Система обліку електричної енергії

1. Система обліку електричної енергії, яка містить затискачі мережі постачальника, затискачі мережі споживача і лічильники активної та реактивної енергії, вхідні виводи яких приєднані до затискачів мережі постачальника, а їх ви хідні виводи приєднані до затискачів мережі споживача, відрізняється тим, що система обліку доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої споживачем і переданої в мережу постачальника, причому лічильник неякісної енергії має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. 2. Система обліку електричної енергії по п. 1, яка відрізняє ться тим, що вона устаткована лічильником енергії пульсуючої потужності, генерованої навантаженням конкретного споживача і переданої в мережу постачальника, причому лічильник енергії пульсуючої потужності має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. 3. Система обліку електричної енергії по п. 1, яка відрізняє ться тим, що вона устаткована лічильником енергії потужності спотворень, генерованої навантаженням конкретного споживача і переданої в мережу постачальника, причому лічильник енергії потужності спотворень має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. 4.Система обліку електричної енергії по п.1, яка відрізняє ться тим, що вона устаткована лічильником енергії потужності зміни, коливання та модуляції, генерованої навантаженням конкретного споживача і переданої в мережу постачальника, причому лічильник енергії потужності зміни, коливання та модуляції має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. A (54) СИСТЕМА ОБЛІКУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ 34216 навантаженням решти споживачів і переданої через спільну живильну мережу навантаженню конкретного споживача, причому лічильник енергії імпульсної потужності має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. 11 .Система обліку електричної енергії по п. 1, відрізняє ться тим, що система обліку електричної енергії кожного споживача доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої в мережу спільного користування, та пристроєм для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг, причому лічильники неякісної енергії мають вхідні виводи, приєднані до мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до мережі споживача, а вхідні виводи пристрою для вимірювання показників якості електричних напруг приєднані до мережі постачальника, при цьому дольовий внесок конкретного споживача знаходиться як частка від ділення неякісної енергії конкретного споживача, генерованої ним до мережі постачаль ника, на суму неякісних енергій, генерованих всіма споживачами до мережі постачальника. 12.Система обліку електричної енергії по п.1, 2, 11, відрізняє ться тим, що система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання коефіцієнтів несиметрії напруг по зворотній та нульовій послідовності. 13 .Система обліку електричної енергії по п. 1, 3, 11 відрізняється тим, що система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання коефіцієнту несинусоідальності та вищи х гармонік фазних напруг мережі. 14.Система обліку електричної енергії по п. 1, 4, 11 відрізняє ться тим, що, система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання зміни, коливання та модуляції фазних напруг, а також пристроєм для вимірювання короткочасної та довгочасної дози флікеру. 15. Система обліку електричної енергії по п. 1, 5, 11 відрізняється тим, що система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання імпульсів фазних напруг. Система обліку електричної енергії відноситься до галузей електротехніки, електроенергетики та вимірювання і призначена для використання у розподільчих електричних мережах у пунктах приєднання споживачів до електричних мереж постачальника. Відома система обліку енергії, яка має у своєму складі лише лічильник активної енергії [1, 2]. Недоліком цієї системи обліку енергії є те, що вона не враховує погіршення якості напруг та додаткові втрати енергії у мережі постачальника, викликані реактивною енергією. Відома система обліку енергії, яка має у своєму складі лічильники активної та реактивної енергії [1, 2]. Недоліком цієї системи обліку енергії є те, що вона не враховує погіршення якості напруг та додаткові втрати енергії у мережі постачальника, викликані неякісною енергією [3-7]. До потужностей неякісної енергії відносяться [4-8]: пульсуюча потужність; потужність спотворень; потужність зміни, коливання та модуляції; імпульсна потужність. Неякісна енергія є сумою енергій одноіменних потужностей: пульсуючої потужності, потужності спотворень, потужності зміни, коливання та модуляції, а також імпульсної потужності. Причиною появи неякісної енергії в трифазній мережі стали несиметричні, нелінійні, різкозмінні та імпульсоутворюючі навантаження споживачів [3, 7, 8]. В даний час, внаслідок малої спостережливості за режимом розподільчих мереж, неякісна енергія в електричних мережах зросла до такої величини, при якій мають місце збої в роботі та вихід з ладу електричних та електронних установок багатьох споживачів, засобів зв'язку, медичної та військової апаратури, але заходи до покращення якості енергії споживачі та постачальники вживають лише після аварій [8]. Другим негативним наслідком впливу неякісної енергії є втрати енергії в мережі постачальника, спричинені порушенням режиму споживання активної енергії. Збитки від втрат енергії, викликаних неякісною енергією, за нашими розрахунками, досягають декількох мільярдів гривень в Україні та десятки мільярдів доларів в США. Тому недолік існуючої системи обліку полягає в тому, що вона не враховує збитки у постачальника та споживачів, оскільки вона не враховує погіршення якості напруг у споживачів та додаткові втрати енергії у мережі постачальника, викликані неякісною енергією [3-7]. У зв'язку з цим недоліком була поставлена задача: розробити систему обліку електричної енергії, яка б вимірювала ту частин у збитку постачальника, яка викликана відхиленням миттєвого значення потужності трифазної мережі споживача від постійної величини, що забезпечить спостережність та контроль режиму споживання активної енергії. Поставлена задача вирішена шляхом вимірювання тієї частини неякісної енергії, яка генерується конкретним споживачем, а саме тим, що система обліку електричної енергії споживача, яка містить затискачі мережі постачальника, затискачі мережі споживача і лічильники активної та реактивної енергії, вхідні виводи яких приєднані до затискачів мережі постачальника, а їх ви хідні виводи приєднані до затискачів мережі споживача, доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої споживачем і переданої в мережу постачальника, причому лічильник неякісної енергії має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та ви хідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. Для обліку неякісної енергії при несиметрії режиму споживання система обліку електричної енергії устаткована лічильником енергії пульсуючої потужності, генерованої споживачем та переданої мережі постачальника, причому лічильник енергії пульсуючої потужності має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. Для обліку неякісної енергії при несинусоідальності режиму споживання, система обліку електричної енергії устаткована лічильни 2 34216 ком енергії потужності спотворень, генерованої споживачем та переданої мережі постачальника, причому лічильник енергії потужності спотворень має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. Для обліку неякісної енергії при нестабільності режиму споживання енергії система обліку електричної енергії устаткована лічильником енергії потужності зміни, коливання та модуляції, генерованої споживачем та переданої мережі постачальника, причому лічильник енергії потужності зміни, коливання та модуляції має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та ви хідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. Для обліку неякісної енергії при імпульсних режимах споживання система обліку електричної енергії устаткована лічильником імпульсної енергії, генерованої споживачем та переданої мережі постачальника, причому лічильник енергії імпульсної потужності має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі споживача. З метою вимірювання збитку конкретного споживача, викликаного рештою споживачів, система обліку електричної енергії доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої рештою споживачів і переданої в мережу конкретного споживача, причому цей лічильник неякісної енергії має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до затискачів мережі конкретного споживача. Для вимірювання збитку конкретного споживача, викликаного несиметричними режимами решти споживачів, система обліку електричної енергії доповнена лічильником енергії пульсуючої потужності, генерованої рештою споживачів і переданої конкретному споживачеві, причому вказаний лічильник має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та ви хідні виводи, приєднані до мережі конкретного споживача. Для вимірювання збитку конкретного споживача, викликаного несинусоідальними режимами решти споживачів, система обліку електричної енергії доповнена лічильником енергії потужності спотворень, генерованої рештою споживачів і переданої конкретному споживачеві, причому вказаний лічильник має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до мережі конкретного споживача. Для вимірювання збитку конкретного споживача, викликаного зміною, коливанням та модуляцією режиму споживання решти споживачів, система обліку електричної енергії доповнена лічильником енергії потужності зміни, коливання та модуляції, генерованої рештою споживачів і переданої конкретному споживачеві, причому вказаний лічильник має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі постачальника, та вихідні виводи, приєднані до мережі конкретного споживача. Для вимірювання збитку конкретного споживача, викликаного імпульсними режимами решти споживачів, система обліку електричної енергії доповнена лічильником енергії імпульсної потужності, генерованої рештою споживачів і переданої конкретному споживачеві, причому вказаний лічильник має вхідні виводи, приєднані до затискачів мережі поста чальника, та вихідні виводи, приєднані до мережі конкретного споживача. З метою вимірювання дольового внеску конкретного споживача у погіршення показників якості напруг система обліку електричної енергії кожного споживача доповнена лічильником неякісної енергії, генерованої в мережу спільного користування, та пристроєм для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг, причому лічильники неякісної енергії мають вхідні виводи, приєднані до мережі постачальника, та ви хідні виводи, приєднані до мережі споживача, а вхідні виводи пристрою для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг приєднані до мережі постачальника, при цьому дольовий внесок конкретного споживача знаходиться як частка від ділення неякісної енергії конкретного споживача, генерованої ним до мережі постачальника, на суму неякісних енергій, генерованих всіма споживачами до мережі постачальника. Для вимірювання дольового внеску конкретного споживача у несиметрію трифазних напруг система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання коефіцієнтів несиметрії напруг по зворотній та нульовій послідовності. Для вимірювання дольового внеску конкретного споживача у несинусоідальність напруг мережі система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання коефіцієнту несинусоідальності фазних напруг мережі та(або) гармонік напруги мережі. Для визначення дольового внеску конкретного споживача у зміну, коливання і модуляцію напруг мережі та флікер система обліку електричної енергії кожного споживача доповнена пристроєм для вимірювання зміни, коливання та модуляції фазних напруг, а також короткочасної Pst та довгочасної Plt дози флікеру. Для вимірювання дольового внеску конкретного споживача в імпульсність напруг мережі система обліку електричної енергії споживача доповнена пристроєм для вимірювання імпульсів фазних напруг. Для кращого викладу суті винаходу на фігурі подана блок-схема системи обліку електричної енергії, що заявляється. На фігурі позначено: А, В, С та 0 - три лінійні та нульова фази трифазної чотирипровідної розподільчої мережі постачальника; 1 - постачальник енергії; 2 - решта споживачів енергії; 3 - затискачі мережі постачальника; 4 - лічильник активної енергії; 5 - лічильник реактивної енергії; 6 - лічильник неякісної енергії, генерованої конкретним споживачем та переданої мережі постачальника; 7 - лічильник енергії пульсуючої потужності, генерованої споживачем та переданої у мережу постачальника; 8 - лічильник енергії потужності спотворень, генерованої споживачем та переданої у мережу постачальника; 9 лічильник енергії потужності зміни, коливання та модуляції, генерованої споживачем та переданої у мережу постачальника; 10 - лічильник енергії імпульсної потужності, генерованої споживачем та переданої у мережу постачальника; 11 - лічильник неякісної енергії, генерованої рештою споживачів та переданої у мережу конкретного споживача; 12 - лічильник енергії пульсуючої потужності, генерованої рештою споживачів та переданої у мережу конкретного споживача; 13 - лічильник енергії потужності спотворень, генерованої рештою спожи 3 34216 вачів та переданої у мережу конкретного споживача; 14 - лічильник енергії потужності зміни, коливання та модуляції, генерованої рештою споживачів та переданої у мережу конкретного споживача; 15 - лічильник імпульсної енергії, генерованої рештою споживачів та переданої у мережу конкретного споживача; 16 - пристрій для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг; 17 - затискачі мережі споживача; 18 - споживач. Склад та побудова системи обліку електричної енергії. Система обліку електричної енергії складається із затискачів мережі постачальника 3, лічильників активної 4 та реактивної 5 енергій; лічильника неякісної енергії 6, генерованої споживачем та переданої до мережі постачальника, який в свою чергу складається із лічильників: пульсуючої потужності 7, потужності спотворень 8, потужності зміни, коливання та модуляції 9 та імпульсної потужності 10; лічильника неякісної енергії 11, генерованої рештою споживачів, та переданої у мережу конкретного споживача, який у свою чергу складається із лічильників: пульсуючої потужності 12, потужності спотворень 13, потужності зміни, коливання та модуляції 14 та імпульсної потужності 15; пристрою для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг 16 та затискачів мережі споживача 17. Лічильник неякісної енергії 6 є родовим поняттям до лічильників 7, 8, 9 та 10; аналогічно лічильник 11 є родовим поняттям до лічильників 12, 13, 14 та 15. Пристрій 16 для вимірювання показників погіршення якості електричних напруг включає в себе вимірники: відхилень та коливань напруг, коефіцієнтів несиметрії напруг по нульовій та зворотній послідовності, коефіцієнту несинусоідальності напруг та ви щи х гармонік фазної напруги мережі, короткочасної Pst та довгочасної Plt доз флікеру, а також імпульсної напруги мережі відповідно до стандартів: України ДСТУ 3466-96 [9], ГОСТ 13108-87 [10], Стандарту Європи EN 50160 [11] та стандарту Міжнародної електротехнічної комісії ІЕС 1000-3-3 [12]. Робота системи обліку електричної енергії полягає в наступному. При ввімкненні навантаження споживача 18 із мережі А, В, С, 0 постачальника 1 через затискачі 3 мережі постачальника до лічильників активної 4, реактивної 5, неякісної 6 та 11 енергій подається трифазна система напруг та трифазна система струмів. Основна задача системи обліку електричної енергії, яка пропонується, полягає в тому, щоб дати об'єктивну відповідь на запитання: який із споживачів і в якій мірі відповідальний за порушення режиму відбору енергії та за погіршення її якості. Відповідь на це питання може бути об'єктивною лише при вимірюванні всіх складових енергій, які виникають у процесі споживання електричної енергії. За існуючої системи обліку неможливо встановити ні джерела погіршення якості енергії, ні відповідальності споживача за погіршення якості енергії. Тому лічильник неякісної енергії 6 встановлює внесок споживача 18 у кВА*годинах неякісної енергії у неякісну енергію електричної мережі А, В, С, 0 постачальника 1. Лічильник неякісної енергії 11 встановлює внесок решти споживачів 2 у кВА*годинах у неякісну енергію електричної мережі 17 конкретного споживача 18. Визначення внеску конкретного споживача 18 у неякісну енергію постачальника 1, який вимірюється лічильником 6, є підставою для встановлення фінансової відповідальності споживача 18 перед постачальником 1 (енергосистемою). Таку фінансову відповідальність в кВА*годинах та гривнях обчислюють лічильники 7-10 з врахуванням тарифів на види неякісної енергії. Лічильники 7, 8, 9 та 10 проводять облік видів неякісної енергії відповідно: енергії пульсуючої потужності 7, енергії потужності спотворень 8, енергії потужності зміни, коливання та модуляції 9 та енергії імпульсної потужності 10. Збиток у постачальника 1, викликаний порушенням режиму споживання конкретного споживача 18, визначається як сума добутків показання кожного із лічильників 7-10 на тариф певного виду неякісної енергії, наприклад, показання лічильника енергії пульсуючої потужності 7, генерованої споживачем 18 та переданої у мережу постачальника 1, слід помножити на тариф на енергію пульсуючої потужності. Визначення конкретного внеску решти споживачів 2 у кВА*годинах у неякісну енергію конкретного споживача 18 є підставою для встановлення фінансової відповідальності решти споживачів 2 перед конкретним споживачем 18 за погіршення якості електричної енергії, причому вказаний внесок вимірюється лічильником 11. Ця відповідальність встановлюється у кВА*годинах та у грошовому обчисленні лічильниками 12-15, де внесок решти споживачів у кВА*годинах неякісної енергії перемножується на тариф на кожен вид неякісної енергії у грн/кВА*год. Сума добутків величин окремих видів неякісної енергії на тариф на ці види неякісної енергії є мірою фінансової відповідальності решти споживачів 2 за збитки у конкретного споживача 18, викликані неякісною енергією, генерованою рештою споживачів 2 та переданою конкретному споживачеві 18. Кожен з лічильників 7-10 та 12-15, об'єднаних у лічильники 6 та 11, відповідно, обчислює інтеграл по часу окремо по видах неякісної потужності: пульсуючої потужності, потужності спотворення, потужності зміни, коливання та модуляції та імпульсної потужності, генерованих споживачем в трифазну мережу постачальника (лічильник 6) та генерованих рештою споживачів та переданих у мережу споживача (лічильник 11). Принцип дії та опис лічильників окремих видів неякісної енергії 7-10 та 12-15 є предметом окремих пояснень та заявок, наприклад, заявки № 99031378 від 15.03.1999 "Спосіб вимірювання неякісної енергії..." того ж автора. З допомогою системи обліку електричної енергії встановлюється дольова відповідальність споживача за погіршення якості напруг. Дольова відповідальність Вr(n) у відсотках n-ого споживача за погіршення показника якості електричних напруг Ur обчислюється за формулою m Br (n ) = 100 × Wr (n ) / å Wr(i ) , (1) i= 1 де: Wr(n) - неякісна енергія, генерована n-им споживачем; n - порядковий номер споживача; m кількість споживачів, приєднаних до мережі спільного користування; і - поточний порядковий номер одного із m споживачів, приєднаних до мережі спі 4 34216 льного користування; Wr(i) - неякісна енергія, генерована і-тим споживачем і передана мережі постачальника. Відповідальність n-ого споживача за погіршення показника якості електричних напруг на величину DUr(n) визначається за виразом DUr(n) = Ur(n)×Br(n)/100, (2) де: Ur(n) - показник виду r якості електричних напруг, визначений за допомогою пристрою для вимірювання якості електричних напруг 16 (фіг.). Пріоритетними варіантами виконання системи обліку на даний час є трифазний та однофазний. До числа пріоритетних належить також переносний варіант виконання системи обліку електричної енергії, яка зручна для проведення електроенергетичного аудиту. Один з пріоритетних варіантів виконання системи обліку електричної енергії показаний на блок-схемі (фіг.). Система обліку електричної енергії, яка пропонується, забезпечує: · проведення повного обліку електричної енергії, включаючи неякісну енергію, генеровану конкретним споживачем; · проведення повного аналізу режиму роботи навантаження споживачів; · виявлення джерел неякісної енергії; · встановлення відповідальності споживача за збитки від погіршення якості електричної енергії та додаткові втрати енергії в мережі постачальника; · встановлювати відповідальність решти споживачів перед конкретним споживачем за ті збитки, які наносить решта споживачів конкретному споживачу; · встановлення відповідальності конкретного споживача за погіршення якості електричних напруг в мережі постачальника; · проведення електроенергоаудиту споживачів та постачальників. ргии. - С. 48-56; Глава 1.7. Измерение электрических величин. - С. 57-64. 2. Вострокнутов Н.Г. Электрические счетчики и их эксплуатация. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. 278 с. 3. Жежеленко И.В., Липский А.М. Тарифы и качество электрической энергии. Тезисы докладов конференции "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий". Жданов: Ждановский металлургический институт, 1983. - С. 6-8. 4. Шидловський А.К., Музиченко О.Д. Симетруючі пристрої. - Київ: Те хніка, 1970. - 164 с. 5. Музиченко О.Д. Аспекти вирішення правових відносин між постачальником та приймачами при погіршенні якості електричної енергії // Технічна електродинаміка. - 1997, № 6. - С.46-55. 6. Музиченко О.Д. Сучасний стан та шляхи встановлення відповідальності приймачів за погіршення якості електричної енергії // Те хнічна електродинаміка. - 1998, № 1. - С. 61-65. 7. Музыченко А.Д. Установление правовых отношений между приемниками и поставщиком при ухудшении качества электрической энергии.International Conference "Quality of Power and Standardization", June 4...7, 1996, Lohusalu, Estonia. - Tallinn, Estonia. - 1996. - С. 150-157. 8. Arrillaga J., Branley D., Bodger P. Power systems harmonics. Chichester: John Willey & Sons, Ltd., 1985. 9. ДСТУ 3466-96. Державний стандарт України. Якість електричної енергії. Терміни та визначення. - Київ. - Держстандарт України, 1997. - 35 с. 10. ГОСТ 13109-87 . Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. - М: Издательство стандартов, 1989. - 20 с. 11. EN 50160, Merkmale der Spannung in offentlichen Elektrizitatsversorgungnetzen, Deutsche Fassungen EN 50160: 1994, GENELEC, Europaisches Komitee fur elektrotechnische Normung. 12. IEC 1000-3-3. International standard. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 3: Limitation of voltage fluctuations and flicker in lowvoltage supply system for equipment with rated current £ 16 A. Список посилань. 1. Правила устройства электроустановок, М.: Энергоатомиздат, 1987. Глава 1.5. Учет электроэне 5 34216 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6