Учет электроэнергии на базе многофункционального микропроцессорного счетчика электроэнергии серии

УЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БАЗЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО МИКРОПРОЦЕССОРНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СЕРИИ

АЛЬФА

Для автоматизации, контроля и учёта электроэнергии и мощности с учётом сложившейся системы и необходимостью дальнейшего её развития рекомендуется замена на ответственных присоединениях счётчиков различной модификации на интелектуальные счётчики Евро-Альфа (в дальнейшем Альфа) и дополнительная установка для передачи информации мультиплексора-расширителя производства "АВВ ВЭИ Метроника". История создания счетчика Альфа уникальна. Счетчик Альфа должен был стать образцом измерительного устройства, который наиболее полно отвечал бы требованиям заказчиков. Для этой цели концерн АББ собрал двадцать крупнейших потребителей счётчиков в мире, которые определили самые важные с их точки зрения черты нового поколения электронных счётчиков. Все специальные требования потребителей были учтены и, в результате, мы получили новую совершенную модель - электронный счётчик Альфа.

Основная идея, заложенная при создании счетчика Альфа - это возможность значительного расширения функций счетчика по отношению к базовой модели. Это достигается при помощи установки дополнительных электронных плат в корпус счетчика.

Назначение счётчиков Альфа

Счётчик Альфа предназначен для учёта активной и реактивной энергий в цепях переменного тока, а также для использования в составе автоматизированных систем контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ) для передачи измеренных или вычисленных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учёту и распределению электрической энергии.

Счетчики Альфа применяются в энергосистемах, крупными промышленными потребителями, предприятиями транспорта, а также промышленными и бытовыми потребителями в следующих целях:

Энергокомпаниями:

- определение выработки электроэнергии генераторами электростанций;

- учет перетоков энергии и мощности на межсистемных линиях;

- учёт отпуска электроэнергии потребителям энергосистемы;

- учёт расхода электроэнергии на собственные нужды предприятиями энергосистемы;

- контроль потерь электроэнергии и мощности;

- управление распределением электроэнергии;

- учет реактивной мощности;

- организация систем АСКУЭ для оперативно-диспетчерских служб Энергосбыта АО Энерго или предприятия.

Потребителями:

- для точного учёта потреблённой энергии и мощности в режиме многотарифности;

- оценка динамики электропотребления с учётом ограничений;

- автоматизации производства;

- выбор графика потребления энергии;

- прогнозирование величины заявленной мощности для предприятия;

- фиксация перерывов в энергоснабжении;

- передача измеренных параметров энергопотребления для служб Энергосбыта;

- для современного жилищного строительства прямое включение на ток до 150А;

- управление тарификаторами и нагрузкой.

Счётчик Альфа имеет следующие функциональные возможности:

- измерение активных и реактивных энергии и мощностей в двух направлениях с классом точности - 0,2s и 0,5s;

учёт потребленной и выданной электроэнергии в режиме многотарифности по 4 тарифным зонам;

- измерение максимальной мощности нагрузки на расчётном (от 1 до 60 мин) интервале времени;

- фиксация даты и времени максимальной активной и реактивной мощности для каждой тарифной зоны;

- запись и хранение в памяти счётчика данных графика нагрузки по 4 каналам;

- автоматический контроль нагрузки с возможностью ее отключения или сигнализации;

- передача результатов измерений на диспетчерский пункт по контролю и учету электроэнергии по цифровым и импульсным каналам связи;

- организация систем АСКУЭ на основе счетчиков Альфа. Принцип измерения счётчика Альфа заключается в аналогово-цифровом преобразовании величин напряжения и тока с последующим вычислением энергий и мощностей. Счётчик Альфа состоит из измерительных датчиков напряжения и тока, основной электронной платы с микропроцессорной схемой измерения и быстродействующего микроконтроллера. Измеряемые величины и другие требуемые данные отображаются на дисплее счётчика, выполненного на жидких кристаллах.

Измерение тока и напряжения силовых цепей осуществляется с помощью высоколинейных трансформаторов тока улучшенной конструкции и резистивных схем делителя напряжения. Активная мощность вычисляется путём умножения измеренных цифровых значений напряжений и токов с помощью измерительной сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Структурная схема счётчика Альфа приведена на рисунке П.

2 Принцип работы счётчиков Альфа

В счётчике Альфа используется импульсный источник питания, который позволяет обеспечить широкий диапазон рабочего напряжения от 70 до 440 В.

Фазные напряжения подаются непосредственно на основную плату счетчика через резистивные делители, используемые для согласования уровней входных сигналов с измерительной СБИС. Все резисторы: высокоточные, металлопленочные с минимальным температурным коэффициентом.

Первичный ток измеряется с помощью трансформаторов тока, специально разработанных в соответствии с требованиями к счетчику Альфа.

Трансформаторы тока имеют незначительную линейную погрешность и жесткие требования к величине сдвига по фазе.

Два различных значения нагрузочного сопротивления используются в выходной цепи тока на основной электронной плате. Меньшее значение сопротивления установлено для счетчиков прямого включения и большее значение сопротивления используется для счетчиков трансформаторного включения.

Счетчик Альфа - универсальный счетчик с одинаковой технологией изготовления (и с одинаковой точностью) для любого применения, трансформаторного или прямого включения.

Счётчик Альфа трансформаторного включения I_НОМ=1А работает в диапазоне токов от 1,0 мА до 2 А, I_НОМ= 5 А - от 5,0 мА до 10 А.

Счётчик Альфа прямого включения работает в диапазоне токов I_НОМ= 80А - от

МА до 150 А.

Конструкция счётчиков Альфа

Счётчик Альфа состоит из трёх основных блоков: корпуса, электронного блока и шасси.

Измерительные датчики напряжения и тока, основная электронная плата с микропроцессорной схемой измерения и быстродействующий микроконтроллер располагаются в корпусе и электронном блоке. Измеряемые величины и другие требуемые данные отображаются на дисплее счётчика, выполненного на жидких кристаллах.

Счётчик Альфа отличается по своему внешнему виду от других счётчиков.

Стабилизированный ультрафиолетом серый поликарбонатный корпус

обеспечивает защиту от старения и предохраняет от ударов и механических

повреждений.

Прозрачное окошко вварено с помощью ультразвука в лицевую поверхность крышки. Окошко покрыто твердым и устойчивым к износу покрытием. Сквозь окошко чётко видны данные измерений на дисплее счётчика.

Один и тот же корпус подходит ко всем типам счётчиков Альфа, что сокращает количество комплектующих деталей, упрощает сборку и последующую эксплуатацию счётчиков разных типов.

Модуль шасси включает основание, датчики тока, шины тока и напряжения,

соединительные кабели цепей тока и напряжения с основной электронной

платой.

Шасси счетчика состоит из высокопрочного литого основания, изготовленного из поликарбонатного пластика. К шасси крепится клеммная колодка для подключения к силовым цепям тока и напряжения.

Для счетчиков прямого включения на верхней части клемника ставятся перемычки, соединяющие соответствующие фазы тока и напряжения.

В отличии от других счётчиков в счётчике Альфа реализовано большое расстояние (не миллиметры, а сантиметры) между токопроводами фаз А, В и С, что позволяет повысить надёжность и точность работы счётчика при больших нагрузках.

К разъёмам шасси подключены также соединительные кабели для связи счётчика с различными устройствами сбора данных по цифровым или импульсным каналам.

В зависимости от установки счётчиков Альфа в трёх или четырёхпроводных линиях, производятся двух- и трёх- элементные счётчики Альфа.

Электронный блок счётчика содержит в себе:

- основную электронную плату, осуществляющую функции измерения и регистрации;

- дисплей счётчика на жидких кристаллах для отображения измеряемых величин и других требуемых данных;

- элементы оптического порта;

- съёмный щиток (шильдик) с обозначением типа счетчика;

- переключатели режимов работы дисплея.

В корпус счётчика встраиваются дополнительные электронные платы, которые значительно расширяют функциональные возможности счётчика. Дополнительные платы подключаются к основной плате счётчика и друг к другу с помощью контактных разъемов.

На дисплее счётчика высотой 25 мм, поочерёдно с длительностью от 1 до 15 секунд отображаются измеряемые параметры.

Последовательность и длительность отображаемых параметров определяются с помощью программного обеспечения. Можно запрограммировать для вывода на дисплей до 64 различных параметров.

ЖКИ функционирует и позволяет осуществлять считывание данных в температурных пределах до -40°С. ЖКИ может храниться без повреждения при температурах до -55°С.

На дисплее счётчика отображаются следующие параметры:

1. Величины измеряемых параметров.

ЖКИ показывает на шести разрядах цифровые значения измеряемых

величин.

2. Цифровой идентификатор.

Три меньшие цифры идентифицируют номера отображаемых параметров.

3. Буквенная зона идентификаторов.

Используется в дополнение к цифровым идентификаторам для

пояснения отображаемых значений.

Например:

АВСВ - буквы указывают на тарифные зоны; СИМ - суммарное значение максимальной мощности; - мощность или энергия в следующих единицах;

РКЕУ - данные за предыдущий расчетный период, или данные

предыдущего сезона и т.п.

Эти идентификаторы могут быть представлены в различных комбинациях для указания какого-либо конкретного отображаемого значения,

МАХ 1<Л - значение максимальной мощности в киловаттах.

4. Индикаторы напряжений.

Три индикатора, показывающие наличие напряжения фаз (А, В, С), отображаются на ЖКИ в виде трех отдельных окружностей с буквенными обозначениями внутри.

Каждая окружность постоянно светится при наличии напряжения. Если напряжение отсутствует, то индикатор фазы мигает, указывая на возникшую неисправность.

5. Индикаторы направления потока энергии.

Шесть оптических индикаторов указывают направление активной (верхний ряд) и реактивной или полной энергии (нижний ряд), в зависимости от модификации счетчика.

Правая стрелка мигает, когда энергия потребляется из сети. Левая стрелка мигает, когда энергия выдается в сеть (указывая обратный поток энергии).

Стрелки индикаторов мигают с частотой, пропорциональной приложенной нагрузке.

6. Индикатор конца интервала (ЕО1).

Индикатор конца интервала используется для сигнализации об окончании интервала усреднения при измерении мощности. Индикация конца времени интервала ЕО1 возникает за 10 секунд до окончания интервала усреднения, и с окончанием этого интервала индикация ЕО1 исчезает.

Дисплей может быть запрограммирован для работы в двух режимах: нормальном и вспомогательном.

Нормальный режим работы. Счетчик всегда работает в нормальном режиме до тех пор, пока не будут нажаты кнопки АBТ или ТЕSТ, или пока не будет обнаружена ошибка в работе узлов счетчика. В этом режиме на дисплее отображаются минимальные данные, используемые для коммерческих расчетов, такие как:

- суммарное и по тарифным зонам потребление активной (кВт-ч) и реактивной (квар-ч) энергии;

- время и дата потребления максимальной мощности (кВт) по отдельным тарифным зонам;

- текущее время и дата и т.д.

Вспомогательный режим (АBТ). Этот режим устанавливается после нажатия кнопки АЬТ. Обычно применяется для отображения данных, не используемых для коммерческих расчетов, таких как:

- количество сбросов показаний счётчика;

- дата последнего считывания;

- дата перепрограммирования;

- время, дата и количество перерывов в подаче питания;

- значения энергии и мощности за предыдущий период учёта и т.д. По истечении одного полного цикла вспомогательного режима счетчик автоматически возвращается к нормальному режиму работы.

Режим тестирования (ТЕSТ). Используется обычно для поверки счетчика.

Режим ошибки. Если счетчик обнаруживает условие, которое влияет на его работу или на сохранность накопленных данных, то он автоматически переключается в режим ошибки.

Сигналы ошибок и предупреждений отображаются как сообщения Егг и Р с соответствующими кодовыми обозначениями, указывающими на характер ошибки.

с, . . '

Литиевая батарея

В каждом счетчике типа ЕвроАЛЬФА установлена литиевая батарея (под шильдиком) с напряжением питания 3,6 В, которая поддерживает сохранность данных профиля нагрузки на дополнительной плате ХМВ, ход часов и календаря в течение:

* До 5 лет при 25 °С 4 До 2 лет при 60° С

Доступ к литиевой батарее производится без вскрытия корпуса счетчика (см.п.п. 4.2.1).

Внешнее питание схемы счетчика :

При отсутствии напряжения во всех трех фазах измеряемой сети можно производить считывание данных со счетчика программноили с ЖКИ, подключив к имеющимся (по заказу) зажимам (60, 61) дополнительный внешний источник постоянноготока.

Выходное напряжение источника питания должно находиться в диапазоне от 12 до 16В, ток не менее 100 мА.

Питание от источника поступает на низковольтный линейный стабилизатор напряжения для получения напряжения логического уровня.

Дополнительные платы

Основная плата имеет специальные разъемы для установки дополнительных плат. Дополнительные платы позволяют расширить некоторые функциональные возможности счетчика, а именно:

* Установить дополнительные интерфейсы счетчика (см.п.п. 1.5.9)

* Установить дополнительную память хранения данных графика нагрузки (плата ХМВ).¹

Измерительные датчики тока

Электронная схема получает ток каждой фазы через специально разработанный прецизионный трансформатор тока, который уменьшает измеряемый ток линии пропорционально. Измерительная ИС (В8Р) в составе схемы обеспечивает точное измерение отдельных фазных токов для использования их в расчетах необходимых величин.