание дешевого устройства способного учитывать активную (кВт*ч) и реактивную (кВар*ч) энергию, отслеживать режимы работы электросети в реальном времени и при отклонении их от заданных величин, включая случаи отсутствия напряжения в контролируемой электросети, сигнализировать об этом с указанием географических координат устройства.
Технический результат создание устройства способного в отсутствии напряжения, сигнализировать о неполадках в электросетях по радио каналу с указаниям географических координат места нештатной ситуации.
Технический результат достигается тем, что устройство содержащее клеммную колодку, соединяющую блок питания и блоки датчиков напряжения и тока с питающей сетью, микроконтроллер, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к блокам датчиков напряжения и тока и соединенный с интерфейсом RS-485, оптическим портом, резервным источником питания текущего времени встроенных в микроконтроллер часов и блоком питания, дополнительно снабжено светодиодным индикатором работы устройства, радиоблоком, соединенным с блоком питания и поддерживающим, но не ограничивающимся стандартами передачи данных GSM, CDMA и IEE 802.11, энергонезависимой памятью, имеющей дополнительный регистр памяти, содержащий географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, при этом бесперебойную работу устройства обеспечивает резервный источник питания (аккумуляторная батарея с возможностью замены), связанный с микроконтроллером и радиоблоком.
Такая конструкция позволяет фиксировать параметры работы электросети в реальном времени и передавать полученную информацию с указанием географических координат по каналам радиосвязи диспетчеру за счет установленного радиомодуля и энергонезависимой памяти с дополнительным регистром, поддерживать работоспособность устройства при отключении питания за счет резервного источника питания (аккумуляторной батареи), а так же позволяет снизить стоимость изделия благодаря установке вместо жидкокристаллического дисплея светодиодного индикатора работы устройства.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема устройства мониторинга и сигнализации состояния электрической сети показана на фиг.1. Устройство содержит блок датчиков тока 1 и напряжения 2, первичные обмотки которых подключены к питающей сети 3 через клеммную колодку 4, при этом первичная обмотка блока датчиков тока 2 подключена к питающей сети через измерительные трансформаторы тока 5, а вторичные обмотки соединены с аналого-цифровым преобразователем 6, который передает преобразованный сигнал микроконтроллеру 7, соединенному с энергонезависимой памятью 8 с дополнительным регистром памяти 9, резервным источником питания текущего времени 10, оптическим портом 11, служащим для считывания информации и программирования параметров пользователя и интерфейсом RS-485 12, который служит для внешней связи с микроконтроллером 7, а так же для подключения дополнительных устройств не оснащенных радиомодулем, внешнего дисплея или подключения исполнительного устройства. Питание микроконтроллера 7 и радиоблока 14 обеспечивает Блок питания 16 основанный на понижающем трехфазном выпрямителе и стабилизаторе выходного напряжения. Микроконтроллер 7 дополнительно соединен со светодиодным индикатором работы 13, радиоблоком 14, передающим информацию по каналам радиосвязи в стандартах GSM, CDMA, IEE 802.11 но не ограничивающийся ими, и резервным источником питания 15 для обеспечения автономного режима работы.
Работа устройства мониторинга и сигнализации состояния электрической сети осуществляется следующим образом:
Блок датчиков напряжения 2 преобразовывает напряжение питающей сети 3 по каждой фазе в аналоговые сигналы пригодные для измерения, поступающие в аналого-цифровой преобразователь 6. Измерительные трансформаторы тока 5 преобразовывают ток питающей сети 3 до значения, удобного для измерения. Токовые сигналы по каждой фазе в Блоке датчиков тока 1, преобразуются с помощью токовых трансформаторов и резисторов в сигналы напряжения, поступающие на вход аналого-цифрового преобразователя 6. Аналого-цифровой преобразователь 6 передает сигналы тока и напряжения в питающей сети в цифровом виде на соответствующие входы микроконтроллера 7, который, в свою очередь, производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, полной, активной, реактивной мощностей и энергий, ведет накопление данных, поступающих на его вход, их тарификацию в соответствии с действующим тарифной программой и текущем временем, учет которого ведется во встроенных в микроконтроллер часах. Энергетические параметры электрической сети сохраняются в энергонезависимой памяти 8 в реальном времени, при этом дополнительный регистр памяти 9, после внесения изменений через оптический 11 порт или интерфейс RS-485 12, содержит информацию о координатах места расположения (широта, долгота), и оперативного наименования места установки устройства (№ трансформаторной подстанции, № секции шин, оперативное название присоединения). Светодиодный индикатор 13 работы устройства преобразует сигналы микроконтроллера в световые импульсы с частотой пропорциональной измеренной электроэнергии за единицу времени, показывает наличие всех трех фаз (А, В, С). Через заданные промежутки времени, по запросу диспетчера или автоматически в аварийном режиме (при питании от резервного источника питания 15) микроконтроллер оправляет информацию через радиоблок 14 о расходе электроэнергии, параметры качества, состояния электрической сети отправляет географические координаты, оперативное наименование место установки устройства в случае возникновения нештатной ситуации по беспроводному каналу через радиоблок 14. Питание микроконтроллера 7 и радиоблока 14 в штатном режиме осуществляется от блока питания 16, а в аварийном режиме от резервного источника питания 15.
Преимуществом предлагаемого технического решения являются дешевизна конструкции, многофункциональность, возможность применения данного устройства в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) и для автоматизированного контроля за состоянием электрических сетей.
Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе многофункционального прибора учета фиксирующего число часов использования мощности.
Устройство может найти применение в сфере электроэнергетики, учета электроэнергии для оперативно-диспетчерского управления и скорого устранения аварий в электрических сетях.