УСТРОЙСТВО ТОКООГРАНИЧЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЕ

Полезная модель относится к системе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) и может быть использована для управления ограничением тока нагрузки (ограничение мощности), поступающего в отдельную квартиру, в случае возникновения у собственника квартиры задолженности по оплате за электроэнергию или другие жилищно-коммунальные услуги (ЖКУ), а также в случае необходимости ограничения потребления электроэнергии конкретного потребителя с выбранным уровнем токоограничения в заданные временные интервалы суток с отображением на дисплее блока индикации напряжения, силы тока, частоты и мгновенной потребляемой мощности.
В рамках воздействия на потребителей-должников за ЖКУ, наряду с мероприятиями по частичному и полному ограничению подачи электроэнергии потребителям- неплательщикам, в некоторых случаях ресурсоснабжающие организации (РСО) и исполнители коммунальных услуг (ИКУ) в лице УК, ТСЖ и ЖСК вынуждены осуществлять снижение энергопотребления в установленные временные интервалы суток, о чем население информируется заблаговременно. В такой ситуации при отсутствии системы АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета энергопотребления) реализовать это практически не возможно. В рамках практической реализации государственной программы Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» (распоряжение правительства РФ №2446 от 27.12. от 2010 г.), в которой сформулированы основные задачи по переходу к рациональному использованию энергетических ресурсов, такая процедура является достаточно эффективной мерой и требует технической реализации.
В Правилах предоставления коммунальных услуг (ПП РФ №354 от 06.05.2011 г.) и Правилами полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии (ПП РФ №442 от 04.05.2012 г.), предусмотрено частичное ограничение предоставляемой услуги после письменного оповещения собственника квартиры и по истечении установленного правилами срока при наличии у него задолженности в размере месячного показателя, а полное отключение электроэнергии может быть осуществлено только в случае, если долги за электроэнергию имеются за период двух месяцев. Первой мерой для осуществления такого ограничения является самоограничение, которое потребитель-должник может ввести путем снижения энергопотребления в своей квартире, а также, обратившись к поставщику электроэнергии, с просьбой ввести для него ограничение подачи электроэнергии в определенное время суток. В связи с отсутствием во большинстве многоквартирных домов системы АСКУЭ, с помощью которой имеется такая возможность, выполнение таких процедур невозможно. Как правило, система АСКУЭ для индивидуальных частных домов используется очень редко и поэтому введение функций ограничения потребления электроэнергии в определенное время суток также не возможно. Существующие устройства управления токоограничением для этой категории жилых домов предназначены только для установления токоограничения на весь период времени проведения процедуры ограничения и реализовать с их помощью ограничение подачи электроэнергии с различными степенями ограничения и в определенное установленное и заданное время суток нет возможности.
Известно устройство управления токоограничением (Патент на полезную модель №132635 «Устройство управления токоограничением»), состоящее из исполнительного устройства, управляемого сигналами, поступающими по проводной или беспроводной линии, блока ступенчатого изменения порога срабатывания токового дискриминатора и таймера, выполненных на базе микроконтроллера с энергонезависимой памятью. Данное устройство имеет ряд существенных недостатков. С его помощью нет возможности автоматического введения ограничения подаваемой электроэнергии в определенные интервалы времени суток, а также менять степени ограничения в зависимости от конкретных условий и для каждого конкретного потребителя. Все это мешает более широкому распространению устройств управления токоограничением в условиях внедрения социальных норм потребления электрической энергии, когда потребитель электроэнергии имеет желание ввести самоограничение подачи электроэнергии в определенные интервалы времени суток.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство управления токоограничением универсальное (Патент на полезную модель №139768), состоящее из исполнительного устройства, управляемого сигналами, поступающими по проводной или беспроводной линии, блока ступенчатого изменения порога срабатывания токового дискриминатора и таймера, выполненных на базе микроконтроллера с энергонезависимой памятью, энергонезависимых часов реального времени и блока уставок, задающего несколько временных зон и ряд уровней токоограничения для каждой временной зоны с отображением этой информации на блоке индикации. Данное устройство имеет ряд существенных недостатков. С его помощью невозможно просмотреть параметры электрического тока (сила и частота тока, напряжение и мгновенная мощность), поступающего потребителю. Устройство лишено системы защиты от несанкционированного доступа, что может привести к изменению режимов работы устройства и снятию установленных режимов ограничения мощности потребления.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, повышение универсальности и удобство контроля.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что предлагаемое устройство токоограничения универсальное выполнено таким образом, что оно содержит дополнительно блок для измерения и отображения на экране дисплея напряжения, силы и частоты тока и мгновенной потребляемой мощности, причем все уставки (лимиты мощности) могут быть введены через инфракрасный порт (беспроводная линия связи с устройством), имеющийся в устройстве, а переход в режим программирования лимитов мощности для изменения и установки параметров срабатывания исполнительного реле при превышении установленных лимитов с отображением на дисплее уставок защищен кнопкой, размещенной в устройстве под клеммной крышкой, в которой имеется отверстие для пломбирования. Все запрограммированные процедуры выполняются автоматически в установленные периоды времени и без участия поставщика электроэнергии или энергосбытовой организации.
Предлагаемое универсальное устройство токоограничения позволяет в одном устройстве не только реализовать все варианты управления токоограничением по уставкам, которые устанавливает поставщик электроэнергии в рамках действующего законодательства, но и фиксировать все режимы работы, как самого устройства, так и параметров электрической сети и энергопотребления.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что известное устройство токоограничения универсальное, состоящее из исполнительного устройства (реле), управляемого сигналами, поступающими по проводной или беспроводной линии, блока ступенчатого изменения порога срабатывания токового дискриминатора и таймера, выполненных на базе микроконтроллера с энергонезависимой памятью, энергонезависимых часов реального времени и блока уставок, задающих несколько временных зон и ряд уровней токоограничения для каждой временной зоны с отображением этой информации на дисплее встроенного блока индикации,
дополнительно содержит блок для измерения и отображения на экране дисплея напряжения, силы и частоты тока и мгновенной потребляемой мощности, причем все уставки (лимиты мощности) могут быть введены через инфракрасный порт, имеющийся в устройстве, а переход в режим программирования лимитов мощности для изменения и установки параметров срабатывания исполнительного реле при превышении установленных лимитов с отображением на дисплее уставок защищен кнопкой, размещенной в устройстве под клеммной крышкой, в которой имеется отверстие для пломбирования.
В результате данного технического решения удается расширить функциональные возможности устройства и сделать его более универсальным и удобным для контроля, как параметров токоограничения (лимита мощности), так и характеристик электрической сети (напряжение, сила и частота тока), в т.ч. мгновенной потребляемой конкретным потребителем мощности, что отображается на дисплее.
Предлагаемое устройство токоограничения универсальное может размещаться как перед электрическим счетчиком, так и после него. Управление уставками, задающими режимы работы устройства, осуществляется удаленно по проводной или беспроводной линии, причем наличие инфракрасного канала связи с устройством позволяет осуществлять программирование режимов токоограничения (в нужные периоды времени) прямо на месте установки устройства, как через этот канал с помощью специального инфракрасного пульта, так и через адаптер связи устройства с компьютером.
Блок-схема предлагаемого устройства токоограничения универсального для различных вариантов подключения к имеющемуся электрическому счетчику потребителя (после него или перед ним) приведена на фиг. 1 (поз. а и б).
На фиг. 1 поз. а предлагаемое устройство токоограничения универсальное 14 располагается в электрической цепи перед электросчетчиком 2 и квартирой потребителя 1. Напряжение питания к устройству токоограничения универсальному 14 подходит по кабелю 10. Устройство управления токоограничением 14 состоит из исполнительного устройства 4, блока ступенчатого изменения порога срабатывания токового дискриминатора 6, таймера 8, которые выполнены на базе микроконтроллера 7 с энергонезависимой памятью и блока приема и обработки сигналов 13, поступающих по проводной или беспроводной сети, включая инфракрасный канал связи. Стрелкой условно показано направление поступающих сигналов в этот блок. Устройство управления токоограничения универсальное 14 также содержит энергонезависимые часы реального времени 11, блок уставок 12, задающий несколько временных зон и ряд уровней ограничений для каждой временной зоны. В устройство входит также блок 5 для измерения и отображения на экране дисплея 3 значений напряжения, силы и частоты тока и мгновенной потребляемой мощности и блок инфракрасного канала связи 9. Информация об уставках (лимитах мощности), текущем времени и временных интервалах вводимых ограничений мощности также отображается на экране дисплея 3 наряду со значениями напряжения, силы и частоты тока и мгновенной мощности.
На фиг. поз. б показано расположение устройства управления токоограничением 14 по отношению к электросчетчику во втором варианте, т.е. перед потребителем 1 и после электросчетчика 2. Напряжение к электросчетчику 2 поступает по кабелю 10, затем после электросчетчика 2 в устройство токоограничения универсальное 14, а уже после него в квартиру потребителя 1. На фиг. поз. б используются те же самые обозначения, что и на фиг. поз. а. Во втором варианте напряжение электропитания после электросчетчика 2 поступает в блок измерения и отображения параметров электрической сети 5, потом в блок исполнительного устройства (реле) 4
устройства управления токоограничением 14, а затем в квартиру 1. Во втором варианте блок ступенчатого изменения порога срабатывания токового дискриминатора 6 и таймер 8 выполнены также на базе микроконтроллера 7 с наличием у него энергонезависимой памяти. Устройство управления токоограничением универсальное 14 также содержит энергонезависимые часы реального времени 11, блок уставок 12, задающий несколько временных зон и ряд уровней ограничений для каждой временной зоны, информация о которых отображается на встроенном 3 дисплее блока индикации. Связь с устройством также осуществляется через блок приема и обработки сигналов, поступающих по проводной или беспроводной линии, к которой относится блок 9 инфракрасного канала обмена информацией.
Предлагаемое универсальное устройство управления токоограничением было выполнено на базе стандартных радиоэлектронных элементов (реле для токов срабатывания 100 А, светодиоды и др.) в корпусе электросчетчика ИНТЕГРА 101 (Счетчик электрической энергии статический с функцией ограничения мощности ИНТЕГРА 101, свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.34.011.A №59057). В качестве микроконтроллера использовали микроконтроллерное устройство ATMega48 с объемом энергонезависимой памяти 16 кбайт. Для работы электронных схем применялся низковольтный блок питания с малой энергий потребления, выполненный по емкостной схеме, устанавливаемый внутри устройства и питающийся от напряжения 220 В, поступающего в само устройство. Работа часов реального времени обеспечивалась с использованием стандартных решений на базе кварцевого генератора частоты, в качестве блоков измерения значений напряжения, силы и частоты тока и мгновенной мощности использовались стандартные микросхемные сборки.
Устройство управления токоограничения универсальное получило название ИНТЕГРА УТО, прошло испытания в соответствии с техническими регламентами Таможенного союза TP ТС 004/2011 «О безопасности
низковольтного оборудования» и TP ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств» и на него получена декларация соответствия таможенного союза ТС № RU Д-RU.АЛ32.B от 25.08.2015 г.
Вид универсального устройства токоограничения ИНТЕГРА УТО представлен на фиг. 2. На фиг. 2а рядом с устройством ИНТЕГРА УТО 22 слева изображен инфракрасный пульт 15, с помощью которого можно запрограммировать работу устройства. На передней панели размещен дисплей 16 для отображения необходимой информации, для просмотра которой используется кнопка 20. Зажимы 17 используются для подключения входного кабеля электропитания, а зажимы 21 - выходного кабеля из устройства для электропитания потребителя. Кнопка 19 предназначается для перехода в режим программирования работы устройства. Над кнопкой может располагаться прозрачная клеммная крышка (на фиг. 2а она снята), у которой имеется отверстие, посредством которого и отверстия 18 в корпусе может осуществляться пломбирование этой крышки. Это необходимо для защиты от несанкционированного доступа. На дисплее устройства выведена одна из надписей Li 0, что означает нулевой лимит ограничения мощности.
На фиг. 2б изображено устройство ИНТЕГРА УТО, размещенное на Din-рейке, сверху которого располагается защитная металлическая пластина с окном для устройства. На передней панели устройства нанесены все необходимые в соответствии с Гостом надписи. В нижней части имеются окна: самое левое (Имп.), показывающее работу устройства; среднее окно (Откл.), показывающее режим отключения подачи электроэнергии в случае превышения установленного лимита мощности; крайнее правое окно предназначенное для работы инфракрасного канала связи с устройством. На дисплее (фиг. 2б) изображена одна из надписей даты 8 октября 2015 г.
Устройство токоограничения универсальное ИНТЕГРА УТО работает следующим образом. Перед началом работы с помощью программного обеспечения от компьютера через ИК порт осуществляется установка
необходимого текущего времени и даты, а также максимально значения потребляемой мощности (например, для напряжения 220 В и силы тока 60 А оно равно 13,2 кВт, или 13200 Вт). После этих первоначальных установок устройство размещается на Din-рейку и осуществляется его подключение в электрическую сеть в соответствии с выбранной схемой (до или после электросчетчика потребителя). В случае, когда отсутствует накладная металлическая пластина, для перехода в режим программирования необходимо снять пломбу, открыть клемную крышку и нажать кнопку в верхней части устройства, при этом на дисплее появится значок, показывающий переход в режим программирования лимита мощности. После этого с помощью инфракрасного пульта необходимо установить контакт с устройством и провести необходимые процедуры по введению режимом ограничения (частичного или полного), используя кнопки на пульте. Все проводимые процедуры сопровождаются индикацией на дисплее устройства и пульта. После введения всех необходимых параметров алгоритма ограничения необходимо нажать кнопку в верхней части для выхода из режима программирования, закрыть клемную крышку и навесить пломбу, а в случае размещения устройства под металлической пластиной - установить ее, а винты, которые крепят крышку также опломбировать.
В процессе эксплуатации работа с устройством ИНТЕГРА УТО осуществляется следующим образом. В случае, когда потребителем нарушается лимит мощности, введенный в соответствующие интервалы времени, устройство в течение 1 минуты анализирует ситуацию о том, что идет превышение установленного лимита, а затем отключает подачу электроэнергии с помощью встроенного реле. Далее устройство самостоятельно трижды интервалом в одну минуту осуществит пробную подачу электроэнергии на случай, если превышение установленного лимита было убрано. После трехкратной проверки и наличия превышения лимита мощности устройство окончательно отключит подачу электроэнергии. В
этом случае потребитель, которому введено ограничение (оно сопровождается уведомлением о том, как нужно дальше вести с устройством процедуры для возобновления подачи электроэнергии), должен убрать лишнюю нагрузку и в течение 10-15 секунд удержать в нажатом состоянии белую кнопку в правой части передней панели устройства. После этого возобновится подача электроэнергии с сохранением установленного лимита. В случае необходимости убрать или изменить режим лимита мощности необходимо провести все процедуры, которые описаны при первичном режиме программирования лимита ограничения мощности.
В результате проверки работоспособности универсального устройства токоограничения ИНТЕГРА УТО была подтверждена эффективность его использования для реализации различных вариантов введения токоограничения и последующего отключения электропитания при превышении установленных степеней ограничения и в заданные временные промежутки суток с возможностью отследить не только режимы ограничения, но и электропитания.
Данное универсальное устройство управления токоограничением может быть использовано в системе ЖКХ Российской Федерации и других государств СНГ в качестве технического средства для реализации способа ограничения подачи электроэнергии в установленные промежутки времени, а также в качестве меры воздействия на неплательщиков за ЖКУ (электроэнергию и другие виды ЖКУ). Это позволяет осуществить возврат долгов за услуги ЖКХ и повысить уровень платежной дисциплины. А это, в свою очередь, позволит вернуть в бюджет огромные финансовые средства и направить их на модернизацию существующей системы ЖКХ. Кроме того, с использованием предлагаемого универсального устройства управления токоограничением можно осуществлять санкционированные ограничения потребителей от подачи электроэнергии в случае недостатка мощностей и при наступлении аварийных и чрезвычайных ситуаций. Универсальное
устройство управления токоограничением может найти свое распространение в системе энергосбережения различных объектов. Задавая степень ограничения подачи электроэнергии в ночное время можно предотвратить излишнее расходование электроэнергии (не выключенные нагревательные приборы, освещение и др.), а также эти процедуры будут полезны для выходных и праздничных дней. Такие устройства могут быть полезны для учреждений бюджетной сферы (здравоохранение, образование и др.).