Описание современных технических решений

Способ учета электрической энергии Изобретение относится к электроизмерительной технике, а также к средствам распределения, контроля, учета расхода электроэнергии, защиты от хищений, дистанционной индикации режимов работы сети и управления средствами коммутации питающих сетей. Изобретение может быть использовано для создания систем электроснабжения бытового и мелкомоторного сектора в цепях переменного тока с целью снижения коммерческих и технических потерь в сетях 0,4 кВ. Способ учета электрической энергии заключается в том, что потребителей электроэнергии подключают через экранированный разделительный трансформатор, расположенный в заземленном корпусе, к контрольно-измерительным устройствам, расположенным в точках непосредственного присоединения к распределительной сети 0,4 кВ, состоящим из счетчика электроэнергии, блока управления, разделительного высокочастотного фильтра, первого электросетевого модема, подключенного непосредственно к распределительной сети 0,4 кВ, второго электросетевого модема, подключенного к линии электроснабжения потребителя, и третьего электросетевого модема, на который принимают информацию о потреблении электроэнергии. Технический результат заключается в сокращении коммерческих и технических потерь электроэнергии, возникающих при электроснабжении бытовых и мелкомоторных абонентов.

Формула изобретения Сущность изобретения поясняется схемой системы электроснабжения (фиг.), включающей:

контрольно-измерительное устройство, состоящее:

• — из счетчика электроэнергии 1, вход которого подключен непосредственно к распределительной сети 12, а выход подключен к входу разделительного высокочастотного фильтра 2, выход которого подключен через управляемый выключатель 6 к началу линии электроснабжения 13 потребителя 8;
• — первого электросетевого модема 3, подключенного непосредственно к распределительной сети 12;
• — второго электросетевого модема 5, подключенного к началу линии электроснабжения 13 потребителей 8;
• — устройства управления 4, управляющего работой электросетевых модемов 3,5 и выключателя 6, получающего информацию о расходе электроэнергии от счетчика 1.

К окончанию линии электроснабжения 13 потребителей 8 подключен экранированный разделительный трансформатор 14, к вторичной обмотке которого подключены потребители 8, и третий электросетевой модем 7.

Экранированный разделительный трансформатор служит для создания гальванической развязки между контрольно-измерительным устройством и нагрузкой (потребителями электроэнергии), что, в свою очередь, позволяет исключить негативное влияние мощности искажения, появление которой обусловлено наличием потребителя с нелинейной вольт-амперной характеристикой, на источники сигналов, пропорциональных току.

Разделительные трансформаторы выпускаются промышленностью.

К третьему электросетевому модему 7 подключен блок индикации 9, на который поступает информация от контрольно-измерительного устройства.

Для сбора информации в центр и для управления группой контрольно-измерительных устройств к началу линии распределительной сети 12 подключен концентратор 11 через электросетевой модем 10. Концентраторы размещают в помещениях трансформаторных подстанций или щитовых помещениях многоквартирных домов.

Электронный счетчик электрической энергии Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока в различных отраслях народного хозяйства, в автоматизированных системах контроля и управления энергоресурсами. Технический результат заключается в повышении точности и скорости измерений и расширении функциональных возможностей электронного счетчика электрической энергии. Высокая точность измерений и стабильность характеристик многофункционального электронного счетчика обеспечиваются благодаря эффективному использованию вычислительных возможностей выполненного на сигнальном процессоре контроллера и датчиков тока и напряжения, выполненных на основе широтно-импульсных преобразователей с высокой частотой следования импульсов. При таком включении контроллер и датчики образуют оптимальную систему автоматического регулирования, осуществляющую автоматическую коррекцию характеристик датчиков для минимизации их погрешности и адаптации к дестабилизирующим факторам.

Электронный счетчик электрической энергии содержит датчик тока 1 и датчик напряжения 2, каждый из которых содержит по одному трансформатору тока 3 и 4, состоящих из ферромагнитных сердечников 5 и 6, токовых обмоток 7 и 8, обмоток возбуждения 9 и 10, обмоток обратной связи 11 и 12, компенсационных обмоток 13 и 14, а также токоограничивающий резистор 15, два генератора ШИМ-сигналов 16 и 17, два устройства автоматической регулировки уровня сигнала 18 и 21, два устройства автоматической компенсации погрешностей 19 и 20, контроллер счетчика 22 с шинами адреса и данных 23 и 24.

Предлагаемый электронный счетчик электрической энергии работает следующим образом.

Датчики тока 1 и напряжения 2 преобразуют входные воздействия в нормированные по амплитуде импульсные сигналы, в которых длительность импульсов содержит в себе информацию об уровне значений текущих амплитуд входных воздействий (напряжения или тока).

Принцип действия ДН мало отличается от принципа действия ДТ, так как ДН фактически представляет собой датчик тока, измеряющий пропорциональный напряжению сети ток эталонного резистора, поэтому рассмотрим принцип действия ДТ более подробно.

Датчик тока работает следующим образом. Ток, протекающий через токовую (первичную) обмотку 7 трансформатора 3, создает в его ферромагнитном сердечнике 5 магнитное поле, пропорциональное силе (величине) этого тока.

Обмотка возбуждения 9 (вторичная обмотка) трансформатора является времязадающей цепью для генератора 16 ШИМ-сигналов. Длительность импульсов на выходе этого генератора определяется индуктивным сопротивлением обмотки возбуждения. Оно изменяется пропорционально изменению магнитного поля в сердечнике трансформатора.

Для работы с несинусоидальными сигналами в ДН и ДТ целесообразно использовать ШИМ третьего рода (ШИМ-3), в которой выборки дискретных значений входного сигнала производятся в течение времени, равного интервалу формирования выходного импульса. Это дает возможность свести к минимуму динамические искажения преобразуемого сигнала, так как ширина выходного импульса соответствует интегральному значению входного сигнала за время между точками отсчета.

Выделение из ШИМ-сигнала информации о фазовой структуре измеряемого тока производится без потерь при условии, что частота следования ШИМ-сигналов будет на несколько порядков выше частоты измеряемого напряжения.

Контроллер счетчика 22 измеряет и анализирует информацию, содержащуюся в ШИМ-сигналах, сравнивает ее с характеристиками, которые должны быть у идеального датчика тока, в качестве которого используются введенные в память контроллера характеристики эталонного трансформатора тока или его математическая модель.

По результатам обработки текущих расчетных и программных данных контроллер 22 формирует цифровые команды управления характеристиками ДТ и ДН. Эти команды по шинам адреса 23 и данных 24 поступают на цифровые входы адреса и данных устройств АРУ 18 и 21 и устройств АКП 19 и 20.

Устройства АРУ 18 и 21 представляют собой цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) с встроенными узкополосными фильтрами нижних частот (ФНЧ) с аналоговыми токовыми выходами, соединенными в ДТ с обмоткой ОС 11, а в ДН с обмоткой ОС 12. ФНЧ АРУ выделяет частоту первой гармоники входного воздействия датчика.

Токи, протекающие через обмотки ОС, пропорциональны амплитуде и противоположны по фазе току, протекающему через первичную обмотку ТТ. Созданные этими токами магнитные потоки имеют противоположные направления и вычитаются в сердечнике ТТ, обеспечивая тем самым глубокую отрицательную ОС по току, необходимую для стабилизации и улучшения параметров датчика.

Помимо формирования отрицательной ОС положительным следствием вычитания магнитных потоков является то, что результирующее магнитное поле всегда стремится к нулю, то есть наиболее линейному участку характеристики намагничивания сердечника ТТ. Благодаря этому значительно увеличивается динамический диапазон измеряемых токов и расширяется диапазон рабочих частот ДТ при сохранении высокой линейности его характеристик.

Любое изменение входного тока вызывает изменение результирующего магнитного поля, под действием которого измеряется индуктивное сопротивление обмотки 9 времязадающей цепи ШИМ-генератора 16.

По изменению длительности импульсов генератора 16 контроллер 22 формирует команды управления устройствами АРУ. В результате магнитное поле в сердечниках ТТ автоматически поддерживается такого уровня, при котором ошибка измерения первой гармоники тока или напряжения минимальна.

Одновременно контроллер 22 формирует управляющие команды и для компенсации фазовых и частотных погрешностей, вызванных появлением дополнительных гармоник в спектре измеряемого тока или напряжения.

По этим командам устройства АКП 19 и 20 формируют выходные аналоговые токи, которые, протекая соответственно по обмотке 14 ДН 2 и обмотке 13 ДТ 1, создают в сердечниках трансформаторов датчиков дополнительные магнитные поля для автоматической компенсации или полного устранения фазовых и частотных погрешностей датчиков тока и напряжения.

Высокочастотные ШИМ-сигналы, поступающие с ДТ на контроллер 22, полностью эквивалентны выборкам текущих значений измеряемого тока и напряжения и содержат полную информацию о модуле и аргументе текущих значений входных воздействий.

По этим данным контроллер 22 вычисляет полную, активную и реактивную мощности и энергию, потребляемую от электросети, представляя результаты вычисления в форматах, необходимых для телеметрии, индикации и команд управления.

Контроллер 22 имеет в своей памяти необходимую для оптимальной эксплуатации электросети информацию, что позволяет реализовать следующие функции: ведение баз данных энергопотребителей, учет электросчетчиков, учет потребляемой электроэнергии, учет платежей по каждому потребителю и установленной мощности и т. д.

Содержащаяся в контроллере 22 программа дает возможность оперативно решать задачи многотарифного учета активной и реактивной мощности, прямого и обратного потоков энергии в соответствии с установленными временными зонами. Именно эти качества, а также наличие импульсных и цифровых выходов телеметрии позволяют рекомендовать такие электронные счетчики в качестве эффективных датчиков для систем автоматизированного контроля и учета электроэнергии.

В предложенном электронном счетчике контроллер и датчики образуют оптимальную систему автоматического регулирования, осуществляющую автоматическую коррекцию характеристик датчиков для минимизации их погрешностей и адаптации к дестабилизирующим факторам.

Формула изобретения Электронный счетчик электрической энергии, содержащий датчик напряжения и датчик тока, а также выполненный на основе сигнального процессора контроллер счетчика, обеспечивающий оперативное решение задач многотарифного учета активной и реактивной электроэнергии, регистрацию и индикацию текущей информации и формирование выходных телеметрических данных, отличающийся тем, что датчик напряжения и датчик тока выполнены на одинаковых трансформаторах тока, каждый из которых содержит ферромагнитный сердечник, токовую обмотку, обмотку возбуждения, обмотку обратной связи и компенсационную обмотку, при этом токовая обмотка трансформатора датчика тока включена в разрыв цепи измеряемого тока, а токовая обмотка трансформатора датчика напряжения через токоограничивающий резистор включена параллельно цепи измеряемого напряжения, в свою очередь, каждая из обмоток возбуждения соединена с времязадающими входами одного из двух генераторов ШИМ-сигналов, выходы которых соединены с сигнальными входами контроллера счетчика, шины адреса и данных которого соединены с соответствующими входами адреса и данных двух устройств автоматической регулировки уровня сигналов, выход одного из которых соединен с обмоткой обратной связи трансформатора датчика тока, а выход другого соединен с обмоткой обратной связи трансформатора датчика напряжения, кроме того, шины адреса и данных контроллера счетчика соединены с соответствующими входами адреса и данных двух устройств автоматической компенсации погрешности, выход одного из которых соединен с компенсационной обмоткой трансформатора датчика тока, а выход другого соединен с компенсационной обмоткой трасформатора датчика напряжения, при этом свободные концы всех компенсационных обмоток и обмоток обратной связи соединены с корпусом.

Автоматизированная система контроля и учёта электроэнергии (варианты) Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в упрощении конструкций системы, упрощении процессов поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения при одновременном повышении их точности, обеспечивающим возможность простого алгоритма ее периодического проведения, а также упрощении решения задачи обеспечения нормального функционирования при повышении надежности и точности измерительной системы первичной и вторичной обработки и передачи данных. Для этого автоматизированная система контроля и учета электроэнергии содержит измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, устройство электроснабжения с блоком питания, корпус, который образован проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолирующие прокладки, высоковольтный изолятор, которым корпус последовательно закреплен в рассечку высоковольтного силового провода, при этом измерительный трансформатор напряжения образован емкостным делителем напряжения из двух сосредоточенных конденсаторов, первый из которых образует низковольтное плечо емкостного делителя напряжения, а второй сосредоточенный конденсатор образует высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней стороне корпуса, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса. В другом варианте автоматизированная система контроля и учета электроэнергии содержит измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, устройство электроснабжения с блоком питания, корпус, который образован проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолирующие прокладки, высоковольтный изолятор, которым корпус последовательно закреплен в рассечку высоковольтного силового провода, подставку, расположенную на земле, проводник, при этом измерительный трансформатор напряжения выполнен в виде емкостного делителя напряжения, образованного блоком из последовательно включенных сосредоточенных конденсаторов, установленных на подставке, низковольтное плечо емкостного делителя напряжения образовано первой частью сосредоточенных конденсаторов блока, а вторая часть которых образует высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней стороне корпуса, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.

Формула изобретения.

• 1. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии, содержащая измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, например, радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерения на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, и устройство электроснабжения с блоком питания, отличающаяся тем, что она снабжена корпусом, образованным проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолирующими прокладками, расположенными на внешних сторонах корпуса, высоковольтным изолятором, которым корпус последовательно закреплен в рассечку высоковольтного силового провода, измерительный трансформатор напряжения образован емкостным делителем напряжения из двух сосредоточенных конденсаторов, первый из которых образует низковольтное плечо емкостного делителя напряжения, а второй сосредоточенный конденсатор образует высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения, первая обкладка первого сосредоточенного конденсатора подключена к проводящей стенке корпуса, а вторая его обкладка присоединена к первой обкладке второго сосредоточенного конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, соединение обкладок сосредоточенных конденсаторов плеч емкостного делителя напряжения подключено ко входу устройства первичной обработки данных, измерительный трансформатор тока установлен на внешней стороне корпуса и укреплен на ней через одну из изолирующих прокладок, а его выходные выводы подключены ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней стороне корпуса и укрепленным на ней через другую изолирующую прокладку, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены со входом блока питания устройства электроснабжения, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.
• 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый сосредоточенный конденсатор расположен внутри корпуса.
• 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что второй сосредоточенный конденсатор выполнен в виде батареи высоковольтных конденсаторов связи.
• 4. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии, содержащая измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, например, радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерения на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, и устройство электроснабжения с блоком питания, отличающаяся тем, что она снабжена корпусом, образованным проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолирующими прокладками, расположенными на внешних сторонах корпуса, высоковольтным изолятором, которым корпус последовательно закреплен в рассечку высоковольтного силового провода, подставкой, расположенной на земле, проводником, измерительный трансформатор напряжения выполнен в виде емкостного делителя напряжения, образованного блоком из последовательно включенных сосредоточенных конденсаторов, установленных на подставке, один вывод блока сосредоточенных конденсаторов через проводник подключен к земле, а другой его вывод соединен с корпусом, низковольтное плечо емкостного делителя напряжения образовано первой частью сосредоточенных конденсаторов блока, а вторая часть которых образует высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения, соединение выводов низковольтного и высоковольтного плеч емкостного делителя напряжения подключено ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней стороне корпуса и укрепленным на ней через другую изолирующую прокладку, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены со входом блока питания устройства электроснабжения, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.
• 5. Устройство по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что вторичная обмотка измерительного трансформатора тока расположена на кольцевом магнитопроводе, охватывающем высоковольтный силовой провод в месте его присоединения к корпусу.
• 6. Устройство по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающееся тем, вторичная обмотка измерительного трансформатора тока выполнена в виде пояса Роговского охватывающего высоковольтный силовой провод в месте его присоединения к корпусу.
• 7. Устройство по 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено соединенным с корпусом электрическим экраном с изолированным отверстием, через которое проведен высоковольтный силовой провод, а измерительный трансформатор тока и трансформатор тока расположены внутри электрического экрана.
• 8. Устройство по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено выравнивателями поля, расположенными в точках соединения высоковольтного силового провода с корпусом.

Информационная система для учета электроэнергии в тяговых сетях Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и направлено на совершенствование системы учета электроэнергии в тяговых сетях. Система содержит подключенные к питающим фидерам контактных проводов межподстанционной зоны, установленные на первой и второй тяговых подстанциях датчики напряжения и тока, которые передают сигналы, пропорциональные измеряемым токам и напряжениям, в станционные устройства контроля. Узлы системы передачи данных и сеть передачи данных на устройство сбора и обработки данных установлены на электровозе. Датчик тока и напряжения подключен к электровозному устройству контроля и управления. При этом станционное и электровозные устройства контроля и управления связаны друг с другом с помощью радиоканала, реализованного с помощью двух радиомодемов. Передача информации от электровоза на тяговую подстанцию происходит при перемещении электровоза мимо подстанции в зоне прямого радиодоступа. С помощью системы ГЛОНАСС осуществляется определение текущих координат электровоза, привязка графика расхода электроэнергии к профилю пройденного пути и определение отклонений от энергооптимального режима ведения поезда. Синхронизация отсчетов времени на тяговой подстанции и на электровозе осуществляется с помощью отсчетов точного времени системы ГЛОНАСС. Технический результат заключается в повышении точности учета расхода электроэнергии тяговых сетей.

Формула изобретения.

• 1. Информационная система для учета электроэнергии в тяговых сетях, содержащая подключенные к питающим фидерам контактных проводов межподстанционной зоны, установленные на первой и второй тяговых подстанциях датчики напряжения и тока, которые передают сигналы, пропорциональные измеряемым токам и напряжениям, в станционные устройства контроля и управления, передающие информацию о потребляемой электроэнергии через узлы системы передачи данных; сеть передачи данных на устройство сбора и обработки данных; установленный на электровозе датчик тока и напряжения, подключенный к электровозному устройству контроля и управления, при этом станционный и электровозные устройства контроля и управления связаны друг с другом с помощью радиоканала, реализованного с помощью двух радиомодемов, измерение и регистрация токов и напряжений, а также вычисление и регистрация расхода электроэнергии на фидерах тяговой сети и электровозах осуществляется синхронно с помощью устройства сбора и обработки данных, отличающаяся тем, что передача информации от электровоза на тяговую подстанцию происходит при перемещении электровоза мимо подстанции в зоне прямого радиодоступа.
• 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что с помощью системы ГЛОНАСС осуществляется определение текущих координат электровоза, привязка графика расхода электроэнергии к профилю пройденного пути и определение отклонений от энергооптимального режима ведения поезда.
• 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что синхронизация отсчетов времени на тяговой подстанции и на электровозе осуществляется с помощью отсчетов точного времени системы ГЛОНАСС.