книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Микропроцессорные счётчики электрической энергии

УДК 621.311-52:004.312.466

ББК 31.27-05:32.973.2-04 Д76

Рецензенты:

д-р экон. наук, профессор Р.А. Файзрахманов д-р техн. наук, профессор Н.М. Труфанова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук, доцент, начальник отдела электропривода Г.А. Сторожев (ООО «Тяжпромэлектропроект», г. Пермь)

Друзьякин, И.Г.

Д76 Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. – Ч. 1. Микропроцессорные счетчики электрической энергии: учеб. пособие / И.Г. Друзьякин, А.Н. Лыков. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. ун-та,

2011. – 144 с.

ISBN 978-5-398-00647-6

Рассмотрены устройство и принцип действия электрических счетчиков. Проанализирована структура и принцип действия электронных (микропроцессорных) счетчиков электрической энергии. Приведен перечень и характеристики выпускаемых электросчетчиков.

Предназначено для студентов дневного и заочного отделения специальности 140604 «Электроснабжение» направление 140200 «Электроэнергетика», а также инженерно-технических работников в области учета электроэнергии.

УДК 621.311-52:004.312.466

4

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИМ – амплитудно-импульсный модулятор.

АСКУЭ – автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов.

АЦП – аналого-цифровой преобразователь. ЖКИ – жидкокристалический индикатор.

ИРПС – интерфейс радиальный последовательный. ИС – интегральная микросхема.

МК – микроконтроллер.

МПИ – межповерочный интервал приборов. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ППЗУ – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.

ПМЧ – преобразователь «мощность–частота». ПНН – преобразователь «напряжение–напряжение». ПТН – преобразователь «ток–напряжение».

СБИС – сверхбольшая интегральная микросхема. СЭ – счетчик электроэнергии.

ТТ – трансформатор тока.

УПД – устройство передачи данных.

УФИ – устройство формирования импульсов. ШИМ – широтно-импульсный модулятор. ЭВМ – электронно-вычислительная машина. CAN – промышленная полевая шина.

DSP – цифровой сигнальный процессор.

EEPROM – электрическистираемоеперепрограммируемоеПЗУ. FLASH – долговременная память для микропроцессорных

элементов.

PLC – модем для передачи информации по проводам силовой сети.

SPI – синхронный последовательный интерфейс.

UART (УАПП) – асинхронныйпоследовательныйинтерфейс.

5

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время электроэнергия превратилась в товар

истала продаваться и покупаться, поэтому появилась необходимость в качественных приборах учёта. Развитие розничного рынка электроэнергии в дальнейшем будет только стимулировать сбытовые компании грамотно вести учет, экономя за счет устранения потерь электроэнергии и её хищений.

Счетчик электрической энергии – это электроизмерительный прибор, предназначенный для учета потребленной электроэнергии переменного или постоянного тока.

Счетчики электрической энергии, предназначенные для учета постоянного тока, применяются в основном на электрифицированном железнодорожном транспорте для измерения электричества, пошедшего на зарядку аккумуляторных батарей, на электролизных установках и в других местах, где применяется именно постоянный ток.

Сегодня выпускается довольно большая гамма счетчиков электроэнергии. Они могут быть одноили многофункциональными, позволяют работать с одним или сразу с несколькими тарифами, дифференцируя их по времени или другим показателям. Выпускаются однофазные и трехфазные счетчики, электронные или классические индукционные, хотя последние – все меньше. Счетчики электроэнергии могут учитывать потребление электричества на объектах самых различных направлений – от энергоемких производств до жилого сектора.

Счетчики переменного тока имеют более распространенное применение. Их используют как квартирные счетчики, для учета

электроэнергии на производстве, в коммунальном хозяйстве и других областях.

Счетчики электрической энергии разделяются по виду учитываемой энергии (активный, реактивный), по способу подключения к электрической сети (прямого включения или включения через трансформаторы тока), по принципу действия (индукционный,

6

электронный), а также по тарифам (однотарифный, многотарифный). Счетчики активной электрической энергии используются для учета электрической энергии, потребляемой электроприемником. Счетчики реактивной электроэнергии применяются для учета электрической энергии, генерируемой электроприемниками всеть.

Индукционные счетчики электроэнергии на сегодняшний день являются устаревающими. Все большее применение находят электронные и цифровые счетчики. Для учета электрической энергии у конечного потребителя устанавливаются, как правило, электросчетчики прямого включения. Электрические счетчики трансформаторного включения используются в вводно-распре- делительных устройствах, главных распределительных щитах и низковольтных распределительных устройствах трансформаторных подстанций.

Во многих регионах нашей страны находят применение многотарифные счетчики электрической энергии. Их принцип действия основан на различной стоимости электрической энергии в зависимости от времени суток. По итогам потребленной электрической энергии с учетом различной стоимости счетчики данного типа выдают показания по каждому тарифу.

Из всех измерительных приборов счетчики электрической энергии наиболее востребованы среди населения.

В настоящее время существует огромный выбор приборов учета. Каждый из них имеет свои особые характеристики, разный набор функциональных возможностей. На сегодня главным образом используются два типа электросчетчиков – индукционные и электронные. При этом первые занимают доминирующее положение, поскольку они устанавливались повсеместно вплоть до середины 90-х годов.

«Класс точности» – основной технический параметр электросчетчика. Он указывает на уровень погрешности измерений прибора. До середины 90-х годов все устанавливаемые в жилых домах счетчики имели класс точности 2,5 (т.е. максимально допустимый уровень погрешности этих приборов составлял 2,5 %). В 1996 году был введен новый стандарт точности прибо-

7

ров учета, используемых в бытовом секторе, – 2,0. Именно это стало толчком к повсеместной замене индукционных счетчиков на более точные, с классом точности 2,0.

До недавнего времени все электросчетчики, применяемые вбыту, были однотарифными, т.е. осуществляли учет электрической энергии по одному единственному тарифу. Функциональные возможности современных счетчиков позволяют вести учет электроэнергии по зонам суток и даже по временам года. Двухтарифные счетчики дают возможность платить за энергию меньше: вустановленное время они автоматически переключаются на ночной тариф, который почти вдвое ниже дневного. Двухтарифная система расчетов предполагает отдельные тарифы для дня (с 7:00 до 23:00) и ночи (с 23:00 до 7:00). Поскольку ночной тариф значительно ниже дневного, это дает возможность существенно сократить расходы на оплату электроэнергии. Самые совершенные модели готовы к любому изменению условий оплаты электричества: онимогутперестраиваться налюбуютарифнуюполитику.

Двухтарифная система учета в равной степени отвечает потребностям как абонентов, так и энергосистемы. Дело в том, что нагрузка на электростанции в течение суток неравномерна – по утрам и вечерам отмечается пик энергопотребления, в то время как ночью энергетикам приходится резко сокращать выработку энергии. Такая неравномерность графика нагрузки энергосистемы негативно сказывается на техническом состоянии оборудования. Кроме того, в периоды максимумов компания вынуждена задействовать все свои мощности.

Повсеместное распространение двухтарифного учета среди потребителей позволяет значительно снизить производственные издержки, а также отложить на некоторое время ввод новых генерирующих мощностей за счет уменьшения потребления электроэнергии в часы максимума.

С течением времени, из-за износа, старения материалов класс точности электросчетчика неизбежно меняется. Наступает момент, когда электросчетчик необходимо повторно проверить на точность его показаний. Период с момента первичной про-

8

верки (обычно с даты выпуска) до следующей проверки называется межповерочным интервалом (МПИ). Исчисляется МПИ в годах и указывается в паспорте электросчетчика.

Предлагаемое учебное пособие поможет глубже понять принципы действия как индукционных, так и электронных счетчиков электроэнергии.

1. КОММЕРЧЕСКИЙ И ТЕХНИЧЕСКИЙ УЧЕТ. ТРЕБОВАНИЯ К ПРИБОРАМ УЧЕТА

Технические параметры и метрологические характеристики расчетных электросчетчиков, предназначенных для коммерческого учета, должны отвечать требованиям ГОСТ 30206-94, для всех остальных электросчетчиков, входящих в состав АСКУЭ, например электросчетчиков технического учета, участвующих в расчетах баланса, должны соответствовать ГОСТ 30207-94.

Для точек учета, где возможны перетоки электроэнергии, электросчетчики должны обеспечивать учет электроэнергии в обоих направлениях.

Электронные расчетные электросчетчики должны быть построены на базе специализированных микропроцессоров и отвечать следующим основным требованиям:

1)обеспечивать измерение электроэнергии с нарастающим итогом и вычисление усредненной мощности за получасовые интервалы времени (при необходимости иметь значения усредненной мощности за более короткие промежутки времени);

2)иметь возможность хранения профиля нагрузки с получасовым интервалом на глубину не менее 1 месяца;

3)наличиецифровогоинтерфейса(RS-485, ИРПС, RS-232 идр.);

4)наличие календаря и часов (точность хода не хуже ± 2 с

всутки с возможностью автоматической коррекции);

5)наличие энергонезависимой памяти для обеспечения хранения запрограммированных параметров электросчетчика и сохранения последних данных по активной и реактивной энергии при пропадании питания;

6)ведение «журнала событий» (фиксация количества перерывов питания, количества и дат связей со счетчиком, приведших к каким-либо изменениям данных и т.п.);

7)наличие защиты от несанкционированного изменения параметров;

8)наличие автоматической диагностики.

10