Конструкция и принцип действия

Лекция № 20

Тема лекции: Современный уровень электротехнических измерений. Многофункциональные микропроцессорные приборы контроля, измерения, учета, записи и хранения параметров электрических величин. Многофункциональные микропроцессорные счетчики электрической энергии.

Цель:ознакомить студентов с методами измерения мощности. Рассмотреть технику безопасности при работе с измерительными приборами.

Методическое обеспечение:комплект учебно-методической документации

План

1. Современный уровень электротехнических измерений.

2. Многофункциональные микропроцессорные приборы контроля, измерения, учета, записи и хранения параметров электрических величин

3. Многофункциональные микропроцессорные счетчики электрической энергии.

Список использованной литературы

1. Хромоин П.К. Электротехнические измерения: учебное пособие – М: ФОРУМ, 2011 г. - 288 с.

2. Панфилов В.А. Электрические измерения: учебник – М.: Академия, 2006. – 288с.

3. Рожнов Е. Электронные счетчики электроэнергии бытового и промышленного назначения // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 1998.

Вопросы для проверки знаний по теме: «Многофункциональные микропроцессорные приборы контроля»

1. Какие требования  к микропроцессорным счетчикам электрической энергии?

2. Структура условного обозначения счетчика Альфа.

3. Дать понятие полной мощности.

4. Правила при работе с микропроцессорными счетчиками электрической энергии.

Счетчик электроэнергии многофункциональный микропроцессорный типа Альфа

Общие сведения

Многофункциональный микропроцессорный трехфазный счетчик АЛЬФА предназначен для учета активной и реактивной энергии в цепях переменного тока, а также для использования в составе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) для передачи измеренных или вычисленных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электрической энергии.

Структура условного обозначения

АХХ'-Х-ХХ-СХ-Х:

А - тип счетчика (АЛЬФА);

Х - класс точности: 1-0,2 S; 2-0,5 S;

Х' - базовые модификации счетчиков: D - счетчик, измеряющий
активную энергию и мощность; Т - многотарифный счетчик для
измерения активной энергии и максимальной мощности;

R - многотарифный счетчик для измерения активной и реактивной
энергии и максимальной мощности; К - многотарифный счетчик
для измерения активной и полной энергии и максимальной
мощности;

Х - буквенное обозначение: 3 - двухэлементный счетчик
(трехпроводная линия); 4 - трехэлементный счетчик
(четырехпроводная линия);

ХХ - типы дополнительной платы А:

АО - плата, позволяющая
производить измерение энергии и мощности в двух
направлениях;

ОL - плата для записи и хранения измеренных
данных графика нагрузки;

АL - плата для измерения энергии и
мощности в двух направлениях и хранения измеренных данных;

СХ - типы дополнительной платы С,

где Х: 1 - плата с одним полупроводниковым реле (один импульсный выход по активной энергии);

 2 - плата с двумя полупроводниковыми реле (два импульсных выхода - активной и реактивной энергии);

3 - плата с двумя полупроводниковыми реле (активная энергия и
управление нагрузкой);

4 - плата с двумя полупроводниковыми реле плюс последовательный интерфейс ИРПС "токовая петля";

5 - плата с одним полупроводниковым реле плюс последовательный интерфейс ИРПС "токовая петля";

6 - плата с шестью полупроводниковыми реле (четыре импульсных выхода -
активная и реактивная энергия в двух направлениях, реле
управления нагрузкой);

8 - плата с шестью полупроводниковыми реле плюс последовательный интерфейс ИРПС "токовая петля";

9 - плата с последовательным интерфейсомИРПС "токовая петля";

22 - плата с двумя гальванически развязанными группами реле (активная и реактивная энергия);

24 - плата с двумя гальванически развязанными группами реле
(активная и реактивная энергия) плюс интерфейс ИРПС "токовая
петля";

25 - плата с двумя гальванически развязанными группами реле (активная и реактивная энергия) плюс интерфейс RS-485;

26 - плата с двумя гальванически развязанными группами реле (активная и реактивная энергия, управление нагрузкой);

28 - плата с двумя гальванически развязанными
группами реле (активная и реактивная энергия, управление
нагрузкой) плюс интерфейс ИРПС "токовая петля";

29 - плата с двумя гальванически развязанными группами реле (активная и
реактивная энергия, управление нагрузкой) плюс интерфейс
RS-485;

Х - тип подключения: Т - трансформаторное включение;
П - прямое включение.

Условия эксплуатации

Температура окружающего воздуха отминус 40 до 60°С.
Относительная влажность воздуха (не конденсирующаяся) не более 95%.
Счетчики имеют сертификат соответствия требованиям безопасности и нормативно-техническим документам: ГОСТ 30206-94 (МЭК 687-92), ГОСТ 26035-83, а также ГОСТ 22261-82, ГОСТ 26104-89, ГОСТ 29216-91.
Технология изготовления счетчиков получила международный сертификат качества ISО 9002.

Счетчики внесены в Государственный реестр средств измерений России под номером N14555-95.

Счетчики соответствуют требованиям ТУ 4228-001-29056091-94.

Нормативно-технический документ

ТУ 4228.001.29056091-94

Технические характеристики

Рабочее напряжение, В - 100; 220; 380 Диапазон частоты тока, Гц - 47,5-52,5 Потребляемая мощность, В·А, не менее - 3,6 Диапазон токов, А: прямое включение при I_ном = 80 А - 0,05-100 трансформаторное включение при: I_ном = 5 А - 0,005-10 I_ном = 1 А - 0,001-2 Максимальный ток, А: в течение 1 с при трансформаторном включении - 100 в течение 0,5 с при прямом включении - 800 Класс точности - 0,2 S и 0,5 S Количество тарифов - 4 (утро, день, вечер, ночь), выходные и праздничные дни, 4 сезона, автоматический переход на летнее и зимнее время Скорость обмена информацией, бод: по оптическому порту (RS-232) - 1200; 9600 по интерфейсу "токовая петля" - 300; 1200; 2400; 4800; 9600; 19200 по интерфейсу RS-485 - 2400; 4800; 9600; 19 200 Передаточное число, импульс/(кВт·ч): прямое включение - 1000 трансформаторное включение - 10 000; 100 000.

Сохранность данных при перерывах - 2-3 с помощью батареи питания, лет - в постоянном режиме разряда Регистрация отключений питания, не более - 9999 Защита коммерческой информации - 3 уровня паролей доступа плюс аппаратная блокировка Самодиагностика счетчика - 1 раз в сутки Габаритные размеры, мм - 262x180x180 Масса, кг - 3 Срок службы, лет - 30 Счетчик должен проходить обязательную государственную проверку. Интервал периодической проверки 8 лет.
Гарантийный срок эксплуатации - 3 года со дня продажи.

Конструкция и принцип действия

Счетчик осуществляет аналого-цифровое преобразование значений напряжения и тока с последующим вычислением энергий и мощностей.
Измерение тока и напряжения силовых цепей осуществляется с помощью высоколинейных трансформаторов тока улучшенной конструкции и резистивных схем делителя напряжения. Активная мощность вычисляется путем умножения измеренных цифровых значений напряжений и токов.
Счетчик АЛЬФА состоит из измерительных датчиков напряжения и тока, основной электронной платы с микропроцессорной схемой измерения и быстродействующего микроконтроллера. Измеряемые величины и другие требуемые данные отображаются на дисплее счетчика, выполненного на жидких кристаллах.
Структурная схема счетчика приведена на рис. 1.

1 - импульсный источник питания предназначен обеспечить широкий диапазон рабочего напряжения от 70 до 440 В; 2 - резитивные делители предназначены для согласования уровней входных сигналов с измерительной сверхбольшой интегральной схемой (СБИС). Резисторы - высокоточные, металлопленочные с минимальным температурным коэффициентом; 3 - трансформаторы тока предназначены для измерения первичного тока; 4 - сверхбольшая интегральная схема (СБИС) измерения предназначена для обработки и передачи данных на микроконтроллер. СБИС измерения содержит программируемый цифровой сигнальный процессор с тремя встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). Входные сигналы напряжения обрабатываются одним из АЦП, а входные сигналы тока обрабатываются вторым АЦП. Третий АЦП используется для выборки входного сигнала нуля напряжения и тока. Измерение нуля напряжения и тока увеличивает точность измерений при малых сигналах;
5 - микроконтроллер предназначен для контроля, передачи, приема и отображения данных в счетчике; 6 - батарея предназначена для подачи питания в период отключения электрической сети; 7 - дисплей счетчика предназначен для отображения измеряемых величин и других данных; 8 - электронные реле предназначены для организации связи счетчика с различными устройствами сбора данных по цифровым или импульсным каналам связи; 9 - интерфейсы счетчика;
10 - оптический порт связи предназначен для связи счетчика с компьютером;
11 - "токовая петля" с оптической развязкой на 1,5 кВ предназначена для передачи данных об измеренной энергии и мощности, а также получения следующей дополнительной информации: времени и даты начала отключения питания или фазы; времени и даты окончания перерыва питания или включения фазы; типа счетчика и постоянных, отражающих схему подключения счетчика к внешним цепям; наличия тарифных зон и их распределения по суткам;
данных самодиагностики счетчика и расшифровки этих сообщений и других сведений.
Интерфейс ИРПС "токовая петля" используется в случаях, где требуются повышенные требования и достоверность переданной информации;
12 - цифровой интерфейс RS-485 предназначен для считывания информации со счетчика с расстояния до 1,5 км, а также позволяет объединять до 31 счетчика на общую шину без каких-либо дополнительных устройств; 13 - ОЗУ - предназначено для хранения данных многотарифного режима во время перерыва в подаче питания;
14 - ПЗУ - предназначено для хранения ключевых данных счетчика и данных о его конфигурации во время перерывов в подаче питания.
Конструктивно счетчик состоит из трех основных блоков: корпуса, электронного блока и модуля шасси. Корпус счетчика стабилизированный ультрафиолетом обеспечивает защиту от старения и предохраняет от ударов и механических повреждений. Прозрачное окошко вварено с помощью ультразвука в лицевую поверхность крышки. Модуль шасси включает основание, датчики тока, шины тока и напряжения, соединительные кабели цепей тока и напряжения с основной электронной платой. Шасси счетчика состоит из высокопрочного литого основания, изготовленного из поликарбонатного пластика. К шасси крепится клеммная колодка для подключения к силовым цепям тока и напряжения.
Электронный блок содержит в себе: основную электронную плату, осуществляющую функции измерения и регистрации;
дисплей счетчика на жидких кристаллах для отображения измеряемых величин и других требуемых данных; элементы оптического порта;
съемный щиток (шильдик) с обозначением типа счетчика; переключатели режимов работы дисплея. В корпус счетчика встраиваются дополнительные электронные платы, которые значительно расширяют функциональные возможности счетчика.
Дополнительные платы подключаются к основной плате счетчика и друг к другу с помощью контактных разъемов. На рис. 2 представлен общий вид дисплея счетчика (жидкокристаллический индикатор - ЖКИ).

На дисплее счетчика отображаются следующие параметры:
1 - режим работы дисплея.

Дисплей может быть запрограммирован на работу в двух режимах: нормальном и вспомогательном.
В нормальном режиме (ТЕSТ) на дисплее отображаются минимальные данные, используемые для коммерческих расчетов, такие как: суммарное и по тарифным зонам потребление активной (кВт·ч) и реактивной (квар·ч) энергии;
время и дата потребления максимальной мощности (кВт) по отдельным тарифным зонам; текущее время и дата и т.д.

Вспомогательный режим (АLТ) применяется для отображения данных, не используемых для коммерческих расчетов, таких как: количество сбросов показаний счетчика; дата последнего считывания; дата перепрограммирования; время, дата и количество перерывов в подаче питания;
значения энергии и мощности за предыдущий период учета и т.д.
По истечении одного полного цикла вспомогательного режима счетчик автоматически возвращается к нормальному режиму работы;

2 - буквенная зона идентификаторов. Используется в дополнение к цифровым идентификаторам для пояснения отображаемых значений;3 - цифровой идентификатор; 4 - величины измеряемых параметров. ЖКИ показывает на шести разрядах цифровые значения измеряемых величин; 5 - индикаторы активной энергии; 6 - индикаторы напряжений. Три индикатора, показывающие наличие напряжения фаз (А, В, С), отображаются на ЖКИ в виде трех отдельных окружностей с буквенными обозначениями внутри; 7 - индикатор конца интервала (ЕОI).
Используется для сигнализации об окончании интервала усреднения при измерении мощности. Индикация конца времени интервала ЕОI возникает за 10 сдо окончания интервала усреднения, и с окончанием этого интервала индикация ЕОI исчезает; 8 - индикатор реактивной энергии.
Последовательность и продолжительность отображаемых параметров определяются с помощью программного обеспечения. Можно запрограммировать для вывода на дисплей до 64 различных параметров. Схемы подключения счетчиков трансформаторного включения представлены на рис. 3, а-д.

Схемы подключения счетчиков трансформаторного включения:
а - трехфазная четырехпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока и напряжения (трехэлементные счетчики); б - трехфазная четырехпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока (трехэлементные счетчики);
в - трехфазная четырехпроводная сеть с изолированной нейтралью и заземленной фазой В; г - трехфазная трехпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока и напряжения (двухэлементные счетчики); д - трехфазная трехпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока (двухэлементные счетчики); А, В, С - фазы; N - нейтраль Схемы прямого включения счетчиков представлены на рис. 4, а, б.

Схемы подключения счетчиков прямого включения: а - трехфазная четырехпроводная сеть (трехэлементные счетчики); б - трехфазная трехпроводная сеть (двухэлементные счетчики); А, В, С - фазы; N - нейтраль
Габаритные размеры счетчиков даны на рис. 5.

В комплект поставки входят: счетчик, инструкция по эксплуатации и монтажу.