СПОСОБ УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в устройствах учета электрической энергии.

Известен способ учета электрической энергии, основанный на преобразовании сигнала, пропорционального мощности в нагрузке, в последовательность информационных импульсов с их последующим суммированием и сравнении временных параметров, характеризующих данную последовательность импульсов, с идентичными параметрами образцового сигнала, отличающийся тем, что диапазон изменения электрической мощности предварительно разбивают на поддиапазоны по числу установленных тарифов, в качестве временного параметра, характеризующего образцовый сигнал, берут интервал времени, соответствующий границам каждого поддиапазона, а в качестве временного параметра, характеризующего последовательность информационных импульсов, берут интервалы времени, равные периоду следования импульсов, по окончании которых за времят результат сравнения временных параметров представляют последовательным числоимпульсным кодом и суммируют его с ранее выработанной последовательностью импульсов, где δ - основная относительная погрешность учета электрической энергии, a τ_min - значение периода следования информационных импульсов при максимальном уровне потребления электрической энергии (Патент РФ №2019842, кл. G01R 22/00, опубл. 15.09.1994[1]).

Известно устройство учета электрической энергии, содержащее преобразователь электрической мощности в частоту импульсов, первое суммирующее устройство, ассоциативный генератор числоимпульсного кода, второе суммирующее устройство и индикатор, при этом вход указанного генератора подключен к выходу преобразователя электрической мощности в частоту импульсов, информационный выход - к входу второго суммирующего устройства, а выход изменения тарифа - к входу индикатора (Патент РФ №2019842, м. кл. G01R 22/00, опубл. 15.09.1994 [1]).

Недостатком известных способа и устройства являются заниженные функциональные возможности, обусловленные тем, что учет электрической энергии происходит независимо от качества поставляемой электрической энергии. Одинаково учитывается как качественная, удовлетворяющая требованиям ГОСТ электрическая энергия, так и неудовлетворяющей им. Не осуществляется обнаружение, индикация, сигнализация и документирование наличия отклонений качества поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ.

Наиболее близким к изобретению является способ учета электрической энергии, основанный на преобразовании сигнала, пропорционального мощности в нагрузке, в последовательность информационных импульсов, осуществлении обнаружение наличия отклонений амплитуды и частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, индицирование и документирование наличия отклонений, осуществлении суммирование информационных импульсов только при отсутствии отклонений амплитуды и частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ (Винокуров В.И., Зыков В.Н. Способ учета электрической энергии и устройство для его осуществления, патент РФ на изобретение №№2449297 от 27.04.2012 г.[2]).

Наиболее близким к изобретению является устройство учета электрической энергии, содержащее преобразователь электрической мощности в частоту импульсов и последовательно соединенные суммирующее устройство и индикатор, а также ключ и блок управления, причем вход напряжения преобразователя электрической мощности в частоту импульсов соединен с первым и вторым входами блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа, вход которого соединен с выходом преобразователя электрической мощности в частоту импульсов, а выход - с входом суммирующего устройства, блок управления содержит последовательно соединенные обнаружитель отклонения амплитуды напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, первый инвертор и первый вход элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока управления, последовательно соединенные обнаружитель отклонения частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, второй инвертор и второй вход элемента ИЛИ, первый и второй сигнализаторы и первое и второе регистрирующие устройства, причем входы первого сигнализатора и первого регистрирующего устройства соединены с выходом обнаружителя отклонения амплитуды напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, вход которого соединен с первым входом блока управления, входы второго сигнализатора и второго регистрирующего устройства соединены с выходом обнаружителя отклонения частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, вход которого соединен со вторым входом блока управления (Винокуров В.И., Зыков В.Н., Способ учета электрической энергии и устройство для его осуществления, патент РФ на изобретение №2449297 от 27.04.2012 г.[2]).

Недостатком данных способа и устройства является недостаточная степень информативности, так как диспетчеру для принятия решений не доводится информация о координатах устройства потребителя или группы потребителей и времени отклонений параметров электроэнергии от заданных значений. Наличие данной информации позволить минимизировать потери связанные с поступлением электроэнергии с параметрами не соответствующим значениям ГОСТ.

Технической задачей изобретения является расширение информативности путем сообщения диспетчеру информации о координатах устройства и времени поступления электроэнергии с параметрами не соответствующим значениям ГОСТ.

Технический результат достигается тем, что в способе учета электрической энергии, заключающемся в преобразовании сигнала, пропорционального мощности в нагрузке, в последовательность информационных импульсов, осуществлении обнаружение наличия отклонений амплитуды и частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, ин-дицирование и документирование наличия отклонений, осуществлении суммирование информационных импульсов только при отсутствии отклонений амплитуды и частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ, дополнительно определяют координаты устройства учета электрической энергии и время поступления электрической энергии с параметрами не соответствующим значениям ГОСТ, анализируют величину отклонения электрической энергии по амплитуде и частоте относительно значений соответствующих требованию ГОСТ, осуществляют отключение электрической энергии, в случае если величина отклонений электрической энергии по амплитуде и частоте больше заданных значений, фиксируют время отключение электрической цепи, обеспечивают передачу информации диспетчеру о координатах устройства учета электрической энергии, времени начала поступления электрической энергии с параметрами не соответствующим требованием ГОСТ, времени отключения электрической энергии.

Реализация данного способа достигается устройством учета электрической энергии, содержащим преобразователь электрической мощности в частоту импульсов и последовательно соединенные суммирующее устройство и индикатор, а также первый ключ и блок управления, причем вход напряжения преобразователя электрической мощности в частоту импульсов соединен с первым и вторым входами блока управления, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с выходом преобразователя электрической мощности в частоту импульсов, а выход - с входом суммирующего устройства, блок управления содержит обнаружитель отклонения амплитуды напряжения, обнаружитель отклонения частоты напряжения, первый и второй инверторы элемент ИЛИ, первый и второй сигнализаторы и первое и второе регистрирующие устройства, причем первым и вторым входами блока управления являются соответственно вход обнаружителя отклонения амплитуды напряжения и обнаружителя отклонения частоты напряжения, выход которого соединен одновременно с входами второго инвертора, сигнализатора и регистрирующего устройства, выход обнаружителя отклонения амплитуды напряжения соединен одновременно с входами первого инвертора, сигнализатора и регистрирующего устройства, выход первого и второго инвертора соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого, выходы обнаружителя отклонения амплитуды, обнаружителя отклонения частоты, являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока управления, дополнительно введены второй ключ, блок сигнализации и блок контроля диспетчера, при этом первый и второй вход блока сигнализации соединены соответственно со вторым и третьим выходами блока управления, а выход соединен по беспроводной связи с входом блока приема информации диспетчером, блок сигнализации содержит спутниковый приемник, электронные часы, первый, второй и третий элементы И, блок памяти и передающее устройство, первое и второе пороговые устройства, задатчик сигналов, элемент ИЛИ, при этом первым и вторым входами блока сигнализации, являются первые входы соответственно первого и второго элементов И и одновременно первые входы первого и второго пороговых устройств, вторые и третьи входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходами спутникового приемника и электронных часов, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами блока памяти, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы, которого соединены соответственно с выходом электронных часов и выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых устройств, вторые выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами задатчика сигналов, выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом второго ключа, первый вход которого является входом источника электрической энергии, выход блока памяти соединен с входом передающего устройства, выход которого является выходом блока сигнализации, блок контроля диспетчера содержит последовательно соединенные приемное устройство и индикатор, причем входов блока контроля диспетчера является приемное устройство.

Новыми признаками по способу являются следующие признаки:

1 Дополнительно определяют координаты устройства учета электрической энергии и время поступления электрической энергии с параметрами, не соответствующими значениям ГОСТ.

2 Анализируют величину отклонения электрической энергии по амплитуде и частоте относительно значений, соответствующих требованию ГОСТ.

3 Осуществляют отключение электрической энергии в случае, если величина отклонений электрической энергии по амплитуде и частоте больше заданных значений.

4 Фиксируют время отключения электрической цепи.

5 Обеспечивают передачу информации диспетчеру о координатах устройства учета электрической энергии, времени начала поступления электрической энергии с параметрами, не соответствующими требованиям ГОСТ, времени отключения электрической энергии.

Новыми элементами устройства учета электрической энергии являются второй ключ, блок сигнализации и блок контроля диспетчера, а также связи между новыми и существующими элементами.

На фигуре представлена структурная схема устройства учета электрической энергии, где:1 - преобразователь электрической мощности в частоту импульсов; 2 - суммирующее устройство; 3 - индикатор; 4, 5 - первый и второй ключ; 6 - блок управления; блок 7 сигнализации, блок 8 контроля диспетчера, 9 - обнаружитель отклонения амплитуды напряжения; 10 - обнаружитель отклонения частоты напряжения; 11, 12 - инверторы; 13 - элемент ИЛИ; 14, 15 - сигнализаторы; 16, 17 - регистрирующие устройства.

Обнаружитель 9 отклонения амплитуды напряжения и обнаружитель 10 отклонения частоты напряжения, определяют отклонения параметров электроэнергии относительно заданных значений ГОСТ.

Устройство учета электрической энергии содержит преобразователь 1 электрической мощности в частоту импульсов, последовательно соединенные суммирующее 2 устройство и индикатор 3, а также первый 4 и второй 5 ключ и блок 6 управления, блок 7 сигнализации, блок 8 контроля диспетчера.

Блок управления 6 содержит последовательно соединенные обнаружитель 9 отклонения амплитуды напряжения, обнаружитель 10 отклонения частоты напряжения, первый 11 и второй 12 инверторы, элемент ИЛИ 13, первый 14 и второй 15 сигнализаторы и первое 16 и второе 17 регистрирующие устройства.

Блок 7 сигнализации содержит приемник 18 спутниковой навигации, электронные часы 19 с таймером, первый 20, второй 21 и третий 22 элементы И, блок 23 памяти, передающее устройство 24, первое 25 и второе 26 пороговые устройства, задатчик 27 сигналов, элемент ИЛИ 28.

Блок 8 контроля диспетчера содержит последовательно соединенные приемное устройство 29 и индикатор 30.

Устройство учета электрической энергии функционирует следующим образом. В процессе учета электрической энергии, потребляемой нагрузкой, подключенной к электрической сети, ток i и напряжение U преобразуют посредством преобразователя 1 электрической мощности в частоту импульсов, пропорциональную мощности P=i U в нагрузке. Указанное преобразование осуществляют, например, путем непосредственного перемножения сигналов, пропорциональных току и напряжению с последующим преобразованием сигнала произведения в частоту импульсов известными средствами.

При соответствии параметров поставляемой электрической энергии требованиям ГОСТ на выходах первого 11 и второго 12 инверторов формируются разрешающие сигналы, которые через элемент 13 ИЛИ поступают на управляющий вход ключа 4. Ключ 4 находится в открытом состоянии и обеспечивает поступление импульсов с выхода преобразователя 1 электрической мощности в частоту импульсов на вход суммирующего 2 устройства.

Количество импульсов, подсчитанное суммирующим 2 устройством, пропорционально израсходованной электроэнергии. Полученное значение индицируется индикатором 3.

Блок 6 управления осуществляет формирование запрещающего сигнала на ключ 4 при обнаружении отклонения амплитуды или частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ. Рассмотрим функционирование устройства при наличии отклонения амплитуды поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ.

В этом случае на выходе обнаружителя 9 отклонения амплитуды напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ формируется сигнал, который приводит к снятию сигнала на выходе первого 11 инвертора и в итоге к запиранию ключа 4. Учет поставляемой электрической энергии суммирующим 2 устройством прекращается на время отклонения амплитуды напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ.

При обнаружении отклонения частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ происходит аналогичное запирание ключа 4 на время отклонения.

При обнаружении отклонения амплитуды или частоты напряжения поставляемой электрической энергии от требований ГОСТ происходит индикация наличия отклонения первым 14 или вторым 15 сигнализаторами и документация первым 16 или вторым 17 регистрирующими устройствами.

Использование способа и устройства учета электрической энергии в быту позволит производить учет только соответствующей требованиям ГОСТ энергии и позволит доказать наличие отклонений поставляемой энергии от требований ГОСТ при конфликтной ситуации.

Однако для обеспечения оперативности при устранении неисправностей для диспетчера необходима дополнительная информация о координатах устройства учета отклонений электроэнергии и времени возникновений отклонений в параметрах поставляемой электроэнергии, а также время автоматического отключения источника электроэнергии.

Это обеспечивается следующим образом.

На первый и второй входы блока 7 сигнализации и соответственно на первые входы первого 20 и второго 21 элементов И, поступают сигналы с выходов соответственно обнаружителя 9 отклонения амплитуды напряжения, обнаружителя 10 отклонения частоты напряжения, на вторые и третьи входы которых поступают сигналы соответственно с выходов приемника 18 спутниковой навигации и электронных часов 19.

Сигналы соответствующие значениям координатам и времени начала отклонений параметров электроэнергии от заданных значений поступают с выходов первого 20 и второго 21 элементов И, соответственно на первые и вторые входы блока 23 памяти, на третий вход которого поступает сигнал с выхода третьего элемента И, в случае если один из параметров электроэнергии превысит заданное значение. Анализ величины параметров отклонения электроэнергии осуществляется на первом 25 и втором 26 пороговых устройствах. Сигналы с выходов обнаружителя 9 отклонения амплитуды напряжения или обнаружителя 10 отклонений частоты поступают соответственно на первые входы первого 25 или второго 26 пороговых устройств, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов задатчика 27 сигналов. В случае превышение пороговых значений сигнал поступает на первый или второй входы элемента 28 ИЛИ, с выхода которого поступает на второй вход третьего 22 элемента И.

С выхода блока 23 памяти сигнал поступает на вход передающего устройства 24, и по беспроводной связи на вход блока 8 контроля диспетчера и соответственно на вход приемного устройства 29, с выхода которого поступает на вход индикатора 30.

Таким образом, диспетчер может контролировать качество поданной электроэнергии для потребителей и своевременно принимать решения в случае отклонения параметров электроэнергии от допустимых значений, а также иметь информацию о времени и координатах отключения потребителей от электрической энергии, которая не соответствует значениям ГОСТ.

Источники информации

1 Патент РФ на изобретение №2019842, кл. G01R 22/00, опубл. 15.09.1994.

2 Винокуров В.И., Зыков В.Н. Способ учета электрической энергии и устройство для его осуществления, патент РФ на изобретение №2449297, МПК G01R22/00 (2006.01) опубл. 27.04.2012 г. (прототип).