Конструктивно счетчик выполняется в пластмассовом корпусе.
В корпусе размещены измерительные трансформаторы тока и выполненные на печатных платах: плата счетчика; модуль резервного питания; один из интерфейсных модулей.
Зажимы для подсоединения счетчика к сети, к источнику резервного питания, к интерфейсным линиям, телеметрические выходы закрываются пластмассовой крышкой.
Структурная схема многофункционального счетчика:
МП |
UА |
Uо |
АЦП |
Uпит |
МК |
ЧРВ |
TМ |
Кн |
ЖКД |
МИ |
ОП |
ЭНОЗУ |
И |
UВ |
UС |
IА |
IА0 |
IB |
IB0 |
IC |
IC0 |
МРП |
+URES |
-URES |
Напряжения от каждой из фаз поступают на делители, где понижаются до значений уровней соответствующих входным параметрам АЦП (± 0,8 В).
Токовые сигналы преобразуются с помощью токовых трансформаторов и резисторов в сигналы напряжения. Эти сигналы подаются на входы АЦП, где преобразуются в цифровой код и поступают на МК. МК производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, полной, активной, реактивной мощностей и энергий, а также углов сдвига и частоты основной гармоники сигналов напряжения.
Активная и реактивная энергия вычисляются по значениям активной и реактивной мощностей определенных за 1 с.
По коэффициентам активной и реактивной мощности определяется номер квадранта.
МК осуществляет накопление и сохраняет энергетические параметры в энергонезависимом ОЗУ (ЭНОЗУ). Отсчет времени и ведение календаря осуществляют часы реального времени (ЧРВ).
В счетчике может быть оптический порт (ОП) и модуль интерфейса (МИ), для считывания информации и программирования параметров пользователя.
Информация о параметрах сети, энергопотреблении и параметрах пользователя выводится на ЖК-дисплей (ЖКД). Просмотр осуществляется пользователем с помощью клавиатуры (Кн), включающей пломбируемую кнопку.
Для питания счетчика используется блок питания, преобразующий выпрямленные входные напряжения в напряжение необходимое для питания всех узлов и модулей счетчика. Для питания счетчика от резервного источника (если он установлен) используется низковольтный преобразователь, на который может быть подано резервное напряжение питания от 9В до 15В. При отсутствии входных напряжений UA, UB, UC счетчик автоматически переключается на работу от резервного источника питания (если исполнение счетчика имеет резервный блок питания).
Характеристики клеммных колодок электронных счетчиков:
· крепление входящих проводников и внутренних измерительных цепей счетчика обеспечивается двумя зажимными винтами, находящимися на внешней стороне корпуса колодки;
· входящий проводник крепится непосредственно к выводам внутренней измерительной цепи счетчика, что уменьшает потери и, как следствие, нагрев в контактных соединениях;
· конструкция зажимов предотвращает пережатие и обламывание проводников в процессе монтажа, позволяет осуществить надежное крепление проводников широкого диапазона сечений, в том числе гибких многожильных кабелей;
· в нижней части каждого элемента клеммной колодки предусмотрены направляющие, которые предотвращают неправильное введение проводника в контактный зажим;
· конструкция наборной клеммной колодки обеспечивает повышенную изоляционную прочность между соседними контактами при одновременном уменьшении габаритных размеров колодки.
Общий вид клеммной колодки:
Принцип работы счетчиков
Принцип работы счетчиков основан на перемножении мгновенных значений двух сигналов напряжения и тока:
- либо в аналоговом виде с последующим преобразованием результата перемножения в число-импульсный код, при этом число импульсов соответствует измеряемой активной энергии;
- либо в цифровом виде после АЦП.
При перемножении в аналоговом виде используется метод двойной модуляции или метод ШИМ-АИМ (широтно-импульсная модуляция - амплитудно-импульсная модуляция).
На вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) с вторичной обмотки трансформатора напряжения поступает напряжение U1, пропорциональное напряжению в измеряемой сети, а на вход амплитудно-импульсного модулятора (АИМ) с вторичной обмотки трансформатора тока подается ток J1, пропорциональный току в измеряемой цепи.
Cреднее значение выходного сигнала АИМ пропорционально произведению мгновенных значений тока и напряжения в нагрузке, т.е. мгновенной мощности:
Pср= K1 K2 J1 U1
Эти сигналы подаются на входы АЦП, где преобразуются в цифровой код и затем поступает в ЦП. В ЦП производит расчет мощности и энергии. После чего вычисленные значения поступают на индикацию и выходы счетчика.
Для расчета среднеквадратичных значений напряжения и тока по каждой фазе используется формула
, (1)
(2)
где КU , КI - калибровочные коэффициенты по данной фазе (вводится при калибровке прибора учета);
N - число выборок в течение времени измерения;
Ui ,Ii -мгновенное значение выборки напряжения и тока.
Активная мощность в каждой фазе вычисляется по формуле
, (3)
Активная мощность трехфазной сети:
, (4)
где - активная мощность по каждой фазе.
Полная мощность в каждой фазе трехфазной сети вычисляется по формуле
, (5)
где UФ , IФ – среднеквадратичные значения напряжения и силы тока в соответствующей фазе.
Полная мощность трехфазной сети:
, (6)
где -полная мощность по каждой фазе.
Реактивная мощность по каждой фазе вычисляется по формуле
, (7)
где SФ , РФ – полная и активная мощности в соответствующей фазе.
Реактивная мощность трехфазной сети:
, (8)
где - реактивная мощность по каждой фазе.
Мощность потерь в цепях тока по каждой фазе вычисляется по формуле
(9)
где - среднеквадратичные значения силы тока по каждой фазе;
RФА, RФВ, RФС – активное сопротивления линий передачи по каждой фазе.
Примечание – при RФА, RФВ, RФС =1 Ом мощность потерь равна удельной мощности потерь. При поверке счетчика R устанавливается равной 1 Ом (поверяется удельная энергия потерь).
Коэффициенты активной мощности вычисляется по формуле
,
,
,
, (10)
где РФА, РФВ, РФС, - активная мощность в каждой фазе определенная по формуле (3.6), Вт;
SФА, SФВ, SФС - полная мощность в каждой фазе определенная по формуле (3.8), В·А.
РS , SS - суммарная активная и полная мощность соответственно;
Коэффициенты реактивной мощности вычисляются по формуле
,
,
,
, (11)
где QФА, QФВ, QФС, - реактивная мощность определенная по формуле (3.10), вар.
QS , - суммарная реактивная мощность.
По коэффициентам активной и реактивной мощности определяется номер квадранта.
Рисунок 1 - Диаграмма распределения активной и реактивной энергии (мощности) по квадрантам
Для каждого из шести типов энергий рассчитываются пофазные значения, интегрированные на периоде усреднения (1, 2, 3, 5, 30, 60 секунд и т.д.):
- потребленной активной энергии, Аi, если вектор полной мощности фазы находится в I или IV квадрантах.
- отпущенной активной энергии Ае, если вектор полной мощности фазы находится во II или в III квадрантах.
- потребленной реактивной энергии Ri , если вектор полной мощности фазы находится в квадрантах III или IV.
- отпущенной реактивной энергии Re , если вектор полной мощности фазы находится в квадрантах I или II.
- потребленной (отпущенной) активной энергии потерь Li (Le), если вектор полной мощности фазы находится в I или IV (II или III) квадрантах соответственно.