СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ДВУХПРОВОДНЫХ СЕТЯХ С ЗАЩИТОЙ ОТ ХИЩЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01R11/24 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока для целей коммерческого учета и обнаружения факта и вида хищения электроэнергии.

До настоящего времени основным средством измерения электрической энергии у однофазных потребителей являются индукционные счетчики, содержащие преобразователь мощности во вращательное движение подвижной системы и счетчик числа оборотов, причем цепи тока и напряжения преобразователя включены соответственно последовательно с прямым (фазным) проводом и параллельно цепи нагрузки. Эти счетчики чувствительны к направлению мощности и при отсутствии стопора обладают свойством реверсивности. Показание такого счетчика можно уменьшить, заставив диск вращаться в другую сторону (см. Седов П.Г. Счетчики электрической энергии.- М.-Л.: ГЭИ, 1933).

Известно также большое количество счетчиков электрической энергии статической системы, содержащих преобразователи тока и напряжения, преобразователи мощности в частоту импульсного сигнала и счетчик импульсов с отсчетным устройством. Преобразователь тока нагрузки этих счетчиков включен на ток одного, как правило, прямого (фазного) провода нагрузки, а преобразователь мощности в частоту импульсного сигнала работоспособен только для одного направления мощности нагрузки (см. а.с. СССР 1129526, кл. G 01 R 11/00, 1984). Недостатком этого способа и устройств, его реализующих, является низкая защищенность результата измерения. Поскольку для построения нереверсивных электронных счетчиков электрической энергии используют однополярное преобразование мощности в частоту импульсного электрического сигнала, то при изменении направления тока это преобразование прекращается, в индукционных при этом изменяется направление вращательного движения. У потребителя энергии имеется возможность создать такие режимы работы счетчика подключением шунтирующих закороток, чтобы приостановить накопление показаний измеренной энергии или даже уменьшить это показание. У индивидуальных домовладельцев в большом ходу так называемые "отмотчики ", изменяющие направления счета. Кроме того, в трехфазных цепях с заземленной нейтралью имеется возможность использовать искусственно или естественно заземленные предметы в качестве обратного провода. В этом случае серийно выпускаемый счетчик эту часть однофазной нагрузки не учитывает.

За прототип принимаем способы и устройства измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений, приведенные в патенте РФ 2077062, МКИ G 01 R 22/00, G 01 R 11/24. В соответствии с первым вариантом способ-прототип заключается в следующем: формируют сигнал мгновенной мощности тока фазного провода, формируют сигнал мгновенной мощности тока нулевого провода, определяют модуль разности этих сигналов, определяют модуль суммы этих сигналов, формируют сигнал мощности нагрузки в виде суммы модулей разности мгновенных мощностей токов фазного и нулевого проводов и модулей суммы мгновенных мощностей указанных токов, полученный сигнал преобразуют в частоту импульсов, подают на индикацию.

Устройство, реализующее данный способ (по первому варианту), содержит датчик тока нулевого провода, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя, датчик тока фазного провода, выход которого подключен к первому входу второго перемножителя, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом датчика напряжения нагрузки, а их выходы с входами соответственно первого и второго фильтров низких частот, выход первого фильтра низких частот подключен к первому входу блока вычитания и к первому входу второго сумматора, выход которого через первый блок вычисления модуля соединен с первым входом первого сумматора, выход второго фильтра низких частот соединен со вторыми входами второго сумматора и блока вычитания, который через второй блок вычисления модулей подключен ко второму входу первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, соединенного своим выходом с входом счетчика импульсов.

Недостатками прототипа являются недостаточная защита результата измерения от хищения электроэнергии, так как прототип не предусматривает возможности установления вида хищения, примененного недобросовестным потребителем, и не защищает от такого распространенного среди индивидуальных застройщиков вида хищения, как подключение нагрузки между счетчиком и вводом в строение.

Задача предлагаемого изобретения - дальнейшее совершенствование защиты результата измерения потребляемой электроэнергии от недобросовестного потребителя, обеспечение измерения потребляемой электроэнергии в полном объеме, а также достижение возможности контролирующим организациям выявлять наличие хищения и вид хищения.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения электрической энергии в двухпроводных сетях, заключающемся в формировании сигналов мгновенной мощности токов фазного и нулевого проводов, математической обработке этих сигналов и сравнении результатов обработки, дополнительно формируют сигнал мгновенной мощности фазного тока, измеренного до ввода в строение, сравнивают величины полученных сигналов, выбирают наибольшую из них и используют для вычисления потребленной электроэнергии, а по соотношению величин всех полученных сигналов судят о виде хищения.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения электрической энергии в двухпроводных сетях, содержащее датчик тока нулевого провода, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя, датчик тока фазного провода, вход которого подключен к первому входу второго перемножителя, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом датчика напряжения, а выходы перемножителей соединены с соответствующими входами блока математической обработки сигналов датчиков, выход которого соединен с индикатором результата измерений, дополнительно содержит датчик тока фазного провода, включенный в фазный провод до ввода двухпроводной питающей линии в строение и дополнительный перемножитель, причем выход дополнительного датчика тока фазного провода соединен с первым входом дополнительного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а выход дополнительного перемножителя соединен соответствующим входом блока математической обработки сигналов датчиков.

Кроме того, устройство для измерения электрической энергии дополнительно содержит блок дистанционной передачи информации, подключенный к выходу блока математической обработки сигналов датчиков. Блок дистанционной передачи информации может быть выполнен как радиопередатчик или как проводной интерфейс.

Устройство, реализующее заявляемый способ, приведено на фиг.1 и содержит датчик тока фазного провода 1, датчик тока нулевого провода 2, датчик тока фазного провода 3, включенного в фазный провод до ввода в строение, датчик напряжения нагрузки 4, включенный параллельно нагрузке 5. Датчик 3 устанавливают на воздушной линии так, чтобы его можно было видеть с улицы. Выходы датчиков 1, 2, 3 соединены с первыми входами перемножителей 6, 7, 8, на вторые входы которых заведен сигнал с выхода датчика напряжения 4. Выходы перемножителей 6, 7, 8 соединены с соответсвующими входами блока математической обработки 9, а соответствующие выходы блока математической обработки 9 соединены с индикатором 10 и блоком дистанционной передачи информации 11, который может быть выполнен как радиопередатчик или как проводной интерфейс.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Датчики токов 1, 2, 3 формируют сигналы, пропорциональные току нулевого провода и токам в фазном проводе до ввода в строение и после ввода в строение. Из этих сигналов, а также из выходного сигнала датчика напряжения 4 с помощью перемножителей 6, 7, 8 формируются сигналы мгновенной мощности токов нулевого провода и фазного провода, замеренного в разных местах. Блок математической обработки 9 (который может быть спроектирован на базе любого микропроцессора) сигналы от перемножителей 6, 7, 8 переводит в цифровой код, анализирует значения мгновенных мощностей, выбирает перемножитель, от которого поступает в данный момент наибольший по модулю сигнал, проводит суммирование сигнала от выбранного перемножителя для определения количества потребленной электроэнергии. Одновременно блок математической обоработки 9 проводит анализ соотношений величин сигналов от перемножителей 6, 7, 8 и в соответствии с той или иной комбинацией величины этих сигналов выводит на соответствующий выход сигнал о том или ином виде хищения. Сигналы о потребленной электроэнергии, а также сигналы о виде хищения и времени фиксации факта хищения поступают на индикатор 10, который высвечивает названную информацию, а также на блок 11 дистанционной передачи информации.

Различные схемы хищений приведены на фиг.2. Комбинации сигналов на входе блока математической обработки 9, соответствующие видам хищения, приведены в таблице.

Позиция 1 таблицы соответствует случаю, когда хищения отсутствуют, токи в фазном и нулевом проводах соответствуют норме, сигналы от всех датчиков равны.

Позиция 2 таблицы соответствует случаю, когда идет хищение электроэнергии за счет скрытого подключения R_н-1 между вводом в строение и счетчиком. При этом ток протекает по цепи: фазный провод, датчик 3, R_н-1, датчик 1, нагрузка 5, датчик 2, нулевой провод. При этом через датчик 3 протекает больший по величине ток, чем через датчики 1 и 2. Поэтому блок математической обработки 9 для подсчета потребленной энергии выбирает канал датчика 3 с перемножителем 6, а также на соответствующем выходе выставляет код упомянутого вида хищения.

Позиция 3 таблицы соответствует случаю, когда имеет место хищение путем заземления нагрузки (подключение R_н-2, см. фиг.2) либо появился ток утечки на землю более 25 мА в результате неисправности электропроводки. Можно показать аналогично предыдущему случаю, что через датчик 3 протекает ток большей величины, чем через датчики 1 и 2. Для подсчета потребленной электроэнергии используется сигнал канала датчика 3. Комбинация величин сигналов датчиков 1, 2, 3 будет другая, и индикация об этом виде хищения или неисправности появится на другом выходе блока математической обработки 9.

Позиция 4 таблицы соответствует случаю, когда имеет место хищение электроэнергии со сменой фаз до счетчика и заземление нагрузки подключением R_н-3 (см. фиг.2). Теперь большую величину будут иметь токи в цепи датчиков 2 и 3, которая будет использована блоком математической обработки 9 для подсчета потребленной электроэнергии, а комбинация величин сигналов датчиков 1, 2, 3 активизирует соответствующий выход блока математической обработки 9.

Позиция 5 таблицы соответствует случаю, когда подключенные электроприборы неисправны, и имеет место ток утечки (условно R_н-4, см. фиг.2). Для учета потребленной мощности используется сигнал датчика 1 или 3, индикация вида хищения на соответствующем выходе блока математической обработки 9.

Позиция 6 таблицы соответствует случаям, когда имеют место шунтирование, обрыв, короткое замыкание подводящих проводов от датчика 3. Теперь сигнал от датчика 3 меньше по величине сигналов датчиков 1 и 2. Такая комбинация сигналов датчиков вызывает сигнал на соответствующем выходе блока математической обработки 9, для учета потребленной энергии используется сигнал датчиков 1 или 2.

Кроме того, при использовании устройства типа "отмотчик" количество "смотанной" электроэнергии автоматически учитывается как потребленное, так как суммирование происходит по модулю мгновенной мощности и не зависит от направления тока.

Таким образом, все наиболее распространенные виды хищения не только учитываются счетчиком, но и определяются по видам.

Количество потребленной электроэнергии и вид хищения, а также время хищения высвечиваются на индикаторе 10. С помощью блока 11 дистанционной передачи информации имеется возможность считывать вышеназванные данные независимо от желания потребителя и не входя в помещение.

По сравнению с прототипом заявляемое изобретение имеет следующие преимущества:
обнаруживает все наиболее распространенные виды хищений,
обнаруживает такой вид хищения, как подключение нагрузки между вводом в строение и счетчиком,
обнаруживает неисправность устройств у потребителя,
учитывает всю потребленную энергию независимо от вида хищения.

Использование: для измерения электрической энергии в цепях переменного тока для целей коммерческого учета и обнаружения фактов и вида хищения электроэнергии. Технический результат заключается в совершенствовании защиты результата измерения потребляемой электроэнергии. Способ заключается в формировании сигналов мгновенной мощности токов нулевого провода и токов фазного провода, замеренных до и после ввода в строение питающей линии, математической обработке этих сигналов, сравнении величин полученных сигналов, причем для вычисления потребленной электроэнергии выбирают наибольшую из них, а по соотношению величин всех полученных сигналов судят о виде хищения. Устройство содержит датчик тока нулевого провода, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя, датчик тока фазного провода, выход которого подключен к первому входу второго перемножителя, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом датчика напряжения, а выходы перемножителей соединены с соответствующими входами блока математической обработки сигналов датчиков, кроме того, устройство содержит датчик тока фазного провода, включенный в фазный провод до ввода двухпроводной питающей линии в строение и дополнительный перемножитель, причем выход дополнительного датчика тока фазного провода соединен с первым входом дополнительного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а выход дополнительного перемножителя соединен соответствующим входом блока математической обработки сигналов датчиков, выходы которого соединены с индикатором результатов измерения и блоком дистанционной передачи информации. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений, заключающийся в формировании сигналов мгновенной мощности токов фазного и нулевого проводов, математической обработке этих сигналов и сравнении результатов обработки, по которым судят о факте хищения и о количестве потребленной энергии, отличающийся тем, что формируют сигнал мгновенной мощности тока фазного провода, измеренного до ввода в строение, сравнивают величины полученных сигналов, выбирают наибольшую из них и используют для вычисления потребленной электроэнергии, а по соотношению величин всех полученных значений мгновенных мощностей судят о виде хищения. 2. Устройство для измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений, содержащее датчик тока нулевого провода, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя, датчик тока фазного провода, выход которого подключен к первому входу второго перемножителя, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом датчика напряжения нагрузки, а выходы перемножителей соединены с соответствующими входами блока математической обработки сигналов датчиков, выход которого соединен с индикатором результата измерений, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительный датчик тока фазного провода, включенный в фазный провод до ввода двухпроводной питающей сети в строение и дополнительный перемножитель, причем выход дополнительного датчика тока фазного провода соединен с первым входом дополнительного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения нагрузки, а выход дополнительного перемножителя соединен с соответствующим входом блока математической обработки сигналов датчиков, выход которого дополнительно подключен ко входу блока дистанционной передачи информации. 3. Устройство для измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок дистанционной передачи информации. 4. Устройство для измерения электрической энергии по п. 3, отличающееся тем, что блок дистанционной передачи информации выполнен в виде радиопередатчика. 5. Устройство для измерения электрической энергии по п. 3, отличающееся тем, что блок дистанционной передачи информации выполнен в виде проводного интерфейса.