9.2. Счетчики и приборы контроля качества энергии
9.2.1. Электрические счетчики
Электросчетчики для АСКУЭ должны обладать высокими функциональными возможностями: чувствительность – 0,05% , класс точности – не более 0,5; многотарифность; средняя наработка на отказ – не менее 30 000 часов; измерение параметров качества электроэнергии; наличие интерфейсов RS-232 и RS-485 и др. для передачи информации в сети АСКУЭ; наличие широкого спектра параметров измерения, учета, регистрации и индикации по количеству (энергия, мощность) и качеству электроэнергии (напряжение, ток, частота, коэффициент мощности и коэффициент гармоник).
В отдельных случаях допускается применение индукционных счетчиков класса точности 2,0. Это обусловлено, в первую очередь, длительностью процесса перехода ЖКХ на современное оборудование. Производство однофазных индукционных и электронных счетчиков электроэнергии осуществляют: ЛЭМЗ (С/Петербург) – СО-ЭЭ6706; МЗЭП (Москва), МЭТЗ (Мытищи), ПО «Квант» (Невинномысск) – СО-505; Саранский приборостроительный завод, «Сибирские приборы и системы» (Омск), «Контактор» (Ульяновск), СП «Искра-Урал» (Екатеринбург) – СО-ИБ и др.
Первым однофазным индукционным электросчетчиком с телеметрическим выходом (с фотоадаптером) является счетчик J11 Integra (АBB Metering Sistems, Великобритания) с межповерочным интервалом 20 лет. Имеется отечественный счетчик СО-505Т, оборудованный электронным инфракрасным фотоадаптером АФ-06, который измеряет частоту вращения диска. Межповерочный интервал – 16 лет. Другие модели подобных счетчиков выпускаются фирмами Shlumberge, Siemens Мetering, «Искраэмеко», нижегородским заводом им. Фрунзе.
Индукционные трехфазные счетчики СА4У-510 (5 А) и СА4-514 (10-40 А) в исполнении со встроенным электронным фотоадаптером (СА4У-510Т и СА4-514Т) могут конкурировать по цене с электронными счетчиками при решении задач, связанных с автоматизацией коммерческого учета.
9.2.2. Электронные счетчики
Электронные счетчики электрической энергии имеют более высокую точность и значительно проще в производстве. Функцию аналого-цифрового преобразования выполняют в них микросхемы, которые обеспечивают точность преобразования до нескольких сотых долей процента в широком диапазоне токов. Наиболее популярны микросхемы компаний Analog Devices, Cirrus Logic, Motorola, TDK Semiconductor, SCL India, Maxim/Dallas, STMicroelectronics, Texas Instruments, есть неплохие отечественные микросхемы.
Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее. Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, преобразования мощности в частоту используются дополнительные ИС и специализированные микроконтроллеры. Сравнительный анализ некоторых типов трехфазных электронных счетчиков приведен в табл. П.9.2 (прил. 9).
На рис. 9.8 показан простейший вариант однофазного цифрового счётчика на 8-разрядном микроконтроллере MC68HC05KJ1 фирмы Motorola [[161].
В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции. При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять её защиту в различных аварийных режимах. Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность. Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч, и по мере накопления сигналов изменяющего показания счётчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования ОЗУ (EEPROM) для сохранения показаний счётчика. Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счётчике.
Р и с. 9.8. Структурная схема цифрового счетчика электрической энергии на 8-разрядном микроконтроллере Motorola
При включении питания микроконтроллер конфигурируется в соответствии с программой, считывает из EEPROM последнее сохранённое значение и выводит его на дисплей. Затем контроллер переходит в режим подсчёта импульсов, поступающих от ИС преобразователя, и по мере накопления каждого Вт·ч увеличивает показания счётчика. Чтобы не утерять информацию в моменты отключения напряжения, значение накопленной энергии записывается в EEPROM циклически друг за другом через определённое число изменений показаний счётчика. При появлении напряжения микроконтроллер анализирует все значения в EEPROM и выбирает последнее. Для минимальных потерь достаточно записывать значения с шагом 100 Вт·ч. Эту величину можно менять в программе. Контроллер обеспечивает подключение счётчика к АСКУЭ по интерфейсу RS-485.
При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах простейший цифровой счётчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты потребляемой энергии, возможность автоматизированного учёта и контроля качества потребляемой электроэнергии. Такой счетчик называется интеллектуальным. Например, электронный бытовой счетчик «МИКРОН СЭБ-2А» предназначен для включения в однофазную сеть переменного тока 50 Гц и измерения потребляемой сетью мощности по двум тарифам (основному и льготному). Включение требуемого тарифа производится автоматически в зависимости от времени суток и дня недели. Имеется возможность учета более 50 видов льгот для различных категорий потребителей и лимитов мощностей (энергии). Встроенный в счетчик микропроцессор с энергонезависимой электронной памятью обеспечивает учет реального времени, включение соответствующего отсчетного устройства, хранение в памяти данных об использованной электроэнергии и выдачу информации при учете и контроле [166].