Лічильник електричної енергії

Лічильник електричної енергії, що містить контактну колодку, датчики струму, датчики напруги, блок живлення, мікроконтролер, гальванічну розв'язку, елементи інтерфейсу, рідинно-кристалічний індикатор, енергонезалежну пам'ять, при цьому перший вихід контактної колодки підключено до входу датчиків струму, др угий вихід контактної C2 2 (19) 1 3 85724 вихід гальванічної розв'язки, до першого входу якої підключено елементи інтерфейсу, до першого входу яких підключено другий вихід блоку живлення, до другого входу елементів інтерфейсу підключено четвертий вихід контактної колодки, а другий вихід гальванічної розв'язки підключено до входу контактної колодки, перший вихід мікроконтролера підключено до рідинно-кристалічного індикатора, другий вихід мікроконтролера підключено до енергонезалежної пам'яті, виходи датчиків струму підключено до третього входу мікроконтролера, виходи датчиків напруги підключено до четвертого входу мікроконтролера. Недолік прототипу - низькі функціональні можливості лічильника, а саме: лічильник враховує втрати електричної енергії в проводах, але без урахування впливу температури навколишнього середовища. Задача винаходу - розширення функціональних можливостей лічильника за рахунок додаткового урахування втрат електричної енергії в проводах шля хом урахування впливу температури навколишнього середовища. Поставлена задача досягається тим, що у лічильник, що містить контактну колодку, датчики струму, датчики напруги, блок живлення, мікроконтролер, гальванічну розв'язку, елементи інтерфейсу, рідинно-кристалічний індикатор, енергонезалежну пам'ять, при цьому перший вихід контактної колодки підключено до входу датчиків струму, другий вихід контактної колодки підключено до входу датчиків напруги, третій вихід контактної колодки підключено до входу блоку живлення, перший вихід якого підключено до першого входу мікроконтролера, до другого входу якого підключено перший вихід гальванічної розв'язки, до першого входу якої підключено елементи інтерфейсу, до першого входу яких підключено другий вихід блоку живлення, до другого входу елементів інтерфейсу підключено четвертий вихід контактної колодки, а другий вихід гальванічної розв'язки підключено до входу контактної колодки, перший вихід мікроконтролера підключено до рідинно-кристалічного індикатора, другий вихід мікроконтролера підключено до енергонезалежної пам'яті, додатково введено датчик температури та аналого-цифровий перетворювач, при цьому вихід датчика температури підключено до третього входу мікроконтролера, виходи датчиків струму підключено до першого входу аналого-цифрового перетворювача, виходи датчиків напруги підключено до другого входу аналого-цифрового перетворювача, третій вихід блоку живлення підключено до третього входу аналого-цифрового перетворювача, вихід якого підключено до другого входу гальванічної розв'язки. Введення вказаних ознак дозволяє розширити функціональні можливості лічильника за рахунок додаткового урахування впливу температури навколишнього середовища, що впливає на втрати електричної енергії в проводах. Сутність винаходу є розширення функціональних можливостей лічильника. Це досягається за рахунок можливості додаткового урахування втрат 4 електричної енергії в проводах від впливу температури. Так відома формула t ò w = I2 × R20 × dt (1) , що визначає втрати електричної енергії в проводах лічильником електричної енергії, що встановлюється на підстанції 10/0,4кВ з низької сторони підстанції. Застосування даної формули (1) не дозволяє рахувати втрати електричної енергії у проводах у повному обсязі. Це обумовлено тим, що формула (1) не враховує температуру навколишнього середовища. Цей недолік є суттєвим, так як від зміни температури значно змінюються втрати електричної енергії в проводах. У даному випадку запропоновано розраховувати також втрати електричної енергії і за формулою: 0 t w= òI 2 ( ( )) × R 20 1 + a t 0 - 200 dt (2) . Це дає можливість у повному обсязі враховувати (відносно зміни температури навколишнього середовища) втрати електричної енергії у проводах. В цьому випадку мікроконтролер, що входить до складу лічильника, реалізує обчислення даної формули (2). Порівняння запропонованого рішення з відомими показує, що воно наділене новою сукупністю суттєвих ознак, які доповнюючи відомі ознаки, дозволяють успішно реалізувати поставлену задачу розширення функціональних можливостей лічильника за рахунок додаткового урахування втрат електричної енергіїв проводах шляхом ура хування впливу температури навколишнього середовища. На Фіг. представлена структурна схема запропонованого лічильника електричної енергії, де: 1 контактна колодка; 2 - три датчика струму; 3 - три датчика напруги; 4 - блок живлення; 5 - мікроконтролер; 6 - гальванічна розв'язка; 7 - елементи інтерфейсу; 8 - рідинно-кристалічний індикатор; 9 енергонезалежна пам'ять; 10 - датчик температури навколишнього середовища; 11 - аналого-цифровий перетворювач. Перший вихід контактної колодки 1, підключено до входу датчиків струму 2, др угий ви хід контактної колодки 1 підключено до входу датчиків напруги 3, третій вихід контактної колодки 1 підключено до входу блоку живлення 4, перший вихід якого підключено до першого входу мікроконтролера 5, до другого входу якого підключено перший вихід гальванічної розв'язки 6, до першого входу якої підключено елементи інтерфейсу 7, до першого входу яких підключено другий вихід блоку живлення 4, до другого входу елементів інтерфейсу 7 підключено четвертий вихід контактної колодки 1, а другий вихід гальванічної розв'язки 6 підключено до входу контактної колодки 1, перший вихід мікроконтролера 5 підключено до рідиннокристалічного індикатора 8, другий вихід мікроконтролера 5 підключено до енергонезалежної пам'яті 9, датчик температури 10 підключено до третього входу мікроконтролера 5, виходи датчиків стр уму 2 0 5 85724 підключено до першого входу аналого-цифрового перетворювача 11, виходи датчиків напруги 3 підключено до другого входу аналого-цифрового перетворювача 11, третій вихід блоку живлення 4 підключено до третього входу аналого-цифрового перетворювача 11, вихід якого підключено до другого входу гальванічної розв'язки. Пристрій функціонує наступним чином. З контактної колодки 1, що призначена для приєднання проводів від мережі живлення та від навантаження, через первинні обмотки трьох датчиків струму 2 проходить струм навантаження трьох фаз, на первинні обмотки трьох датчиків напруги 3 подається напруга мережі. На виходах датчиків струму 2 виникають сигнали пропорційні струмам трьох фаз. На виходах датчиків напруги 3 виникають сигнали пропорційні напругам трьох фаз. Сигнали від датчиків струму 2 та датчиків напруги 3 поступають на входи аналого-цифрового перетворювача 12, з виходу якого значення струму і напруги у цифровому вигляді поступають до другого входу гальванічної розв'язки 6, яка зменшує шуми цифрової частини схеми, що підвищує точність вимірювань. З виходу гальванічної розв'язки 6 значення струму і напруги поступають до другого входу мікроконтролера 5. У мікроконтролері 5 значення струму і напруги перемножуються за формулою: t ò E = I × Udt (3) , де Ε - активна електрична енергія; І - струм мережі; U - напруга мережі; t - час протікання струму. Отримане значення активної електричної енергії з першого виходу контролера 5 поступає для відображення на дисплей 8, а через другий вихід мікроконтролера 5 значення активної електричної 0 6 енергії потрапляє у енергонезалежну пам'ять 10, де воно зберігається. Крім того з виходу датчика температури 10 до третього входу мікроконтролера 5 поступає цифрове значення температури навколишнього середовища. Мікроконтролер, отримавши значення струму та температури, реалізує обчислення за формулою. t w= òI 2 ( ( )) × R 20 1 + a t 0 - 200 dt , де W - втрати електричної енергії у проводах; І - струм мережі; R20 - опір проводів мережі при температурі 20°С; a - постійний температурний коефіцієнт питомого опору проводу; t° - температура навколишнього середовища; t - час протікання струму. Третій вихід контактної колодки 1, підключено до входу блоку живлення 4, який живить аналогоцифровий перетворювач 11, мікроконтролер 5 та елементи інтерфейсу 7, які призначені для під'єднання різних зовнішніх пристроїв (GSM-модему, RS-485, IrDA). З першого виходу контролера 5 значення втрат електричної енергії відображається на дисплеї 8, а через другий вихід мікроконтролера 5 значення втрат електричної енергії потрапляє у енергонезалежну пам'ять 10, де воно зберігається. Приклад конкретної реалізації визначення величини втрат електричної енергії у проводах в реальних умовах. Нехай змінний струм, що протікає через датчик струму 2 лічильника складає 2А, опір проводів мережі (марка АС - 25) дорівнює 0,552Ом, а час подачі струму дорівнює 1 година. В цьому випадку покази пристрою-прототипу складуть: 0 t W1 = òI 2 × R20 × dt = I 2 × R20 × t t 0 = I2 × R 20 × t = 22 × 0,552 × 1 = 2,2Вт × год 0 Нехай взимку температура навколишнього середовища дорівнює -20°С, враховуючи, що температурний коефіцієнт для алюмінію складає 0,0037, а змінний струм, що протікає через датчик струму W2 = (4) . 2 лічильника складає 2А, опір проводів мережі (марка АС - 25) дорівнює 0,552Ом, а час подачі струму дорівнює 1 година. В цьому випадку покази пристрою-винаходу складуть: æ ö æ ö 0 I2 × R 20 ç 1 + a æ t 0 - 20 0 ö ÷dt = I 2 × R 20 ç 1 + aæ t 0 - 20 0 ö ÷ × t = ç ÷ ç ÷ è øø è øø t è è t ò æ 2 0 öö 2 æ 0 0 = I × R 20 ç 1 + aç t - 20 ÷ ÷ × t = 2 × 0,552 (1 + 0,0037 (- 20 - 20 )) × 1 = è øø è = 4 × 0,552(1 - 0,0037 × 40 ) × 1 = 1,9Вт × год Таким чином застосування запропонованого пристрою-лічильника електричної енергії дозволяє значно розширити функціональні можливості за рахунок додаткового урахування впливу температури навколишнього середовища на втрати електричної енергії в проводах. Так попередні розрахунки (4) і (5) показують, що застосування винаходу дозволяє більш точно визначити величину втрат . (5) електричної енергії в проводах. Для попереднього прикладу розрахунків маємо: К= W1 - W2 2,2 - 1,9 ×100 % = × 100 % = 13,6% W1 2,2 (6) Тобто, на К = 13,6% уточнюються втрати електричної енергії в проводах. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 85724 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601