Система учета электрической энергии Российский патент 2025 года по МПК G01R11/34 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкциям электромеханических устройств для измерения потребления электрической энергии.

«Сплит» в переводе - раздельный. Сплит-счетчик разделен на две части: измерительная и клиентская. Измерительная часть устанавливается высоко над землей. Без специальной техники до нее не добраться, а значит «подкрутить» счетчик и бесплатно получить электроэнергию не получится. А вот вторая часть прибора выдается абоненту.

И с помощью этого модуля отображения информации можно внимательно и самостоятельно следить за тем, как идет учет потребленного электричества. Если сплит-счетчик объединяется с современной системой АСКУЭ, то эта система передает информацию об электропотреблении в «личный кабинет», где можно увидеть всю свою электроисторию с любого компьютера или мобильного телефона. Кроме того, сплит исполнение счетчика означает, что измерительная часть регистрирует параметры электропотока и сохраняет их, например, в памяти процессорной части счетчика. Доступ к базе данных возможен путем подключения по оптоканалу пульта, связанного с дисплеем или переносным компьютером.

Счетчики (приборы учета) электрической энергии - сложное устройство, относящееся к средствам измерения соответствующее требованиям: ГОСТ 31818.11, ГОСТ 31819.21, ГОСТ 31819.22, ГОСТ 31819.23, ГОСТ 32144, ГОСТ Р 58940, СТО 34.01-5.1-009, Постановлению Правительства РФ от 19 июня 2020 г. №890.

Так, например, известен счетчик электроэнергии, включающий микропроцессор и соединенные с ним блок измерения мощности и блок памяти, блок питания счетчика и устройство отключения цепи нагрузки с приводом, управляемым от микропроцессора (RU 2098835, G01R 11/00, опубл. 10.12.1997).

Однако данное устройство обладает низкой безопасностью применения в быту и на производстве в связи с возможностью несанкционированного доступа к блоку измерения и контроля.

Также известно устройство учета электрической энергии, содержащее корпус параллелепипедной формы, на лицевой панели которого выполнено информационное окно, в котором отражаются данные расхода электрической энергии. На нижней панели выполнены отверстия для ввода концов проводов для соединения с электротехническими компонентами внутренней структуры устройства (промышленный образец RU 101021, 10-05, 13-03, 14-02, опубл. 16.12.2016 г.). Это решение принято в качестве прототипа.

Прибор находится в уличных условиях и подвержен воздействию осадков. Верхняя панель корпуса выполнена прямой и плоской. Поэтому влага и снег остаются на этой панели. На эту панель также могут усаживаться птицы. При очистке корпуса от загрязнений приходится использовать лестницу.

В целях безопасности и исключения несанкционированного доступа к контрольным узлам прибора устройство подвешивается на столбе или высоковольтной опоре на высоте более 3 м. Но на такой высоте информационная панель на лицевой стороне с земли не видна и не позволяет считывать показания прибора. Поэтому оператору приходится использовать лестницу. Кроме того, с земли не видно, работает ли прибор. Известный прибор малоинформативен для оператора.

Для повышения удобства снятия показаний счетчика сегодня применяются устанавливаемые на столбе счетчики электроэнергии с дистанционным снятием показаний, спрос на которые в частном и дачном секторе растет. Это можно обосновать следующим. Данные по энергопотреблению необходимо снимать ежемесячно, что неудобно делать в условиях периодического проживания на конкретном адресе. В случае с упомянутым оборудованием нет необходимости в личной проверке корректности имеющейся у владельца информации. Здесь показания отслеживаются посредством интернета на любом расстоянии как абонентом, так и управляющей компанией. Дистанционный счетчик электроэнергии по аналогии с обычным электронным устройством оснащен жидкокристаллическим экраном для отображения времени, даты и показаний по употребленной энергии. Последние выводятся на монитор после обработки цифрового импульсного кода посредством микроконтроллера.

Электрические счетчики с дистанционным снятием показаний и их передачи упрощают процесс анализа сведений об энергопотреблении за то или иное количество дней, недель, месяцев. Все сводится к удобству, простоте и скорости.

Однако все это актуально только в случае постоянного подключения к интернету. К минусам можно отнести еще один момент - здесь отсутствует возможность использования предохранителей, чтобы отключить прибор учета энергопотребления. Решить эту проблему можно с помощью специального отсекателя, который приходится устанавливать отдельно.

Рассмотренный пример показывает прямую зависимость работы прибора от работы интернета в данном регионе. Поэтому такие счетчики находят применение в небольших поселках, личных и дачных домах. Но, несмотря на это, поверка счетчика, подвешенного на столбе на уровне выше 3 м, требует использования лестницы с тем, чтобы увидеть дисплей на счетчике, наличие пломб и т.д.

Если говорить о таких уличных счетчиках, которые монтируются на высоковольтных линиях и в условиях полного или частого отсутствия интернета в регионе прохождения высоковольтных линий, то даже наличие интернета не позволяет дистанционно управлять счетчиком из-за высокого уровня электромагнитных помех. При этом такие промышленные счетчики не настроены на передачу информационных сигналов потребителю, они настроены на считывание и измерительный контроль параметров электроэнергии, которые считываются при поверке специальной службой. Такие счетчики выполнены конструктивно защищенными для исключения к ним несанкционированного доступа третьих лиц. При этом в качестве средств, обеспечивающих дистанционный съем показаний, используют пульты с кодированным сигналом, открывающим доступ к базе данных, передаче этих данных и включение/выключение прибора. Для таких сплит-систем прибор является пассивным агентом с окном приема сигналов от пульта, а пульт - активным с функцией направления в это окно управляющего сигнала/лов. Но именно в том, что пульт управляет прибором и кроется возможность несанкционированного вскрытия прибора путем подбора частот управляющего сигнала или путем сканирования этого сигнала при официальном доступе специальной службы к прибору.

Примером такого исполнения является система учета электроэнергии, содержащая размещаемые на столбах счетчики учета расходуемой электроэнергии, имеющие измерительную часть и процессорную часть с передатчиком для направления сигнала, соответствующего текущим значениям показаний расхода, в сторону базовой сетевой приемной вышки, выполненной с функцией получения данного сигнала и передачи его в сервер эксплуатирующей компании, при этом на стороне потребителя имеется дистанционный пульт, цифровой телефон или планшет/ноутбук, в котором через соответствующее приложение можно связаться с сервером для получения показаний, подлежащих оплате) см. ст. «Отличительные особенности счетчика электроэнергии с дистанционным снятием показаний», выложенная на сайте «ВЫСТАВКА ДОМОВ МАЛОЭТАЖНАЯ СТРАНА» в сети Интернет в режиме он-лайн доступа (опубл. 08.11.2021 г.) по адресу: https://m-strana.ru/articles/schetchik-elektroenergii-s-distantsionnym-snyatiem-pokazaniy/?ysclid=m097mrnq9m968182904&utm_source=copy&utm _medium=direct&utm_campaign=copy_from_site) (копия страницы сайта прилагается). Это решение принято в качестве прототипа.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению визуального контроля работоспособности счетчика, подвешенного на высоте более 3 м, шифрованному доступу к процессорному блоку за счет применения двух слотов для разных SIM-карт (например, одна для управления, а другая для съема показаний), применение оптослота, например, для включения/выключения прибора и совершенствовании формы корпуса прибора для исключения его повреждения от воздействия внешней среды (дождь, снег, грязь, птицы и т.д.).

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных качеств высокорасполагаемого счетчика электроэнергии за счет обеспечения защищенности удаленного доступа к показаниям счетчика в режиме его визуально видимого функционирования.

Указанный технический результат достигается тем, что система учета электрической энергии содержит закрепляемое на высоте выше человеческого роста встраиваемое в электрическую сеть устройство учета активной и реактивной электрической энергии, представляющее собой корпус с электротехническими компонентами внутри и процессорным блоком, связанным с этими компонентами для считывания параметров расходуемой части энергии этой сети, а также выносной пульт управления устройством, имеющий дисплей и кнопки выбора позиций в меню, корпус выполнен в виде уплощенного параллелепипеда с закругленными гранями, верхняя часть которого выполнена в виде сходящихся наклонных стенок, а нижняя часть на лицевой стороне над стенкой дна выполнена с рядно расположенными окнами, стенка дна выполнена Г-образной формы, вертикальная панель которого, выполненная из прозрачного полимерного материала, расположена на корпусе напротив ряда окон, а горизонтальная панель стенки дна выполнена из полупрозрачного полимерного материала, расположена снизу корпуса поперечно ему и содержит ряд отверстий для ввода концов проводов для соединения с электротехническими компонентами, два закрываемых слота для SIM-карт на одном конце ряда этих отверстий и закрытый утоньшенной частью горизонтальной панели дна порт для оптического последовательного интерфейса передачи данных, при этом внутри корпуса установлен элемент световой подсветки для высвечивания панелей дна и процессорный блок, выполненный с функцией приема через указанный порт управляющих сигналов от выносного пульта управления и передачи пульту информационных сигналов о параметрах расходуемой части электрической энергии.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - схема расположения счетчика на столбе;

фиг. 2 - общий вид в аксонометрии однофазного счетчика в сплит-исполнении;

фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вид с лицевой стороны;

фиг. 4 - то же, что на фиг. 1, вид с тыльной стороны;

фиг. 5 - то же, что на фиг. 1, вид снизу;

фиг. 6 - общий вид в аксонометрии трехфазного счетчика в сплит-исполнении.

Согласно настоящему изобретению рассматривается новая конструкция системы учета электрической энергии в сплит-исполнении, предназначенной для закрепления на высоте 3-5 м (например, на опоре высоковольтной линии или столбе). В рамках настоящего изобретения рассматриваются счетчики электрической энергии однофазные (фиг. 1 и 4) и трехфазные (фиг. 6) многофункциональные, предназначенные для измерений и учета активной и реактивной электрической энергии в прямом и обратном направлениях в однофазных или трехфазных цепях переменного тока частотой 50 Гц и организации многотарифного учета электрической энергии.

Приборы учета сплит-исполнения конструктивно выполнены с отдельным измерительным блоком, являющимся устройством 1 учета и измерения, и выносным дисплеем на пульте 2, обеспечивающим дистанционный беспроводной доступ к снимаемым счетчиком параметрам и прием этих данных в отдельную систему учета. Обычно измерительный блок размещают на опоре 3 высоковольтной линии в разрыве абонентского ответвления, на высоте 3-5 м от уровня земли, где оно подвергается всевозможным природным воздействиям, которые должно выдерживать.

В общем случае, этот измерительный блок, который рассматривается как устройство 2 учета электрической энергии, содержит корпус с лицевой панелью 4 и с задней тыльной панелью 5, несущей элементы прикрепления к столбу или вышке или ЛЭП-опоре. Корпус сформирован литьем из полимерного материала, такого как. например. АБС-пластика, обладающего высокой прочностью. Внутри корпуса размещены основные электротехнические компоненты счетчика, такие как блок электронный процессорный, клеммная колодка, измерительный трансформатор и реле управления нагрузкой (возможны и другие комплектации). Конструкция счетчика сплит-исполнения предусматривает разъемное подключение плат опциональных коммуникационных интерфейсов, место для размещения SIM-карт, органы управления, такие как светодиодные индикаторы, оптический порт, кнопки управления выводом информации, а также кнопка блокировки цепей управления коммутационным аппаратом.

Для корпусов счетчиков в сплит-исполнении существенным является сохранение этого корпуса от внешних нагрузок и загрязнений любого рода, в основном от климатических, и от птиц, которые в удаленных от проживания людей местах используют крышку корпуса в качестве места посадки.

Корпус выполнен в виде вертикально ориентируемого при монтаже уплощенного параллелепипеда с боковыми прямыми и плоскими стенками с закругленными боковыми гранями. Эти стенки в верхней части сходятся навстречу друг другу сходящимися наклонными стенками 6, ширина которых от боковых стенок корпуса уменьшается для образования верхней части в форме усеченной трапеции с прямоугольником в основании. Верхушка этого схождения может быть заостренной или иметь яйцеобразную форму или выполнена в виде небольшой площадки 7, поверхность которой недостаточна для посадки птиц. Наличие наклонных стенок верхней части позволяет скатываться каплям воды и сползать снегу (фиг. 2-4).

На лицевой стороне лицевая панель в нижней части выполнена утопленной с образованием горизонтально расположенной утопленной площадки 8, в которой выполнен ряд отверстий 9 (окон), примерно вытянутой прямоугольной формы с закругленными углами. Эта утопленная площадка расположена над дном корпуса.

Дно, представляющее собой нижнюю часть корпуса, выполнено в виде стенки Г-образной формы. Вертикальная панель 10 этой стенки выполнена из прозрачного полимерного материала и расположена на корпусе напротив ряда указанных окон 9 в утопленной площадке 8 и снаружи этой площадки. Таким образом эта часть дна прозрачно закрывает утопленную площадку лицевой панели. Горизонтальная панель 11 этой стенки выполнена из полупрозрачного полимерного материала, расположена снизу корпуса поперечно ему и содержит ряд отверстий 12 для ввода концов проводов, которые подключаются/подсоединяются к электротехническим компонентам электронной части счетчика. По сути, эти отверстия - это выходные элементы клемм. В части расположения и выполнения клемм заявленное решение повторяет установленную стандартом схему расположения и исполнения зоны ввода концевиков проводов.

Внутри корпуса установлен элемент световой подсветки для высвечивания панелей дна. При этом высвечивание проходит как через ряд отверстий на лицевой панели и через полупрозрачную горизонтальную панель. Данное высвечивание является сигнализатором работоспособности прибора, то есть что в этот момент он работает. Так как прибор подвешен высоко, то с земли на него можно смотреть либо на расстоянии и тогда видна подсветка на лицевой панели, либо снизу и тогда видна подсветка горизонтальной панели. Визуальная воспринимаемая подсветка о работоспособности прибора является важным информационным сигналом, так как позволяет на расстоянии или находясь под прибором сразу определить его состояние и, если подсветки нет, то выявить прибор, находящийся в аварийном состоянии. В предпочтительном варианте исполнения для подсветки используется красный цвет, так как в темное время он хорошо виден на расстоянии.

Отличием данного устройства является размещение светового индикатора работы прибора внутри корпуса над его нижней полупрозрачной частью. Световой луч светового индикатора направлен вниз в сторону полуматовой подошвы нижней части корпуса сплит-счетчика и, рассеиваясь в ее массе, становится хорошо виден с поверхности земли. Возможны варианты, когда вдоль всей длины основания располагаются несколько индикаторов, что позволяет равномерно распределять красный сигнальный свет по всей поверхности подошвы.

Форма корпуса выполнена с учетом обеспечения возможности визуального обследования прибора. Сначала контролер видит только подсветку на лицевой панели. Чтобы грязь или снег или стекающая вода не перекрывали зону свечения, отверстия под выход свечения размещены на утопленной части корпуса, что позволяет исключить попадание грязи именно на эти отверстия. Если расположить этот ряд отверстий в плоскости лицевой панели, то при налипании грязи возможно перекрытие одного-двух отверстий, что будет свидетельствовать о якобы имеющемся нарушении функционала.

На горизонтальной панели дна выполнены два участка 13 и 14 в виде утоньшенной части панели (фиг. 4 и 5), то есть в зоне этих участков толщина горизонтальной панели выполняется меньше толщины панели в других местах. Это утоньшение приводит к тому, что на этих участках высвечивание видно ярче (по отношению к участку расположения клеммных выходов). Эти утоньшения расположены на одной и на другой сторонах ряда отверстий 12 под клеммы. Один участок утоньшения выполнен напротив расположенного внутри корпуса оптопорта для оптического последовательного интерфейса передачи данных. Оптопорт может использоваться для включения/выключения прибора, передачи управляющих сигнала по настройке и для других управляющих сигналов от пульта. На другом утоньшенном участке размещены два закрываемых слота 15 для SIM-карт. Одна SIM-карта может использоваться для удаленного доступа к базам данных счетчика для съема показаний, а вторая - для ввода установок. Так как такие карты - это, по сути, идентификационный электронный модуль, применяемый в мобильной связи. SIM-карта имеет собственный процессор, генератор псевдослучайных чисел, собственные оперативную, энергонезависимую и постоянную память, являясь, фактически, самостоятельным небольшим компьютером с операционной системой и набором программ. SIM-карта как блокиратор доступа, открывает доступ при наборе правильного PIN-code. Разнесение функций по различным портам и с различным режимом доступа обеспечивает максимальную защищенность счетчика от несанкционированного доступа. В тоже время возможен вариант исполнения, когда одна SIM-карта используется контролером, поверяющим счетчики, а доступ к показаниям счетчика используется для возможности съема показаний самим потребителем электроэнергии (через PIN-code другой SIM-карты).

Внутри корпуса размещен процессорный блок, выполненный с функцией приема через указанный оптопорт управляющих сигналов от выносного пульта управления и передачи через этот же порт или через канал с SIM-картой пульту информационных сигналов, соответствующих параметрам электрической энергии.

Настоящее изобретение промышленно применимо и позволяет при подвесе прибора на высоте более 3 м визуально контролировать работоспособность прибора. Наличие двух разных каналов связи с прибором позволяет через оптический порт управлять процессом работы самого прибора, а через каналы с SIM-картами обеспечивать раздельный доступ к съему данных. Это позволяет улучшить эксплуатационные качества высокорасполагаемого счетчика электроэнергии за счет обеспечения защищенности удаленного доступа к показаниям счетчика в режиме его визуально видимого функционирования.

Например, оптическая связь это связь с использованием электромагнитных колебаний оптического диапазона.

Основные преимущества оптической связи по сравнению со связью на радиочастотах, определяемые высоким значением оптической частоты (малой длиной волны): большая ширина полосы частот для передачи информации, в 10⁴ раз превышающая полосу частот всего радиодиапазона, и высокая направленность излучения при входных и выходных апертурах, значительно меньших апертур антенн в радиодиапазоне. Последнее достоинство оптической связи позволяет применить в передатчиках оптических систем связи генераторы с относительно малой мощностью и обеспечивает повышенную помехозащищенность и скрытность связи. Структурно линия оптической связи, аналогична линии радиосвязи. Для модуляции излучения оптического генератора либо управляют процессом генерации, воздействуя на источник питания или на оптический резонатор генератора, либо применяют дополнительные внешние устройства, изменяющие выходное излучение по требуемому закону.

При помощи выходного оптического узла излучение формируется в малорасходящийся луч, достигающий входного оптического узла, который фокусирует его на активную поверхность фотопреобразователя. С выхода последнего электрические сигналы поступают в узлы обработки информации. Преимуществом также является то, что на небольших расстояниях оптический сигнал может передаваться воздушным путем без применения оптического кабеля.

При этом форма корпуса прибора выбрана специально для исключения перекрытия светящихся окон и отверстий и обеспечения незагрязненности.

Изобретение относится к измерительной технике. Система учета электрической энергии содержит закрепляемое на высоте выше человеческого роста встраиваемое в электрическую сеть устройство учета активной и реактивной электрической энергии, представляющее собой корпус с электротехническими компонентами внутри и процессорным блоком, связанным с этими компонентами для считывания параметров расходуемой части энергии этой сети, а также выносной пульт управления устройством, имеющий дисплей и кнопки выбора позиций в меню. Корпус выполнен в виде уплощенного параллелепипеда с закругленными гранями, верхняя часть которого выполнена в виде сходящихся наклонных стенок, а нижняя часть на лицевой стороне над стенкой дна выполнена с рядно расположенными окнами. Стенка дна выполнена Г-образной формы, вертикальная панель которого из прозрачного полимерного материала расположена на корпусе напротив ряда окон, а горизонтальная панель из полупрозрачного полимерного материала расположена снизу корпуса поперечно ему и содержит ряд отверстий для ввода концов проводов для соединения с электротехническими компонентами. На горизонтальной панели размещены два закрываемых слота для SIM-карт на одном конце ряда этих отверстий и закрытый утоньшенной частью горизонтальной панели дна порт для оптического последовательного интерфейса передачи данных. Внутри корпуса установлен элемент световой подсветки для высвечивания панелей дна, а процессорный блок выполнен с функцией приема через оптопорт управляющих сигналов от выносного пульта управления и передачи пульту информационных сигналов о параметрах расходуемой части электрической энергии. Техническим результатом при реализации заявленного решения является улучшение эксплуатационных качеств высокорасполагаемого счетчика электроэнергии за счет обеспечения защищенности удаленного доступа к показаниям счетчика в режиме его визуально видимого функционирования. 6 ил.

Система учета электрической энергии, характеризующаяся тем, что содержит закрепляемое на высоте выше человеческого роста встраиваемое в электрическую сеть устройство учета активной и реактивной электрической энергии, представляющее собой корпус с электротехническими компонентами внутри и процессорным блоком, связанным с этими компонентами для считывания параметров расходуемой части энергии этой сети, а также выносной пульт управления устройством, имеющий дисплей и кнопки выбора позиций в меню, корпус выполнен в виде уплощенного параллелепипеда с закругленными гранями, верхняя часть которого выполнена в виде сходящихся наклонных стенок, а нижняя часть на лицевой стороне над стенкой дна выполнена с рядно расположенными окнами, стенка дна выполнена Г-образной формы, вертикальная панель которого, выполненная из прозрачного полимерного материала, расположена на корпусе напротив ряда окон, а горизонтальная панель стенки дна выполнена из полупрозрачного полимерного материала, расположена снизу корпуса поперечно ему и содержит ряд отверстий для ввода концов проводов для соединения с электротехническими компонентами, два закрываемых слота для SIM-карт на одном конце ряда этих отверстий и закрытый утоньшенной частью горизонтальной панели дна порт для оптического последовательного интерфейса передачи данных, при этом внутри корпуса установлен элемент световой подсветки для высвечивания панелей дна и процессорный блок, выполненный с функцией приема через указанный порт управляющих сигналов от выносного пульта управления и передачи пульту информационных сигналов о параметрах расходуемой части электрической энергии.