СИГНАЛИЗАТОР ОТКЛОНЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Настоящая полезная модель относится к области электроизмерительной техники, коммерческого учета электрической энергии, мониторинга и сигнализации отклонения качества электроэнергии трехфазной сети, а именно, к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии, предназначенным для оперативного контроля параметров электрической энергии, частоты, мощности и состояния электрической сети в системах электроснабжения на энергетических объектах, с возможностью передачи информации по радиоканалу.
Известен ближайший аналог модернизированный электросчетчик (RU №137966 G01R 11/25, 22/00), содержащий 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, жидкокристаллическим экраном, светодиодным индикатором работы устройства, оптическим портом, радиоблоком, соединенным с блоком питания и поддерживающий, но не ограничивающийся стандартами передачи данных GSM, CDMA и IEE 802.11, резервным источником питания встроенных в микроконтроллер часов и блоком питания, энергонезависиммая память содержит разъем для подключения дополнительных регистров памяти, в одном из которых записаны географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, при этом бесперебойную работу устройства обеспечивает аккумуляторная батарея, подключенная через разъем подключения резервного источника питания к блоку питания, так же разъем связан с микроконтроллером и радиоблоком.
Устройство не имеет возможности определения параметров частоты тока и параметров электрической сети с ним связанных.
Наиболее близким по технической сущности является Измеритель электрических параметров качества, мощности, частоты и количества электрической энергии телеметрический (прибор для измерения и мониторинга качества электроэнергии) LPW-305 (http://www.lcard.ru/power-control/lpw-305), выполнен в изолированном корпусе из поликарбоната. Спереди расположена панель индикации и кнопок управления, сзади имеется крепление на DIN-рейку. В нижней части корпуса LPW-305 расположена клеммная колодка с резьбовыми вывода-ми (21 вывод), предназначенными для подключения к измерительным цепям напряжения, питающим, заземляющим и управляющим цепям. Доступ к выводам клеммной колодки возможен только при снятой защитной крышке, которая пломбируется после осуществления необходимых пользовательских подключений. В верхней части корпуса LPW-305 расположены три сквозных отверстия измерительных входов тока, предназначенные для пропускания через них проводов токовых измерительных цепей. На нижней поверхности корпуса LPW-305 со стороны клеммной колодки расположен разъем типа RJ-45 для подключения к интерфейсу Ethernet.
Недостатками устройства, нет возможности в отсутствии/наличии напряжения сигнализировать об отклонениях частоты тока и параметров сети с ним связанных, по радио каналу с указаниями географических координат. Устройство дорогое если не все его функции востребованы, нет возможности отключить блок измерения частоты.
Задачей данного патента является создание электросчетчика с возможностью модернизации, пригодного к коммерческим расчетам электроэнергии и способного, отслеживать частоту тока и параметров сети с ним связанных и режимы работы, 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 электросчетчика, к которому можно подключить/отключить дополнительный блок для определения частоты электрической энергии, способного в отсутствии/наличия напряжения, сигнализировать о неполадках в электросетях, об отклонениях качества электроэнергии (частоты тока и параметров сети с ним связанных) по радио каналу с указаниями географических координат места нештатной ситуации и конкретного кода отклонения параметров качества электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что устройство, содержащий 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, жидкокристаллическим экраном, светодиодным индикатором работы устройства, оптическим портом, блоком кнопок управления, радиоблоком, соединенным с блоком питания и поддерживающий, но не ограничивающийся стандартами передачи данных GSM, CDMA и IEE 802.11, резервным источником питания встроенных в микроконтроллер часов, блоком питания энергонезависимой памятью содержащей разъем для подключения дополнительных регистров памяти, в первом из которых записаны географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, во втором дополнительном регистре памяти, содержатся коды отклонения параметров качества электрической сети, при этом бесперебойную работу устройства обеспечивает аккумуляторная батарея, подключенная через разъем подключения резервного источника питания к блоку питания, так же разъем связан с микроконтроллером и радиоблоком, дополнительно к блоку датчиков напряжения подключен разъем для подключения блока измерения частоты подающий сигнал после измерения параметров на микроконтроллер.
Такая конструкция позволяет модернизировать электросчетчик, учитывать электроэнергию для коммерческих целей и фиксировать параметры работы электросети, в том числе и частоту тока в реальном времени и передавать полученную информацию с указанием географических координат и конкретного кода отклонения параметров качества электросети по каналам радиосвязи диспетчеру за счет установленного радиомодуля и энергонезависимой памяти с подключенным через разъем дополнительных регистров памяти, поддерживать работоспособность устройства при отключении питания за счет подключенного через разъем для подключения резервного источника питания аккумуляторной батареи.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема сигнализатора отклонения качества электроэнергии 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 10 подключенного через разъем 9 в котором записаны географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, соединенному с энергонезависимой памятью 8 с дополнительным регистром памяти 11 подключенного через разъем 9 в котором содержатся коды отклонения параметров качества электрической сети, резервным источником питания текущего времени 12, оптическим портом 13, служащим для считывания информации и программирования параметров пользователя и интерфейсом RS-485 14, который служит для внешней связи с микроконтроллером 7, а так же для подключения дополнительных устройств. Питание микроконтроллера 7 и радиоблока 16 обеспечивает Блок питания 20 основанный на понижающем трехфазном выпрямителе и стабилизаторе выходного напряжения. Микроконтроллер 7 дополнительно соединен со светодиодным индикатором работы 17, жидкокристаллическим экраном 15, радиоблоком 16, передающим информацию по каналам радиосвязи в стандартах GSM, CDMA, IEE 802.11 но не ограничивающийся ими, аккумуляторной батареей 18 подключенной через разъем подключения резервного источника питания 19 для обеспечения автономного режима работы и блоком кнопок управления 21 для настройки параметров. К блоку датчиков напряжения 2 подключен разъем для подключения блока измерения частоты 22 включающего в себя формирователь частотного сигнала с выхода делителя напряжения блока датчиков напряжения, полосовой фильтр, компаратор, таймер ARM-контроллера, используемый для измерения периода сигнала.
Работа сигнализатора отклонения качества электроэнергии 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 10 подключенный через разъем 9, после внесения изменений через оптический 13 порт, радиоблок 16 или интерфейс RS-485 14, содержит информацию о координатах места расположения
(широта, долгота), и оперативного наименования места установки устройства (№ трансформаторной подстанции, № секции шин, оперативное название присоединения), при этом дополнительный регистр памяти 11 подключенный через разъем 9, после внесения изменений через оптический 13 порт, радиоблок 16 или интерфейс RS-485 14, содержит коды отклонения параметров качества электрической сети. Светодиодный индикатор 17 работы устройства преобразует сигналы микроконтроллера в световые импульсы с частотой пропорциональной измеренной электроэнергии за единицу времени, показывает наличие всех трех фаз (А, В, С). Жидкокристаллический экран 15 используется для отображения измеренных и накопленных величин, вспомогательных параметров сообщений работы устройства с помощью микроконтроллера 7. Через заданные промежутки времени, по запросу диспетчера или автоматически в аварийном режиме (при питании от аккумуляторной батареи 18, подключенной через разъем подключения резервного источника питания 19) микроконтроллер оправляет информацию через радиоблок 16 о расходе электроэнергии, коды отклонения параметров качества электроэнергии, частоту электрической сети, состояния электрической сети отправляет географические координаты, оперативное наименование место установки устройства в случае возникновения нештатной ситуации по беспроводному каналу через радиоблок 16. Питание микроконтроллера 7 и радиоблока 16 в штатном режиме осуществляется от блока питания 20, а в аварийном режиме от аккумуляторной батареи 18 подключенной через разъем подключения резервного источника питания 19. Зарядку аккумуляторной батареи 18 подключенной через разъем подключения резервного источника питания 19 обеспечивает блок питания 20.
Микроконтроллер 7 в режиме работы сравнивает параметры питающей сети 3 с параметрами второго дополнительно регистра памяти 11 с кодами отклонения параметров качества электрической сети при их совпадении Микроконтроллер 7 используя радиоблок 16 отправляет код совпадения на пульт диспетчера.
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.
Электросчетчик может найти применение в сфере электроэнергетики, учета электроэнергии для оперативно-диспетчерского управления и скорого устранения аварий в электрических сетях.