RU156903U1

RU156903U1 - PORTABLE INSTRUMENT FOR CONTROL OF PARAMETERS AND POWER RECEIVERS OF ELECTRIC NETWORK

Info

Publication number: RU156903U1
Application number: RU2015129973/28U
Authority: RU
Inventors: Вениамин Васильевич Кошкин
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети, предназначенный для измерения, хранения, представления и возможной передачи в режиме on-line текущих данных токоприемников однофазных и трехфазных сетей, использует на корпусе прибора по меньшей мере два разъема для вводов напряжений, блок индикации наличия напряжения, отличающийся тем, что для непосредственного измерения первичных параметров электрической сети в прибор встроен электронный цифровой счетчик электрической энергии с встроенными контроллером и последовательным интерфейсом, связанный с переносной ПЭВМ (ноутбуком) через типовой адаптер интерфейса, на корпусе прибора также установлены два включателя напряжения и, по меньшей мере, два выходных разъема для подключения к ним токоприемников, для расчета и представления на экране переносной ПЭВМ (ноутбука) параметров токоприемников электрической сети в различных формах используется типовое программное обеспечение счетчика электрической энергии.A portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric network, designed for measuring, storing, presenting and possible transmitting on-line current data of current collectors of single-phase and three-phase networks, uses at least two voltage input connectors on the instrument case, a voltage presence indication unit , characterized in that for direct measurement of the primary parameters of the electric network, an electronic digital electric energy meter with built-in controllers is built into the device ohm and serial interface connected to a portable PC (laptop) through a standard interface adapter, two voltage switches and at least two output connectors for connecting current collectors to them, for calculating and presenting a portable PC (laptop) on the device’s case ) parameters of the current collectors of the electric network in various forms uses the standard software of the electric energy meter.

Description

Переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети предназначен для измерения, хранения и представления текущих данных токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей.A portable device for monitoring the parameters and energy of current collectors of an electric network is designed to measure, store and present current data of current collectors with a voltage of 220/380 volts of single-phase and three-phase networks.

К этим данным относятся действующие значения токов и напряжений, активные и реактивные мощности, полная мощность, профили мощности, частота, сдвиги фаз напряжений и токов по каждой из фаз и другие.These data include the current values of currents and voltages, active and reactive powers, apparent power, power profiles, frequency, phase shifts of voltages and currents for each phase and others.

Область применения прибора - электроэнергетика. Прибор может использоваться при энергетическом обследовании предприятий потребителей электроэнергии, при технологическом контроле работы токоприемников, для комплексных систем мониторинга и управления электрическими сетями и в других случаях, связанных с измерениями параметров токоприемников в электросетях, в том числе при коммерческих взаимоотношениях поставщиков и потребителей электроэнергии.The scope of the device is electric power. The device can be used for energy inspection of enterprises of consumers of electricity, for technological monitoring of the operation of current collectors, for integrated monitoring and control systems of electric networks and in other cases related to measurements of the parameters of current collectors in electric networks, including commercial relations between suppliers and consumers of electricity.

Существующие приборы контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети не в полной мере удовлетворяют зачастую противоречивым требованиям большого объема измерений, вычислений и хранения результатов, простой и надежной пересылки данных, возможности объединения однотипных приборов в локальные коммуникационные сети, обработки результатов в режиме on-line, малогабаритности и легкости, надежности, небольшой стоимости и др.Existing instruments for monitoring the parameters and energy of current collectors of the electric network do not fully satisfy the often conflicting requirements of a large volume of measurements, calculations and storage of results, simple and reliable data transfer, the possibility of combining similar devices into local communication networks, processing the results on-line, and small size and ease, reliability, low cost, etc.

Известно устройство контроля электрической нагрузки трехфазного тока (патент на полезную модель 9069, класс G01R от 16.01.1999 г.) включающее измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительный преобразователь мощности трехфазного тока с аналоговым или импульсным выходом, вход которого подключен к вторичным обмоткам измерительных трансформаторов тока и напряжения, оно снабжено микропроцессорным контроллером, вход которого подключен к выходу измерительного преобразователя мощности трехфазного тока, имеющим несколько выходов, сигналы которых характеризуют различные состояния электрической нагрузки на вводе или выводе электроэнергии относительно допустимого максимума и других значений средней получасовой или часовой мощности, а также приборами измерения, сигнализации и управления агрегатами, каждое из которых подключено к соответствующему определенному состоянию электрической нагрузки на вводе или выводе электроэнергии выходу микропроцессорного контроллера. Возможности такого устройства ограничены перечнем контрольных выходов и приборов измерения. Кроме того, программное обеспечение такого прибора специализированное, что не позволяет расширять его функциональные возможности без существенной модификации прибора и приводит к значительному увеличению стоимости прибора.A device for monitoring the electrical load of a three-phase current (patent for utility model 9069, class G01R dated January 16, 1999) includes measuring current and voltage transformers, a three-phase current measuring transformer with an analog or pulse output, the input of which is connected to the secondary windings of the current measuring transformers and voltage, it is equipped with a microprocessor controller, the input of which is connected to the output of a three-phase current measuring transducer with several outputs, a signal whose characteristics characterize different states of the electric load at the input or output of electricity with respect to the permissible maximum and other values of the average half-hour or hour power, as well as measuring, signaling and control devices, each of which is connected to the corresponding specific state of the electric load at the input or output of electricity microprocessor controller. The capabilities of such a device are limited by the list of control outputs and measuring instruments. In addition, the software of such a device is specialized, which does not allow to expand its functionality without a significant modification of the device and leads to a significant increase in the cost of the device.

Известна система индивидуального контроля и учета электрической энергии (патент на полезную модель №:48641, G01R H02J от 27.10.2005 г.), полезная модель относится к области электротехники и предназначена преимущественно для обеспечения выносного контроля в индивидуальных системах учета потребления и оплаты электрической энергии. Система индивидуального контроля и учета электрической энергии, содержащая узел ответвления от изоляторов на опоре воздушной линии электропередач и узел ввода в здание в виде изолированных проводов или кабеля, вводное устройство с прибором учета (электрическим счетчиком), связанные с внутренней электропроводкой, согласно полезной модели, вводное устройство выполнено с возможностью наружной установки в виде металлического или пластмассового герметизированного электрического шкафа, который снабжен средством крепления и смонтирован дистанционно от потребителя энергии на опоре воздушной линии электропередач или на приставке или на внешней стене здания, а проводники узла ответвления проложены от изоляторов на опоре воздушной линии электропередач до прибора учета вводного устройства. Система стационарная, она не предназначена для измерения параметров токоприемников электрической сети, поскольку имеет лишь один прибор учета электроэнергии (электрический счетчик) и тем самым может измерять лишь величину потребленной электроэнергии.A well-known system of individual control and accounting of electric energy (utility model patent No. 48641, G01R H02J dated 10.27.2005), the utility model relates to the field of electrical engineering and is intended primarily to provide remote control in individual metering systems for consumption and payment of electric energy. An individual control and accounting system for electric energy, comprising a branch assembly from insulators on an overhead power line support and a building entry node in the form of insulated wires or cable, an input device with a meter (electric meter) connected to the internal electrical wiring, according to a utility model, an input the device is designed for outdoor installation in the form of a metal or plastic sealed electrical cabinet, which is equipped with a fastening means and mounted istantsionno energy of consumers to support overhead power transmission line or on the console or on the outer wall of the building, and branch node conductors are routed from the support insulators to overhead power line accounting device inserter. The system is stationary, it is not designed to measure the parameters of current collectors in the electric network, since it has only one meter for electricity (electric meter) and thus can only measure the amount of electricity consumed.

Известен многофункциональный прибор контроля показателей качества электроэнергии электрической сети (патент на полезную модель №:65655, класс G01R от 10.08.2007 г), предназначенный для измерения, расчета, хранения и возможной передачи в режиме on-line текущих данных низко и высоковольтных однофазных и трехфазных сетей, использует промышленный компьютер, содержащий процессор класса Pentium III или выше, оперативную память, жесткий диск для накопления данных, сетевую карту (Ethernet), по меньшей мере, один порт USB, один последовательный порт RS-232 и один последовательный порт RS-482 или RS-485, источник питания, и в этот компьютер встраиваются многоканальная плата АЦП, преобразующая аналоговый сигнал в цифровую форму, и плата поканального преобразования входных сигналов к уровню АЦП, уменьшающая поступающие входные напряжения и токи прибора до входных значений АЦП, а на корпусе прибора устанавливаются по меньшей мере два разъема для вводов напряжений и токов, светодиоды для индикации наличия напряжения и порядка чередования фаз измеряемой линии, одна или более кнопок управления и светодиоды индикации работы прибора, и при этом для расчета показателей качества используется соответствующее программное обеспечение - прототип.A well-known multifunctional device for monitoring the quality indicators of electric power of an electric network (patent for utility model No. 65655, class G01R dated 08/10/2007), intended for measuring, calculating, storing and possible transmitting on-line current data of low and high voltage single-phase and three-phase network, uses an industrial computer containing a Pentium III or higher processor, RAM, a hard disk for data storage, a network card (Ethernet), at least one USB port, one RS-232 serial port and one serial an RS-482 or RS-485 port, a power supply, and a multi-channel ADC board that converts the analog signal to digital form and a channel-by-channel conversion board of input signals to the ADC level, reducing the input voltage and currents of the device to the input ADC values, are built into this computer and at least two connectors for voltage and current inputs, LEDs to indicate the presence of voltage and the phase sequence of the measured line, one or more control buttons and indication LEDs are installed on the instrument case the operation of the device, and at the same time, the corresponding software is used to calculate the quality indicators - the prototype.

Недостатками данного прибора является то, что конструктивное исполнение его и наличие стационарной ПЭВМ с встроенными в нее платами не позволяет применять прибор в переносном варианте для контроля электрических параметров токоприемников сети, расположенных в различных местах, дополнительные плата АЦП и плата поканального преобразования входных сигналов к уровню АЦП увеличивает стоимость прибора, как и соответствующее специализированное программное обеспечение, необходимое для реализации ввода информации в ПЭВМ, ее обработки и представления.The disadvantages of this device is that its design and the presence of a stationary PC with integrated cards in it does not allow the portable device to be used to control the electrical parameters of network current collectors located in various places, an additional ADC board and a channel-by-channel conversion board for input signals to the ADC level increases the cost of the device, as well as the corresponding specialized software necessary for the implementation of the input of information into the PC, its processing and pre setting.

Задачей полезной модели является снижение затрат и повышение доступности измерений электрических параметров токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей путем оперативного проведения энергетического обследования токоприемников предприятий, в системах мониторинга и в других случаях, связанных с анализом параметров электропитания.The objective of the utility model is to reduce costs and increase the availability of measurements of electrical parameters of current collectors with a voltage of 220/380 volts of single-phase and three-phase networks by quickly conducting an energy survey of the current collectors of enterprises in monitoring systems and in other cases related to the analysis of power parameters.

Техническим результатом является оперативное использование переносного прибора для контроля состояния токоприемников в электрической сети с анализом параметров электропитания при энергетическом обследовании предприятий потребителей электроэнергии, при технологическом контроле работы токоприемников, для комплексных систем мониторинга и в других случаях, связанных с измерениями параметров токоприемников в электросетях, в том числе при коммерческих взаимоотношениях поставщиков и потребителей электроэнергии.The technical result is the operational use of a portable device for monitoring the status of current collectors in the electric network with the analysis of power parameters during an energy survey of enterprises of electricity consumers, with technological monitoring of the current collectors, for complex monitoring systems and in other cases related to measurements of the parameters of current collectors in power networks, including including in commercial relations between suppliers and consumers of electricity.

Это достигается тем, что переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети, предназначенный для измерения, хранения, представления и возможной передачи в режиме on-line текущих данных токоприемников напряжением 220/380 вольт однофазных и трехфазных сетей, использует на корпусе прибора по меньшей мере два разъема для вводов напряжений, блок индикации наличия напряжения, причем новым является то, что непосредственно для измерения первичных параметров (мгновенных значений напряжения и тока, текущего времени) электрической сети в прибор встроен электронный цифровой счетчик электрической энергии с контроллером и интерфейсом типа RS-485, (например, счетчик типа «Меркурий 230ART»), связанный с переносной ПЭВМ (ноутбуком) через интерфейсный адаптер USB/RS-485, (например, модель VR-004), на корпусе прибора также установлены два включателя напряжения и по меньшей мере два выходных разъема для подключения к ним токоприемников, для расчета и представления на экране переносной ПЭВМ (ноутбука) параметров токоприемников электрической сети в различных формах используется типовое программное обеспечение счетчика (например, «Конфигуратор Меркурий - 230»), работающее под управлением Windows ХР.This is achieved by the fact that the portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric network, intended for measuring, storing, presenting and possible transmitting on-line current data of current collectors with a voltage of 220/380 volts of single-phase and three-phase networks, uses at least two connectors for voltage inputs, an indication of the presence of voltage, and new is that directly to measure the primary parameters (instantaneous values of voltage and current, current time) ele In the mains network, an electronic digital electric energy meter with a controller and an RS-485 type interface is integrated in the device (for example, a Mercury 230ART type meter) connected to a portable PC (laptop) via a USB / RS-485 interface adapter (for example, model VR-004), two voltage switches and at least two output connectors for connecting current collectors to them are also installed on the device’s case; for calculating and presenting on the screen of a portable PC (laptop) the parameters of current collectors of the electric network in various forms, it is used I am a typical counter software (for example, "Configurator Mercury - 230") running Windows XP.

Переносной прибор контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети включает в качестве комплектующих только типовые узлы, в том числе и программное обеспечение. Это позволяет утверждать, что стоимость такого прибора минимальна из рассмотренных примеров.A portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric network includes only standard components as components, including software. This suggests that the cost of such a device is minimal from the considered examples.

На фиг. 1 представлена структура переносного прибора контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети. Переносной прибор состоит из двух типовых разъемов (вилки) 1 и 2 для подключения в розетки одно и трехфазной сети, двух выключателей 3 и 4, включающих рабочую цепь, блока индикации 5, показывающего наличие напряжения на приборе, цифрового электронного счетчика электрической энергии 6, типового адаптера интерфейса 8, через который переносная ПЭВМ (ноутбук) 10 подключена к цифровому электронному счетчику электрической энергии и двух типовых разъемов (розетки) для подключения одно и трехфазных токоприемников 7 и 9.In FIG. 1 shows the structure of a portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric network. The portable device consists of two standard connectors (plugs) 1 and 2 for connecting one and three-phase mains to sockets, two switches 3 and 4, which include a working circuit, an indication unit 5, indicating the presence of voltage on the device, a digital electronic electric energy meter 6, typical interface adapter 8, through which a portable PC (laptop) 10 is connected to a digital electronic meter of electrical energy and two standard connectors (sockets) for connecting one and three-phase current collectors 7 and 9.

Сведением, подтверждающим возможность выполнения переносным прибором контроля параметров и энергии токоприемников электрической сети предписываемой ему в составе данной системы функции, является разработанная математическая модель его функционирования.Information confirming the possibility of a portable device controlling the parameters and energy of the current collectors of the electric network prescribed to him as part of this system is a developed mathematical model of its functioning.

Математическая модель (ММ) строится для переносного прибора контроля параметров и энергии токоприемников электрической цепи на основе дискретного представления измеряемых сигналов согласно основным математическим соотношениям для измеряемых параметров электрической цепи. После подключения прибора в электрическую цепь - в разрыв между розеткой электрической сети и вилкой токоприемника и его включения, встроенный контроллер счетчика электрической энергии выполняет дискретизацию сигналов в измерительной цепи, преобразуя непрерывный сигнал напряжения сети U(t) и рабочего тока I(t) в дискретную форму в интервале каждого периода сигнала и запоминает полученные отсчеты U(t_j) и I(t_j) во внутренней памяти. При этом процессор контроллера по встроенной программе выполняет вычисления согласно известных соотношений (НПК «Инкотекс», www.http://Incotexcom.ru):A mathematical model (MM) is built for a portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric circuit based on a discrete representation of the measured signals according to the basic mathematical relationships for the measured parameters of the electric circuit. After connecting the device to the electric circuit - to the gap between the power outlet and the plug of the current collector and turning it on, the built-in controller of the electric energy meter discretizes the signals in the measuring circuit, converting the continuous signal of the mains voltage U (t) and the operating current I (t) into a discrete one form in the interval of each signal period and stores the obtained samples U (t _j ) and I (t _j ) in the internal memory. In this case, the processor of the controller according to the built-in program performs calculations according to the known relations (NPK "Incotex", www.http: //Incotexcom.ru):

- учет активной энергии прямого направления отдельно в каждой фазе сети;- accounting of direct energy active separately in each phase of the network;

- измерение мгновенных значений активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз с указанием направления вектора полной мощности;- measurement of instantaneous values of active, reactive and apparent power for each phase and for the sum of the phases, indicating the direction of the apparent power vector;

- измерение действующих значений фазных токов, напряжений, углов между фазными напряжениями;- measurement of the effective values of phase currents, voltages, angles between phase voltages;

- измерение частоты сети:- network frequency measurement:

- измерение коэффициентов мощности по каждой фазе и по сумме фаз;- measurement of power factors for each phase and the sum of the phases;

- измерение коэффициента искажения синусоидальности фазных кривых.- measurement of the distortion coefficient of the sinusoidality of the phase curves.

Программа «Конфигуратор» позволяет выводить на экран ПЭВМ все указанные величины в табличной и графической форме.The program "Configurator" allows you to display on your PC all the specified values in tabular and graphical form.

Полезная модель разработана на уровне технического предложения и математической модели. Результаты математической модели показали возможность технической реализации изобретения и достижение заявленного технического результата.The utility model is developed at the level of technical proposal and mathematical model. The results of the mathematical model showed the possibility of technical implementation of the invention and the achievement of the claimed technical result.

Разработанное устройство найдет применение в системах: управления технологическим процессом, учета и контроля параметров токоприемников в электрических сетях, мониторинга состояния технологического оборудования и в других системах.The developed device will find application in systems: process control, accounting and control of current collector parameters in electric networks, monitoring the status of technological equipment and in other systems.

Claims

A portable device for monitoring the parameters and energy of the current collectors of the electric network, designed for measuring, storing, presenting and possible transmitting on-line current data of current collectors of single-phase and three-phase networks, uses at least two voltage input connectors on the instrument case, a voltage presence indication unit , characterized in that for direct measurement of the primary parameters of the electric network, an electronic digital electric energy meter with built-in controllers is built into the device ohm and serial interface connected to a portable PC (laptop) through a standard interface adapter, two voltage switches and at least two output connectors for connecting current collectors to them, for calculating and presenting a portable PC (laptop) on the device’s case ) parameters of current collectors of the electric network in various forms, the standard software of the electric energy meter is used.