Измерительные трансформаторы:

Области применения. Измерительные трансформаторы используют главным образом для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого напряжения. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированными от цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Кроме того, измерительные трансформаторы дают возможность расширять пределы измерения приборов, т. е. измерять большие токи и напряжения с помощью сравнительно несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и. напряжений. В ряде случаев измерительные трансформаторы служат для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электрических установок от аварийных режимов.

Измерительные трансформаторы подразделяют на два типа- трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Первые служат для включения вольтметров, а также других приборов, реагирующих на значение напряжения (например, катушек напряжения ваттметров, счетчиков, фазометров и различных реле). Вторые служат для включения амперметров и токовых катушек указанных приборов. Измерительные трансформаторы изготовляют мощностью от пяти до нескольких сотен вольт-ампер; они рассчитаны для совместной работы со стандартными приборами (амперметрами на 1; 2; 2,5 и 5 А, вольтметрами на 100 и 100 v3 В).

Трансформатор напряжения. Его выполняют в виде двухобмоточного понижающего трансформатора (рис. 2.1, а). Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют. Условное обозначение трансформатора напряжения такое же, как двухобмоточного трансформатора.

Так как сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору напряжения, велики, то он практически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, что

U1= U'2= U2k

В действительности ток холостого хода I0 (а также небольшой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения, поэтому, как видно из векторной диаграммы (рис. 2.1), U'2 ? U1 и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе дu. В результате этого при измерениях образуются некоторые погрешности.

В измерительных трансформаторах напряжения различают два вида погрешностей:

а) относительная погрешность напряжения

гu = [(U2k - U1)/U1] 100 %;

Рисунок 2.1- Схема включения и векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения: 1-первичная обмотка; 2- вторичная обмотка

б) угловая погрешность дu; за ее значение принимают угол между векторами Ъ1 и -- Ъ'2. Она влияет на результаты измерений, выполненных с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от силы тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор Ъ'2 опережает вектор Ъ1.

В зависимости от величины допускаемых погрешностей стационарные трансформаторы напряжения подразделяют на три класса точности: 0,5; 1 и 3; а лабораторные -- на четыре класса: 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Обозначение класса соответствует величине относительной погрешности гu при номинальном напряжении Ulном.

Выпускаемые промышленностью трансформаторы напряжения сохраняют класс точности при изменении первичного напряжения от 80 до 120% номинального.

Для уменьшения погрешностей гu и дu сопротивления обмоток трансформатора Z1 и Z2 делают по возможности малыми, а магнитопровод выполняют из высококачественной стали достаточно большого поперечного сечения, чтобы в рабочем режиме он не был насыщен. Благодаря этому обеспечивается значительное уменьшение тока холостого хода.

Трансформатор тока. Его выполняют в виде двух обмоточного повышающего трансформатора или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмоткой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку. Первичной обмоткой трансформатора служит медный стержень, проходящий внутри изолятора (рисунке 2.2 ).

Сопротивления обмоток амперметров и других приборов, подключаемых к трансформатору тока, обычно малы. Поэтому он практически работает в режиме короткого замыкания, при котором токи I1 и I'2 во много раз больше тока I0, и с достаточной степенью точности можно считать, что

I1 = I'2 = I2/k.



Рисунок 2.2- Схема включения трансформатора тока (а), общий вид про-ходного трансформатора (б) и векторная диаграмма(в):

1 - медный стержень (первичная обмотка); 2 - вторичная обмотка; 3 -изолятор; 4 - магнитопровод

В действительности из-за наличия холостого хода I0 ? Iм в рассматриваемом трансформаторе I1 ? I2 и между векторами этих токов имеется некоторый угол, отличный от 180° (рисунке 2.1, в). Это создает относительную токовую погрешность

гi = [(I2k -I1)/I1] 100%

и угловую погрешность, измеряемую углом дi между векторами I1 и - I'2. Погрешность дi - считается положительной, если вектор - I'2 опережает вектор I1.

Линии связи. Организация каналов передачи данных между удаленными объектами является актуальной задачей при создании автоматизированных систем сбора и передачи информации в рамках систем учета энергоресурсов и расхода воды, безопасности и оповещения, удаленного контроля и мониторинга, регулирования транспортных потоков, управления уличным освещением. Кроме того, в каналах передачи данных нуждается торговое, медицинское оборудование и парковочные счетчики.

Таблица 2.1

Класс точности счетчика

Класс точности	0,5	1	3
Максимальная относительная погрешность при напряжении (0,8 ч 1,2) Uном, %	±0,5	±1	±3
Угловая погрешность, мин	±20	±40	Не нормирована

ассмотрим организацию таких каналов на примере типовой автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Это коммерческая система сбора информации со счетчиков электроэнергии, установленных на различных объектах (в жилых домах, на предприятиях и т. п.), обработки ее и выставления счетов каждому потребителю электроэнергии. Системы АСКУЭ, как правило, включают в себя группы электронных счетчиков электроэнергии, серверы их опроса, каналы передачи данных и автоматизированные рабочие места специалистов. Создание таких систем сопряжено с решением целого комплекса организационных и технических вопросов. На рисунке показана типовая схема организации АСКУЭ.

Сбор информации о показаниях счетчиков может осуществляться как проводным, так и беспроводным способом. На сегодняшний день преобладает первый способ, а самыми востребованными технологическими решениями для проводных сетей счетчиков являются интерфейс RS-485, токовая петля и интерфейс передачи по силовым линиям PLC. До последнего времени беспроводные технологии использовались меньше, чем проводные, но сейчас с появлением нового стандарта беспроводной связи IEEE 802.15.4, изначально ориентированного на подобное применение, ситуация в области создания беспроводных сетей счетчиков меняется.

Информация со счетчиков поступает в локальный центр сети счетчиков -концентратор, в памяти которого она сохраняется в виде массивов данных. Подобных концентраторов в системе АСКУЭ может быть множество, но для их обслуживания и мониторинга достаточно всего одного центра сбора и обработки информации (ЦСОИ).

Возникает вопрос: как организовать передачу данных со всех концентраторов системы в единый ЦСОИ? Наиболее востребованным и актуальным на сегодняшний день вариантом ответа на него является организация передачи данных по сети GSM.

При использовании беспроводной технологии GSM данные могут передаваться тремя основными способами: с помощью службы коротких сообщений SMS (Short Message Service), по голосовому каналу GSM и с использованием пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service). Рассмотрим более подробно каждый из этих способов.

Служба SMS весьма популярна среди пользователей мобильных телефонов. Однако для передачи массивов данных она подходит меньше всего. Посредством SMS-сообщений целесообразно передавать команды (например, на подключение к серверу) или служебную информацию малого объема (IP-адрес сервера и т. п.). Основные достоинства этой службы -- простота использования, относительно низкая стоимость услуг и удобная организация доставки сообщений. К недостаткам ее следует отнести в первую очередь негарантированность быстрой доставки сообщения и малое число символов в нем -- до 160. Эти обстоятельства накладывают существенные ограничения на применение SMS, например, в системах непрерывного мониторинга производственных процессов или контроля мобильных объектов.

Службу SMS имеет смысл использовать при небольших объеме и числе информационных посылок, например, если опрос текущего состояния концентратора сети счетчиков осуществляется с удаленного диспетчерского пункта один раз в смену. Эта служба также подходит для передачи тревожных сообщений о нештатных ситуациях в приложениях, не критичных по времени оповещения.

Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) позволяет организовать обмен данными любого объема между двумя объектами в реальном масштабе времени (on-line) в формате соединения “точка--точка”. Основными достоинствами этого способа связи являются более высокие надежность и скорость передачи данных.

Максимальная скорость передачи данных по одному голосовому каналу GSM (режим CSD) составляет 9600 Кбит/с, а многоканальный режим HSCSD обеспечивает передачу данных на скорости 19 200 Кбит/с и выше. К недостаткам использования голосового канала GSM можно отнести значительную стоимость пересылки килобайта информации и существенное негативное влияние (на экономические показатели системы) времени организации сеанса связи между модемами (своего рода handshaking) при передаче малых объемов данных. Например, время передачи 20 Кбит информации равно примерно 2 с, а время организации сеанса может варьироваться от 2 до 16 с, в зависимости от режима работы модемов. Поскольку абоненты оплачивают это время, то налицо неэффективное использование финансовых ресурсов.

Наиболее оптимальный способ передачи данных по сети GSM -- применение технологии GPRS. Главной ее особенностью является возможность постоянного подключения абонента к сети, т. е. наличие активного виртуального канала связи. На время передачи пакета данных абоненту предоставляется реальный (физический) радиоканал, который в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей сети. Таким образом, абонент не занимает физический канал постоянно, как при режимах CSD и HSCSD, и поэтому платит только за трафик, а не за все время сеанса связи. В результате существенно снижается стоимость передачи мегабайта информации. Технология GPRS оптимальна для применения в системах непрерывного или квазинепрерывного мониторинга производственных процессов, контроля мобильных и стационарных объектов, а также для поддержки приложений, в которых ключевую роль играет низкая стоимость трафика. Максимально возможная скорость обмена данными с помощью технологии GPRS теоретически может достигать 170 Кбит/с.

3 Автоматизация учета потребления электроэнергии жилого микрорайона

АСКУЭ жилого микрорайона - автоматизированная система контроля и учета электроэнергии применительно к бытовым потребителям. Суть системы заключается в автоматической передаче данных с приборов учета установленных у абонентов на сервер предприятия.Приборы учета системы АСКУЭ передают данные по электросети с помощью технологии PLC на УСПД (устройства сбора и передачи информации), которое находится в трансформаторной подстанции. УСПД в свою очередь передает данные на сервер предприятия, где данные обрабатываются и накапливаются .

3.1 Технология PLC

Технология PLC (Power Line Communication) - новая телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена.

Определение и особенности АСКУЭ PLC

Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учёта электроэнергии -- совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих дистанционный сбор, хранение и обработку данных об энергетических потоках в электросетях.

В настоящий момент существует острая потребность в недорогой, простой в обслуживании, надёжной и функциональной АСКУЭ для бытовых потребителей.

Задача создания такой АСКУЭ осложняется двумя факторами - большим количеством узлов учёта конечных потребителей и рассредоточением их на значительной территории, что существенно затрудняет доступ к ним через ставшие традиционными каналы передачи данных типа витая пара и интерфейс RS485.

Характерные особенности АСКУЭ PLC-контроль потребления электроэнергии осуществляется непосредственно по самой распределительной силовой сети 0,4 кВ, т.е. применена технология PLC как наиболее отвечающая критерию снижения себестоимости точки учёта вследствие отсутствия необходимости в специальных каналах связи с отдельно взятым электросчетчиком.

Сегодня возможны 2 варианта формирования системы сбора информации. Оба варианта предполагают употребление определённого типа оборудования PLC-связи (PLC-I и PLC-II). PLC-I при этом в большей степени ориентировано на создание АСКУЭ для бытовых потребителей, при этом основным мерилом в данном случае выступает стоимость учетной точки. PLC-II обладает большей функциональностью. Итак, АСКУЭ, которая спроектирована на базе PLC-I выполняет в основном статистические функции (сбор и обработку данных за определенное время), на основании их проводятся и анализ, и расчет. АСКУЭ, которая сформирована базе системы PLC-II кроме возможного учёта статистического с легкостью выполняет и оперативно-измерительные работы, то есть в режиме реального времени отслеживает, как потребление, так и качество энергетических носителей. АСКУЭ на базе оборудования PLC-II позволяет решать следующий круг задач:

­ Дистанционное получение в автоматическом или ручном режимах от каждого узла учёта сведений об отпущенной или потреблённой электроэнергии.

­ Расчёт баланса поступления и потребления электроэнергии с целью выявления и ликвидации потерь.

­ Применение санкций против злостных неплательщиков путём ограничения допустимой мощности нагрузки или полного отключения энергоснабжения.

­ Контроль параметров электросети с обнаружением и регистрацией отключений сетевого напряжения и отклонений параметров электросети от заданных уставок.

­ Обнаружение фактов несанкционированного вмешательства в работу приборов учёта или изменение схем включения в электросеть.

­ Анализ технического состояния или отказов приборов учёта.

­ Подготовку отчётов об электропотреблении.

­ Экспорт отчётов в биллинговые системы.

Преимущества использования оборудования PLC-II

­ Простая инсталляция системы. Инсталляция заключается в установке счётчиков и концентраторов, причём счётчики устанавливаются согласно типовым схемам включения и не требуют сложного конфигурирования.

­ Низкая стоимость точки учёта. Вследствие отсутствия специальных каналов связи между счётчиками и УСПД составляющих существенную долю в конечной стоимости АСКУЭ при использовании оборудования PLC-II стоимость точки учёта стремится к стоимости отдельного счётчика

­ *Отсутствие ограничений по расстоянию. Каждый узел учёта является ретранслятором информационных пакетов.

­ Надёжная передача данных по силовой сети 0,4 кВ. PLC модемы концентраторов и счётчиков автоматически выбирают для передачи одну из 5-ти частот наиболее свободную от сетевых помех.

­ *Управление мощностью и лимитом энергии. Позволяет дистанционно ограничивать недисциплинированных абонентов по мощности и выделенном лимите энергии вплоть до полного отключения электропитания.

­ *Контроль параметров сети. Многофункциональные счётчики могут выступать в роли измерителей показателей качества электроэнергии и фиксировать дату и время выхода контролируемых параметров за заданные уставки.

­ *Контроль технического состояния узла учёта. Отсутствие информации от счётчиков можно интерпретировать как выход приборов учёта из строя или манипуляции со способом включения счётчика в электросеть

­ *Эксплуатация вне помещений. При существующей тенденции выносить узлы учёта за границы домовладений счётчики в зимний период оказываются подвержены воздействию низких температур. При этом затруднено чтение информации с ЖКИ, однако по интерфейсу приём данных происходит без затруднений.

­ Так как в энергобалансе России доля бытового электропотребления до последнего времени не превышала 12% в кВт*часах и 3-4% в рублевом исчислении, то сбору платы за электроэнергию, потребленную на бытовые нужды, не уделялось большого внимания, и он до сих пор осуществляется по принципу самообслуживания.

­ После ликвидации существующего в России перекрестного субсидирования и доведения тарифов на электроэнергию для бытовых потребителей до уровня себестоимости ее производства доля их платежей в балансе доходов сбытовых компаний существенно увеличится. Одновременно обострятся проблемы неплатежей и воровства электроэнергии. Мировой опыт свидетельствует, что если «быт» приносит более 20% доходов, то энергокомпании вынуждены принимать специальные меры по повышению уровня собираемости платежей от населения. Например, организовывать дистанционное автоматизированное снятие показаний со счетчиков, автоматизировать выписку счетов и т.д. В среднем по России доля платежей населения в суммарном доходе отечественных энергокомпаний в ближайшие 5 лет вряд ли превысит 15%. Однако в некоторых регионах эта доля уже приближается к критической, что, безусловно, приведет к отмене системы самообслуживания и заставит местные энергосбытовые компании заниматься выпиской счетов бытовым потребителям. Способствует этому и тот факт, что наиболее крупные промышленные потребители уходят на оптовый рынок электроэнергии, что резко увеличивает долю бытовых и мелкомоторных потребителей в распределительных компаниях.

3.2 Состав и принцип работы АСКУЭ жилого микрорайона

В состав АСКУЭ бытовых потребителей входят следующие устройства:

­ счетчики электроэнергии с функцией хранения в энергонезависимой памяти промежуточных значений вычислений, что важно для обеспечения сходимости данных измерения счетчика и системы;

­ устройства сбора и передачи данных (УСПД), выполненные в виде многоканальных электросетевых модемов (ЭСМ) с интерфейсным модулем и контроллером счетчиков, - для считывания, запоминания и передачи по электросети в локальный блок сбора данных показаний приборов учета;

­ локальные блоки сбора данных (ЛБСД), служащие для управления работой электросетевых модемов, считывания из них показаний приборов учета, их накопления и передачи в центральную диспетчерскую, синхронизации «часов» автономных блоков;

­ в компьютере центральной диспетчерской (ЦД) осуществляется обработка показаний приборов учета, расчет суммы платежа за потребленные ресурсы, учет социального статуса потребителя, поддержка мультитарифного регулирования, выписывание счетов.

­ Телеметрический выход счетчика электроэнергии подключен с помощью телеметрического кабеля к входу интерфейсного модуля многоканального электросетевого модема, устанавливаемого в этажном щитке. В электросетевых модемах телеметрическая информация интегрируется, показания привязываются ко времени и фиксируются в энергонезависимой памяти в соответствии с заданной извне программой.

­ Для передачи в ЛБСД первичная телеметрическая информация преобразуется в ЭСМ в вид, обеспечивающий ее передачу без потери и искажений по электросети. ЛБСД представляет собой автономный модуль с несколькими устройствами для приема и передачи информации. К каждой из трех фаз силовой электропроводки ЛБСД подключен с помощью трех встроенных ЭСМ. Устанавливается ЛБСД либо в трансформаторной подстанции, либо на вводе в здание.

­ ЛБСД через последовательный интерфейс и телефонный модем передает данные по коммутируемой или выделенной линии на компьютер ЦД. Для децентрализованных систем считывание первичной информации осуществляется непосредственно из ЛБСД с помощью переносного носителя информации, например ноутбука, подключаемого к ЛБСД. Один ЛБСД обслуживает до 2048 счетчиков. Центральная диспетчерская представляет собой аппаратно-программный комплекс регистрации, обработки и отображения информации о потребляемых ресурсах. Логически программное обеспечение ЦД делится на две части: это оперативная связь с ЛБСД и обработка собранной информации. Вся информация, необходимая при работе программы, и информация, предназначенная для передачи в ЛБСД, хранится в базе данных.

­ При обработке собранной информации программное обеспечение центральной диспетчерской реализует следующие функции:

­ выписка счетов;

­ печатание счетов для каждой квартиры;

­ обоснование счетов;

­ сведение баланса по балансным группам;

­ формирование сводной таблицы потребления за текущий и предшествующие периоды.

­ Для защиты метрологических характеристик системы от несанкционированных изменений (корректировок) предусмотрены шифрование информации и многоступенчатый доступ к текущим данным и параметрам.

3.3 Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ)

3.3.1 Однофазный электронный счетчик МЕРКУРИЙ-200

Счетчики предназначены для коммерческого учета активной электроэнергии в однофазных цепях переменного тока и работают как автономно, так и в составе АСКУЭ. Модификации счётчика, на которые распространяется настоящее руководство, приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1

Модификации счётчика, выпускаемые предприятием-изготовителем

Модификации Счётчика	Установленный рабочий диапазон температур	Количество тарифов	Дополнительные функции
МЕРКУРИЙ-200.00	от минус 40 до плюс 55 °С	однотарифный	-
МЕРКУРИЙ-200.02		многотарифный	интерфейс «CAN»
МЕРКУРИЙ-200.03		многотарифный	отключение нагрузки, интерфейс «CAN»
МЕРКУРИЙ-200.04		многотарифный	отключение нагрузки, интерфейс «CAN», модем «PLС»

Функциональные возможности счетчика электрической энергии Меркурий 200

– учёт по 4 тарифам. Индивидуальное расписание для каждого наименования дня недели (Пн-Вс) и для каждого из 12-ти месяцев года. Индивидуальное расписание для праздничных дней. Автопереход на зимнее/летнее время.

– измерение, учёт, хранение, вывод на ЖК-индикатор и передача по интерфейсу CAN следующей информации:

o количество учтённой активной электроэнергии раздельно по каждому тарифу и сумму по всем тарифам:

– - всего от сброса показаний,

– - на начало каждого из 11 предыдущих месяцев;

o мгновенные значения мощности, тока, напряжения.

– контроль мощности нагрузки или энергии с переводом импульсного выхода в высокоимпедансное состояние в случае превышения заданных установок.

– Особенности электросчетчика Меркурий-200

– технологический запас по классу точности;

– расширенный диапазон рабочих температур;

– цифровой и импульсный выход позволяют использовать счетчики как автономно, так и в системе АСКУЭ;

– малое собственное энергопотребление;

– безвинтовой корпус;

– многотарифные счетчики имеют последовательный интерфейс связи САN, обеспечивающий обмен информацией с IBM PC;

– установка счетчика как традиционным способом, так и на DIN-рейку;

– защита от хищения электроэнергии.



Рисунок 3.1 - Однофазный электронный счетчик МЕРКУРИЙ-200

Конструктивно счётчик состоит из следующих узлов:

- корпуса (основания корпуса, крышки корпуса, крышки зажимов);

- контактной колодки с датчиком тока (шунт);

- печатной платы модуля электронного;

- толкателей кнопок управления индикацией на корпусе счётчика.

- Печатная плата модуля электронного представляет собой плату с электронными компонентами, которая устанавливается в основании корпуса на упоры и закрепляется защёлками.

- Печатная плата подключается к контактной колодке с помощью проводов.

На печатной плате находятся:

- микросхема - усилитель сигналов;

- блок питания;

- микроконтроллер (МК);

- энергонезависимое запоминающее устройство;

- элемент резервного питания;

- микросхема драйвера интерфейса;

- PLC-модем (для «Меркурий 200 .04» и «Меркурий 200 .05»)

- элементы оптронных развязок.



Рисунок 3.2- Структурная схема счётчика Меркурий 200

Датчики тока и напряжения.

В качестве датчика тока в счётчике используется шунт.

В качестве датчика напряжения в счётчике используются резистивный делитель.Сигналы с датчика тока поступают на вход микросхемы - усилителя сигналов, сигналы с датчика напряжения поступают на аналоговый вход микроконтроллера.

Микроконтроллер производит обработку аналоговых сигналов, поступающих с датчика напряжения и микросхемы-усилителя сигналов, обрабатывает полученные сигналы и посылает полученный результат на жидкокристаллический индикатор для отображения.

МК управляет всеми узлами счётчика и реализует измерительные алгоритмы в соответствии со специализированной программой, помещенной во внутреннюю память программ. Управление узлами счётчика производится через программные интерфейсы, реализованные на портах ввода/вывода МК:

- UART для RS-485 или CAN;

- двухпроводный для PLC;

- I2C интерфейс для связи с энергонезависимой памятью.

- МК периодически определяет текущую тарифную зону, формирует импульсы телеметрии, ведет учет энергии и времени, обрабатывает поступившие команды по интерфейсу или модему и, при необходимости, формирует ответ. Кроме данных об учтённой электроэнергии в ОЗУ МК хранятся калибровочные коэффициенты, тарифное расписание, серийный номер, версия программного обеспечения счётчика т.д.

- МК синхронизирован внешним кварцевым резонатором, работающим на частоте 32,768 кГц. Установка и коррекция точности хода часов производится программным способом.

- МК управляет работой устройства индикации с целью отображения измеренных данных. Индикация может изменяться посредством кнопки управления индикацией.

- Для организации связи с внешним управляющим компьютером используется микросхема драйвера интерфейса. Информационные интерфейсные сигналы от МК через опторазвязку поступают на микросхему драйвера интерфейса, работающей на скорости от 600 до 9600 Бод.

Сигналы от микросхемы драйвера интерфейса поступают на контакты 2, 3 счётчика.

Энергонезависимое запоминающее устройство

В состав УУ входит микросхема энергонезависимой памяти (EEPROM).

Микросхема предназначена для периодического сохранения данных МК. В случае возникновения аварийного режима (“зависание” МК или падение напряжения литиевой батареи) МК восстанавливает данные из EEPROM.

Блок оптронных развязок.

Блок оптронных развязок выполнен на трех оптопарах светодиод-фототранзистор. Две оптопары предназначены для обеспечения гальванической развязки цепей интерфейса счётчика. Один оптрон используется для импульсного входа счётчика.

Устройство индикации счётчика Меркурий 200 состоит из жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и драйвера ЖКИ.

Драйвер ЖКИ осуществляет динамическую выдачу информации, помещенной в его память, на соответствующие сегменты ЖКИ.

Табло ЖКИ содержит следующие элементы индикации:

- восемь разрядов учтённой энергии с фиксированной запятой перед двумя младшими разрядами;

- пиктограммы отображения тарифов (Т1, Т2, Т3, Т4) - слева;

- пиктограмма «Сумма» - в нижней части индикатора;

- пиктограммы «с», «кВт», «кВт ч», «Вт» - справа;

- пиктограммы курсоров - вверху.

Опрос состояния кнопок управления производится МК на программном уровне.

3.4 Схема учёта потребления электроэнергии жилого микрорайона на основе систем PLC

«Меркурий-PLC» представляет собой набор устройств и ПО для формирования АИИС (АСКУЭ), который обеспечивает автоматизированный учёт электропотребления посредством низковольтных сетей напряжением 0,4 кВ, как частными, так и юридическими лицами.

Отличительными особенностями данной системы является то, что контроль за энергопотреблением реализовывается непосредственно с помощью распределительной силовой сети 0,4 кВ. Таким образом, применяется PLC-технология, как наиболее соответствующая критерию уменьшения себестоимости учётной точки вследствие ненужности специальных каналов связи.

Объектами такой автоматизации могут выступать любые массивы многоэтажек, дачные и сельские посёлки, а также любые сооружения и здания, где имеются абоненты и насчитывается немалое количество учётных узлов, к примеру, торговые центры. Более простым вариантом, который заинтересует, прежде всего, поставщиков данных ресурсов, является учёт выдачи электрической энергии с фидеров 0,4 кВ ТП (трансформаторных подстанций), причём данные узлы могут помещаться как на самих ТП, так и в других местах, к примеру, на вводах различных субарендаторов или многоквартирных домов.

Как составляющие средств технических связи PLC применяются решения программно-аппаратного и компоновочного характера, предназначенные для устройств данной модификации. К примеру, модем специализированного плана встраивается в корпус электросчётчика, что значительно упрощает сам монтаж учётной точки, а также обеспечивает передачу информации от данных приборов в цифровом виде, что гарантирует тождественность показаний устройств с данными принятыми УСПД. Необходимо отметить, что данные технические решения защищены двумя патентами .

Отсутствие интерфейсного кабеля делает значительно менее расходными монтажные работы, а также последующую эксплуатацию данной системы при синхронном увеличении показателей, как вандалоустойчивости, так и надёжности функционирования. Общая стоимость всей системы при этом практически определяется обычной суммарной стоимостью счётчиков.

Работы по пусконаладке системы не требуют особых квалификационных навыков и могут быть осуществлены местными специалистами. Грамотно выполненный монтаж PLC-оборудования связи вообще не нуждается в работах по наладке.

Сегодня возможны 2 варианта формирования системы сбора информации. Оба варианта предполагают употребление определённого типа оборудования PLC-связи (PLC-I и PLC-II). PLC-I при этом в большей степени ориентировано на создание АСКУЭ для бытовых потребителей, при этом основным мерилом в данном случае выступает стоимость учетной точки. PLC-II обладает большей функциональностью. Итак, АСКУЭ, которая спроектирована на базе PLC-I выполняет в основном статистические функции (сбор и обработку данных за определенное время), на основании их проводятся и анализ, и расчет. АСКУЭ, которая сформирована базе системы PLC-II кроме возможного учёта статистического с легкостью выполняет и оперативно-измерительные работы, т.е в режиме реального времени отслеживает, как потребление, так и качество энергетических носителей.

Задачи, посильные для PLC-I или PLC-II:

- получение дистанционное в ручном или автоматическом режимах от каждого учетного узла сведений о потреблённой энергии;

- расчёт внутри объекта баланса и поступления, и потребления энергии с целью обнаружения и своевременной ликвидации возможных потерь;

- использование санкций против неплательщиков с помощью ограничений по допустимой мощности или же полного их отключения (возможно лишь при PLC-II);

- организация контроля параметров электрической сети (возможно лишь при PLC-II);

- выявление фактов несанкционированного вторжения в работу устройств учёта или видоизменение схем подключения в электросеть;

- анализ техсостояния и причин отказов устройств учёта;

- подготовка отчётов относительно электропотребления;

- экспортирование отчётов в системы биллинговые.

Объектами такой автоматизации могут выступать любые массивы многоэтажек, дачные и сельские посёлки, а также любые сооружения и здания, где имеются абоненты и насчитывается немалое количество учётных узлов, к примеру, торговые центры. Более простым вариантом, который заинтересует, прежде всего, поставщиков данных ресурсов, является учёт выдачи электрической энергии с фидеров 0,4 кВ ТП (трансформаторных подстанций), причём данные узлы могут помещаться как на самих ТП, так и в других местах, к примеру, на вводах различных субарендаторов или многоквартирных домов.

Схемы типовые учёта приборного на основе систем PLC-I либо PLC-II.

Рисунок 3.3- Осуществление учёта в массиве жилом

Составляющие элементы систем "Меркурий-PLC"

Вне зависимости от того какой именно модификации PLC будет использована для организации в автоматическом режиме сбора информации ее состав останется неизменным. Так, предусмотрено для получения учётной информации от потребителей, которые присоединёны к 1-ой ТП 6(10)кВ\0,4кВ наличие такой минимальной комплектации: 3 однофазных концентратора "Меркурий 225.1" либо "Меркурий 225.2", а также множество одно- и трёхфазных электросчётчиков типа "Меркурий", которые оснащёны PLC-модемами встроенными необходимого типа.

Рисунок 3.4- Осуществление учёта в посёлке коттеджном

Рисунок 3.5- Осуществление учёта отпуска электрической энергии с ТП-04кВ фидеров

При этом концентраторы устанавливают в любом месте четырёхпроводной трёхфазной сети 0,4 кВ, к примеру, в жилом доме - в электрощитовой, а чаще всего на самой ТП и подключают каждый к одной из секций шин к своей фазе. В случае двухтрансформаторной подстанции при приёме информации с другой секции шин используют фильтр подключения.

При этом основной функцией концентраторов выступает организация доступа в сеть PLC , т.е. связь с учётными приборами. Они в автоматическом режиме непрерывно принимают и обрабатывают данные, получаемые от счётчиков сообразно алгоритмам, которые соответственно приняты или в PLC-I-сетях или в сетях PLC-II.

Оснащёны концентраторы RS-485-интерфейсом (цифровым). Посредством него с помощью витой пары они объединяются в общую локальную сеть и друг с другом, и с устройствами дополнительными по передаче информации на компьютер удалённого диспетчера. В этом случае рекомендуется применять шлюз GSM «Меркурий 228», но вполне возможно и применение модемов телефонной сети, радиомодемов, ethernet-шлюзов и т.д. В сеть RS485 при необходимости возможно ввести также и счётчики "Меркурий", к примеру, балансного вида на ТП. Вместе с ними станет возможным удалённый контроль буквально всех возможных параметрических характеристик, которые снимаются счётчиками.

Процесс монтажа и наладки

При развертывании системы в наипростейшем варианте производится элементарная установка абонентских индивидуальных счетчиков; общих для дома устройств, которые обслуживают освещение и лифты; счетчиков балансного вида на ВРУ домов или ТП и концентратора на трансформаторной подстанции. Настройка оборудования, как правило, трудностей не вызывает. Особенности работ по пусконаладке при употреблении систем PLC-I либо PLC-II описаны на страницах техописания каждой из вышеуказанных систем.

4 Охрана труда

Электроснабжение всех отраслей и народного хозяйства развивается с помощью разработки и внедрения электроустановок с использованием современных электрических машин и аппаратов, линий электропередач, различных электротехнологических оборудовании, средств автоматики и телекоммуникаций.

Безопасное и безаварийное использование систем электроснабжения требует жестких мер соблюдений Закона Республики Казахстан от 15 мая 2007 года «Трудовой кодекс Республики Казахстан» и «Правил техники безопасности при эксплуатаций электроустановок потребителей» от 1 ноября 2004 года.

Правила безопасности труда в электроустановках потребителей являются руководящим нормативно-правовым документом для потребителей энергии, эксплуатирующих электроустановки, независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности. Правила устанавливают порядок, соблюдение которого должно обеспечить безопасность труда при выполнении всех видов работ в электроустановках.

4.1 Анализ вредных и опасных факторов на подстанции

Данный дипломный проект рассматривает внедрение автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии в промышленности. При разработке системы используются электроустановки, средства автоматики и телеком-муникаций, при работе с которыми на производстве человек может попасть под действие электрического тока и электромагнитного излучения, а также возникают другие вредные и опасные производственные факторы.

Производственный микроклимат (метеорологические условия) - климат внутренней среды производственных помещений, определяется действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.

Производственный микроклимат зависит от климатического пояса и сезона года, характера технологического процесса и вида используемого оборудо-вания, размеров помещений и числа работающих, условий отопления и вентиляции. Поэтому на различных объектах производственный микроклимат разный.

Микроклимат условно разделяется на четыре группы:

1) микроклимат производственных помещений, в котором технология производства не связана со значительными тепловыделениями. Микроклимат этих помещений в основном зависит от климата местности, отопления и вентиляции. Здесь возможно лишь незначительное перегревание летом в жаркие дни и охлаждение зимой при недостаточном отоплении;

2) микроклимат производственных помещений со значительными тепло-выделениями. Подобные производственные помещения, называемые горячими цехами, широко распространены, котельные, кузнечные цеха, доменные печи, хлебопекарни;

3) микроклимат производственных помещений с искусственным охлаж-дением воздуха. К ним относятся различные холодильники;

4) микроклимат открытой атмосферы, зависящий от климато-погодных условий (например, сельскохозяйственные, дорожные, строительные работы).

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое состояние человека. Например, понижение температуры и повышение скорости движения воздуха, способствует усилению конвективного тепло-обмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма.

При повышении температуры воздуха возникают обратные явления.

Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значи-тельной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.

Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температурах окружающего воздуха более 30 °С, так как при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу.

Недостаточная влажность приводит к интенсивному испарению влаги со слизистых оболочек их пересыхания и растрескивания, а затем и к загрязнению болезнетворными микробами. Поэтому, при длительном пребывании людей в закрытых помещениях, рекомендуется ограничиваться относительной влаж-ностью 30…70 %

Параметры микроклимата оказывают существенное влияние на производи-тельность труда.

Шум как гигиенический фактор представляет собой совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху.

Помимо действия шума на органы слуха, установлено его вредное влияние на многие органы и системы организма, в первую очередь на ЦНС, функциональные изменения в которой происходят раньше, чем диагности-руется нарушение слуховой чувствительности. Поражение нервной системы под действием шума сопровождается раздражительностью, ослаблением памяти, апатией, подавленным настроением, изменением кожной чувствитель-ности.

Интенсивность звука определяется по логарифмической шкале громкости. В шкале - 140 дБ. За нулевую точку шкалы принят «порог слышимости» прим. 20 дБ, за крайнюю точку шкалы - 140 дБ - максимальный предел громкости.

Громкость ниже 80 дБ обычно не влияет на органы слуха, громкость от 0 - 20 дБ - очень тихая.

От 20 до 40 - тихая; от 40 до 60 дБ - средняя; от 60 до 80 дБ - шумная; выше 80 дБ - очень шумная.

Современное производство характеризуется широким применением различ-ных электроустановок. Все профессии на сегодняшний день соприкасаются с использованием электричества. Электрический ток представляет серьёзную опасность для жизни человека[15].

Под электротравмой понимают травму, вызванную действием электричес-кого тока или электрической дуги. При этом тяжесть поражения электрическим током будет зависеть от множества факторов, в том числе: значения протекающего через человека тока, значения и рода напряжения, времени воздействия электрического тока на организм человека, мест контакта элементов электрической цепи с телом человека, индивидуальных особенностей человека, окружающей среды и окружающей человека обстановки; типа электроустановки; особенностей эксплуатации электро-установки и др.

Большинство специалистов и исследователей в области электробезо-пасности указывают на следующие действия, которые производит электрический ток, проходя через организм человека:

- термическое действие - проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высоких температур внутренних тканей человека, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства;

- электролитическое действие - проявляется в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава;

- механическое действие - приводит к разрыву тканей и переломам костей;

- биологическое действие - проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей в организме, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, присущих нормально действующему организму; с биологической точки зрения исход поражения человека электрическим током может быть следствием тех физиологических реакций, которыми ткани отвечают на протекание через них электрического тока.

Все многообразие действий электрического тока на организм человека приводит к различным электротравмам.

Электротравма - нарушение анатомических соотношений и функций тканей и органов, сопровождающееся местной и общей реакцией организма и вызванное ненормальным состоянием электрооборудования или электрических сетей.

Условно все электротравмы можно свести к следующим видам:

- местные электротравмы - ярковыраженные местные нарушения целост-ности тканей, местные повреждения организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги;

- общие электротравмы (электрические удары) - травмы, связанные с поражением всего организма из-за нарушения нормальной деятельности жиз-ненно важных органов и систем человека;

- смешанные электротравмы.

Диапазон токов по степени опасности их воздействия на организм человека может быть разделен на следующие интервалы:

I -- токи величиной от 10 до 30 мА не приводят к смертельному исходу, но при продолжительном воздействии вызывают судороги, нарушение нормаль-ной работы органов дыхания и т. п.;

II -- токи величиной более 30 мА могут явиться причиной смерти, если не произойдет быстрое отключение источника питания. Воздействие токов, вели-чины которых приближаются к значению 500 мА, может привести к смертельному исходу, если они протекают по телу в течение времени около 0,5 с и более;

III -- токи величиной свыше 500 мА являются смертельно опасными и при очень малом времени их протекания. Во всех случаях необходимо не допускать протекания таких токов по телу человека[16].

4.2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов на подстанции

Для предотвращения травматизма на производстве должны быть соблюдены методы борьбы с опасными и вредными факторами и правила по охране труда.

Нормы производственного микроклимата установлены в СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и ССБТ ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»[20].

Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями.

В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость движения воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.

В рабочей зоне производственного помещения согласно ГОСТ 12.1.005-88 могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия.

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспе-чивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Для борьбы с шумом в помещениях проводятся мероприятия как техничес-кого, так и медицинского характера. Основными из них являются:

- устранение причины шума или существенное его ослабление в самом источнике при разработке технологических процессов и проектировании оборудования;

- изоляция источника шума от ОС средствами звуко- и виброзащиты, звуко- и вибропоглощения;

- уменьшение плотности звуковой энергии помещений отраженной от стен и перекрытий;

- рациональная планировка помещений;

- применение средств индивидуальной защиты от шума;

- рационализация режима труда в условиях шума;

- профилактические мероприятия медицинского характера.

Для измерения силы и интенсивности шума применяют различные приборы: шумомеры, анализаторы частот, корреляционные анализаторы и коррелометры, спектрометры.

Согласно ГОСТ 12.1.009-76 электробезопасность - система организа-ционных мероприятий и технических средств, предотвращающих вредное и опасное воздействие на работающих электрического тока и электрической дуги.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено понятие “Электроустановка”.

Электроустановкa - совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогатель-ного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виде энергии [17].

Все электроустановки по условиям электробезопасности подразделяются на:

- электроустановки напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью;

- электроустановки напряжением 1кВ с изолированной нейтралью;

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземлен-ной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейт-ралью (с малыми токами замыкания на землю).

Питающие сети различаются по типам:

- систем токоведущих проводников;

- систем заземления.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током в электроустановках должны применяться технические способы и средства защиты.

- вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные).

В соответствии с Правилами безопасности труда в электроустановках не допускается приближение людей, механизмов и грузоподъемных машин к находящимся под напряжением неогражденным токоведущим частям на расстояния, менее указанных в таблице 4.1

Таблица 4.1. Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением

Напряжение, кВ	Расстояние от людей и применяемых ими инструментов и приспособлений от временных ограждений, м	Расстояние от механизмов и грузоподъемных машин в рабочем и транспортном положении, от стропов, грузозахватных приспособлений и грузов, м
до 1	на ВЛ	0,6	1,0
	в остальных электроустановках	не нормируется (без прикосновения	1,0
1-35	0,6	1,0
60, 110	1,0	1,5
220	2,0	2,5
500	3,5	4,5
1150	8,0	10

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.) [19].

Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т.п.

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.

Нулевым защитным проводником (PE - проводник в системе TN - S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока.

4.3 Расчет защитного заземления

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления - число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

1) характеристика электроустановки - тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т. п.;

2) план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

3) формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

4) данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных (климатических) условиях, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

5) данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением. Если по каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетным путем;

...