УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С ЗАЩИТОЙ ОТ ХИЩЕНИЙ И ПОДАВЛЕНИЕМ ВЫСШИХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а также к средствам распределения, контроля, учета расхода электроэнергии, защиты от хищений, дистанционной индикации режимов работы сети и управления средствами коммутации питающих сетей. Полезная модель может быть использована для учета электрической энергии в системах электроснабжения бытового и мелкомоторного сектора в цепях переменного тока с целью снижения коммерческих и технических потерь в сетях 0,4 кВ.
Известно устройство, описанное в патенте на изобретение "Способ учета электрической энергии в распределительных сетях 0,4 кВ с защитой от хищений" (RU 2330294 С2 МПК G01R 11/00, опубликован 27.07.2008), в котором потребители электроэнергии подключены к подводящей электросети через контрольно-измерительные устройства, расположенные в точках непосредственного присоединения к распределительной сети 0,4 кВ, состоящим из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии.
Недостатки устройства характеризуются тем, что источник сигнала пропорционального току незащищен от воздействия мощности искажения. Вследствие чего возрастает величина результирующей погрешности измерения количества электрической энергии.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в патенте на изобретение "Способ учета электрической энергии" (RU 2445636 С1 МПК G01R 11/00, опубликован 20.03.2012), в котором потребители электроэнергии подключены к контрольно-измерительным устройствам, состоящим из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя, и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии через экранированный разделительный трансформатор, размещенный в заземленном корпусе.
Недостатками данного способа являются сложность изготовления и большие массогабаритные показатели устройства, вследствие чего его установка повышает затраты на эксплуатацию и ремонт измерительного комплекса в целом. Кроме того, его работа приводит к появлению потерь холостого хода. Экранированный разделительный трансформатор относится к устройствам пассивного типа, которые не содержат элементов управления, позволяющих изменять частотные характеристики устройства, и где не происходит усиления сигнала.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения электрической энергии и создание помехозащищенности электрической сети, упрощения конструкции, снижение массогабаритных показателей устройства, исключение потерь холостого хода при работе активного фильтра гармоник.
Задача решается тем, что в предлагаемом техническом решении, состоящем из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии, в отличие от прототипа, потребители электроэнергии подключены к контрольно-измерительным устройствам, через активный фильтр гармоник, снабженный блоком управления и контроля, позволяющим изменять частотные характеристики фильтра, подстраиваясь под изменяющуюся нагрузку в режиме реального времени.
Использование активного фильтра гармоник позволяет значительно ограничить распространение гармонических составляющих тока и напряжения от нелинейной нагрузки в сеть по сравнению с прототипом за счет уменьшения амплитуды токов или напряжений одной или нескольких частот, что, в свою очередь, позволяет исключить влияние мощности искажения на источник сигнала, пропорционального току, и тем самым повысить точность измерения электроэнергии за счет нейтрализации высших гармоник в точке подключения между контрольно-измерительными устройствами и нагрузкой, добиваясь снижения массогабаритных показателей устройства и исключения потерь холостого хода за счет компактности и конструктивных особенностей фильтра.
В результате проведенного патентного поиска авторами не обнаружено идентичного технического решения, что подтверждает доказательство соответствия заявленного технического решения критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется схемой системы электроснабжения (фиг.), включающей:
контрольно-измерительное устройство состоящее:
- из счетчика электроэнергии 1, вход которого подключен непосредственно к распределительной сети 12, а выход подключен к входу разделительного высокочастотного фильтра 2, выход которого подключен через управляемый выключатель 6 к началу линии электроснабжения 13 потребителя 8;
- первого электросетевого модема 3, подключенного непосредственно к распределительной сети 12;
- второго электросетевого модема 5, подключенного к началу линии электроснабжения 13 потребителей 8;
- устройства управления 4, управляющего работой электросетевых модемов 3, 5, выключателя 6 и получающего информацию о расходе электроэнергии от счетчика 1.
Между потребителем 8 и контрольно-измерительным устройством подключен активный фильтр гармоник 14, к выводам которого подключены потребители 8 и третий электросетевой модем 7.
К третьему электросетевому модему 7 подключен блок индикации 9, на который поступает информация от контрольно-измерительного устройства.
Для сбора информации в центр и для управления группой контрольно-измерительных устройств к началу линии распределительной сети 12 подключен концентратор 11 через электросетевой модем 10. Концентраторы размещают в помещениях трансформаторных подстанций или щитовых помещениях многоквартирных домов.
Для реализации способа используются следующие промышленные или заказные изделия.
В качестве счетчика электроэнергии можно использовать любой электронный или электромеханический счетчик с импульсным или цифровым выходом, в том числе многотарифный.
Разделительный высокочастотный фильтр служит для изолирования взаимных влияний электросетевых модемов, установленных на внутренних подводящих линиях электроснабжения соседних абонентов. В качестве фильтра можно использовать дроссель или выпускаемые промышленностью фильтры электромагнитных помех для сети электроснабжения.
В качестве электросетевых модемов можно использовать любые модемы, выпускаемые промышленностью, для передачи информации по электрической сети переменного тока напряжением 220 В.
Блок управления контрольно-измерительного устройства выполняется на основе микроконтроллера, запрограммированного соответствующим образом.
В качестве управляемого выключателя можно использовать силовое реле с подходящими параметрами по допустимому напряжению и току.
Блок индикации может быть переносным, иметь экран, например, жидкокристаллический для вывода информации и включаться в розетку электрической сети, расположенную внутри здания. Возможно также подключение к персональному компьютеру или телевизионному приемнику через специальные устройства сопряжения.
Концентратор служит для сбора и хранения информации с контрольно-измерительных устройств с целью ее дальнейшей передачи в энергоснабжающую организацию. В качестве концентратора можно использовать выпускаемые промышленностью концентраторы для Автоматизированной Системы Коммерческого Учета Электроэнергии (АСКУЭ). Связь из центра управления АСКУЭ с концентратором может осуществляться по любым доступным каналам связи, используемым в АСКУЭ.
Каждое контрольно-измерительное устройство опрашивается концентратором по линии распределительной электрической сети 0,4 кВ и передает в концентратор информацию о потреблении электроэнергии. Это позволяет контролировать правильность и своевременность платежей, а также при наличии управляемых выключателей в составе контрольно-измерительных устройств дистанционно отключать должников и неплательщиков.
Абонент не имеет физического доступа непосредственно к контрольно-измерительному устройству и соответственно не может на него повлиять с целью искажения учета потребленной электроэнергии или несанкционированно подключиться в обход контрольно-измерительного устройства для безучетного энергопотребления. В то же время он получает полную информацию о количестве потребленной электроэнергии, а также другую информацию, необходимую для учета электроэнергии и произведения оплаты.
Устройство для учета электрической энергии с защитой от хищений и подавлением высших гармонических составляющих реализуется следующим образом.
Обмен данными между счетчиками и концентратором происходит с помощью радиосигналов. Концентратор периодически излучает радиосигнал, принимаемый всеми подчиненными узлами системы, которые интерпретируют факт приема радиосигнала как команду на передачу одного бита своих данных. Передача данных производится всеми узлами в области пересечения нулевого уровня основным напряжением сети, т.к. эта область сетевого полупериода наиболее свободна от помех со стороны сетевых потребителей электроэнергии. Концентратор побитно принимает данные от счетчиков и сохраняет распознанные пакеты в энергонезависимой памяти откуда их в любой момент можно считать через один из его последовательных интерфейсов. Один из выводов активного фильтра гармоник включается параллельно перед контрольно-измерительным устройством в электрическую цепь измеряемого тока. Другой вывод подключается через измерительный орган непосредственно к электрической сети. Активный фильтр гармоник производит анализ гармоник тока нелинейной нагрузки при помощи измерительного органа путем преобразования напряжения питающей сети в сигнал, поступающий от данного средства измерения к блоку управления и контроля для определения картины спектра гармоник и при превышении допустимого значения коэффициента несинусоидальности данный компонент выдает необходимые команды, которые поступают в генератор тока, выполненного на основе компонентов силовой электроники, который генерирует в противофазе в цепь высшие гармоники таких порядков, которые необходимы для компенсации искажений кривой тока и недопущения негативного влияния на контрольно-измерительное устройство. В результате происходит компенсация высших гармонических составляющих в точке присоединения и данное устройство подавляет спектр высших гармоник от 2-ой до 40-ой в результате чего кривая тока содержит только гармонику основной частоты, тем самым обеспечивается ее синусоидальность.
Технический результат, на который направлена данная полезная модель, достигнут и заключается в том, что устройство учета электрической энергии с защитой от хищений и подавлением высших гармонических составляющих, позволяет существенно сократить коммерческие и технические потери электроэнергии, возникающие при электроснабжении бытовых и мелкомоторных абонентов с нелинейной нагрузкой, а так же упростить конструкцию и снизить массогабаритные показатели аппаратуры, исключить потери холостого хода при работе активного фильтра гармоник.