СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MEASURING AND ACCOUNTING FOR ELECTRIC POWER CONSUMPTION AT PRODUCTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения условно-постоянных и условно-переменных расходов активной электроэнергии в однофазных и трехфазных сетях переменного тока, а также электроэнергии в сетях постоянного тока в различных отраслях народного хозяйства.
C
Известно, что расходы электроэнергии подразделяются на условно-переменные расходы УПР - расходы энергии на выполнение основных технологических операций и условно-постоянные расходы УПР - расходы электроэнергии на вспомогательные нужды, которые не зависят от изменения объема производства; например, расход энергии на освещение, привод вентиляционных устройств, отопление, кондиционирование воздуха. Переменную часть расхода электроэнергии определяют обычно укрупненно на основе времени работы оборудования или по сводным нормам, а постоянную часть - на основе нормативов освещенности, отопления помещений и т.д.
Разделение потребления электроэнергии на вышеуказанные части необходимо также для бухгалтерского учета, где понятия УПР и УПсР существуют, но методы расчетов и полученные результаты достаточно приблизительны.
Известен метод определения расходов электроэнергии на производство продукции структурного подразделения для выявления объемов и нормирования электропотребления, основанный на вероятностно-статистических расчетах и построении регрессионной зависимости удельного расхода электроэнергии от объема производства, которая имеет нелинейный характер. Полученные кривые обычно аппроксимируют с помощью степенных, экспоненциальных или полиноминальных функций (см. Катайцева Е.С., Кузнецова Е.С.) Исследование и совершенствование режимов электропотребления металлургических производств (на примере предприятий Южного Кузбасса): диссертация кандидата технических наук: 05.09.03. - Новокузнецк, 2002. - 165 с.). Использование этого способа для нормирования расхода энергии всего производственного подразделения усложняется большим числом единиц установленного оборудования, многообразием обрабатываемых деталей и технологических операций, а также неравномерностью режимов работы.
В предложенном методе можно рассчитать удельно-постоянные расходы, как результат пересечения аппроксимирующей кривой оси ординат, где производство равно нулю.
Недостатком указанного метода является сложность расчетов, низкая точность, а также невозможность определения условно-переменных расходов.
В настоящее время на производстве широко применяются известные способы измерения и учета расходов электроэнергии и ее составляющих, например, мощности, удельных расходов электроэнергии, разбиение расходов электроэнергии по зонам (пиковая, полупиковая и ночная зоны), определение дневного и ночного потребления энергии, количество потребленной энергии за определенный интервал времени (цикл наблюдения) с заранее определенным временем цикла, позволяющие осуществлять контроль, производить анализ параметров электроэнергии, сравнение полученных результатов с измеренными в предыдущих циклах и с использованием статистических методов производить анализ и намечать мероприятия, повышающие энергоэффективность производственных процессов (см. А. Аганичев, Д. Панфилов, М. Плавич. Цифровые счетчики электрической энергии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chipnews.ru/html.cgi/ar-hiv/00_02/stat-18.htm.
Недостатками существующих способов является отсутствие методов измерения условно-постоянных и условно-переменных расходов электроэнергии.
Известны системы учета электроэнергии, где электросчетчик осуществляет измерения активной энергии электроприемников постоянного и переменного тока.
Известен электронный счетчик для измерения активной мощности трехфазной сети, реализованный на базе цифровой техники, далее электронный счетчик, содержащий датчики тока и напряжения, устройство перемножения, преобразователь аналогового сигнала в дискретный, программируемый микроконтроллер, элемент памяти, дисплей, блок дополнительных сервисных функций (см. А. Абрамов, И. Матейчук, Д. Панфилов, М. Плавич. Что стоит за цифровыми счетчиками электроэнергии [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chipnews.ru/ht-ml.cgi/arhiv/00_08/stat_18.htm.
Недостатком известного счетчика является отсутствие возможности измерения составляющих частей потребляемой электроэнергии, а именно условно-постоянных и условно-переменных расходов из-за ограниченных возможностей микроконтроллера (в т.ч. незначительного объема памяти), а также отсутствия входов для подключения нескольких счетчиков электроэнергии от системы электроснабжения.
Наиболее близкой является система учета электроэнергии (СУЭ), содержащая информационно-измерительный комплекс (ИИК), обеспечивающий измерение физических величин и преобразование их в информационные сигналы и включающая трансформаторы тока и напряжения, вторичные цепи, счетчики электроэнергии, а также информационно-вычислительный комплекс энергообъекта (ИВКЭ), обеспечивающий сбор данных с уровня ИИК, частичное хранение и передачу данных на уровень информационно-вычислительного комплекса (ИВК), включающий в себя устройства сбора и передачи данных (УСПД) (см. Иванов К.Я. Подходы к разработке структурных схем для АИИС КУЭ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.tpi-sib.ru/index.php%3Foption%3Dcom_content%26task%3Dview%26id%3D33%26 Itemid%3D. В информационно-вычислительном комплексе производятся математические операции обработки полученной информации по определенным алгоритмам, заложенным в программах ИВК. Система может иметь дополнительные сервисные функции, например, такие, как функцию расчета стоимости электроэнергии по зонам (пиковая, полупиковая и ночная зоны), удаленный доступ к счетчику для дистанционного контроля показаний, определение дневного и ночного потребления энергии, установку различных форматов вывода сведений (например, отображение на дисплее информации о количестве потребленной энергии за определенный интервал и др.), позволяющие повысить качество, надежность и безопасность измерений. Для определения расходов электроэнергии по производственному подразделению необходимо в простейшем случае алгебраически сложить показания счетчиков за определенный интервал времени, называемый интервалом наблюдения (час, сутки, неделя, месяц и др.).
Недостатком известной системы учета электроэнергии является отсутствие определения условно-переменных и условно-постоянных расходов электроэнергии.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в том, что для повышения энергоэффективности производства и решения задач энергосбережения на предприятии, необходимо измерять условно-постоянные и условно-переменные расходы для различных заранее определенных интервалов времени - циклов наблюдения (час, неделя месяц и т.д.).
Данная техническая проблема решается тем, что, в известном способе измерения и учета электроэнергии на производстве путем измерения приборами учета расхода электроэнергии за весь цикл наблюдения, согласно изобретению, цикл наблюдения делят на минициклы, на первом этапе миницикла осуществляют измерение условно-постоянных расходов в момент простоя производственного оборудования и фиксируют их значение в системе учета электроэнергии, на втором этапе миницикла, следующим сразу за первым, осуществляют измерение общих расходов в период производства продукции и также фиксируют их значение в системе учета электроэнергии, затем определяют условно-переменные расходы за второй этап миницикла по выражению:
, где
п2
Р - условно-переменные расходы электроэнергии за второй этап миницикла, кВт*ч;
O2
Р - общие расходы электроэнергии за второй этап миницикла, кВт*ч;
c1
P - условно-постоянные расходы, измеренные на первом этапе миницикла, кВт*ч;
m1
Ц - длительность первого этапа миницикла, ч;
m2
Ц - длительность второго этапа миницикла, ч;
при этом начало простоя фиксируют с задержкой на время нормируемых технологических пауз при (безаварийном) нормальном процессе производства, а полученную информацию по каждому этапу измерения передают на записывающее и показывающее устройство для визуального слежения.
Данная техническая проблема решается также тем, что в известном устройстве для измерения и учета затрат электроэнергии, включающем последовательно соединенные информационно-измерительный комплекс и информационно-вычислительный комплекс, информационный выход которого подсоединен к первому входу многовходового записывающего и показывающего устройства, согласно изобретению, устройство содержит первую ячейку памяти, предназначенную для хранения информации по условно-постоянным расходам, выход которой соединен со вторым входом многовходового показывающего и записывающего устройства и с первым входом вычислителя, предназначенного для расчета условно-переменных расходов за второй этап миницикла, вторую ячейку памяти, предназначенную для хранения информации по общим расходам электроэнергии в период производства продукции, выход которой соединен со вторым входом вычислителя, при этом входы первой и второй ячеек памяти подключены, соответственно, к первому и второму управляющим ключам памяти, предназначенным для передачи информации соответственно в первую и вторую ячейки памяти, входы которых соединены с блоком логики, предназначенным для формирования информации о режимах работы производства, входы которого соединены с датчиками режима работы производства, причем первые выходы первого и второго ключей памяти подключены к информационному выходу информационно-вычислительного комплекса, а вторые выходы - соединены с третьим и четвертым входом вычислителя, выход которого соединен с третьим входом многовходового записывающего и показывающего устройства.
Технический результат, получаемый в результате использования изобретения, заключается в том, что появляется возможность осуществить измерение и учет условно-постоянных и условно-переменных расходов и отслеживать их в реальном времени по показаниям приборов. Для этого в устройстве предусмотрены две ячейки памяти, одна из которых предназначена для хранения информации по условно-постоянным расходам электроэнергии, а другая - по общим расходам электроэнергии в период производства продукции, вычислитель, который предназначен для расчета условно-переменных расходов за второй этап миницикла. В вычислителе производится расчет условно-переменных расходов электроэнергии по выражению  с использованием типовых математических или имитационных программ.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежом, где изображена блок-схема устройства для измерения и учета электроэнергии.
Блок-схема содержит последовательно соединенные информационно-измерительный комплекс 1, предназначенный для измерения объемов электроэнергии, и информационно-вычислительный комплекс 2, предназначенный для обработки информации, поступившей из информационно-измерительного комплекса, информационный выход которого подсоединен к первому входу многовходового показывающего и записывающего устройства 3, предназначенного для сохранения и визуализации обработанной информации, первую ячейку памяти 4, предназначенную для хранения информации по условно-постоянным расходам, соединенную со вторым входом многовходового показывающего и записывающего устройства 3, вторую ячейку памяти 5, предназначенную для хранения информации по общим расходам электроэнергии в период производства продукции, первый 6 и второй 7 управляющие ключи памяти, предназначенные для передачи информации соответственно в первую и вторую ячейки памяти, подключенные с одной стороны, соответственно, к первой 4 и второй 5 ячейкам памяти, а с другой стороны - к информационному выходу информационно-вычислительного комплекса 2, блок логики 8, предназначенный для формирования информации о режимах работы производства, первый выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа 6, а второй выход - к управляющему входу второго ключа 7, датчики 9 режима работы производства (простой, работа), подсоединенные к входам блока логики 8, вычислитель 10, предназначенный для расчета условно-переменных расходов за второй этап миницикла четыре входа которого подсоединены соответственно к выходам ключей 6, 7, и ячеек памяти 4, 5, а выход подключен к третьему входу многовходового показывающего и записывающего устройства 3.
Устройство работает следующим образом.
На входы блока логики 8 поступают сигналы от датчиков 9, которые в данный момент времени определяют состояние производства в производственном подразделении: простой или работа. Простой могут, например, определять датчик аварии, установленный в программируемых контроллерах уровней «Электропривод» или «Технологический агрегат», датчик отключения транспортных рольгангов в прокатном цехе перед остановкой на перевалки и ремонты, снижение до 0 сигнала от датчика статического тока. Простой по ремонтам может быть зафиксирован в случае отключения электроснабжения главных технологических агрегатов подразделения. Элемент выдержки времени (ЭВВ), установленный в блоке логики 8, позволяет отстроиться от нормируемых технологических остановок, связанных с прерыванием производства на отдельных агрегатах для выполнения технологических задач.
m1
m
В случае остановки производства (этап Ц миницикла Ц) на первом выходе блока логики 8 появится логический управляющий сигнал, открывающий первый ключ 6. При этом информация о расходе электроэнергии с информационного выхода информационно-вычислительного комплекса 2 поступит в первую ячейку памяти 4 и будет там записываться вплоть до окончания простоя, когда первый ключ 6 отключится. Информация о величине условно-постоянного расхода электроэнергии поступает на 2-й вход многовходового показывающего и записывающего устройства.
m2
m
При начале работы производственного подразделения после простоя (Ц миницикла Ц) управляющий логический сигнал на втором выходе блока логики 8 откроет второй ключ 7, при этом информация о расходе электроэнергии с информационного выхода информационно-вычислительного комплекса 2 будет поступать во вторую ячейку памяти 5, где запишется информация о полном (общем) расходе электроэнергии за период работы производственного подразделения.
Информация, накопленная в ячейках памяти 4, 5 за период наблюдения, будет определять условно-постоянные (при простоях) или полные (при работе) расходы электроэнергии.
m1
m2
O2
m2
пр2
п2
m2
O2
m2
пр2
m1
m2
Длительность минициклов Ц и Ц рассчитывается в вычислителе 10 исходя из длительностей сигналов, поступающих от первого и второго ключей 6, 7. Полный расход Р электроэнергии за миницикл Ц работы производственного подразделения равен сумме условно-постоянных Рс и условно-переменных Р расходов. Таким образом условно переменные расходы за миницикл Ц работы можно с достаточной точностью определить, как разность между общим расходом электроэнергии Р, измеренным на втором этапе миницикла Ц и хранящемся в ячейке памяти 5 и условно-постоянными расходами Рс, измеренными на первом этапе миницикла Ц (хранящимся в ячейке 4) и приведенным к длительности второго этапа миницикла Ц:
где
при этом m (количество минициклов) изменяется от 1 до М (М - последний миницикл в цикле наблюдений).
m1
m2
Вычисления по формулам (1), (2) осуществляются в ячейке вычислителя 10, на входы которого подаются соответственно длительность миницикла Ц с выхода ключа 6, длительность миницикла Ц с выхода ключа 7, информация об УПсР с выхода ячейки памяти 4, информация о полном расходе электроэнергии с выхода ячейки памяти 5, а сигнал с выхода вычислителя поступает к 3-му входу n-входового показывающего и записывающего устройства 3.
Для визуальной обработки информация об УПсР, записанная в памяти 4, и УПР, рассчитанная в вычислителе 10, может быть выдана на входы многовходового показывающего и записывающего устройства 3 при помощи различных программных функций «подключения нового оборудования», уже имеющихся или вновь запрограммированных. В простейших случаях, блок логики 8, ячейки памяти 4, 5, ключи 6, 7 и вычислитель 10 могут быть реализованы аппаратно с передачей информации на отдельный дисплей.
Положительный эффект от измерения условно-постоянных и условно-пременных расходов имеет важное техническое значение прежде всего для повышения энергоэффективности в процессе реализации программ энергосбережения, так как снижение условно-постоянных расходов при таком разделении будет осуществлять технологический (электротехнологический) персонал, который формирует идеологию производства, а также непосредственно реализует режимы работы технологического оборудования, а оптимизацию условно-постоянных расходов - персонал электрослужбы (ответственный за электрохозяйство предприятия), так как именно он формирует идеологию работы вспомогательного оборудования (вентиляторы, системы воздухо- и водоснабжения), а также основных энергетических вспомогательных производств (цех сетей и подстанций, электроремонтный цех, цех водоснабжения и др.), находящихся в его ведении.
Разделение потребления электроэнергии на условно-постоянные и условно-переменные расходы необходимо также для бухгалтерского учета.