ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСЛОВНО-ПОСТОЯННЫХ И УСЛОВНО-ПЕРЕМЕННЫХ РАСХОДОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
DEVICE FOR MEASURING SEMI-FIXED POWER CONSUMPTION (SFPC) AND FIXED POWER CONSUMPTION (FPC) IN PRODUCTION

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроизмерительной технике, и может быть использовано в качестве прибора для измерения условно-постоянных и условно-переменных расходов электроэнергии на производстве.
Известно, что расходы электроэнергии подразделяются на условно-переменные расходы (УПР) - расходы электроэнергии на выполнение основных технологических операций и условно-постоянные расходы (УПСР) - 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.
Известны приборы 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/html.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 том числе незначительного объема памяти), а также отсутствия входов для подключения нескольких счетчиков электроэнергии от системы электроснабжения.
Известна 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: https://tpi-sib.ru/статьи.
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 функция расчета стоимости электроэнергии по зонам (пиковая, полупиковая и ночная зоны), удаленный доступ к счетчику для дистанционного контроля показаний, определение дневного и ночного потребления энергии, установка различных форматов вывода сведений (например, отображение на дисплее информации о количестве потребленной энергии за определенный интервал и др.), позволяющая 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.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения и учета затрат электроэнергии, включающее последовательно соединенные информационно-измерительный комплекс и информационно-вычислительный комплекс, информационный выход которого подсоединен к первому входу многовходового записывающего и показывающего устройства. 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. (RU №2699925 G01R 21/06, G01R 21/133, опубл. 11.09.19).
Недостатком известного устройства является его стационарное исполнение, что ограничивает возможность получения оперативной информации по различным участкам производства, а также снижение надежности работы электрооборудования предприятия из-за выполнения «врезок» в различные элементы электрических схем при установке устройства.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в том, что для повышения энергоэффективности производства и решения задач энергосбережения на предприятии условно-постоянные и условно-переменные расходы для различных заранее определенных интервалов времени - циклов наблюдения (час, неделя месяц и т.д.), можно расширить арсенал существующих технических средств, а именно с применением импульсных датчиков.
Существующая техническая проблема решается тем, что в известном устройстве для измерения и учета электроэнергии на производстве, содержащем счетчики электроэнергии с дисплеем и вспомогательным импульсным выходом для считывания импульсов, 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, 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, причем первые выходы первого и второго ключей памяти подключены к третьему и четвертому входам вычислителя, выход которого соединен с третьим входом многовходового записывающего и показывающего устройства, согласно изобретению, к вспомогательным импульсным выходам счетчиков электроэнергии информационно-измерительного комплекса подключены импульсные датчики, выходы которых последовательно подключены ко входу сумматора, предназначенного для суммирования всех данных по электропотреблению производства, а его выход соединен с первым входом многоходового показывающего и записывающего устройства, выход которого соединен с отрицательным входом блока сравнения, предназначенным для определения наличия или отсутствия производства, а к положительному входу блока сравнения подключен блок задания режима, предназначенный для задания условно-постоянных расходов, причем выход блока сравнения соединен с компаратором, предназначенным, для определения текущего режима производства, выход которого подключен к блоку логики, при этом выход каждого импульсного датчика соединен с блоком синхронизации времени, предназначенным для синхронизации всех измерений электроэнергии.
Технический результат, получаемый в результате использования изобретения, заключается в том, что появляется возможность реализации назначения изобретения и следовательно, осуществлять измерение и учет УПР и УПСР в режиме реального времени с применением датчиков, фиксирующих импульсы, внедрения устройства в существующие системы учета электроэнергии, являющиеся закрытой и коммерческой системой на промышленном предприятии.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежом, где изображена блок-схема переносного прибора для измерения условно-постоянных и условно-переменных расходов на производстве.
Блок-схема прибора содержит n счетчиков электроэнергии 1-3 с дисплеем и вспомогательным импульсным выходом для считывания импульсов, к выходам которых дополнительно подключены n импульсных датчиков 4-6, при этом выход каждого импульсного датчика соединен с блоком синхронизации времени 7, предназначенным для синхронизации всех измерений счетчиков. Далее блок-схема содержит сумматор 8, который суммирует все данные по электропотреблению производства, вход которого последовательно подключен к выходам датчиков 4-6, а его выход соединен с первым входом многоходового показывающего и записывающего устройства 9, которое является частью блок-схемы, предназначенной для расчета условно-постоянных и условно-переменных расходов, содержащей также первую ячейку памяти 10, предназначенную для хранения информации по условно-постоянным расходам, выход которой соединен со вторым входом многовходового показывающего и записывающего устройства 9 и с первым входом вычислителя 11, предназначенного для расчета условно-переменных расходов, вторую ячейку памяти 12, предназначенную для хранения информации по общим расходам электроэнергии в период производства продукции, выход которой соединен со вторым входом вычислителя 11, при этом входы первой 10 и второй 12 ячеек памяти подключены, соответственно, к первому 13 и второму 14 управляющим ключам памяти, предназначенным для передачи информации соответственно в первую 10 и вторую 12 ячейки памяти, входы которых соединены с блоком логики 15, предназначенным для формирования информации о режимах работы производства. Дополнительно в схему подключены блок задания режима 16, предназначенный для задания условно-постоянных расходов, блок сравнения 17, предназначенный для определения наличия или отсутствия производства, компаратор 18, предназначенный для определения текущего режима производства. Выход блока задания режима 16 подключен к положительному входу блока сравнения 17, а выход многоходового показывающего и записывающего устройства 9 соединен с отрицательным входом блока сравнения 17, выход компаратора 18 подключен к блоку логики 15, а вход соединен с выходом блока сравнения 17,
Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений на измерительные импульсные выходы счетчиков 1-3 устанавливают датчики 4-6, с помощью которых фиксируют в импульсном виде количество активной электроэнергии за определенный требуемый промежуток времени (цикл). С помощью блока 7 осуществляется синхронизация времени всех счетчиков и операций, которые осуществляются в счетчиках 1-3: начало измерений, контрольные метки, устанавливаемые устройством и окончание цикла измерения.
Цикл измерения анализируется посредством импульсных датчиков 4-6 и счетчиков 1-3, последовательно подключенных ко входу сумматора 8, в котором производится перерасчет импульсов в цифровой код и далее алгебраическое сложение данных с датчиков:
1
2
m
n
Σ=Y+Y+++Y+++Y,
где Y - величина в импульсном коде, пропорциональная активной мощности соответствующего счетчика.
Рассчитанные сумматором 8 общие расходы в цифровом виде, зафиксированные в показывающем и записывающем устройстве 9, поступают на отрицательный вход блока сравнения 17, а на положительный вход блока 17 подключается значение эталонного сигнала, подаваемого с блока задания режима 16, определяющее наличие или отсутствие производства, опираясь на заданное эталонное значение активной мощности. Компаратор 18 сравнивает его с фактическим значением активной мощности на производстве, и передает на блок логики 15 сигнал, и если в данный момент фактическая нагрузка не превышает эталонное значение, то сигнал с блока логики 15 подается на первый управляющий ключ памяти 13 и устройство записывает данные об условно-постоянных расходах электроэнергии в первой ячейке памяти 10, определяя, что в данный момент технологический процесс остановлен. При превышении эталонного значения мощности, сигнал с блока логики 15 подается на второй управляющий ключ памяти 14, и устройство записывает данные об общем потреблении электроэнергии во второй ячейке памяти 12, которые включают в себя условно-постоянные и условно-переменные расходы. Для расчета условно-переменных расходов применяется вычислитель 11, который определяет их как разницу между общим электропотреблением и условно-постоянными расходами. Алгоритм определения наличия производства - значительная мощность, потребляемая основными технологическими агрегатами по сравнению с мощностью работающего электрооборудования при отсутствии производства.
Положительный эффект от измерения УПР и УПСР с применением описанного изобретения имеет важное техническое значение, прежде всего, для повышения энергоэффективности и энергосбережения на промышленном предприятия, так как при формировании программ энергосбережения необходимо определить наиболее энергозатратную часть производственного процесса - технологическую (электротехнологическую) или электротехническую. За снижение УПР несет ответственность технологический (электротехнологический) персонал, формирующий идеологию промышленного производства и реализующий режимы работы технологического оборудования и агрегатов. За снижение УПСР несет электротехнический персонал, формирующий идеологию работы вспомогательного оборудования и основных энергетических вспомогательных производств.