Способ проверки работоспособности электронного счетчика электроэнергии с двумя токовыми измерительными цепями и схема его осуществления

Способ проверки работоспособности электронного счетчика электроэнергии с двумя токовыми измерительными цепями и схема его осуществления

Реферат

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проверке работоспособности и чувствительности электронных электросчетчиков.

До недавнего времени для оценки потребленной электроэнергии однофазных потребителей использовались электромагнитные счетчики с механическим приводом счетного устройства от вращающегося диска, например, счетчики типа СО-2М. Замена таких счетчиков электронными продиктована требованием увеличения степени защиты последних от несанкционированного вмешательства потребителей с целью хищения электроэнергии. Учитывая огромные потери электроэнергии при работе таких старых счетчиков, число которых и в настоящее время насчитывает десятки миллионов, автором были предложены апробированные им весьма простые и недорогостоящие технические приемы защиты от хищения электроэнергии (см., например, патент РФ №2208795 за 2000 год). Сущность этих средств состоит в опломбировании соединения фазного (или нулевого) проводника ввода с одноименным проводником ответвления от воздушной линии 0,4 кВ у изоляторов, закрепленных на здании или его трубостойке (преимущественно в домах индивидуальных владельцев - сельских, пригородных, в садоводствах и т.д.). При этом ответвление от воздушной линии может выполняться как отдельными неизолированными проводниками, так и двухпроводным изолированным кабелем (в последнем случае исключается возможность так называемых набросов на проводники ответвления от воздушной линии, с целью прямого хищения электроэнергии (подключение сварочных аппаратов, электропил и других потребителей) или для скрытного «сматывания» показаний электросчетчиков, у которых отсутствует стопор обратного хода вращения диска электросчетчика). Показано, что применение этих способов защиты позволяет получить экономию в масштабах страны порядка пяти миллиардов рублей ежегодно при затратах около десятка миллионов рублей однократно.

Разработка электронных однофазных электросчетчиков активного потребления электроэнергии преследовала цель максимизировать защиту от хищения электроэнергии путем исключения вращающегося диска с его возможным реверсом и применение способа хищения на основе так называемого переброса фазы в соединениях ввода с ответвлением от воздушной линии при использовании скрытого заземляющего устройства, при котором ток проходит по нулевой цепи электросчетчика, где отсутствует токовая измерительная цепь (калиброванный резистор или трансформатор тока), что исключает возможность учета электроэнергии.

Переброс фазы при опломбированном счетчике не позволял уличить потребителя в хищении им электроэнергии и предъявить к нему соответствующие материальные санкции, что и привело к рекомендации автора использовать опломбирование на вводах.

В современных электронных однофазных электросчетчиках используют две токовые измерительные цепи, что делает бессмысленным переброс фазы. Эти цепи расположены как в фазной, так и в нулевой цепях электросчетчика. При этом используется мажоритарный принцип выбора той или иной токовой измерительной цепи - по тому, в какой из них ток больше. Такая цепь в дальнейшем выбирается для учета электроэнергии при работе электронного перемножителя тока на напряжение сети с последующим преобразованием результата перемножения в частоту следования электрических импульсов и их счетом и выводом результата счета на электронное или электромеханическое табло. Это исключает реверс счета (отмотку показаний счетчика). Токовые цепи выполнены с очень большой степенью их защиты от умышленных пробоев потребителем. Так, выпускаемый в ОАО «Концерн «Энергомера» (г.Ставрополь) электронный электросчетчик типа СЕ-200 обладает уникальными возможностями по защите от его преднамеренной порчи и рекомендован к применению в новых постройках и для замены старых электросчетчиков типа СО-2М и им подобных (см. ТУ 4228-056-22136119-2006 на счетчик СЕ-200).

Недостатком от внедрения этих электронных счетчиков является их относительная дороговизна. Рыночная стоимость счетчика СЕ-200 составляет 820 рублей. Его замена потребует дополнительных затрат, поэтому замена 30 миллионов старых счетчиков на новые будет связана с затратами более 30 миллиардов рублей, что в 3000 раз дороже для энергоснабжающих организаций страны, чем при использовании ранее предложенных способов опломбирования на вводах. В указанном выше ТУ на счетчик СЕ-200 содержатся нормы по проверке работоспособности этого изделия. Согласно п.1.2.6 ТУ счетчик должен иметь две цепи тока, а согласно п.1.3.3 ТУ счетчик должен работать на учет при стартовом токе 20 мА в любой из двух токовых цепей, что определяет предельную чувствительность счетчика по току нагрузки. В ТУ предложена методика проверки стартового тока для каждой из двух токовых цепей с помощью установки СУ 001 при номинальном напряжении и коэффициенте мощности, равном единице (чисто активная нагрузка), путем регистрации хотя бы однократного срабатывания светодиода счетчика за заданный промежуток времени. При этом считается, что одновременно ток нагрузки проходит по одной из двух токовых цепей счетчика, что можно отнести к недостаткам известного решения проверки счетчика, поскольку в реальной ситуации в токовых цепях счетчика могут протекать разные токи или один и тот же ток в обеих цепях.

Указанный недостаток известного решения устранен в заявляемом техническом решении.

Целью изобретения является возможность проверки чувствительности счетчика с двумя токовыми цепями при одновременном протекании тока в этих цепях.

Указанная цель достигается в заявляемом способе проверки работоспособности электронного счетчика электроэнергии с двумя токовыми измерительными цепями, основанном на регистрации хотя бы одного срабатывания светодиода счетчика за заданный промежуток времени, отличающимся тем, что ток в первой токовой цепи счетчика, находящийся в фазе с напряжением, выбирают меньше тока во второй токовой цепи, находящегося в противофазе с напряжением, на величину, определяющую предельную чувствительность счетчика.

Цель изобретения достигается в связи с тем, что счетчик реагирует на большую величину тока в одной из двух токовых цепей, выбирая для своей работы эту цепь, однако, в ней ток находится в противофазе с приложенным напряжением, что приводит к остановке учета электроэнергии счетчиком при превышении большего тока над меньшим на определенную величину, определяющую чувствительность счетчика. Остановка счета происходит потому, что учитываемый ток (большей величины) находится в противофазе с приложенным к счетчику напряжением (в этом случае диск счетчика СО-2М вращается в противоположном требуемому направлении, снижая показания учета, а счетчик СЕ-200 просто не учитывает расходуемую электроэнергию, пропускаемую через первую из указанных токовую цепь).

Заявляемый способ понятен из схемы его реализации - устройства для проверки чувствительности электронного счетчика электроэнергии с двумя токовыми измерительными цепями.

Заявляемое устройство, содержащее электронный счетчик электроэнергии с двумя токовыми цепями, заземленный источник переменного напряжения (электросеть) и активную нагрузку, так что источник переменного тока и активная нагрузка подключены через первую токовую цепь счетчика, и образующийся при этом ток протекает также и во второй токовой цепи счетчика, отличающееся тем, что включает понижающий трансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно активной нагрузке, а вторичная обмотка подключена к второй токовой цепи счетчика так, что общий ток во второй токовой цепи становится больше тока в первой токовой цепи на величину, большую токовой чувствительности счетчика.

Достижение заданной цели в устройстве, реализующем заявляемый способ, достигается независимо от величины тока в активной нагрузке (который может быть весьма большим) из-за выбора цепи с большей величиной тока на величину, определяющую чувствительность счетчика, но этот ток оказывается находящимся в противофазе с приложенным к первой токовой цепи напряжением, что исключает возможность учета потребляемой энергии через первую токовую цепь счетчика активной нагрузкой.

Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа на основе схемы его реализации, представленной на чертеже.

Схема содержит собственно электронный счетчик 1 с первой 2 и второй 3 токовыми измерительными цепями и цепь напряжения 4, источник переменного тока 5 - электросеть и активную нагрузку 6 с заземляющим устройством 7 в нулевой цепи источника переменного тока. Отличительная часть схемы представлена понижающим трансформатором с первичной обмоткой 8, параллельно подключенной к активной нагрузке (выходным зажимам счетчика), и вторичной обмоткой 9, подключенной к второй токовой цепи 3 счетчика. Стрелками показано направление токов от фазной цепи источника переменного тока 5 и от понижающего трансформатора 10. Легко видно, что ток во второй токовой цепи счетчика больше тока в его первой токовой цепи, что достигается соответствующей фазировкой вторичной обмотки 9 применяемого понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации К. С другой стороны, также легко понять, что ток в первой токовой цепи находится в одной фазе с напряжением источника переменного тока, а ток во второй токовой цепи находится в противофазе с этим напряжением, приложенным к цепи напряжения 4. Поскольку ток во второй токовой цепи складывается из алгебраической суммы токов в первой токовой цепи и тока с вторичной обмотки 9 понижающего трансформатора, то он оказывается большим, чем ток в первой токовой цепи, и в схеме счетчика выбирается вторая токовая цепь для дальнейшего преобразования - перемножения тока с напряжением, фильтрации, преобразования «напряжение-частота», счета импульсов и отображения результата счета на цифровом табло. Однако, как известно, перемножение тока и напряжения с взаимно противоположными фазами определяет результат фильтрации как появление отрицательного напряжения, недопустимого для работы преобразователя счетчика «напряжение-частота», то есть счетчик перестает считать, перестает учитывать расходуемую в активной нагрузке 6 электроэнергию. Различие токов в первой и второй токовых цепях счетчика задается введенным в схему понижающим трансформатором. При этом величина различия токов определяет искомую токовую чувствительность счетчика, в частности, чувствительность к выбору той или иной токовой цепи схемой сравнения токов, которая используется в составе электроники счетчика.

Рассмотрим действие заявляемого способа и реализующего его устройства. Полагая, что сопротивления R₁ и R₂ первой и второй токовых цепей счетчика существенно меньше сопротивления активной нагрузки R_Н, ток в первой токовой цепи 2 счетчика 1 будет равен I₁=(U/R_H)+K²U/(R₂+r_ТР), где U - напряжение источника переменного тока 5 (напряжение электросети), r_ТР - сопротивление вторичной обмотки 9 понижающего трансформатора, К<<1 - коэффициент трансформации понижающего трансформатора. Напряжение во вторичной обмотке 9 понижающего трансформатора будет равно U₂=KU. При этом ток, создаваемый этой вторичной обмоткой 9 понижающего трансформатора, будет равен ΔI=U₂/(R₂+r_ТР). В этом контуре последовательно с вторичной обмоткой понижающего трансформатора может быть включен реостат (не показан), изменяющий сопротивление этого контура для подбора тока ΔI. При этом ток во второй токовой цепи 3 счетчика 1 будет равен I₂=I₁-ΔI, то есть при |ΔI|>2 I₁ ток |I₂|>I₁ и при этом находится в противофазе с напряжением U, и счетчик перестает учитывать электроэнергию.

Определение чувствительности счетчика производят увеличением тока ΔI (например, снижением величины сопротивления r_ТР (применяемого реостата) до тех пор, пока счетчик не перестанет считать электроэнергию, потребляемую активной нагрузкой 6 от источника переменного тока 5. Момент остановки счета счетчиком устанавливается по прекращению мигания светодиода, встроенного в конструкцию счетчика. Для измерения этого тока ΔI можно использовать последовательно включенный в цепи вторичной обмотки 9 амперметр переменного тока, сопротивление шунта которого должно учитываться при оценке сопротивления r_ТР.

Измерения тока ΔI следует проводить при различных значениях тока I₁ путем использования различных сопротивлений активной нагрузки R_Н, что позволяет строить график функции ΔI=f(I₁). Следует отметить, что в первом приближении график этой функции должен представлять прямую линию, параллельную оси абсцисс, то есть чувствительность счетчика мало зависит от его токовых нагрузок. Величина относительной чувствительности счетчика δI={|ΔI|-2I₁}/I₁ отражает погрешность его функционирования при автоматическом выборе той или иной его токовой цепи для оценки мощности, потребляемой включенной активной нагрузкой.

При практическом осуществлении реализующего заявляемый способ устройства следует задаться величиной коэффициента трансформации К из предварительной оценки данных счетчика - его токовой чувствительности ΔI и номинального рабочего тока I_H.

Строго говоря, коэффициент К находится из решения уравнения К²-(К/2)+(r_ТР+R₂)/R_Н=0, откуда К=0,25-[0,0625-(r_ТР+R₂)/R_Н]^1/2, так что при задании К=0,1 получим наибольшее значение отношения (r_ТР+R₂)/R_H=0,04. Поэтому при U=220 В и I_H=10 А получим r_ТР+R₂=0,88 Ом, при уменьшении которого счетчик перестает учитывать электроэнергию. При К=0,25 имеем r_ТР+R₂=1,375 Ом при той же активной нагрузке.

Учитывая указанные особенности электросчетчиков с двумя токовыми измерительными цепями с мажоритарным принципом выбора одной из этих цепей путем сравнения токов I₁ и I₂, следует задуматься о перспективе использования таких счетчиков по критерию их защищенности от хищения электроэнергии и о целесообразности (экономической и технической) применения для защиты от хищения электроэнергии способов, предложенных ранее автором.

1. Способ проверки работоспособности электронного счетчика электроэнергии с двумя токовыми измерительными цепями, основанный на регистрации хотя бы одного срабатывания светодиода счетчика за заданный промежуток времени, отличающийся тем, что ток в первой токовой цепи счетчика, находящийся в фазе с напряжением, выбирают меньше тока во второй токовой цепи, находящегося в противофазе с напряжением, на величину, определяющую предельную чувствительность счетчика.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее электронный счетчик электроэнергии с двумя токовыми цепями, заземленный источник переменного напряжения (электросеть) и активную нагрузку, так что источник переменного тока и активная нагрузка подключены через первую токовую цепь счетчика, и образующийся при этом ток протекает также и во второй токовой цепи счетчика, отличающееся тем, что включает понижающий трансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно активной нагрузке, а вторичная обмотка подключена ко второй токовой цепи счетчика так, что общий ток во второй токовой цепи становится больше тока в первой токовой цепи на величину, большую токовой чувствительности счетчика.