Пристрій контролю параметрів якості електроенергії

Корисна модель відноситься до цифрової вимірювальної техніки й може бути використана в енергетиці для контролю показників якості електроенергії в електричних мережах систем енергопостачання загального призначення змінного трьохфазного та однофазного струму, наприклад на розподільних та трансформаторних підстанціях, промислових підприємствах, в організаціях та установах. Відомий аналізатор якості електричної енергії [1], призначений для вимірювання показників якості електричної енергії. Аналізатор містить вхідний пристрій (вхідний перетворювач), блок живлення, програмовний блок обробки сигналів (системний контролер), інтерфейс міжпроцесорного обміну (системна магістраль), центральний процесор (цифровий сигнальний процесор), засіб відображення інформації, два оперативних запам'ятовуючи х пристрої (ОЗП), пристрій перетворення та керування. Недоліком аналізатора є наявність лише одного аналого-цифрового перетворювача (АЦП) у складі пристрою перетворення та керування, на вхід якого по черзі надходять контрольовані сигнали, що не дозволяє провадити контроль параметрів якості електроенергії в режимі реального часу одночасно за трьома фазами й призводить до появи додаткових похибок вимірювання. Аналізатор не забезпечує зберігання інформації про параметри якості електроенергії під час зникнення електроживлення, а також гальванічну розв'язку вхідних сигналів від вн утрішніх ланцюгів аналізатора. Крім того, вихідні сигнали до безпосередньої обробки центральним процесором проходять через велику кількість аналогових вузлів (пікові детектори, компаратори, суматори, інтегратори і т. д.), що неминуче призводить до появи великих апаратних похибок вимірювань. Найбільш близьким щодо заявленого є пристрій контролю якості електроенергії [2]. Пристрій містить аналогоцифровий перетворювач, сигнальний процесор (цифровий сигнальний процесор) та цифровий процесор (системний контролер), на виходи останнього підключено паралельний порт (блок інтерфейса RS-232C), послідовний порт (блок інтерфейса IEEE 1284), дисплей (засіб відображення інформації), клавіатура, таймер (годинник реального часу), елемент пам'яті. Недоліком найближчого аналогу є неможливість вимірювання параметрів електроенергії неперервно й одночасно за всіма фазами через наявність вхідного комутатора, що призводить до появи похибки під час розрахунку показників якості. Пристрій також не забезпечує зберігання інформації про параметри якості електроенергії під час зникнення електроживлення та гальванічну розв'язку вхідних сигналів від вн утрішні х ланцюгів пристрою. Якість електроенергії в мережах загального призначення характеризується сукупністю показників якості електроенергії, установлених ГОСТ 13109-97 [3]: усталене відхилення напруги, розмах зміни напруги, доза флікера, коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги, коефіцієнт n-ої гармонічної складової напруги, коефіцієнт несиметрії напруг за оберненою послідовністю, коефіцієнт несиметрії напруг за нульовою послідовністю, відхилення частоти, тривалість провалу напруги, імпульсна напруга, коефіцієнт тимчасової перенапруги. Сучасні вимоги, які ставляться до якості електроенергії, привели до необхідності створення цифрових вимірювальних пристроїв, що дозволяють контролювати всю вищеназвану сук упність параметрів якості електроенергії в режимі реального часу та зберігати інформацію про параметри якості протягом тривалого часу. Технічним результатом заявленої корисної моделі є розширення функціональних можливостей пристрою за рахунок забезпечення комплексного вимірювання всіх показників якості електроенергії неперервно й одночасно за всіма фазами в режимі реального часу, зберігання поточної оперативної інформації під час зникнення електроживлення, а також надання користувачу можливості експлуатува ти пристрій у складі територіальнорозподіленої локальної мережі. Заявлений пристрій дозволить розширити номенклатуру засобів вимірювань параметрів якості електроенергії. Зазначений технічний результат досягається тим, що пристрій контролю якості параметрів електроенергії містить перший аналого-цифровий перетворювач, системний контролер, з'єднаний з клавіатурою, годинником реального часу, блоком інтерфейса RS-232C, блоком інтерфейса IEEE 1284, а також з'єднаний через системну магістраль з цифровим сигнальним процесором, засобом відображення інформації, постійно запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) і, згідно з корисною моделлю, до пристрою уведено три однакових вхідних перетворювачі, на інформаційні входи яких подаються контрольовані сигнали напруг відповідних фаз, управляючі входи вхідних перетворювачів через уведений блок гальванічної розв'язки з'єднано з масштабуючими виходами системного контролера, інформаційні входи та сигнали керування якого підключено через блок гальванічної розв'язки до управляючих ланцюгів та виходів відповідно першого, другого та третього аналого-цифрових перетворювачів, на входи яких подаються сигнали з відповідних виходів вхідних перетворювачів, а до системного контролера додатково підключено блок інтерфейса RS-485 і через системну магістраль - FLASH-пам'ять, високошвидкісний ОЗП та енергонезалежний ОЗП. На Фіг.1 надана структурна схема пристрою контролю параметрів якості електроенергії. На Фіг.2 наведено приклад використання пристрою в складі територіально-розподіленої локальної мережі. Пристрій контролю параметрів якості електроенергії (Фіг.1) містить перший вхідний перетворювач 1, другий вхідний перетворювач 2, третій вхідний перетворювач 3, перший аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 4, другий АЦП 5, третій АЦП 6, блок гальванічної розв'язки 7, системний контролер 8, клавіатуру 9, годинник реального часу 10, блок інтерфейса RS-232C 11, блок інтерфейса RS-485 12, блок інтерфейса IEEE 1284 13, цифровий сигнальний процесор 14, засіб відображення інформації 15, ПЗП 16, FLASH-пам'ять 17, високошвидкісний статичний ОЗП 18, енергонезалежний ОЗП 19, блок живлення 20. Вхідні перетворювачі 1, 2, 3 призначені для узгодження рівнів вхідних сигналів з робочим діапазоном АЦП та масштабування вхідного діапазону. Високоточні аналого-цифрові перетворювачі 4, 5, 6 здійснюють неперервне аналого-цифрове перетворення для відповідних фаз UA, UB, UС з високою швидкістю. Блок гальванічної розв'язки 7 виконує функції електричної ізоляції вхідної високовольтної вимірювальної схеми від внутрішніх низьковольтних ланцюгів пристрою, що в сукупності з виконанням пристрою в пластмасовому корпусі забезпечує необхідну електробезпеку пристрою. Системний контролер 8 забезпечує взаємодію АЦП з цифровим сигнальним процесором 14 і здійснює керування системними та периферійними блоками пристрою. З допомогою вбудованої компактної клавіатури для користувача 9 задаються режими роботи пристрою (проведення вимірювань, перегляд результатів вимірювань, вивід на друк, перевірка). Блок інтерфейса RS-232C 11 (послідовний порт) призначений для підключення ПЕОМ, яка може бути використана для відображення інформації в зручному для користувача вигляді, нагромаджування інформації та розрахунку статистични х даних. Блок інтерфейса RS-485 12 (послідовний порт) використовується для роботи пристрою в складі територільнорозподіленої локальної мережі. Блок інтерфейса IEEE 1284 13 (паралельний порт типу LPT) призначений для підключення принтера. Вбудований засіб відображення інформації 15 дозволяє відображувати дані про показники якості електроенергії в текстовому вигляді, у вигляді графіків та гістограм. Як засіб відображення використовується графічний рідкокристалічний дисплей підвищеної контрастності. Для організації зв'язку цифрового сигнального процесора з запам'ятовуючими пристроями використовується системна магістраль, що управляється системним контролером, до якої підключено ПЗП 16, високошвидкісний ОЗП 18, енергонезалежний ОЗП 19. ПЗП 16 призначений для зберігання програм функціонування цифрового сигнального процесора та констант. Високошвидкісний ОЗП 18 використовується для швидкого виконання програм, що переписуються з ПЗП, зберігання часто використовуваних констант та поточної оперативної інформації. Блок живлення 20 здійснює перетворення змінної напруги однофазної мережі 220, 50Гц у ряд стабілізованих напруг (+5В; ±15В) для живлення складових блоків пристрою. Пристрій працює наступним чином. Після подачі електроживлення провадиться автоматична самодіагностика всіх складових блоків пристрою, що дозволяє оцінити працездатність пристрою в цілому. Сигнали напруг UA, UB, UC надходять на інформаційні входи відповідних вхідних перетворювачів 1, 2, 3, що здійснюють приведення рівнів вхідних напруг до робочого діапазону АЦП. На управляючі входи вхідних перетворювачів надходять сигнали керування масштабуванням вхідного діапазону з системного контролера 8 через блок гальванічної розв'язки 7. З виходів вхідних перетворювачів 1, 2, 3 сигнали надходять на відповідні входи першого АЦП 4, другого АЦП 5 та третього АЦП 6. Виходи першого АЦП, др угого АЦП та третього АЦП підключено до входів блока гальванічної розв'язки 7. З ви ходів блока гальванічної розв'язки сигнали надходять до системного контролера 8, який забезпечує взаємодію АЦП з цифровим сигнальним процесором 14. Цифровий сигнальний процесор 14 здійснює обробку результатів перетворень АЦП та розрахунок показників якості електроенергії з похибками, що не перевищують норм, установлених ГОСТ 13109-97. Результати обчислень зберігаються в Flash-пам'яті 17, яка забезпечує збереження інформації про всі параметри якості електроенергії за великий (не менше 2-х місяців) проміжок часу. У складі територільно-розподіленої локальної мережі (Фіг.2) допускається підключення до 32 пристроїв (на Фіг.2 позначені як УК1) при довжині з'єднувальної лінії до 1200м. Пропонований пристрій становить малогабаритний переносний прилад, що здійснює вимірювання та зберігання інформації про всі параметри якості електроенергії без використання зовнішньої ПЕОМ. Джерела інформації: 1. RU 2145716 С1, кл. G01R19/255, 2000. 2. RU 97122208 A, кл. G01R23/00, G01R25/00, 1999. 3. ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". -М.: Издательство стандартов, 1998.