УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети предназначен для измерения, хранения и представления текущих данных токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей.
К этим данным относятся действующие значения токов и напряжений, активные и реактивные мощности, полная мощность, профили мощности, частота, сдвиги фаз напряжений и токов по каждой из фаз и другие.
Область применения прибора - электроэнергетика. Прибор может быть использован в качестве лабораторного стенда для подготовки студентов ВПО и СПО, при подготовке и переподготовки кадров предприятий электроэнергетического комплекса, при энергетическом обследовании предприятий, потребителей электроэнергии, при технологическом контроле работы токоприемников, для комплексных систем мониторинга и управления электрическими сетями и в других случаях, связанных с измерениями параметров токоприемников в электросетях, в том числе при коммерческих взаимоотношениях поставщиков и потребителей электроэнергии.
Существующие приборы контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети не в полной мере удовлетворяют зачастую противоречивым требованиям большого объема измерений, вычислений и хранения результатов, простой и надежной пересылки данных, возможности объединения однотипных приборов в локальные коммуникационные сети, обработки результатов в режиме on-line, малогабаритности и легкости, надежности, небольшой стоимости. и др.
Известно устройство контроля электрической нагрузки трехфазного тока (патент на полезную модель 9069, класс G01R от 16.01.1999 г.) включающее измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительный преобразователь мощности трехфазного тока с аналоговым или импульсным выходом, вход которого подключен к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов тока и напряжения, оно снабжено микропроцессорным контроллером, вход которого подключен к выходу измерительного преобразователя мощности трехфазного тока, имеющим несколько выходов, сигналы которых характеризуют различные состояния электрической нагрузки на вводе или выводе электроэнергии относительно допустимого максимума и других значений средней получасовой или часовой мощности, а также приборами измерения, сигнализации и управления агрегатами, каждое из которых подключено к соответствующему определенному состоянию электрической нагрузки на вводе или выводе электроэнергии выходу микропроцессорного контроллера. Возможности такого устройства ограничены перечнем контрольных выходов и приборов измерения. Кроме того, программное обеспечение такого прибора специализированное, что не позволяет расширять его функциональные возможности без существенной модификации прибора и приводит к значительному увеличению стоимости прибора.
Известна система индивидуального контроля и учета электрической энергии (патент на полезную модель №:48641, G01R H02J от 27.10.2005 г.), полезная модель относится к области электротехники и предназначена преимущественно для обеспечения выносного контроля в индивидуальных системах учета потребления и оплаты электрической энергии. Система индивидуального контроля и учета электрической энергии, содержащая узел ответвления от изоляторов на опоре воздушной линии электропередач и узел ввода в здание в виде изолированных проводов или кабеля, вводное устройство с прибором учета (электрическим счетчиком), связанные с внутренней электропроводкой, согласно полезной модели, вводное устройство выполнено с возможностью наружной установки в виде металлического или пластмассового герметизированного электрического шкафа, который снабжен средством крепления и смонтирован дистанционно от потребителя энергии на опоре воздушной линии электропередач или на приставке или на внешней стене здания, а проводники узла ответвления проложены от изоляторов на опоре воздушной линии электропередач до прибора учета вводного устройства. Система стационарная, она не предназначена для измерения параметров токоприемников электрической сети, поскольку имеет лишь один прибор учета электроэнергии (электрический счетчик) и тем самым может измерять лишь величину потребленной электроэнергии.
Известен многофункциональный прибор контроля показателей качества электроэнергии электрической сети (патент на полезную модель №:65655, класс G01R от 10.08.2007 г), предназначенный для измерения, расчета, хранения и возможной передачи в режиме on-line текущих данных низко и высоковольтных однофазных и трехфазных сетей, использует промышленный компьютер, содержащий процессор класса Pentium III или выше, оперативную память, жесткий диск для накопления данных, сетевую карту (Ethernet), по меньшей мере, один порт USB, один последовательный порт RS-232 и один последовательный порт RS-482 или RS-485, источник питания, и в этот компьютер встраиваются многоканальная плата АЦП, преобразующая аналоговый сигнал в цифровую форму, и плата поканального преобразования входных сигналов к уровню АЦП, уменьшающая поступающие входные напряжения и токи прибора до входных значений АЦП, а на корпусе прибора устанавливаются по меньшей мере два разъема для вводов напряжений и токов, светодиоды для индикации наличия напряжения и порядка чередования фаз измеряемой линии, одна или более кнопок управления и светодиоды индикации работы прибора, и при этом для расчета показателей качества используется соответствующее программное обеспечение - прототип.
Недостатками данного прибора является то, что конструктивное исполнение его и наличие стационарной ПЭВМ с встроенными в нее платами не позволяет применять прибор в переносном варианте для контроля электрических параметров токоприемников сети, расположенных в различных местах, дополнительные плата АЦП и плата поканального преобразования входных сигналов к уровню АЦП увеличивает стоимость прибора, как и соответствующее специализированное программное обеспечение, необходимое для реализации ввода информации в ПЭВМ, ее обработки и представления.
Задачей полезной модели является снижение затрат на проведение измерительного эксперимента и повышение доступности измерений электрических параметров токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей путем оперативного проведения измерений при обследовании токоприемников предприятий, в системах мониторинга и в других случаях, связанных с анализом параметров электропитания.
Техническим результатом является использование переносного прибора в качестве лабораторного стенда для подготовки студентов ВПО и СПО, при подготовке и переподготовки кадров предприятий электроэнергетического комплекса, для контроля состояния токоприемников в электрической сети с анализом параметров электропитания при энергетическом обследовании предприятий потребителей электроэнергии, при технологическом контроле работы токоприемников, для комплексных систем мониторинга и в других случаях, связанных с измерениями параметров токоприемников в электросетях, в том числе при коммерческих взаимоотношениях поставщиков и потребителей электроэнергии.
Это достигается тем, что переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети, предназначенный для измерения, хранения, представления и возможной передачи в режиме on-line текущих данных токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей, использует на корпусе прибора два штепсельные разъема (однофазный и трехфазный) для подключения питающей сети, с пофазным блоком индикации наличия напряжения, причем новым является то, что непосредственно для измерения первичных параметров (мгновенных значений напряжения и тока, текущего времени и т.д.) электрической сети в прибор встроен электронный цифровой счетчик электрической энергии с контроллером, (например, счетчик типа «Меркурий 234 ARTM(2)»), связанный с переносной ПЭВМ (ноутбуком) через GSM модем, (например GSM/GPRS модем VR-003), для поверки измеряющего органа со стороны нагрузки предусмотрен блок эталонных нагрузок, для коммутации эталонной нагрузки на панели прибора установлен клавишный переключатель (например IRS-3101-3C), на корпусе прибора для каждой фазы установлены автоматические выключателя (например ТДМ ВА47-29 1р 25А) и два штепсельных разъема (однофазный и трехфазный) для подключения нагрузки, для расчета и представления на экране переносной ПЭВМ (ноутбука) параметров токоприемников электрической сети в различных формах используется типовое программное обеспечение счетчика, работающее под управлением Windows ХР, 7, 8.
Переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети включает в качестве комплектующих только типовые узлы, в том числе и программное обеспечение. Это позволяет утверждать, что стоимость такого прибора минимальна из рассмотренных примеров.
На фиг. 1 представлена структура переносного прибора контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети. Переносный прибор состоит из двух штепсельных разъемов однофазного 1 и трехфазного 2 для подключения к питающей цепи, автоматических выключателей однофазной цепи 3 и трехфазной цепи 4 включающих рабочую цепь, блока индикации 5, показывающего наличие напряжения на приборе, цифрового электронного счетчика электрической энергии 6, GSM модема 12, через который ПЭВМ (ноутбук) 11 связывается с цифровым электронным счетчиком электрической энергии, блока эталонных нагрузок 9, клавишного переключателя 10 и двух штепсельных разъемов однофазного 7 и трехфазного 8 для подключения нагрузки.
Сведением, подтверждающим возможность выполнения переносным прибором контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети предписываемой ему в составе данной системы функции, является разработанная математическая модель его функционирования.
j
j
Математическая модель (ММ) строится для переносного прибора контроля параметров и энергии токоприемников электрической цепи на основе дискретного представления измеряемых сигналов согласно основным математическим соотношениям для измеряемых параметров электрической цепи. После подключения прибора в электрическую цепь - в разрыв между источником электрической энергии и токоприемника, встроенный контроллер счетчика электрической энергии выполняет дискретизацию сигналов в измерительной цепи, преобразуя непрерывный сигнал напряжения сети U(t) и рабочего тока I(t) в дискретную форму в интервале каждого периода сигнала и запоминает полученные отсчеты U(t) и I(t) во внутренней памяти. При этом процессор контроллера по встроенной программе выполняет вычисления согласно известных соотношений (НПК «Инкотекс», www. ):
- учет активной энергии прямого направления отдельно в каждой фазе сети;
- измерение мгновенных значений активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз с указанием направления вектора полной мощности;
- измерение действующих значений фазных токов, напряжений, углов между фазными напряжениями;
- измерение частоты сети:
- измерение коэффициентов мощности по каждой фазе и по сумме фаз;
- измерение коэффициента искажения синусоидальности фазных кривых.
Программа «Конфигуратор» позволяет выводить на экран ПЭВМ все указанные величины в табличной и графической форме.
Полезная модель разработана на уровне технического предложения и математической модели. Результаты математической модели показали возможность технической реализации изобретения и достижение заявленного технического результата.
Разработанное устройство найдет применение в: качестве части лабораторного стенда для студентов ВПО и СПО, подготовке и переподготовке кадров электроэнергетического комплекса, управлении технологическими процессами, учете и контроле параметров токоприемников в электрических сетях, мониторинге состояния технологического оборудования и в других аналогичных системах.