Учет электрической энергии

Откройте вкладку "Нагрузка", появится окно, изображённое на рисунке 30. Нажмите кнопку "Чтение мощности" и прочитайте значение мощности нагрузки.

Рисунок 30 Текущий вид рабочего окна

Циклическая индикация и управление ей. Откройте вкладку "В счётчик". Установите необходимые флажки в окна "+Т1, +Т2, +Т3, +Т4, +Сумма, +Вт, +Время, +Дата". Нажмите кнопку "Запись".

Запись и чтение лимита мощности и лимита энергии. Откройте вкладку "Нагрузка". Появится окно, изображённое на рисунке 30. Для чтения лимитов энергии и мощности нажмите кнопку "Чтение" в соответствующей панели. Для записи наберите необходимые величины в окнах и нажмите кнопки "Запись" в соответствующих панелях.

Работа с PLС-модемом.

Соберите схему, запустите программу "TMcomm".

Программирование сетевого адреса PLC-модема осуществляется согласно руководства "TMcomm".

Функция управления нагрузкой. Запустите программу "COUNTER". Соберите схему. Откройте вкладку "Дополнительно", должно появиться окно, изображённое на рисунке 31. Установите функцию импульсного выхода счётчика в "Управление нагрузкой".

Рисунок 31 Текущий вид рабочего окна

Откройте вкладку "Нагрузка" (Рисунок 30).

Функция управления нагрузкой предусматривает три режима управления нагрузкой:

- отключение нагрузки (Когда лимит мощности или лимит энергии за месяц равен нулю);

- контроль нагрузки (Когда лимит мощности и лимит энергии за месяц установлены в пределах реальных значений, а потребляемая мощность меньше установленной и лимит энергии за месяц не превышен, нагрузка будет включена. Если же потребляемая мощность больше установленной мощности или лимит энергии за месяц превышен, то счётчик отключит нагрузку. Если превышен лимит мощности, то приблизительно через 15 с счётчик подключит нагрузку и далее снова будет измерять мощность нагрузки. Если мощность меньше установленного значения - нагрузка останется подключенной, если больше - будет отключена и т.д. Если превышен лимит энергии, то счётчик отключает нагрузку. Подключение к нагрузке осуществляется путём увеличения ранее установленного лимита энергии по интерфейсу или с началом нового месяца);

- включение нагрузки (Когда лимит мощности и лимит энергии за месяц установлены заведомо больше допустимого значения).

Рисунок 32. Схема подключения счётчиков "МЕРКУРИЙ-200" к сети 230 В

Примечание - Номинальное напряжение, подаваемое на телеметрический выход (конт. 10 и 11), равно 12 В (предельное - 24 В).Номинальная сила тока этого выхода - 10 мА (предельная - 30 мА).

Рисунок 33 Схема подключения счётчиков "Меркурий 200" к ПЭВМ при записи информации в счетчик

Примечание - Схема используется для счётчиков с внешним питанием



Рисунок 34. Схема, используемая для счётчиков с внешним питанием от преобразователя

Рисунок 35. Схема проверки функционирования PLC-модема

Примечание - Счётчики и технологическое приспособление должны быть на одной силовой линии.

К работам по техническому обслуживанию счётчика допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и имеющие квалификационную группу по электро-безопасности не ниже III для электроустановок до 1000 В. Счётчик подлежит государственному метрологическому контролю и надзору. Поверка счётчика осуществляется органами Государственной метрологической службы или аккредитованными метрологическими службами юридических лиц. Периодичность поверки один раз в 16 лет.

Поверка счётчика производится в соответствии с методикой поверки АВЛГ.411152.020 РЭ1, согласованной с руководителем ГЦИ СИ Нижегородского ЦСМ.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие счетчики называются статическими?

2. Приведите примеры микросхем, используемых для преобразования входных сигналов тока и напряжения в частоту пропорциональную активной мощности.

3. Поясните структурную схему счетчика на рисунке 29.

4. Какой интерфейс используется для подключения счетчика "Меркурий 221" к порту персонального компьютера? Дайте характеристику применяемого интерфейса.

3. Поверка счётчиков электроэнергии

Производство электронных, или статических (называемых так из-за отсутствия в них подвижных, динамических измерительных элементов, присущих индукционным счетчикам), электросчетчиков переменного тока активной энергии должно соответствовать межгосударственным стандартам. ГОСТ Р 52323-2005 введен взамен ГОСТ 30206-94 (МЭК 687-92) "Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 0,2S и 0,5S)" и является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 62053-22:2003 и ГОСТ 30207-94 (МЭК 1036-90) "Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 1 и 2)". ГОСТ 30206-94 был введен взамен ГОСТ 26035-83 "Счетчики электрической энергии переменного тока электронные".

Стандарты устанавливают требования к изготовлению и типовым (контрольным) испытаниям рабочих однофазных и трехфазных счетчиков трансформаторного и непосредственного (прямого) включения, измеряющих активную энергию как в одном, так и в обоих направлениях. Стандарты распространяются на стационарные счетчики, устанавливаемые внутри и вне помещений и содержащие в своих корпусах встроенные твердотельные измерительные элементы и счетные механизмы. В совокупности стандартные технические требования к счетчикам содержат следующие основные группы:

- стандартные значения электрических величин (номинальные и максимальные значения тока, напряжения и частоты);

- механические требования (требования к конструкции в целом, к корпусу, зажимам, дисплею измеряемых величин, выходным устройствам, маркировке, защите от пыли, воды, огня и т.п.);

- климатические требования (установленные и предельные диапазоны температур и относительной влажности);

- электрические требования (требования по потребляемой мощности, влиянию напряжения питания, токовым перегрузкам, самонагреву и т.д.);

- электромагнитная совместимость (требования по защите от электромагнитных помех и подавлению радиопомех);

- метрологические требования (требования к точности в различных климатических условиях и при воздействии влияющих величин);

- другие требования (требования к телеметрическому передающему устройству счетчика, к транспортировке, хранению и т.д.).

В указанных документах отсутствуют требования к функциональным характеристикам счетчиков - набору их функциональных штатных параметров, к встроенным часам и календарю, к интерфейсам счетчиков и их протоколам, к архивам. Эти характеристики определяются индивидуально производителями счетчиков.

Соответствие выпускаемых счетчиков установленным стандартным и индивидуальным требованиям производителя обеспечивается посредством системы испытаний, включающих в себя приемосдаточные и госконтрольные при запуске продукции в серию и периодические, проводимые в случаях модернизации счетчиков.

В условиях серийного производства счетчики подвергаются, как правило, только выходным метрологическим и функциональным испытаниям в нормальных условиях эксплуатации (при отсутствии действия влияющих факторов, т.е. величин, способных оказать влияние на рабочие характеристики счетчика). Считается, что при строгом выполнении указанной системы испытаний гарантируется должное качество счетчиков, соответствующее стандартам и техническим условиям производителя.

3.1 Методика поверки счётчиков электроэнергии на месте эксплуатации при помощи поверочной установки "УППУ-МЭ 3.3" производства НПП Марс-Энерго

При приёмке систем учёта электроэнергии и в процессе эксплуатации требуется проводить периодическую поверку счётчиков электрической энергии в установленные сроки.

Поверка в лабораторных условиях требует изъятия счетчика из обращения на срок от 2 до 4 недель, что требует наличия подменного фонда, а кроме того - организации демонтажа, погрузки, транспортировки, ведения учёта по замещающей методике и т.д. Поэтому поверка счетчика на месте установки признана более эффективной. Для этих целей уже более 5 лет успешно применяется мобильный комплекс метрологического оборудования типа "УППУ-МЭ 3.3". Наибольшую сложность для поверителей представляет собой вопрос соблюдения условий поверки в соответствии с ГОСТ /11 и 12/. Причём, если в /11/ указана температура (20±2)°С (что не всегда возможно даже лабораторных условиях), то в /12/ допускается диапазон (10…35) °С. В то же время ГОСТ Р 52321-2005 /13/, ГОСТ Р 52322-2005 /4/, ГОСТ Р 52323-2005 /15/ и ГОСТ Р 52425-2005 /16/ в п.8.5 устанавливают, что "если испытания (проверка точности) проводят при температуре, отличающейся от нормальной, то результаты должны быть скорректированы введением температурного коэффициента счетчика". Указанные коэффициенты нормируются ГОСТами /13-16/. Таким образом, для счётчиков, изготовленных по этим ГОСТам, всегда можно расширить пределы допускаемой погрешности при обработке результатов измерений.

Все операции поверки в соответствии с ГОСТ /11 и 12/ обеспечиваются комплексом "УППУ-МЭ 3.3" (рис.36) в составе:

1. Источник фиктивной мощности "Энергоформа-3.3";

2. Эталонный счетчик класса точности 0,1 "Энергомонитор-3.3Т1" с блоками БТТ на номинальные токи 0,5; 5 А и устройством фотосчитывающим УФС;

3. Пробойная установка УПУ-10 или GPI.



Рисунок 36 Комплекс "УППУ-МЭ 3.3"

Поскольку прибор "Энергомонитор-3.3Т1" имеет допускаемую относительную погрешность при измерении активной мощности ±0.1% (реактивной ±0.3%), он позволяет поверять счётчики активной электроэнергии класса точности 0,5S (реактивной - 1,5) и менее точные. Если требуется поверять счётчики активной электроэнергии класса точности 0,2S, то вместо прибора "Энергомонитор-3.3Т1" нужно применять более точный прибор "Энергомонитор-3.1К" класса точности 0,05. Оба эти прибора одновременно являются анализаторами качества электроэнергии, что позволяет перед выполнением поверки контролировать частоту, несинусоидальность и отклонение напряжения в соответствии с ГОСТ.

Источник "Энергоформа-3.3" позволяет поверять трехфазные счетчики трансформаторного включения с максимальным током 7,5 А (1,5 Iном). Такой ток более чем достаточен, поскольку ГОСТ 7746-2001 /17/ устанавливает погрешность измерительных трансформаторов тока в диапазоне изменения тока от 0,01 до 1,20 Iном. Источник может управляться как встроенной клавиатурой, так и с помощью компьютера.

Для ускорения и автоматизации поверки можно воспользоваться портативным компьютером. В поставку комплекса входит программное обеспечение (ПО) "Энергоформа" и "Энергомониторинг средств измерений". Программа "Энергоформа" позволяет:

- задавать требуемые испытательные сигналы источника;

- сохранять в файл на жестком диске ПК сигналы для повторного использования;

- считывать результаты измерений из прибора "Энергомонитор-3.3Т1" по последовательному порту;

- отображать считанные измерения Приборов на ПК;

- проводить поверку измерительных приборов (цифрового и стрелочного типов) в ручном режиме

Программа "Энергомониторинг средств измерений" предназначена для работы с приборами "Энергомонитор-3.3Т1" и позволяет:

- считывать накопленные в Приборе "Энергомонитор-3.3Т1" архивы результатов поверки счетчиков через последовательный интерфейс RS-232 и сохранять принятые данные на жестком диске в файл,

- создавать протоколы поверки счетчиков электрической энергии, которые могут быть выведены на печать или сохранены в файле на жестком диске,

- создавать и редактировать базу данных поверяемых счетчиков (с возможностью сохранения базы данных в файл на жестком диске),

- экспортировать таблицу с результатами поверки в MS Excel.

ПО постоянно совершенствуется с учётом опыта эксплуатации комплекса "УППУ-МЭ 3.3" в полевых условиях.

Оценим экономический эффект от применения методики. Стоимость подменного фонда трехфазных счётчиков класса 0,2S, применяемых в АИИС КУЭ, составит примерно 25000 *Nп (руб.), где Nп - количество счётчиков, подлежащих единовременной поверке. Как правило, работы ежемесячно проводятся региональным ЦСМ по согласованному графику.

При Nп=40/12=4 шт. для одной подстанции стоимость подменного фонда составит 100 тыс. руб. Стоимость работ по замене, перевозке счётчиков в ЦСМ и оплата услуг ЦСМ в сумме будет выше стоимости работ по поверке на месте силами собственной метрологической службы. Стоимость комплекса "УППУ-МЭ 3.3" - от 300 тыс. руб. Т.е. срок окупаемости комплекса в случае применения только на 3-х подстанциях составит не более 1 года. И это без учёта использования его для поверки (калибровки) прочих измерительных приборов и преобразователей, которые имеются на подстанциях.

Можно сделать вывод, что преимущества поверки на местах особенно очевидны для крупных генерирующих, электросетевых и сбытовых предприятий, вынужденных содержать большие подменные фонды счётчиков, измерительных преобразователей и щитовых приборов.

3.2 Установка для поверки счетчиков электрической энергии ЦУ6804M

Установки предназначены для поверки и регулировки однофазных и трехфазных средств измерений активной электрической энергии и мощности, а также - трехфазных средств измерений реактивной электрической энергии и мощности: счетчиков, ваттметров, варметров, преобразователей мощности в промышленном диапазоне частот. Совместно с дополнительными приборами, установки могут применяться для поверки средств измерений напряжения и силы переменного тока. Структурная схема базового блока установки приведена на рисунке 37.

Базовый блок состоит из:

- трехфазного цифрового генератора (Г), формирующего входные сигналы для усилителей цепей напряжения и тока;

- трех усилителей цепи напряжения, состоящих из блока предварительного усиления напряжения (БПУН) и усилителя мощности (УМ);

- трех усилителей цепи тока, состоящих из блока предварительного усиления тока (БПУТ) и усилителя мощности (УМ);

- блока трансформаторов (БТр), согласующего усилители мощности с нагрузкой;

- блока преобразования мощности (БПМ), осуществляющего преобразование выходной "фиктивной" мощности в частоту;

- контроллера (К), осуществляющего управление работой всей установки, обработку результатов измерений, и обеспечивающего связь с внешними устройствами;

- блока индикации (БИ), предназначенного для отображения информации и ввода данных с помощью клавиатуры;

- блока питания (БП), обеспечивающего гальваническую развязку от сети питания и питание всех узлов установки.

Рисунок 37. Структурная схема базового блока установки

Рисунок 38. Функциональная схема трехфазного цифрового генератора

Генератор состоит из:

- двухканального цифрового генератора напряжения (ЦГU) и тока (ЦГI);

- ЦАП амплитуды напряжения (ЦАП АU) и тока (ЦАП АI);

- ЦАП формы синусоидального сигнала напряжения (ЦАП ФU) и тока (ЦАП ФI);

- регистра значений фазы (RGц);

- регистра значений амплитуды напряжения (RG АU);

- регистра значений амплитуды тока; (RG АI);

- устройств выборки и хранения фазных сигналов напряжения (УВХU) и тока (УВХI);

- усилителей-повторителей синусоидальных сигналов напряжения (УСU) и тока (УСI);

По поступающей из контроллера частоте FАГ цифровые генераторы ЦГU и ЦГI формируют двоичный код трехфазных синусоидальных сигналов напряжения и тока. В ЦГI этот код суммируется с двоичным кодом, записанным в регистр значений фазы RGц и на выходе ЦГI формируется код со смещением, соответствующим фазовому сдвигу.

На выходах ЦАП формы синусоидальных сигналов ЦАП ФU и ЦАП ФI формируются суммарные напряжения трех фаз, которые поступают на УВХU и УВХI.

УВХU и УВХI производят пофазное разделение суммарных сигналов напряжения и тока.

Каждый из синусоидальных сигналов напряжения и тока интегрируется, усиливается, а затем фильтруется в соответствующих усилителях УСU и УСI.

Код амплитуды напряжения и тока записывается контроллером в регистры значений амплитуды напряжения RG AU и тока RG AI и, поступая на входы ЦАП амплитуды напряжения ЦАП АU и тока ЦАП АI, преобразуется в постоянное напряжение, являющееся опорным для ЦАП формы синусоидального сигнала напряжения ЦАП ФU и тока ЦАП ФI. Величина опорного напряжения определяет удвоенную амплитуду выходных сигналов генератора.



Рисунок 39. Функциональная схема усилителя цепей напряжения и тока

Выходной сигнал генератора поступает на вход предварительного усилителя ПУ, предназначенного для получения необходимого усиления и формирования амплитудно-частотной характеристики всего канала усиления. С выхода ПУ через замкнутый ключ К, сигнал подается на вход устройства сравнения УС, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения ГПН. С помощью УС осуществляется широтно-импульсная модуляция сигнала. Через устройство гальванической развязки УГР последовательность импульсов, несущая в себе информацию об усиливаемом сигнале, подается на вход усилителя мощности УМ. Выходной сигнал УМ через фильтр Ф подается далее на блок трансформаторов.

Отрицательная обратная связь, обеспечивающая получение необходимых параметров усилителей, осуществляется с помощью цепи обратной связи ЦОС. Устройство контроля перегрузки УКП предназначено для фиксирования отсутствия импульсной последовательности (ШИМ-сигнала). При этом происходит отключение входа УС и пропадание выходного сигнала усилителя.

Блок трансформаторов состоит из трех каналов напряжения и трех каналов тока. Каждый канал напряжения содержит трансформатор и реле, переключающие вторичные обмотки трансформатора. Каждый канал тока содержит выходной трансформатор, трансформатор тока для обеспечения отрицательной обратной связи и реле, переключающие обмотки трансформаторов.



Рисунок 40. Структурная схема блока преобразования мощности

Блок преобразования мощности содержит следующие блоки:

- три фазных перемножителя А1...А3, каждый из которых состоит из трансформатора тока (ТТ), трансформатора напряжения (ТН), широтно-импульсного модулятора (ШИМ), амплитудно-импульсного модулятора (АИМ);

- генератор пилообразного напряжения (ГПН);

- источник опорного напряжения (ИОН);

- преобразователь тока в частоту (ПТЧ);

- кварцевый генератор (ГН);

- блок питания (БП).

Фазный перемножитель обеспечивает получение сигнала тока, пропорционального мгновенному значению мощности в контролируемой цепи, его входными сигналами являются напряжение, снимаемое с ТН и ток, снимаемый с ТТ. Сигналы тока и напряжения перемножаются по методу ШИМ-АИМ.

Широтно-импульсному преобразованию подвергается сигнал U, пропорциональный напряжению, путем сравнения его с сигналом "пилообразной" формы с помощью компаратора. Выходной сигнал компаратора имеет вид импульсов прямоугольной формы, причем относительная разность длительностей импульса и паузы несет информацию о величине входного напряжения.

Амплитудно-импульсная модуляция заключается в периодическом изменении подключения выхода ТТ ко входу ПТЧ (под управлением широтно-импульсного сигнала с выхода компаратора). Выходным сигналом фазного перемножителя является ток, поэтому суммирование сигналов трех фаз осуществляется электрическим объединением выходных цепей.

ГПН вырабатывает сигнал треугольной формы, частотой около 2000 Гц.

ИОН формирует опорные напряжения.

ПТЧ преобразует входной сигнал тока, пропорциональный мощности, в импульсный сигнал.

ГН вырабатывает опорную частоту для ПТЧ.

Рисунок 41. Функциональная схема блока контроллера

Контроллер состоит из:

- микроконтроллера (МК);

- буфера данных (BF);

- устройства оперативной памяти ОЗУ;

- ПЗУ памяти программ;

- регистра пределов образцового счетчика (RGL);

- делителя частоты (СТ);

- генератора с автоподстройкой (G);

- ППЗУ с электрической перезаписью информации ЭСППЗУ;

- буфера последовательного порта RS232;

- блока телеметрии (БТЛМ);

- преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ).

Микроконтроллер МК выполняет управление всеми узлами блока, осуществляет обмен информацией по шине данных ШД с другими блоками установки через буфер данных BF, с внешними устройствами через последовательный интерфейс RS232, коммутирует пределы по напряжению БПМ, записывая их в регистр RGL, а также производит определение погрешности поверяемых счетчиков и преобразователей мощности, сравнивая частоту эталонного счетчика F0 с частотой поверяемых приборов - FХ.

Работа МК осуществляется по программе, хранящейся в ПЗУ программ, текущая информация и оперативные данные хранятся в ОЗУ.

Электрически перепрограммируемая память ЭСППЗУ служит для хранения параметров 16 таблиц для поверки счетчиков.

Генератор G формирует частоту для синхронизации работы трехфазного цифрового генератора Г. Генератор работает в режиме автоподстройки:

- в режиме внешней синхронизации - по частоте сети 50 Гц;

- в режиме внутренней синхронизации - по частоте, задаваемой МК с помощью делителя СТ.

При поверке счетчиков импульсные сигналы с их выходов через блок телеметрии БТЛМ поступают на МК для определения погрешности.

При поверке преобразователей мощности сигнал в аналоговой форме перед поступлением в БТЛМ преобразуется в частоту ПНЧ.



Рисунок 42. Функциональная схема блока индикации

Блок индикации состоит из:

- буфера данных BF;

- схемы индикации параметров напряжения ИU;

- схемы индикации параметров тока ИI;

- схемы индикации коэффициента мощности и частоты ИКF;

- схемы индикации режимов работы ИР;

- информационного табло ИТ;

- клавиатуры.

Управление индикацией осуществляет контроллер МК. Передаваемые им данные усиливаются буфером BF и заносятся в регистры схем индикации, работающих в динамическом режиме.

Схемы индикации ИU и ИI предназначены для отображения параметров напряжения и тока; ИКF - коэффициента мощности и частоты; ИТ - всех текущих сообщений и параметров работы.

Индикация режимов работы и включения фаз осуществляется светодиодами схемы ИР.

Управление установкой осуществляется с клавиатуры КЛ, выходные данные с которой через буфер ВF поступают в контроллер МК.

индукционный счетчик трансформатор электроэнергия

Рисунок 43. Структурная схема блока питания

Блок питания содержит:

- входной выпрямитель В;

- входной фильтр Ф;

- преобразователь П;

- узел трансформаторов и стабилизаторов ТС;

- схему управления СУ;

- схему формирования импульсов синхронизации ФИС.

- задающий генератор Г.

Входной выпрямитель В, совместно с фильтром Ф, осуществляет преобразование напряжения переменного тока частотой 50 Гц в напряжение постоянного тока, которое с помощью преобразователя П, на частоте от 40 до 50 кГц, трансформируется во вторичные цепи узла ТС. Управление ключевыми транзисторами преобразователя осуществляется схемой управления СУ.

Частота переключений П определяется частотой задающего генератора Г.

Выходные напряжения БП: 40 В; минус 40 В; 15 В; минус 15 В; 5 В; 12 В.

Напряжения 40 В и минус 40 В, после выпрямления и фильтрации, обеспечивают питание усилителей мощности установки гальванически изолированным, от схемы установки, напряжением.

Напряжение 12 В предназначено для питания реле и вентиляторов.

Напряжения 15 В; минус 15 В и 5 В обеспечивают питание всех узлов установки.

Формирователь импульсов синхронизации ФИС предназначен для формирования сигнала, с помощью которого, схемой синхронизации трехфазного цифрового генератора, осуществляется режим синхронизации частоты выходных сигналов установки с частотой тока сети питания.

Подключение ПК производится к разъему "RS232", расположенному на задней панели базового блока, интерфейсным шнуром SCF12.

Схема подключения приведена на рисунке 44.

Рисунок 44. Схема подключения ПК

Вопросы для самопроверки:

1. Почему необходима поверка счетчиков?

2. Особенности поверки счётчиков электроэнергии при помощи поверочной установки "УППУ-МЭ 3.3".

3. Поясните структурную схему базового блока установки для поверки счетчиков электрической энергии ЦУ6804M приведенную на рисунке 37.

Заключение

Одним из стратегических направлений энергосберегающей политики России является совершенствование системы учета и отчетности за расходованием топливно-энергетических ресурсов, а также обязательное использование измерительных приборов и систем для учета расхода потребляемых и отпускаемых энергоносителей.

Поэтому важнейшим этапом перестройки предприятий должно стать массовое оснащение всех потребителей средствами учета, контроля и регулирования расхода всех видов затрачиваемых энергоресурсов.

Превращение электроэнергии в дорогой товар выдвигает качественно новые требования к измерению и учету этого товара на всех технологических стадиях его производства, трансформации, передачи, распределения, поставки и потребления. Устаревший приборный учет электроэнергии, основанный на базе территориально рассредоточенных локальных индукционных электросчетчиков с эпизодическим визуальным съемом и ручной обработкой их показаний, не позволяет получать требуемые сегодня точные, достоверные и оперативные данные учета, своевременно выполнять расчеты между производителями и потребителями электроэнергии (а в будущем - между субъектами конкурентного рынка электроэнергии), а также решать задачи оптимизации выработки и потребления электроэнергии на основе прогрессивных тарифных систем. Концепция нового приборного учета основывается на принципах автоматизированного энергоучета и, в частности, на понятии автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), элементами которой становятся первичные средства учета - электросчетчики.

АСКУЭ предназначены для высокотехнологичного решения задач расчетов за проданную - купленную электроэнергию между субъектами рынка электроэнергии (коммерческий аспект), а также решения задач контроля прохождения электроэнергии как товара по всей технологической цепи энергосистемы и потребителей в целях выявления его нерациональных потерь и безучетного потребления (технический аспект). В рыночных условиях энергосистема как естественный монополист в производстве электроэнергии, будет структурно преобразована в ряд энергетических компаний, конкуренция которых на рынке электроэнергии позволит повысить эффективность процесса выработки, передачи и распределения электроэнергии и в перспективе позволит затормозить объективно существующий рост себестоимости электроэнергии и цен на нее для конечного потребителя. Вместе с тем рыночные структурные преобразования в энергосистеме и в обществе в целом резко увеличивают количество точек балансового разграничения между субъектами рынка электроэнергии, меняют динамизм их взаимоотношений и применяемые тарифные системы, а в результате делают невозможным в принципе оперативные коммерческие расчеты между субъектами без применения АСКУЭ.

АСКУЭ позволяют обеспечить как косвенное, через тарифы, управление энергопотреблением, так и прямое управление электрическими нагрузками в случаях их ограничения и при режимном взаимодействии с потребителями. При одновременном использовании учетных данных АСКУЭ как энергоснабжающей организацией, так и потребителями, последние самостоятельно выступают в указанных случаях в качестве регуляторов нагрузки и в целом способны обеспечить существенное выравнивание графиков совмещенной нагрузки на суточных, недельных и сезонных временных интервалах. Создание АСКУЭ промышленных и других групп потребителей (в том числе коммунально-бытовых) позволит привлечь к управлению нагрузками широкий круг пользователей.

Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), предназначенные для решения задач учета и контроля расхода электроэнергии, ввиду сложности современных тарифов на электроэнергию должны стать более оперативными. Это требует модернизации большинства существующих АСКУЭ. Учитывая распределенную структуру энергоподразделений и многоуровневость современных АСКУЭ недопустимо чрезмерное увеличение стоимости модернизации. Одним из методов уменьшения затрат на модернизацию АСКУЭ является совмещение систем передачи информации (СПИ) АСКУЭ и автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). В этом случае для реализации АСКУЭ не нужна прокладка новых каналов связи, использование уже существующих каналов диспетчерской связи в фоновом режиме существенно снизит стоимость комплексов АСКУЭ.

Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), предназначенные для решения задач учета и контроля расхода электроэнергии, ввиду сложности современных тарифов на электроэнергию должны стать более оперативными. Это требует модернизации большинства существующих АСКУЭ. Учитывая распределенную структуру энергоподразделений и многоуровневость современных АСКУЭ недопустимо чрезмерное увеличение стоимости модернизации. Одним из методов уменьшения затрат на модернизацию АСКУЭ является совмещение систем передачи информации (СПИ) АСКУЭ и автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). В этом случае для реализации АСКУЭ не нужна прокладка новых каналов связи, использование уже существующих каналов диспетчерской связи в фоновом режиме существенно снизит стоимость комплексов АСКУЭ.

Список использованных источников

1. Рахманин Е.Г., Моногаров С.И. История развития и тенденции развития счётчиков учёта электрической энергии. http//www.sciencforum.ru/2014/763/6192

2. http://soi446m.narod.ru/

3. http://mooe.pp.ua/shema-elektroschetchika-so-i446.html

4. http://www.kip-guide.ru

5. http://td.rubezh.ru/products/arbitr.php

6. "Современные цифровые счётчики учёта электроэнергии" http://www.radiodvd.jino-net.ru/

7. http://www.all-pribors.ru

8. Труб И.И. Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983

9. Счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока статический "Меркурий 200". Руководство по эксплуатации. 2007

10. Гиниятуллин И.А. Методика поверки счётчиков электроэнергии на месте эксплуатации при помощи поверочной установки "УППУ-МЭ 3.3" производства НПП Марс-Энерго. http://www.mars-energo.ru

11. ГОСТ 8.584-2004. ГСИ. Счетчики статические активной энергии переменного тока. Методика поверки.

12. ГОСТ 8.259-2004. ГСИ. Счетчики электрические индукционные активной и реактивной энергии. Методика поверки.

13. ГОСТ Р 52321-2005. Электромеханические счетчики активной энергии классов точности 0,5; 1 и 2. Частные требования.

14. ГОСТ Р 52322-2005. Статические счетчики активной энергии классов точности 1 и 2. Частные требования.

15. ГОСТ Р 52323-2005. Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0.5S. Частные требования.

16. ГОСТ Р 52425-2005. Статические счетчики реактивной энергии. Частные требования.

17. ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия.

18. Установка для поверки счетчиков электрической энергии ЦУ6804M. Руководство по эксплуатации. http://www.energomera.ru

Приложение



Интерфейс RS-485

Стандарт RS-485 был совместно разработан двумя ассоциациями производителей: Американскими Ассоциацией электронной промышленности (EIA - Electronics Industries Association) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA - Telecommunications Industry Associastion). "Официальное" название стандарта - TIA/EIA-4S5 Electiical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (Электрические характеристики передатчиков н приемников, используемых в балансных цифровых многоточечных системах). Однако большинство специалистов используют старое обозначение RS-485.

Интерфейс RS-485 - широко распространенный достаточно высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс передачи данных. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении, большинство интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, программируемые логические контроллеры наряду с традиционным интерфейсом RS-232 содержат в своем составе ту или иную реализацию интерфейса RS-485.

Традиционный интерфейс RS-232 в промышленной автоматизации применяется достаточно редко. Сигналы этого интерфейса передаются несимметричными сигналами относительно общего провода, длина линии связи, как правило, ограничена расстоянием в несколько метров из-за низкой помехоустойчивости. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства (соединение "точка-точка"). До недавнего времени RS-232 имелся в каждом PC-совместимом компьютере, где использовался в основном для подключения "мыши", модема, реже - для передачи данных на небольшое расстояние из одного компьютера в другой.

Интерфейс RS-4S5 позволяет создавать сети путем параллельного подключения миогих устройств к одной физической линии ("мультиплексная шина"), обеспечивая обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме (разновидность RS-485 - RS-422 - в дуплексном). Сигналы интерфейса RS-485 передаются дифференциальными перепадами напряжения, что обеспечивает высокую помехоустойчивость и общую длину линии связи до 1 км (и более, с использованием специальных устройств - повторителей).

Протоколы. Стандарт RS-485 не нормирует формат информационных кадров н протокол обмена. Наиболее часто для передачи байтов данных используются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит. биты данных, бит паритета (если нужно), стоповый бит. Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу "ведущий" н "ведомый": одно устройство на магистрали является ведущим (master) и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным (ведомым) устройствам (slave), которые различаются логическими адресами. Одним из популярных протоколов является протокол Modbus RTU.

Разъемы. Тип соединителей и их распайка также не оговариваются стандартом RS-435. Встречаются соединители DB9, клеммные соединители и т.д.

В интерфейсе RS-485 используется принцип дифференциальной (балансной) передачи данных, суть которого заключается в передаче одного сигнала по двум проводам, причем по одному проводу идет оригинальный сигнал, а по другому - его инверсная копия. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при"1" она положительна, при "0" - отрицательна.

Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе (действующую на оба провода линии одинаково). Так. электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего ("земли"), как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающей наводки "земли". Кроме того, на сопротивлении длинном "земли" будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. При дифференциальной же передаче искажения не происходит, поскольку, если два провода пролегают близко друг к другу (к тому же перевиты), то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений. Существуют два варианта интерфейса: RS-422 и RS-485.

RS-422 - полнодуплексный интерфейс. Прием н передача идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику.

RS-485 - полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.

Стандартные параметры интерфейсов	RS-422	RS-485
Допустимое число передатчиков / приемников	1/10	32/32
Максимальная длина кабеля	1200 м	1200 м
Максимальная скорость связи	10 Мбит/с	10 Мбит/с
Диапазон напряжений "1" передатчика	+2...+10 В	+1,5...+6 В
Диапазон напряжений "0" передатчика	-2… -10 В	-1,5…-6 В
Диапазон синфазного напряжения передатчика	-3...+3 В	-1...+3 В
Допустимый диапазон напряжений приемника	-7…+7 В	-7…+12 В
Пороговый диапазон чувствительности приемника	±200 мВ	±200 мВ
Максимальный ток короткого замыкания драйвера	150 мА	250 мА
Допустимое сопротивление нагрузки передатчика	100 Ом	54 Ом
Входное сопротивление приемника	4 кОм	12 кОм
Максимальное время нарастания сигнала передатчика	10% бита	30% бита

Аппаратная реализация интерфейса - микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (подключаемыми к линии) п цифровыми портами (подключаемыми к портам UART микроконтроллера).



D (driver) - передатчик;

R (receiver) - приемник;

DI (driver input) - цифровой вход передатчика;

RO (receiver output) - цифровой выход приемника;

DE (driver suable) - разрешение работы передатчика;

RE (receiver enable) - разрешение работы приемника;

A - прямой дифференциальный вход/выход;

В - инверсный дифференциальный вход/выход;

Y - прямой дифференциальный выход (RS-422);

Z - инверсный дифференциальный выход (RS-422)

Для работы приемопередатчика RS-485 с микроконтроллером цифровой выход приемника (RO) подключается к порту приемника UART (RX), а цифровой вход передатчика (DI) - к порту передатчика UART (ТХ). Поскольку на дифференциальной стороне приемник и передатчик соединены, то во время приема нужно отключать передатчик, а во время передачи - приемник. Для этого служат управляющие входы - разрешение приемника (RE) и разрешения передатчика (DE). Так как вход RE инверсный, то его можно соединить с DE и переключать приемник и передатчик одним сигналом с любого порта контроллера. При уровне "О" - работа на прием, при "1" - на передачу.



Приемник, получая на дифференциальных входах (АВ) разность потенциалов (Uab) переводит их в цифровой сигнал на выходе RO. Чувствительность приемника может быть разной, но гарантированный пороговый диапазон распознавания сигнала обычно составляет ± 200 мВ. То есть, когда Uab > +200 мВ - приемник определяет "1", когда Uab < -200 мВ - приемник определяет "0". Если разность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения, правильное распознавание сигнала не гарантируется. Кроме того, в линии могут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал

Уровни сигналов. Интерфейс RS-485 использует балансную (дифференциальную) схему передачи сигнала. Это означает, что уровни напряжений на сигнальных цепях А и В меняются в противофазе. как показано на рисунке.

Передатчик должен обеспечивать уровень сигнала 1,5 В при максимальной нагрузке (32 стандартных входа и 2 терминальных резистора) и не более 6 В на холостом ходу. Уровни напряжений - дифференциальные, то есть уровень одного сигнального провода относительно другого.

На стороне приемника RS-485 минимальный уровень принимаемого сигнала должен быть не менее 200 мВ.

Схема подключения - приведена на рисунке, где изображена локальная сеть на основе интерфейса RS-485. объединяющая несколько приемопередатчиков.

Лучшей средой передачи сигнала является кабель на основе витой пары. Концы кабеля должны быть заглушены терминальными резисторами (обычно 120 Ом). Сеть должна быть проложена по топологии шины, без ответвлений. Устройства следует подключать к кабелю проводами минимальной длины. Витая пара является оптимальным решением для прокладки сети, поскольку обладает наименьшим паразитным излучением сигнала н хорошо защищена от наводок. В условиях повышенных внешних помех применяют кабели с экранированной витой парой, при этом экран кабеля соединяют с защитной "землёй" устройства.

Все устройства подключаются к одной витой паре одинаково: прямые выходы к одному проводу. инверсные - к другому, обычно называемые А и В. Переполюсовка не страшна, но устройство работать не будет.

Согласование. При больших расстояниях между устройствами, связанными по витой паре и высоких скоростях передачи начинают проявляться так называемые эффекты длинных линий. Причина - конечная скорость распространения и электромагнитных волн в проводниках (существенно меньшая скорости света в вакууме, порядка 200 мм/нс). Электрический сигнал отражается от открытых концов линии передачи и ее ответвлений (аналогия - желоб, наполненный водой). Для коротких линий и малых скоростей передачи этот процесс происходит так быстро, что остается незамеченным. Если расстояние достаточно большое (от нескольких десятков метров), фронт сигнала, отразившийся в конце линии и вернувшийся обратно, может исказить текущий или следующий сигнал, учитывая, что время реакции приемников - десятки нс. В таких случаях нужно подавлять эффект отражения, для чего на удаленном конце линии, между проводниками витой пары включают резистор с номиналом, равным волновому сопротивлению линии. Электромагнитная волна, дошедшая до "тупика", поглощается на таком резисторе, называемым "согласующим" или "терминатором". Номинальное сопротивление согласующих резисторов для RS-485 соответствует волновому сопротивлению кабеля и для кабелей на основе витой пары обычно составляет 100 ... 120 Ом (распространённый кабель UTP-5. используемый для прокладки Ethernet, имеет импеданс 100 Ом, специальные кабели для RS-485 - 120 Ом). Резисторы могут быть запаяны на контакты кабельных разъемов у конечных устройств. Иногда резисторы бывают смонтированы в самом устройстве и для подключения резистора нужно установить перемычку. В этом случае при отсоединении устройства линия рассогласовывается, и для нормальной работы остальной системы требуется подключение согласующей заглушки.

Допустимая нагрузка драйвера RS-485/RS-422 количественно определяется в терминах единичной нагрузки - входного импеданса одного стандартного приемника RS-485 (12 кОм). Стандартный драйвер RS-485 может управлять 32 единичными нагрузками (32 параллельно подключенных нагрузки по 12 кОм). Выпускаются приемники с входным сопротивлением 1/2, 1/4, 1/8 от стандартного. При использовании таких приемников общее число устройств может быть увеличено до соответственно 64, 128 или 256. Можно подключить любую комбинацию типов приемников если их параллельный импеданс не превышает 32 единичных нагрузки (т.е. суммарное сопротивление не меньше 375 Ом).

Максимальная скорость связи по спецификации RS-4S5 может достигать 10 Мбод/сек. Максимальное расстояние - 1200 м. Если необходимо организовать связь на большем расстоянии или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика, применяют специальные повторители (репитеры)

Защитное смещение. Как уже упоминалось, при напряжениях на входах приемников RS-485 в диапазоне -200 мВ ... +200 мВ. выходное состояние остается неопределенным. То есть, если дифференциальное напряжение на стороне RS-485 в полудуплексной конфигурации равно 0 В и ни один из приемопередатчиков не ведет линию (или соединение разорвано), тогда логические "0" и "1" на выходе равновероятны. Для обеспечения определенного состояния на выходе в таких условиях многие приемопередатчики RS-485 требуют установки резисторов защитного смещения: резистор задания начального высокого уровня (pullup) на одну линию (А) и низкого уровня (pulldown) на другую (В), как это показано на рисунке. Резисторы защитного смещения в большинстве схем указываются номиналом 560 Ом, однако для снижения энергопотерь, когда согласование производится только на одном конце линии связи, это значение можно увеличить до 1,1 кОм. либо устанавливать на обоих концах резисторы с номиналами от 1.1 кОм до 2,2 кОм. Здесь приходится искать компромисс между помехоустойчивостью и энергопотреблением.

Ряд приемопередатчиков имеют функцию безотказности (failsafe), заключающуюся во встроенном смещении. Следует различать два вида такой защиты.

Безотказность в открытых цепях (Open circuit failsafe). В таких приемопередатчиках применяются встроенные подтягивающие резисторы, причем высокоомные, для уменьшения потребления тона. Из-за этого необходимое смешение обеспечивается только для открытых (ненагруженных) дифференциальных входов. Если приемник отключен от линии или она не нагружена, в среднем плече делителя имеется большое сопротивление, на котором возникает необходимая разность потенциалов. Но если приемопередатчик нагружен на линию с двумя согласующими резисторами по 120 Ом, в среднем плече делителя оказывается меньше 60 Ом. на которых нет существенного падения. Поэтому, если в нагруженной линии нет активных передатчиков, встроенные резисторы не обеспечнвают достаточное смещение и в этом случае необходимо устанавливать внешние резисторы защитного смещения.

Истинная безотказность (Тrue failsafe). В этих устройствах смещены сами пороги распознавания сигнала. Приемопередатчики задают диапазон порогов, например, от -50 мВ до -200 мВ, устраняя, таким образом, потребность в резисторах защитного смещения, сохраняя при этом полное соответствие стандарту RS-485.

Исключение приема при передаче в полудуплексном режиме. Обычно во время работы приемопередатчика RS-4S5 на передачу, выход приемника RO переводится в третье состояние и ножка RX контроллера (приемник UART) "повисает в воздухе". В результате, во время передачи на приемнике UART - вместо уровня стопового бита ("1") окажется неопределенный уровень и любая помеха может быть принята за входной сигнал. Поэтому нужно либо на время передачи отключать приемник UART (через управляющий регистр), либо подтягивать RX к единице (у некоторых микроконтроллеров это можно сделать программно - активировать встроенные подтяжки портов).



"Горячее" подключение к линии связи. Спецификацией RS-485 не предусмотрено "горячее" подключение - включение новых приемопередатчиков в линию связи во время работы системы. Однако это может быть сделано практически безболезненно с учетом следующего. В момент подключения. по включению питания, по сигналу сброса, по срабатыванию сторожевого таймера - контроллеру требуется время на инициализацию (до нескольких десятков миллисекунд). Пока контроллер находится в состоянии сброса, он принудительно настраивает все порты на вход. В этом состоянии, когда питание на приемопередатчик RS-485 уже подано, а входы разрешения приемника /RE и передатчика DE "висят в воздухе", приемопередатчик может по помехе открыться на передачу н выдавать в работающую линию "мусор". Во избежание этого достаточно через резистор в несколько кило ом подтянуть вход разрешения приемника /RE к нулю, настраивая приемопередатчик сразу по включении питания на прием.

Организация протокола связи. В интерфейсе RS-485 устройства не могут передавать одновременно будет конфликт передатчиков. Следовательно, требуется распределить между устройствами право на передачу. Отсюда основное деление: централизованный (одномастериый) обмен и децентрализованный (многомастерный).

В централизованной сети одно устройство всегда ведущее (мастер). Оно генерирует запросы и команды остальным (ведомым) устройствам. Ведомые устройства могут передавать только по команде ведущего. Как правило, обмен между ведомыми идет только через ведущего, хотя для ускорения обмена можно организовать передачу данных от одного ведомого к другому по команде ведущего.

В децентрализованной сети роль ведущего может передаваться от устройства к устройству либо по некоторому алгоритму очередности, либо по команде текущего ведущего к следующему (передача маркера ведущего). При этом ведомое устройство может в своем ответе ведущему передать запрос на переход в режим ведущего и ожидать разрешения или запрета.

Последовательный канал по сравнению со скоростью контроллера очень медленный, на скорости 9600 бод передача одного символа занимает больше миллисекунды. Поэтому, когда контроллер загружен вычислениями и не должен их останавливать на время обмена по UART. нужно использовать прерывания по завершению приема и передачи символа. Можно выделить место в памяти для формирования посылки на передачу н сохранения принятой посылки (буфер посылки), а также указатели на позицию текущего символа. Прерывания по завершению приема или передачи символа вызывают соответствующие подпрограммы, которые передают или сохраняют очередной символ со сдвигом указателя и проверкой признака конца сообщения, после чего возвращают управление основной программе до следующего прерывания. По завершению отправки или приема всей посылки либо формируется пользовательский флаг, отрабатываемый в основном цикле программы, либо сразу вызывается подпрограмма обработки сообщения.

В общем случае посылка по последовательному каналу состоит из управляющих байтов (синхронизация посылки, адресов отправителя и получателя, контрольной суммы и пр.) и собственно байтов данных.

Существует множество протоколов для RS-485. они могут быть определены самостоятельно, но надежнее пользоваться наиболее употребительными из них, например, стандартным протоколом последовательной передачи MODBUS, поддержку которого обеспечивают многие производители промышленных контроллеров. В то же время, когда задача передачи данных тривиальна, бывает целесообразней использовать более простой протокол.

Основная задача в организации протокола - заставить все устройства различать управляющие байты и банты данных. К примеру, ведомое устройство, получая по линии поток байтов, должно понимать, где начало посылки, где конец и кому она адресована.

1 Протокол на основе ASCII-кода. Управляющие символы и данные передаются в виде обыкновенных ASCII символов Посылка может выглядеть так: в начале - управляющий символ начала посылки ":", следующие две цифры - адрес получателя, затем символы данных и в конце - управляющий символ конца посылки (перевод строки). Все устройства на линии, приняв символ ":", начинают записывать в память посылку до символа конца строки. Затем сравнивают адрес из посылки со своим адресом. Устройство с совпавшим адресом обрабатывает данные посылки, остальные - игнорируют посылку. Данные могут содержать любые символы, кроме управляющих (":", перевод строки).

Достоинство этого протокола в удобстве отладки системы и простоте синхронизации посылок. Можно через преобразователь RS485-RS232 подключить линию к COM-порту компьютера и легко увидеть всю проходящую информацию. Недостатки - относительно большой размер посылки при передаче двоичной информации (на передачу каждого банта нужно два ASCII символа) и необходимость преобразования данных из двоичного вида в ASCII и обратно.

2. Протокол с непосредственной передачей двоичных данных. При этом управляющие символы и байты данных различаются с помощью настройки дополнительного девятого бита в UART. Для управляющих символов этот бит устанавливается в "1". Первым в посылке передается управ-ляющий символ с единичным девятым битом - остальные его биты могут содержать адрес устройства-получателя. признак начала/конца посылки и пр. Затем передаются байты данных с нулевым девятым битом. Все принимающие устройства узнают по девятому биту управляющий символ и по содержанию его остальных битов определяют, кому адресованы последующие данные. Адресуемое устройство принимает данные, а все остальные игнорируют их до следующего управляющего символа.

UART некоторых контроллеров, может в особом режиме (wakeup) автоматически распознавать в полученном байте девятый бнт и генерировать прерывание при получении только управляющего символа. Адресуемое устройство при этом нужно переключить в режим обычного приема до следующего управляющего символа. Это позволяет остальным устройствам сэкономить время на обработке прерываний при получении байтов данных, адресованных не им.

Если требуется сопряжение системы и компьютера с Windows, такой протокол лучше не применять, так как у Windows могут быть проблемы с распознанием девятого бита в UART.

...