3.4.2 Принцип работы

Принцип работы счетчика поясняется структурной схемой, приведенной на рисунке 3.5.

3.4.2.1 Основная плата счетчика

Токи и напряжения в линии переменного тока измеряются соответственно при помощи специальных датчиков (трансформаторов) тока и резистивных делителей напряжения. Преобразования величин выполняются с использованием шестиканального аналогоцифрового преобразователя (АЦП), которое осуществляет преобразование мгновенных значений входных аналоговых сигналов в цифровой код и передачу через последовательный синхронный интерфейс в МК. Значения цифрового кода АЦП поступают на последовательный синхронный порт микроконтроллера (МК). МК производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, активной, реактивной, полной мощностей и энергий, а также углов сдвига и частоты основной гармоники сигналов напряжения. МК осуществляет связь между всеми периферийными устройствами схемы.

Основные электронные элементы счетчика расположены на одной печатной плате:

• резистивные делители напряжения;

• нагрузочные резисторы для трех датчиков тока;

• АЦП;

• МК;

• схема сброса;

• память FRAM с часами реального времени (ЧРВ);

• память FLASH;

• элементы оптического порта (ОП);

• жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).

3.4.2.2 Модуль питания

Для питания счетчика используется импульсный обратноходовой преобразователь, преобразующий выпрямленные входные напряжения в напряжение необходимое для питания всех узлов и модулей счетчика. Для питания счетчика от резервного источника (РИП) используется низковольтный обратноходовой преобразователь, на который может быть подано резервное напряжение питания от 9 до 15 В. При отсутствии входных напряжений UA, UB, UC счетчик автоматически переключается на работу от РИП (если резервное питание подключено). При появлении входных напряжений UA, UB, UC РИП автоматически отключается.

Входные цепи РИП гальванически изолированы от остальных цепей на пробивное среднеквадратичное напряжение 4 кВ.

3.4.2.3 Измерительные датчики напряжения

Для согласования фазных напряжений с уровнями входных сигналов АЦП используются резистивные делители.

Фазные (линейные) напряжения подаются из МП через резисторы верхнего плеча делителей на основную плату счетчика, где установлены резисторы нижнего плеча делителей и приводятся к необходимому уровню входных сигналов для АЦП. В делителях применяются металлопленочные резисторы с минимальным температурным коэффициентом.

3.4.2.4 Измерительные датчики тока

Электронная схема получает ток каждой фазы через трансформаторы тока, встроенные в счетчик. Вторичные обмотки трансформаторов включены на нагрузочное сопротивление, в результате чего на входы АЦП подаются напряжения пропорциональные входным токам.

3.4.2.5 Преобразование и вычисление сигналов

АЦП осуществляет измерение мгновенных значений величин, пропорциональных фазным напряжениям и токам параллельно по шести каналам, преобразование их в цифровой код и передачу по скоростному последовательному каналу вычислителю МК.

Вычислитель МК по выборкам мгновенных значений напряжений и токов производит вычисление средних за период измерения значений нужных величин с учетом калибровочных коэффициентов по следующим формулам:

Для расчета среднеквадратичных значений напряжения и тока по каждой фазе используются формулы:

где КU , КI – калибровочные коэффициенты по данной фазе (вводятся при калибровке);

N – количество выборок в течение времени измерения;

Ui ,Ii – мгновенное значение выборки напряжения и тока.

Активная мощность в каждой фазе вычисляется по формуле:

Активная мощность трехфазной сети:

где P – активная мощность по каждой фазе.

Полная мощность в каждой фазе трехфазной сети вычисляется по формуле:

где UФ , IФ – среднеквадратичные значения напряжения и силы тока в соответствующей фазе.

Полная мощность трехфазной сети:

где S – полная мощность по каждой фазе.

Реактивная мощность по каждой фазе вычисляется по формуле:

где SФ , РФ – полная и активная мощности в соответствующей фазе.

Реактивная мощность трехфазной сети:

uде Q – реактивная мощность по каждой фазе.

Мощность потерь в цепях тока по каждой фазе вычисляется по формуле:

где I – среднеквадратичные значения силы тока по каждой фазе;

RФА, RФВ, RФС – активные сопротивления линий передачи по каждой фазе.

Примечание – при RФА, RФВ, RФС =1 Ом мощность потерь равна удельной мощности потерь. При поверке счетчика R устанавливается равной 1 Ом (поверяется удельная энергия потерь).

Коэффициенты активной мощности вычисляется по формулам:

где РФА, РФВ, РФС – активная мощность в каждой фазе, определенная по формуле (3.6), Вт;

SФА, SФВ, SФС – полная мощность в каждой фазе, определенная по формуле (3.8), В•А;

РΣ , SΣ – суммарная активная и полная мощности соответственно.

Коэффициенты реактивной мощности вычисляются по формулам:

где QФА, QФВ, QФС – реактивная мощность, определенная по формулам (3.10), вар;

QΣ – суммарная реактивная мощность.

Отношение реактивной мощности к активной мощности вычисляется по формулам:

По коэффициентам активной и реактивной мощности определяется номер квадранта.

Распределение энергии по квадрантам приведено на рисунке 3.6.

Для каждого из шести каналов вычислителя сконфигурированных для расчета определенных типов энергий рассчитываются пофазные значения, интегрированные на периоде продолжительностью 1 секунда:

- потребленной активной энергии (мощности), Аi, если вектор полной мощности фазы находится в I или IV квадрантах.

- отпущенной активной энергии (мощности), Ае, если вектор полной мощности фазы находится во II или в III квадрантах.

- реактивной энергии (мощности) R1 (R2, R3, R4), если вектор полной мощности фазы находится в квадрантах I (II, III, IV) соответственно.

- потребленной (отпущенной) активной энергии (мощности) потерь Li (Le), если вектор полной мощности фазы находится в I или IV (II или III) квадрантах соответственно.

На основе вычисленных энергий каналов вычислителя МК выдает сигналы об энергопотреблении на импульсные выходы (если они сконфигурированы как выходы телеметрии), которые могут быть подключены к системе АСКУЭ.

3.4.2.6 Память FRAM

Все необходимые данные для обеспечения сохранности результатов многотарифных вычислений содержатся в энергонезависимой памяти FRAM, расположенной на основной плате счетчика. Эти данные включают:

• калибровочные коэффициенты;

• параметры конфигурации;

• параметры тарификации;

• накопители 6 каналов учета по тарифам и суммарно;

• значения накопителей за текущий и 12 предыдущих месяцев 6 каналов учета по тарифам и суммарно;

• значения накопителей за текущие и 45 предыдущих суток 6 каналов учета по тарифам и суммарно;

• максимальную мощность на заданном времени усреднения за текущий и 12 предыдущих месяцев 6 каналов учета по тарифам;

• активные записи текущего времени усреднения профилей нагрузок;

• журналы на 40 записей каждый с фиксацией даты и времени события:

- результаты самодиагностики.

- программирования изменяемых параметров;

- выхода за допуск параметров сети;

• регистраторы по 3 записи каждый с фиксацией даты, времени и номера события.

Отсчет времени и ведение календаря осуществляют часы реального времени (ЧРВ) размещенные в одном корпусе с FRAM. Для работы ЧРВ при отсутствии питания используется литиевая батарея напряжением 3 В.

3.4.2.7 Память FLASH

Энергонезависимая память большого объема FLASH предназначена для хранения данных профилей нагрузки по шести каналам учета с различными временами усреднения.

3.4.2.8 Интерфейсы счетчика

Счетчик обеспечивает обмен информацией с внешними устройствами обработки данных в зависимости от модификации через оптический порт или IrDA 1.0 и два интерфейса в соответствии с ГОСТ Р МЭК 611072001.

Обмен данными одновременно через оптический порт (или IrDA 1.0) и второй интерфейс СОМ 2 (дополнительный интерфейсный модуль) невозможен.

Все контакты интерфейсов гальванически изолированы от остальных цепей на пробивное среднеквадратичное напряжение 4 кВ.

Оптический порт сконструирован в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61107-2001. ОП предназначен для локальной связи счетчика через оптическую головку, подключенную к последовательному порту ПЭВМ.

Модификации счетчиков, имеющие в составе интерфейсный модуль EIA232, можно напрямую подключать к последовательному порту ПЭВМ.

Модификации счетчиков, имеющие в составе интерфейсный модуль EIA485, позволяют объединить не менее 31 устройства (счетчика) на одну общую шину.

3.4.2.9 Импульсные выходы

В счетчике имеется шесть электрических импульсных выходов (ТМ1…ТМ6), предназначенных для отображения действующего тарифа, переключения тарифов устройств (других счетчиков), сигнализации превышения максимума, дистанционного управления и т.д.

Четыре выхода реализованы на транзисторах с "открытым" коллектором и предназначены для коммутации напряжения постоянного тока. Номинальное напряжение питания (10±2) В, максимально допустимое 24 В. Величина коммутируемого номинального тока равна (10±1) мА, максимально допустимая 30 мА. Все четыре выхода могут быть использованы в качестве основного передающего выходного устройства с параметрами по ГОСТ Р 52320-2005, ГОСТ Р 52322-2005 (ГОСТ Р 52323)-2005.

Два выхода реализованы на симисторах и предназначены для коммутации напряжения переменного тока. Номинальное напряжение питания 220 В, максимально допустимое 265 В. Величина коммутируемого номинального тока не более 1 А. Оба выхода могут быть использованы в качестве реле управления нагрузками.

Все импульсные выходы гальванически изолированы от остальных цепей на пробивное среднеквадратичное напряжение 4 кВ.

3.4.2.10 Импульсные входы

В счетчике имеется четыре электрических импульсных входа (ИВ), каждый из которых предназначен для счета нарастающим итогом количества импульсов, поступающих от внешних устройств с электрическими испытательными выходами по ГОСТ Р 52322-2005 (ГОСТ Р 52323-2005); для учета энергии поступающей от внешних измерений для идентификации состояния различных механических датчиков.

Модуль импульсных входов имеет внутренний источник питания изолированный от других цепей счетчика, с выходным напряжением (5,0±0,5) В. Ток каждого импульсного входа ограничен резисторами сопротивлением 1,5 кОм.

Все импульсные входы гальванически изолированы от остальных цепей на пробивное среднеквадратичное напряжение 4 кВ.

3.4.2.11 Жидкокристаллический индикатор

ЖКИ используется для отображения измеренных и накопленных величин, вспомогательных параметров и сообщений. Для удобства просмотра вся индицируемая информация разделена на отдельные группы. Каждая группа может содержать различное число параметров.

Просмотр осуществляется пользователем с помощью клавиатуры (Кн).

Выводимая на ЖКИ информация приведена на рисунке 3.7

3.4.2.12 Световые индикаторы

В счетчике имеются два световых индикатора (СИ), работающих с частотой основного передающего устройства. Левый световой индикатор отображает активную энергию, правый - реактивную энергию. Световые индикаторы могут быть использованы для поверки счетчика.