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

«п» – пиковый, «ш» – штрафной, «+» – суммарный). На правом поле индикатора отображается текущая дата, день недели и сезонное время («летнее/зимнее»). Текущий тариф, по которому производятся накопления, отображается на тарифной зоне Э (левое верхнее поле индикатора). При превышении установленных ограничений по мощности или по количеству потребленной за месяц энергии высвечивается соответственно «лимит мощности» или «лимит энергии».

Просмотр информации по предыдущим 11 месяцам производится при нажатии специально предусмотренной кнопки на корпусе счетчика. При каждом нажатии последовательно выводится информация о каждом тарифе соответствующего месяца, после чего происходит переход на предыдущий месяц, и процесс повторяется. Номер просматриваемого месяца и год отображаются на индикаторе даты. Если нажатия кнопки не происходит несколько секунд, счетчик возвращается в нормальный режим работы. При подключении картридера эта кнопка позволяет просмотреть количество энергии по каждому тарифу, имеющемуся в распоряжении у пользователя.

Отметим, что многотарифность работы может быть заложена в программу работы любого электронного электросчетчика. Лишь бы хватило памяти.

2.2. Однофазные электронные счётчики электроэнергии

Опыт передовых отечественных и зарубежных фирм свидетельствует, что резервы существенного улучшения технических параметров индукционных счетчиков, по-видимому, исчерпаны.

В России это наглядно проявилось при переводе однофазных счетчиков класса 2,5 в класс 2,0. Более того, по утверждению фирмы Digital Meter Company (США), точность индукционных электросчетчиков 2 % в течение 10–12 лет – фантазия производителей. Стремление отечественных предприятий любой ценой обеспечить рентабельность производства привело к тому, что в Московской области, по данным Мособлэнергонадзора, 81 % индукционных однофазных счетчиков не соответ-

31

ствует нормам Госстандарта России по точности измерения, а 51 % – имеет более чем двукратное превышение погрешности. Следует также отметить, что индукционные электросчетчики имеют ограниченные функциональные возможности, что обнаруживается уже при создании простейших двухтарифных систем или организации дистанционного сбора показаний.

Все вышеизложенное и ряд других причин обусловили создание электронного счетчика – принципиально нового прибора на основе достижений микроэлектроники. Однако первые промышленные модели однофазных электронных счетчиков выполнялись на дискретной электронной базе, имели сложные электрические схемы с большим количеством элементов и, соответственно, недостаточную надежность и высокую стоимость. Главным достоинством была существенно повышенная точность учета при изменении тока нагрузки от 5 ÷ 60 А и совместимость с другими средствами автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Поэтому, несмотря на функциональное и метрологическое превосходство электрических счетчиков, энергосбытовые компании России в целом не решались на заметное применение последних. Перелом наступил после 1996 года и связан с появлением специализированных микросхем – интегральных преобразователей мощности. В частности, был разработан счетчик ЦЭ6807Б в одно- и двухтарифном исполнении. За истекшие годы МЭТЗ выпустил несколько сотен тысяч указанных счетчиков, а опыт их производства и эксплуатации свидетельствует о высокой надежности принятых схемотехнических решений.

В настоящее время основные производители электросчетчиков в России, такие как МЗЭП, Рязанский приборный завод, МЭТЗ, завод им. М.В. Фрунзе г. Нижний Новгород, Владимирский завод «Электроприбор», «Электромера» освоили стандартную номенклатуру однофазных электронных счетчиков: однотарифные, двухтарифные и многотарифные. Накопленный положительный опыт их эксплуатации позволил ряду энергосбытовых компаний принять решение о преимущественном применении электронных счетчиков.

32

Ядром счетчика является интегральная микросхема преобразователя мощности. В ней использованы высокоскоростные аналого-цифровые методы обработки информации. Это позволило создать на их базе счетчики требуемого класса точности. На российском рынке присутствуют интегральные микросхемы преобразователя мощности отечественного и импортного производства. Их параметры и функциональные возможности во многом одинаковы.

ОАО «Ангстрем» в рамках сотрудничества с Энергосбытом Мосэнерго и заводами МЗЭП и МЭТЗ разработало семейство интегральных схем преобразователя мощности. Они изготавливаются по КМОП-технологии при питании от источника 5 В

стоком потребления 2÷3 мА.

Вмноготарифных счетчиках с отображением дополнительной информации применяют ЖК-индикаторы. Однако необходимо учитывать, что они имеют ограниченный срок службы (10÷12 лет) и не обеспечивают требуемый температурный режим.

Обычно электронные счетчики имеют стандартный импульсный выход, используемый для поверки и дистанционной передачи показаний. При всей простоте импульсный выход обладает серьезным недостатком: после восстановления неисправного канала связи требуется повторная инсталляция показаний счетчика в устройстве сбора данных. С целью исключения этого и по другим причинам разработчики АСКУЭ настаивают на оснащении счетчиков цифровыми интерфейсами. Для бытовых счетчиков это приводит к их заметному удорожанию.

Введение дифференцированных по времени суток, дням недели и т.п. тарифов вызывает необходимость применения энергонезависимых часов с календарем. В связи с этим важно подчеркнуть особенность счетчиков с внутренним тарификатором. Электронные часы подвержены сбою в реальных условиях радиопомех. Без внешней поддержки они не обеспечивают требуемой точности хода, а литиевая батарея требует неоднократной ее замены.

33

Электронные счетчики доказали свою эффективность при построении на их базе автоматизированных систем учета. Дальнейшее развитие электронных бытовых счетчиков и АСКУЭ можно прогнозировать в следующих направлениях:

−создание счетчиков с повышенной защитой от хищений, вплоть до отключения при обнаружении нештатных подсоединений;

−создание счетчиков с ограничением потребления в случае превышения заявленной мощности и других нарушений договорных обязательств;

−создание счетчиков, выполняющих функцию концентратора информации о потреблении других энергоносителей;

−создание АСКУЭ с использованием современных средств беспроводной связи;

−создание интегрированных автоматизированных систем учета энергоносителей бытовых потребителей (холодной и горячей воды, газа, тепла и электроэнергии).

Статические (электронные) счетчики электрической энергии имеют более высокую точность и значительно проще в производстве. Сложную функцию аналого-цифрового преобразования выполняют в них микросхемы, которые обеспечивают точ-

ность преобразования до нескольких сотых долей процента в широком диапазоне токов. Наиболее популярны микросхемы компаний «Аналог Дивайсиз», «Сэймс» и «Томсон», есть и отечественные микросхемы. Они производятся серийно и свободно продаются, а роль производителя счетчиков сводится к тому, чтобы выполнить монтаж электронных компонентов на печатную плату и обеспечить точность регулировки. Однако при все большей простоте схемы электронного счетчика стоимость его остается заметно большей, чем стоимость индукционного. При этом надежность, выраженная такой интегральной характеристикой, как межповерочный интервал, пока заметно меньше, чем у индукционного счетчика. МЗЭП производит как индукционные однофазные, так и электронные счетчики. Результаты сбытовой деятельности указывают на явное лидерство индукци-

34

онных счетчиков в продажах. Сегодня по надежности, долговечности и относительной дешевизне альтернативы индукционному однофазному счетчику в России нет.

Необходимо затронуть весьма актуальный вопрос – предоставление потребителю в бытовом секторе новых услуг, например многотарифного учета илиудобств приоплате электроэнергии.

Наиболее универсальным способом организации многотарифного учета является использование АСКУЭ, при этом легко решается задача безболезненного перехода на любые типы тарифов путем перепрограммирования системы. Можно решать и другие актуальные задачи, например учет льгот у разных категорий потребителей. Любой из вариантов многотарифного учета потребует переоснащения либо дооснащения парка приборов энергоучета.

Многие развитые страны идут путем построения систем автоматического считывания информации и организации современных систем учета на основе так называемых электронных «smart meters» – «умных счетчиков», имеющих в своем составе процессор, часы реального времени и стандартный интерфейс. Эти счетчики очень дороги и для бытового сектора энергопотребления малопригодны. Более оправданными с экономической точки зрения являются системы, построенные на относительно простых счетчиках и групповых контроллерах.

Однако способность работать в системах АСКУЭ – прерогатива не только электронных счетчиков. Возможно использование наряду с электронными также и индукционных электросчетчиков в качестве датчиков самых современных систем учета, в том числе многотарифных и с возможностью предоплаты. Эта возможность появляется в результате встраивания в индукционный счетчик телеметрического датчика. Например, устройство формирования импульсов счетчиков УФИ-1В предназначалось в 80–90-х годах для встраивания в обычные трехфазные индукционные счетчики САЗ, САЗУ, САЧ, САЧУ, СРЧ, СРЧУ (1 импульс на оборот диска). Энергия импульса поступает со

35

стороны приемника (12±1,2) В, образуя импульс тока не менее 8 мА замкнутой цепи и не более 1 мА при разомкнутой, следуя с частотой не более 4 Гц и состоянием разомкнуто/замкнуто не менее 65 мс. Питание со стороны приёмника сигнала (12±1,2) В (потребление не более 1,2 10–3 Вт).

Подобным счетчиком является и новый индукционный электросчетчик с внешним телеметрическим устройством СО505Т, который имеет торговую марку «МЗЭП-ТЕЛУС». Счетчик представляет собой интегрированные в одном приборе два отдельных устройства: собственно электросчетчик, в данном случае это индукционный счетчик СО-505, но со специальным вариантом «кожуха», и приставка с электронным фотоадаптером. Приставка жестко крепится на «кожухе» посредством направляющих, а через прозрачное окно в нижней части «кожуха» происходит считывание метки с диска счетчика.

Характерная особенность этого решения заключается в том, что внутрь счетчика не устанавливаются никакие электронные устройства, что позволяет индукционному счетчику обеспечить полноценный межповерочный интервал, который равен в этом случае 16 годам.

Электронный фотоадаптер АФ-06 – инфракрасный оптический прибор. Он легко закрепляется на счетчике взамен клеммной крышки. Счетчик имеет российский патент, появился практически одновременно с аналогичным английским счетчиком «Интегра». Обе модели являются сегодня серьезной альтернативой дорогостоящим электронным счетчикам в случаях, когда организуется дистанционный сбор информации.

Важной особенностью использования счетчика «МЗЭПТЕЛУС» в системах АСКУЭ является тот факт, что монтаж системы может быть произведен в два этапа. Сначала на объекте монтируются метрологические блоки счетчиков СО-505Т, приспособленные к установке фотоадаптеров, и ведется традиционный учет. Впоследствии (иногда этот срок может исчисляться годами) на метрологические блоки будут установлены коммуникационные блоки (фотоадаптеры) и можно будет подключать

36

АСКУЭ. Таким образом, средства, потраченные на этапе простой замены счетчика по истечении межповерочного интервала, не пропадают и становятся первым вкладом в установку системы АСКУЭ в жилом доме. Счетчик «МЗЭП-ТЕЛУС», таким образом, позволяет энергоснабжающим компаниям вести разумную инвестиционную политику.

Электросчетчик «МЗЭП-ТЕЛУС» стал базовым элементом информационно-измерительного комплекса технических средств ИИК «ЭМОС-МЗЭП», который при минимальных начальных затратах позволит довольно быстро получить реальный эффект и пользу от внедрения. Причем система может успешно эксплуатироваться и в старом жилом секторе. В настоящее время ИИК «ЭМОС-МЗЭП» успешно монтируется в жилых домах Москвы, а также в других регионах страны.

Эта система позволяет последовательно приближаться к высокоинтеллектуальному уровню, наращивать функциональные возможности: от инспектирования каждого счетчика в многоквартирном доме из одного места (например, щитовой комнаты) с организацией единой системы учета, квитирования текущей оплаты ипредоплаты – до полного перехода к безбумажной системе оплатыпосредством электронных носителейинформации.

Вприл. 3 приведены номенклатура и характеристики однофазных электронных счетчиков активной и реактивной энергии.

2.3.Трехфазные многотарифные счётчики электроэнергии

Всерии так называемых интеллектуальных трехфазных счетчиков, предназначенных для измерений, где требуется высокая точность – 0,2 и 0,5 %, пока наилучшие технико-экономи- ческие показатели у счетчиков, подобных серии «Альфа». Предприятия России начинают их широко производить, так как

в последнее время разработчики получили широкий доступ к зарубежной элементной базе, а потенциал российских специалистов в области программирования хорошо известен. В сравнении с однофазными счетчиками для «быта», где, как было отмечено, доминирует цена, при производстве счетчиков для

37

«большой энергетики» могут быть использованы самые современные достижения в области электроники, информационных технологий, материаловедения, поскольку в этом случае затраты могут быть оправданны и возвращены за счет снижения коммерческих потерь. Ведь при передаче больших энергий потери из-за неточности средств измерений также будут большими.

Для того чтобы счетчик мог считывать и показывать данные, в него необходимо внести программу, которая будет «указывать» счетчику, что делать: как измерять, что измерять, куда

ив каком виде записывать. Для этого необходимо иметь персональный компьютер со специальной программой, поставляемой со счетчиками, сам счетчик, специальный преобразователь для передачи данных от ЭВМ к счетчику. Все счетчики программируются по одним и тем же правилам: пользователю не надо писать программы на каком-то языке программирования, все что от него требуется – это лишь отвечать на вопросы программы

ипомечать мышкой необходимые варианты работы счетчика.

Переход на цифровые автоматические системы учёта и контроля электроэнергии – вопрос времени. Преимущества таких систем очевидны. Цена их будет постоянно падать. И даже на простейшем микроконтроллере такой счётчик электроэнергии имеет очевидные преимущества: надёжность за счёт полного отсутствия трущихся элементов; компактность; увеличение периода поверок в несколько раз; ремонтопригодность и простота в обслуживании и эксплуатации. При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах даже простейший цифровой счётчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты за потребляемую энергию, возможность автоматизированного учёта и контроля потребляемой электроэнергии. На сегодняшний день электронные и цифровые счетчики имеют самый высокий класс точности (0,2 0,5), отсутствие самохода (т.е. самопрозвольного движения диска, как в индукционном счетчике).

38

Внешний вид выпускаемых электронных счетчиков приведен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Внешний вид выпускаемых электронных счетчиков

В прил. 4 приведены номенклатура и характеристики трехфазных электронных счетчиков активной и реактивной энергии. В прил. 5 приведены основные средства учета электроэнергии заводов-изготовителей.

3.ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТИПОВЫХ СЧЕТЧИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

3.1.Однофазный электронный счетчик ЦЭ2726

На рис. 3.1 приведен внешний вид однофазного электронного счетчика ЦЭ2726-12.

Рис. 3.1. Электросчетчик ЦЭ2726-12

Достоинства счетчика ЦЭ2726-12М:

•встроенный электросиловой модем передачи данных по силовой сети 0,4 кВ;

•скоростьпередачиданныхпосиловойсети– 600–2400 бит/с;

•дальность передачи данных (без ретрансляции):

−по скрытым силовым линиям – до 500 м;

−по воздушным силовым линиям – до 2000 м;

40