З курсу

Оптимізація енерговикористання

Рівне 2011

Дослідження багатофункціонального електронного лічильника електричної енергії

1.Мета ро­бо­ти.

Вивчи­ти призначення, бу­до­ву, прин­цип дії і функціональні можливості електронного лічильника електричної енергії. Навчитися працювати з приладом у різних режимах вимірювання.

2.Короткі те­о­ре­ти­ч­ні ві­до­мо­с­ті

Лічильники АЛЬФА ( Рис.2.1) призначені для роботи у складі автоматизованих систем контролю та обліку електроенергії (АСКОЕ) та автономно.

Рис.2.1. Зовнішній вигляд лічильника АЛЬФА

Функціональні можливості лічильника:

- вимірювання активної і реактивної енергії та потужності з класом точності 0.2S і 0.5S;

- облік спожитої та виданої енергії в режимі багатотарифності за диференційованими тарифами;

- фіксація максимальної потужності навантаження на розрахунковому інтервалі часу, фіксація дати й часу максимальної активної й реактивної потужності для кожної тарифної зони;

- запис і зберігання даних графіка навантаження в пам'яті лічильника.

- передача результатів вимірювання по цифровим, " струмова петля", RS-485, RS-232 і імпульсним інтерфейсам зв'язку (до двох груп гальванічно-розв'язаних реле);

- автоматичний контроль навантаження з можливістю її відключення й сигналізації про вихід за встановлені межі;

- вимірювання (обчислення) і відображення параметрів мережі й сигналізація про їх вихід за встановлені межі;

- облік втрат у силовому трансформаторі й лінії електропередачі.

Конструкцію лічильника АЛЬФА зображено на рис.2.2.

Основними елементами конструкції лічильника є:

шасі 13, на якому розташовані клемник 14 зі струмовідводами 12 фаз А, В, С з давачами струму і напруги; корпус електронного блоку 6 з кришкою 4, на якій встановлені оптичний порт 1 та перемикач 2 RESET/ALT.

Рис.2.2. Конструкція лічильника АЛЬФА:

1 - оптичний порт; 2 - прозоре скло; 3 - перемикач RESET/ALT;

4 - кришка лічильника; 5 - з’ємний щиток; 6 - корпус електронного блоку; 7 - батарея; 8 – роз’єм струмових кіл; 9 - роз’єм кіл напруги;

10 - кришка шасі; 11 - ущільнююче кільце; 12 - струмопідводи фаз А, В і С; 13 - основа шасі; 14 - клемник; 15 - кришка клемника.

У лічильнику реалізований модульний принцип: додаткові електронні плати пам'яті, інтерфейсів і управління іншими пристроями можуть бути підключені до основної материнської плати за допомогою контактних роз'ємів. Таким чином можливо значно розширити функціональні можливості лічильника.

Принцип роботи лічильника полягає у аналого-цифровому перетворенні величин напруги і струму з подальшим обчисленням потужності і енергії.

Струми і напруги в лінії змінного струму вимірюються, відповідно, за допомогою спеціальних давачів струму і резистивних подільників напруги(рис.2.3).

Рис. 2.3. Структурна схема лічильника АЛЬФА

Напруга подається безпосередньо на основну плату лічильника через резистивні подільники, що використовуються для узгодження рівнів вхідних сигналів з вимірювальною надшвидкодіючою інтегральною мікросхемою(НШІС, DSP). Всі резистори - високоточні, металоплівкові, з мінімальним температурним коефіцієнтом.

Первинний струм вимірюється за допомогою трансформаторів струму, вбудованих в лічильник, спеціально розроблених відповідно до вимог до лічильника АЛЬФА. Трансформатори струму мають незначну лінійну похибку і жорсткі вимоги до величини зсуву за фазою.

Перетворення величин і інші розрахунки виконуються з використанням вимірювальної НШІС, що включає цифровий мікропроцесор з трьома вбудованими аналого-цифровими перетворювачами (АЦП). Вхідні сигнали напруги обробляються одним з АЦП, а вхідні сигнали струму обробляються іншим АЦП. Третій АЦП використовується для вибірки вхідного сигналу нуля напруги і струму. Вимірювання нуля напруги і струму збільшує точність вимірювань при малих сигналах. Мікропроцесор обчислює значення напруги і струму і передає їх в мікроконтролер.

Імпульси, кількість яких пропорційна виміряній енергії, з частотних виходів НШІС поступають на мікроконтролер. Мікроконтролер обробляє і запам'ятовує виміряні дані в пам'яті лічильника, а також він призначений для виведення даних на дисплей і передачі їх через інтерфейси лічильника.

Дисплей лічильника (Рис.4) або рідкокристалічний індикатор (РКІ) використовується для відображення вимірюваних величин та інших даних. Послідовність і тривалість параметрів, що відображаються, визначаються за допомогою програмного забезпечення. Можна запрограмувати для виводу на дисплей до 64 різних параметрів.

Рис.2.4. Дисплей лічильника АЛЬФА

На дисплеї лічильника відображаються наступні параметри:

Величини вимірюваних параметрів (1)

РКІ показує на шести розрядах цифрові значення вимірюваних величин.

Цифровий ідентифікатор (2)

Три менші цифри ідентифікують номери параметрів, що відображаються.

Буквена зона ідентифікаторів (3)

Використовується на додаток до цифрових ідентифікаторів для пояснення значень, що відображаються, наприклад:

ABCD - букви указують на тарифні зони.

CUM - сумарне значення максимальної потужності.

KWARh - потужність або енергія в наступних одиницях: kW, kWh, kVA, kVAh, kVAR або kVARh.

PREV - дані за попередній розрахунковий період, або дані попереднього сезону.

RATE - тарифні зони (використовується з ABCD).

RESET - указує на кількість скидань максимальної потужності.

TOTAL - загальне значення енергії. Використовується з kWh, kVARh, KVAh.

Ці ідентифікатори можуть бути представлені в різних комбінаціях для вказівки якого-небудь конкретного значення, що відображається, наприклад:

RATE A kWh - кіловати за тарифну зону А.

MAX kW - значення максимальної потужності в кіловатах.

Індикатори напруги (8)

Три індикатори, що показують наявність напруги фаз (А, В, С), відображаються на РКІ у вигляді трьох окремих кіл з буквеними позначеннями усередині.Кожне коло постійно світиться за наявності напруги. Якщо напруга менше рівня або відсутній, то індикатор фази мигає, указуючи на виниклу несправність.

Індикатори напряму потоку енергії (5, 6)

Шість оптичних індикаторів указують напрям активної (верхній ряд) і реактивної або повної енергії (нижній ряд), залежно від модифікації лічильника.Права стрілка мигає, коли енергія споживається з мережі. Ліва стрілка мигає, коли енергія видається в мережу (указуючи зворотний потік енергії).Стрілки індикаторів мигають з частотою, пропорційному прикладеному навантаженню.

Індикатор кінця інтервалу (EOI) (7)

Індикатор кінця інтервалу використовується для сигналізації про закінчення інтервалу усереднювання при вимірюванні потужності.

Індикація кінця часу інтервалу EOI виникає за 10 секунд до закінчення інтервалу усереднювання, і із закінченням цього інтервалу індикація EOI зникає.

Дисплей лічильника АЛЬФА може працювати в одному з наступних режимів:

Нормальний режим

Лічильник завжди працює в нормальному режимі доти, поки не будуть натиснуті кнопки ALT або TEST, або поки не буде виявлена помилка в роботі вузлів лічильника.У цьому режимі на дисплеї звичайно відображаються дані, що використовуються для комерційних розрахунків, таких як: сумарне й по тарифним зонам споживання активної (кВт.год) і реактивної (квар.год) енергії, час і дата споживання максимальної потужності (кВт) по окремих тарифних зонах, поточний час і дата й т.д.

Допоміжний режим (ALT)

Цей режим установлюється після натискання кнопки ALT. Звичайно застосовується для відображення даних, що не використовуються для комерційних розрахунків, а саме:

• Кількість скидань показів лічильника.

• Дата останнього зчитування.

• Дата перепрограмування.

• Час, дата й кількість перерв у подачі живлення.

• Значення енергії й потужності за попередній період обліку й т.д.

• Параметри мережі.

Після закінчення одного повного циклу допоміжного режиму лічильник автоматично повертається до нормального режиму роботи.

Можна заморозити роботу РКІ по відображенню параметрів шляхом повторного натискання на кнопку ALT. Після цього можна перейти до наступного значення на дисплеї, знову нажавши на кнопку ALT.

Режим тестування (TEST)

Використовується зазвичай для перевірки лічильника.У режимі TEST на виході оптичного порту присутні імпульси, пропорційні вимірюваній потужності. У цьому режимі вимірювання енергії не відображається на показах лічильника, зафіксованих у нормальному режимі роботи лічильника.

Режим помилки

Якщо лічильник виявляє умову, що впливає на його роботу або на збереження накопичених даних, то він автоматично перемикається в режим помилки.Сигнали помилок і попереджень відображаються як повідомлення Err й F з відповідними кодовими позначеннями, що вказують на характер помилки.Для того, щоб отримати доступ у режимі помилки до параметрів, що запрограмовані для виведення в нормальному режимі, потрібно нажати й відпустити кнопку ALT. РКІ відобразить послідовність показів, а потім знову повернеться в режим помилки.

Параметри які відображаються на РКІ

• Перевірка сегментів РКІ.

• Ідентифікатор лічильника ГО.

• Постійна Кh Втчас/імп - період.

• Постійна Ке Втчас/імпульс.

• Ідентифікатор програми.

Параметри захисту лічильника від несанкціонованого доступу

• Число днів з моменту фіксації останнього імпульсу.

• Число сеансів зв'язку.

• Число перерв живлення.

Параметри, пов'язані з електроенергією і потужністю

• Активна енергія (кВт·год).

• Реактивна енергія (кВар·год).

• Максимальна потужність.

Параметри попереднього періоду комерційного обліку (перед останнім скиданням потужності)

• Активна енергія за попередній період (кВт·год).

• Реактивна енергія за попередній період.

• Максимальна потужність за попередній період.

• Сумарна максимальна потужність за попередній період.

Параметри, що відносяться до потужності

• Потужність на поточному інтервалі усереднювання (kVАР).

• Потужність на попередньому інтервалі усереднювання (kW).

• Тривалість підінтервалу і інтервалу.

• Час до кінця інтервалу усереднювання.

• Уставка потужності, при якій спрацьовує реле.

• Число днів з моменту скидання потужності.

Додаткові елементи, що відображаються, при вимірюваннях в багатотарифному режимі

• Поточний день тижня.

• Поточний сезон.

• Поточний час.

• Поточна дата.

Захисна інформація

• Дата зміни програми.

• Сумарна максимальна потужність.

• Дата скидання потужності.

• Реєстрація відключень живлення.

• Час почала відключення живлення.

• Дата почала відключення живлення.

• Час закінчення відключення живлення.

• Дата закінчення відключення живлення.

• Число скидань RESET.

Дані вимірювань в багатотарифному режимі (чотири тарифи А, В, С, D)

• Тариф А, активна енергія RATE A kWh.

• Тариф А, максимальна потужність RATE А МАХ kW.

• Тариф А, сумарна максимальна потужність RATE A CUM kW.

• Тариф А, час фіксації макс потужності RATE A.

• Тариф А, дата фіксації макс. RATE А потужності.

Аналогічні дані відображаються і для тарифів B, C, D.

Залежно від конструкції лічильники АЛЬФА поділяють на двоелементні та триелементні.

Внутрішнє під’єднання кіл напруг і струмів до клемника триелементного лічильника показано на рис.2.5а.

Нумерація клем кіл напруг – 10 і 14(верхній елемент), 11 і 14(середній елемент), 12 і 14(нижній елемент).

Нумерація клем струмових кіл – 1 і 8(верхній елемент), 2 і 7(середній елемент), 3 і 6(нижній елемент).

Схеми підключень триелементних лічильників до трифазних чотирипровідних мереж на рис.2.5б, рис.2.5в і рис.2.5г.

а) б)

в) г)

Рис.2.5. Схеми підключень триелементних лічильників АЛЬФА:

а) внутрішнє під’єднання кіл напруг і струмів до клемника б) схеми підключення до трифазних чотирипровідних мереж без вимірювальних трансформаторів в) схеми підключення до трифазних чотирипровідних мереж з трансформаторами струму і напруги г) схеми підключення до трифазних чотирипровідних мереж з трансформаторами струму