Міністерство освіти і науки, молоді і спорту України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи на тему "Дослідження багатофункціонального електронного лічильника електричної енергії" з дисципліни „Облік і керування електроспоживанням” студентами за напрямом підготовки

6.050602 „Гідроенергетика”

Рівне – 2013

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи з дисципліни “Облік і керування електроспоживанням” студентами за напрямом підготовки 6.050602 "Гідроенергетика" денної форми навчання / В.Й. Пастушенко, С.Є. Стець, С.К.Матус – Рівне: НУВГП, 2013 – 12 с.

Упорядники: В.Й. Пастушенко, к.т.н., доцент, С.Є. Стець, к.т.н., доцент, С.К. Матус, ст. викладач

Відповідальний за випуск Б.О. Баховець, професор, завідувач кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.

© Пастушенко В.Й., 2013 р.

© Стець С.Є., 2013 р.

© Матус С.К., 2013 р.

© НУВГП, 2013 р.

Лабораторна робота №5

Тема: Дослідження багатофункціонального електронного лічильника електричної енергії

1. Мета ро­бо­ти

Вивчи­ти бу­до­ву, прин­цип дії і функціональні можливості електронного лічильника електричної енергії. Навчитися працювати з приладом у різних режимах вимірювання.

2.Короткі те­о­ре­ти­ч­ні ві­до­мо­с­ті

Лічильники ЄвроАЛЬФА призначені для роботи в складі автоматизованих систем контролю та обліку електроенергії (АСКОЕ) та автономно. Використовується на перетоках, генерації, високовольтних підстанціях, в розподільчих мережах та у промислових споживачів.

Лічильники серії АЛЬФА призначенні для: вимірювання активної та реактивної енергії та потужності в режимі багатотарифності; обліку споживання та збуту електроенергії; контролю та управління енергоспоживанням.

Вимірювання активної та реактивної енергії та потужності здійснюється в двох напрямках, а також забезпечується:

• Будь який клас точності: 0,2S, 0,5S або 1,0, 2,0

• Багатотарифний облік

• Запис та зберігання даних графіка навантаження в пам’яті лічильника

• Інструментарій (параметри якості електроенергії)

• RS-485, RS-232, “струмова петля” + дві групи ізольованих реле

• Вбудовані годинник та батарея

• Управління навантаженням

• Програмно-апаратний захист, самодіагностика та реєстрація всіх подій, що впливають на роботу лічильника.

Зовнішній вигляд лічильника представлений на рис. 1.

Лічильники АЛЬФА використовуються для наступної мети:

Енергокомпанією:

• Визначення вироблення електроенергії генераторами електростанцій;

• Обліку перетоків енергії та потужності на міжсистемних лініях;

• Обліку постачання електроенергії та потужності споживачам;

• Автоматизації виробництва;

• Прогнозування величини заявленої потужності для підприємства;

• Вибір графіка споживання енергії;

• Обліку реактивної потужності;

• Передачі вимірювальних параметрів енергоспоживання для служб Енергозбуту.

• Обліку споживання електроенергії та потужності на власні потреби;

• Контролю втрат електроенергії та потужності;

• Управління розподілу електроенергії.

Рис. 1. Лічильник серії АЛЬФА

Споживачами:

• Для точного обліку спожитої енергії та потужності в режимі багатотарифності;

• Автоматизації виробництва;

• Прогнозування величини заявленої потужності для підприємства;

• Вибір графіка споживання енергії;

• Обліку реактивної потужності;

• Передачі вимірювальних параметрів енергоспоживання для служб Енергозбуту.

Лічильник АЛЬФА складається з вимірювальних давачів напруги та струму, основної електронної плати з мікропроцесорною схемою вимірювання. Вимірювальні величини та інші дані відображаються на рідкокристалічному дисплеї.

Мікропроцесорне виконання лічильника АЛЬФА робить його програмованим, що дозволяє використовувати лічильник з широким набором різноманітних функцій.

В лічильнику реалізований модульний принцип: додаткові електроні плати пам’яті, інтерфейси та управління іншими пристроями можуть бути підключені до основної материнський плати за допомогою контактних роз’ємів. Таким чином, можливо, значно розширити функціональні можливості лічильника АЛЬФА.

Електронна частина лічильника

Принцип вимірювання

Аналогово-цифрове перетворення величин напруги та струму з послідовним розрахунком потужності та енергії.

Струми та напруги в лінії змінного струму вимірюються відповідно за допомогою спеціальних давачів струму та резистивних подільників напруги. Перетворювання величин та інші розрахунки виконуються з використанням вимірювальної СБВС (DSP), яка включає в себе цифровий сигнальний процесор (DSP) з вбудованими аналого-цифровими перетворювачами (АЦП), які виконують виділення дискретних значень кожного вхідного сигналу струму та напруги в задані моменти часу.

Рис. 2.

Мікропроцесор розраховує значення напруги та струму та передає їх в мікроконтролер. Мікроконтролер, є важливим елементом між мікропроцесором та периферійними пристроями схеми. Мікроконтролер обробляє та запам’ятовує вимірювальні дані в пам’яті лічильника. Мікроконтролер необхідний також для виводу даних на дисплей та передачі їх через інтерфейси лічильника.

Основна друкована плата

Основні електронні елементи лічильника розміщені на одній платі з планарно-поверхневим монтажем.

1. 

Рис. 3. Плата лічильника

На платі встановлені слідуючи компоненти:

1. • Трифазне джерело живлення.

2. • Резистивні подільники напруги.

3. • Кварцовий генератор.

4. • Вимірювальна СБВС.

5. • Мікроконтролер.

6. • Схема скиду.

• Пам'ять EEPROM.

2. • Кварцовий генератор часу (32 кГц).

3. • Елементи оптичного порту.

4. • Рідкокристалічний індикатор (РКІ).

• Інтерфейс для підключення та роботи додаткових плат.

Рис. 4.

Джерело живлення

В лічильниках встановлений трифазне джерело живлення, розраховане на широкий діапазон вхідних фазних (лінійних) напруг живленої мережі – від 46 до 300 В (від 80 до 520 В) на будь якій фазі.

Вимірювальні давачі напруги

Фазні (лінійні) напруги подаються безпосередньо по колам напруги лічильника на основну плату, де за допомогою резистивних подільників приводяться до необхідного рівня вхідних сигналів для вимірювальної ВС (DSP). Резистори є металевоплетні з мінімальним температурним коефіцієнтом.

Вимірювальні давачі струму

Електрона схема отримує струм кожної фази через спеціально розроблений презиційний трансформатор струму, який пропорційно зменшує вимірювальний струм лінії.

Перетворення та розрахунок сигналів

Вимірювальна схема ВС (DSP) має АЦП, які вимірюють вхідні сигнали напруги та струму в заданій фазі, та помножувальний пристрій, відповідним чином перемножуючи сигнали. Постійні калібровки, зберігаються в ПЗУ (EEPROM), завантажуються в лічильник на заводі та стають частиною відповідних операцій перемноження при розрахунках н еобхідних величин.

Пам'ять EEPROM

Всі необхідні дані для забезпечення достовірності результатів багатотарифних розрахунків зберігаються в енергонезалежної пам’яті EEPROM, яка розмішена на основній платі лічильника. Ці дані включають:

1. • Конфігурацію лічильника.

2. • Постійні (константи).

1. • Активну енергію по тарифам та сумарно (kWh).

2. • Реактивну енергію по тарифам та сумарно (kvarh).

3. • Сумарну реактивну енергію по квадрантам (kvarh).

4. • Максимальну (МАХ) та накопичену (CUM) потужність по тарифам для багатотарифного режиму вимірювання.

5. • Попередні дані по тарифам.

6. • Кількість зборів максимальних значень потужності.

7. • Кількість перерв живлення.

8. • Кількість зв’язків з лічильником, які привели до зміни яких не будь даних (конфігурації).

9. • Дані графіка навантаження.

Суперконденсатор

На основній платі встановлений суперконденсатор, який підтримує зберігання даних профілю навантаження та хід годинника протягом 1-ї доби (24 год.) з моменту відключення напруги мережі по всіх трьох фазах. При розряді суперконденсатора живлення відбувається від літієвої батареї, яка розміщенна під шильдиком.

Літієва батарея

Літієва батарея підтримує зберігання даних профілю навантаження, хід годинника та календаря протягом:

1. • До 5 років при 25 °С.

2. • До 2 років при 60 °С.

Зовнішнє джерело живлення

При зникненні напруги на всіх трьох фазах вимірювальної мережі можливо виконати зчитування даних з лічильника програмно, або з РКІ, підключив до лічильника зовнішнє джерело живлення АП 6121, яке працює в діапазоні зміни змінної напруги 220 В ± 20%, 400 мА.

Для цього лічильник АЛЬФА повинен мати встановлену внутрішню плату додаткового живлення W.

Програмне забезпечення AlphaPlus

Програмне забезпечення AlphaPlus дозволяє встановлювати три рівня доступу до даних лічильника:

1. • Повний доступ. • Комерційне читання. • Тільки читання.

Для вірного виконання необхідних функцій лічильником необхідно його запрограмувати за допомогою програмного забезпечення AlphaPlus. Параметри програми визначаються модифікацією лічильника.

Програмне забезпечення AlphaPlus дозволяє користувачу робити конфігурацію лічильника, зчитувати з них інформацію, вносити зміни в програму лічильника та виконувати інші операції.

Пакет AlphaPlus складається із трьох основних частин:

1. • SETUP. • Головне меню. • Меню зв’язку.

Частина «SETUP» дозволяє визначити характеристики майбутньої програми для ефективної роботи системи. Частина «Головне меню» дозволяє модифікувати програми та виконувати зв'язок з лічильником.

Частина «Меню зв’язку» необхідно для виконання зв’язку з віддаленими лічильниками.

Обладнання

ПЗ AlphaPlus може працювати в середовищах Windows 95, 98, Millennium Edition, NT, 2000, XP. При роботі в середовищі NT повинен використовуватися Service Pack 6. Комп’ютер повинен мати слідуючи ресурси:

1. • Процесор Intel Pentium або сумісний з ним.

2. • Рекомендується 64 МВ оперативної пам’яті.

3. • Не менш 60 МВ місця на «жорсткому» диску

4. • CD дисковід для можливості встановлення AlphaPlus W.

5. • SVGA монітор.

• Internet Explorer версії 4.0 або більш пізні.