Аудит систем учета электроэнергии

Введение. Современная энергетическая стратегия России определяет приоритетом социальную ориентированность развития топливно- энергетического комплекса, то есть повышение жизненного уровня населения. При этом, в новых рыночных условиях ставка делается не на крупномасштабное наращивание производства энергоносителей, а на более эффективное их использование - энергосбережение. Рынок электроэнергии должен представлять собой многокомпонентный механизм согласования (балансирования) экономических интересов ее поставщиков и потребителей. Одним из самых важных компонентов рынка электроэнергии, его "физическим воплощением", является инструментальное обеспечение, представляющее собой совокупность систем, приборов, устройств, каналов связи, алгоритмов и т. п. для контроля, учёта и управления параметрами энергопотребления (объемными и стоимостными) по командам персонала.

Введение Ещё несколько лет назад контроль потребления и сбережение электроэнергии не были столь актуальны. Всех вполне устраивали цены на электроэнергию и соответствующая система её учёта на базе электромеханических (индукционных) счётчиков. Принцип их работы основан на подсчёте количества оборотов диска, вращающегося в бегущем магнитном поле. Частота вращения пропорциональна мощности, а количество оборотов потребляемой электроэнергии. Такие счётчики просты, надёжны и дёшевы.

В настоящее время, при стремительном развитии микроэлектроники и снижении цен на электронные компоненты, цифровые системы управления постепенно вытесняют своих аналоговых конкурентов. Это, в первую очередь обусловлено большим разнообразием микроконтроллеров и резким снижением их стоимости. Одно из главных преимуществ цифровых систем управления на базе микроконтроллеров это гибкость и многофункциональность, достигаемые не аппаратно, а программно, не требуя дополнительных материальных затрат. Переход на микроконтроллерное управление счётчиков электрической энергии имеет ряд преимуществ, в первую очередь, повышение точности и надёжности, а так же многофункциональность, достигаемая за счёт малых аппаратных затрат. Инструментальное обеспечение рынка электроэнергии

Трехфазные счетчики электроэнергии По роду измеряемой энергии Активной энергии Реактивной энергии По физическим явлениям Электромеханический (индукционный) Электронный (цифровой) Активной/Реактивной энергии По схеме подключения Трехпроводной Четырехпроводной Однофазной

Трехфазные счетчики электроэнергии По способу включения Непосредственного (прямого) включения Трансформаторного включения ПолукосвенногоКосвенного По числу элементов Двухэлементные ТрехэлементныеОдноэлементные По направлению учёта По модулю Двунаправленные Однонаправленные Без стопораСо стопором

Микропроцессорный счетчик Блок-схема микропроцессорного счетчика. Микропроцессорный счетчик обычно состоит из измерительных датчиков тока и напряжения (трансформаторов с улучшенными характеристиками), схем измерения (АЦП - аналого-цифровые преобразователи), микро-контроллера обрабатывающего цифровые сигналы, памяти для хранения данных счетчика. Вся информация счетчика выводится на жидкокристаллическое табло. Питаются счетчики обычно от подключенных к ним цепей напряжения. В дополнение, хорошим тоном является установка резервного питания на счетчик (в виде различных аккумуляторных батарей). Они предназначены для поддержания целостности важной информации, когда счетчик отключен от цепей питания. Значения потребляемого тока определяется с помощью трансформаторов тока. В дальнейшем происходит перемножение сигналов тока и напряжения через АЦП на высокопроизводительном микропроцессоре с набором команд. Вся полученная информация записывается в память счетчика и параллельно отображается на жидкокристаллическом дисплее. В дополнение, в различных моделях счетчика могут вводиться дополнительные информационные выходы (токовая петля, числоимпульсное реле, в котором частота импульсов пропорциональна потребленной электроэнергии, выход RS-485 и т.п.). Практически во всех счетчиках имеется память для хранения программы работы счетчика, измеренных величин (т.е. активной и реактивной энергии) а также перечня различных значимых событий (количество входов в счетчик, пропадания питания, перехода на зимнее и летнее время и т.п.).

Микропроцессорный счетчик. Многотарифность. Отличительная особенность микропроцессорных счетчиков - это возможность учёта электроэнергии по тарифам. Это означает, что Вы можете рассчитываться за потребленную электроэнергию по-разному. Например: есть 3 тарифа расчета за электроэнергию - пиковый (обычно это утренние и вечерние часы), полупиковый (это практически весь день кроме утра и вечера) и ночной. Цена за потребленную электроэнергию меняется в зависимости от тарифа. Очевидно, что выгоднее всего работать при ночном тарифе. В старых индукционных счетчиках нельзя учитывать переходы на различные временные тарифы. Как выход можно было бы использовать компьютерную систему сбора информации в режиме реального времени с последующим ручным разбиением на интервалы по тарифам. Однако гораздо проще поставить микропроцессорный счетчик, внутренняя программа которого сама бы следила за переходом из одной тарифной зоны в другую и записывала расход электроэнергии отдельно по каждому интервалу

Микропроцессорный счетчик. Еще одно преимущество микропроцессорных счетчиков – это защита информации. Обычно счетчики имеют несколько уровней доступа к своей информации (для чтения, для модификации, для перепрограммирования). Кроме этого в памяти счетчика содержится информация о всех попытках считывания и захода в него. Так что Вы можете определить когда данные в счетчике менялись.

Альфа А1800 Энергомера СЕ 304 Меркурий 233АRТ СЭТ4ТМ.03.М Матрица NP 73L Примеры микропроцессорных счетчиков.

Основные технические характеристики приборов учёта погрешность, чувствительность, номинальное напряжение и номинальный ток передаточное число межповерочный интервал, габариты, масса и т.д

Основные технические характеристики приборов учёта Номинальное напряжение Номинальный ток Класс точности Передаточное число Схема подключения

Основные технические характеристики приборов учёта Номинальное напряжение и номинальный ток У трехфазных счетчиков указываются в виде произведения числа фаз на номинальные значения тока и напряжения, у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные напряжения. Например - 3х5 А; 3X380/220 В. На счетчиках, называемых перегрузочными, указывается значение максимального тока непосредственно после номинального, например А. Счетчики допускают длительную перегрузку по току без нарушения правильности учёта: трансформаторные – 120%; счетчики прямого включения – 200% и более (в зависимости от типа). Однако при превышении максимального тока возрастает погрешность измерения.

Основные технические характеристики приборов учёта Технические характеристики средств измерений, влияющие на результаты и погрешности измерений, называют метрологическими характеристиками. Основными метрологическими характеристиками любого электроизмерительного прибора и устройства являются класс точности или предел допускаемой основной погрешности. Для большинства типов приборов в стандартах на конкретные виды приборов устанавливается в качестве основной характеристики класс точности, определяемой ГОСТ Класс точности является обобщенной характеристикой средств измерений, определяющей пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Основная погрешность – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных для него условиях эксплуатации (температура окружающего воздуха, влажность воздуха, атмосферное давление, схема подключения и др.).

Класс точности. Пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей устанавливаются в виде абсолютных, относительных или приведенных погрешностей. Абсолютная погрешность Δ прибора есть разность между показанием прибора Х П и истинным значением X измеряемой величины: Относительная погрешность δ прибора представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Относительная погрешность, обычно выражаемая в процентах, равна: В связи с тем, что истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, при оценке погрешностей его заменяют приближающимся к нему значением, найденным экспериментальным путем и называемым действительным. При поверке прибора действительное значение обычно принимается равным показанию образцового прибора. Приведенная погрешность у прибора есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению X N

Класс точности. Основной приведенной погрешностью считается погрешность прибора при нормальных условиях его работы. При отклонении от этих условий возникают дополнительные погрешности: температурная (от изменения окружающей температуры), от влияния внешних магнитных полей, от изменения частоты переменного тока и пр. По степени точности электроизмерительные приборы непосредственной оценки подразделяются на восемь классов: Класс точности прибора 0,050,10,20,51,02,02,54,0 Основная приведенная погрешность ±0,05±0,1±0,2±0,5±1,0±2,0±2,5±4,0 От класса точности 0,2 и ниже прибор считается рабочим, класс точности выше у образцовых приборов. Ошибка в показаниях прибора определяется его классом точности. Например, амперметр класса 1,5 со шкалой на 100 А может дать погрешность (100*1,5)/100= 1,5А. Погрешность прибора не следует смешивать с погрешностью измерений. Так как погрешность для рассматриваемого прибора, равная 1,5 А, задается независимо от измеряемого им тока, то при токе 50А погрешность измерений будет составлять 3%, а при токе 5А 30%. Поэтому при измерениях рекомендуется так выбирать приборы, чтобы значения измеряемой величины не были существенно меньшими наибольшего ее значения, указанного на шкале прибора.

Класс точности. ТипМПИПримечание СО-ЭЭ7000Б8 ЭСЭ-16 CО-5016 СО-ЭЭ6705, СО-ЭЭ РиМ109.01, РиМ Вектор-1, Вектор-216 НЕВА МТ 116 ЦЭ2705М16 Берегун16 СЦЕТ-12, 13, 1516 СЕ101, СЕ102, СЕ200, СЕ20116 Меркурий-201, Меркурий Меркурий-203.1, Меркурий и для класса точности 1, 16- для класса точности 2 ЭУ2016 СОЭБ-2ПДР16 NP515, NP523, NP52416 СОЛО, СОЛО с шунтом16 МЕ1, МЕ12Р, МЕ13Р8 Словения KNUM США А100, А120, А14016 СО-505, СО-505Т16 РФ, Беларусь ЦЭ и для многотарифных, 16-для однотарифных ЦЭ Гранит-1, Гранит-216 СЭО-1.12, СЭО-1.14, СЭО-1,16, СЭО-1,1816 СКАТ СО-ИП216 ЦЭ СОЭБ-18 СОЭИ-5(60)-1,2(Сапфир)16 Однофазные счетчики

Класс точности. ТипМПИПримечание ТРИО8 ТРИО М, ТРИО У16по модулю ЦЭ6803В16 ЦЭ6803ВМ16по модулю Альфа А1800, А ЕвроАльфа8 Альфа 2, Альфа 312 Вектор-3, Вектор-3 АМ161Н по модулю Меркурий 230, Меркурий Н по модулю Меркурий и 16по модулю Меркурий Н по модулю СА4У-И672М, СА4-И672М6 СА4-514, СА4-516, СА СА4-ИП28 ИП10 СА4-И61046 СЕ СЕ и 1016 (СЕ301S), 10 (СЕ301R) СЕ СЕ и 1016 (СЕ303S), 10 (СЕ303R) СЕ 3048 СЕ 4028 СТЭ56110 ЦЭ6805В, ЦЭ6805ВС8 СЭТ-4ТМ.0310 ПСЧ-4ТМ.0510 ПСЧ-4ТМ.05М12 СТЭБ-04Н-ДР10 NP541, NP542, NP5458 NP73L ION10Канада KNUM CША Echelon EM CША Трехфазные счетчики

Основные технические характеристики приборов учёта К основным техническим характеристикам измерительных приборов также относятся чувствительность и цена деления. Чувствительностью S электроизмерительного аналогового прибора к измеряемой величине называется производная от перемещения а указателя по значению измеряемой величины X: Если чувствительность постоянна, т.е. не зависит от значения измеряемой величины, то ее можно определить из выражения: Чувствительность измерительного прибора имеет размерность, зависящую от характера измеряемой величины, поэтому, когда пользуются термином «чувствительность», говорят «чувствительность прибора к току», «чувствительность прибора к напряжению» и т.д. Например, чувствительность вольтметра к напряжению равна 10 дел/В. Величина, обратная чувствительности, С= 1/5, называется ценой деления прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы. Например, если S = 10 дел/В. то С = 0,1 В/дел.

Основные технические характеристики приборов учёта Диапазоном измерений измерительного прибора называют область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности. Измерительный прибор в цепи, находящейся под напряжением, потребляет от этой цепи некоторую мощность, называемой мощностью потребления прибора В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами мощности может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством ИП. Мощность, потребляемая приборами, в зависимости от принципа действия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и лежит в пределах от до 15 Вт.

Измерительные трансформаторы Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений. Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Измерительные трансформаторы. Трансформатор напряжения. Трансформатор напряжения 1 служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение. Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную к вольтметру 2. Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U 1 и U 2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков n 1 и n 2 обеих обмоток трансформатора: U 1 /U 2 = n 1 /n 2 = n

Измерительные трансформаторы. Меры безопасности. Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют. Трансформаторы напряжения подключают через ограничительные сопротивления и предохранители. Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя. Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

Трансформатор тока ТПЛ-10 ТПОЛ-10 в ячейке 10 кВ Измерительные трансформаторы. Трансформаторы тока Трансформатор тока Т-0,66 Шинные и опорные трансформаторы тока Трансформаторы тока ТОЛ-10 Трансформатор тока ТТИ-А

Измерительные трансформаторы. Трансформаторы напряжения

Автоматизированные системы В зависимости от уровня обслуживания производственных процессов на предприятии сама информационная система или её составная часть (подсистемы) могут быть отнесены к различным классам: Класс A – системы управления технологическими объектами и/или процессами. Класс B – системы подготовки и учёта производственной деятельности предприятия. Класс C – системы планирования и анализа производственной деятельности предприятия.

Классификация автоматизированных информационных систем Системы (подсистемы) класса A - системы контроля и управления технологическими объектами и/или процессами. В качестве классических примеров систем класса A можно считать: SCADA - SupervisoryControlAndDataAcquisition (диспетчерский контроль и накопление данных); DCS - DistributedControlSystems (распределенные системы управления); BatchControl - системы последовательного управления; АСУ ТП - Автоматизированные Системы Управления Технологическими Процессами. АСКУЭ - Автоматизированная Система Коммерческого Учёта Электроэнергии

Классификация автоматизированных информационных систем Системы класса B - это системы подготовки и учёта производственной деятельности предприятия. Системы класса B предназначены для выполнения класса задач, требующих непосредственного участия человека для принятия оперативных (тактических) решений, оказывающих влияние на ограниченный круг видов деятельности или небольшой период работы предприятия. В некотором смысле к таким системам принято относить те, которые находятся на уровне технологического процесса, но с технологией напрямую не связаны. Классическими примерами систем класса B можно считать: MES - ManufacturingExecutionSystems (системы управления производством); MRP - MaterialRequirementsPlanning (системы планирования потребностей в материалах); CRP - C ResourcePlanning (система планирования производственных мощностей); CAD - ComputingAidedDesign (автоматизированные системы проектирования - САПР); CAM - ComputingAidedManufacturing (автоматизированные системы поддержки производства); CAE - ComputingAidedEngineering (автоматизированные системы инженерного проектирования - САПР); PDM - ProductDataManagement (автоматизированные системы управления данными); СRM - CustomerRelationshipManagement (системы управления взаимоотношениями с клиентами); ITSM – IT ServiceManagement (автоматизированная система сервиса информационных технологий) всевозможные учётные системы и т.п. Одна из причин возникновения подобных систем - необходимость выделить отдельные задачи управления на уровне технологического подразделения предприятия.

Классификация автоматизированных информационных систем Системы класса C - это системы планирования и анализа производственной деятельности предприятия. Системы класса C предназначены для выполнения класса задач, требующих непосредственного участия человека для принятия стратегических решений, оказывающих влияние на деятельность предприятия в целом. Классическими названиями системы класса С можно считать: ЕАМ – EnterpriseAssetManagement (управления фондами и активами предприятия) ERP - EnterpriseResourcePlanning (Планирование Ресурсов Предприятия); IRP - IntelligentResourcePlanning (системами интеллектуального планирования); АСУП – автоматизированные системы управления производством

АСКУЭ - автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии Базой формирования и развития инструментального обеспечения являются автоматизированные системы контроля и учёта потребления электроэнергии. АСКУЭ являются многоканальными измеритель- ными системами, производящими в автоматическом режиме в полном объеме или частично выполнение измерительных и вычислительных операций. АСКУЭ, устанавливаемые на энергообъектах для автоматизированного контроля и учёта электроэнергии и мощности, в том числе с целью измерений активной и реактивной электроэнергии и мощности, относятся к измерительным системам, в общем случае представляющим собой совокупность функционально объединенных масштабных измерительных преобра- зователей (измерительные трансформаторы тока и напряжения), интегрирующих приборов (счетчики электроэнергии с импульсным и/или цифровым интер- фейсом), концентраторов или устройств сбора данных (далее УСД), устройств сбора и передачи данных (далее УСПД), центральных вычислительных устройств и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого энергообъекта и соединенных между собой каналами и/или линиями связи.

АСКУЭ – немного истории Попытки создания АСКУЭ (автоматизированной системы контроля учёта электроэнергии) связаны с появлением в относительно доступных микропроцессорных устройств, однако дороговизна последних делала системы учета доступными только крупным промышленным предприятиям. Разработку АСКУЭ вели целые НИИ. Решение задачи предполагало: оснащение индукционных счетчиков электрической энергии датчиками оборотов; создание устройств, способных вести подсчет поступающих импульсов и передавать полученный результат в ЭВМ; накопление в ЭВМ результатов подсчета и формирование отчетных документов. Первые системы учета были крайне дорогими, ненадежными и малоинформативными комплексами, но они позволили сформировать базу для создания АСКУЭ следующих поколений. Переломным этапом в развитии АСКУЭ стало появление персональных компьютеров и создание электронных электросчётчиков. Ещё больший импульс развитию систем автоматизированного учёта придало повсеместное внедрение сотовой связи, что позволило создать беспроводные системы, так как вопрос организации каналов связи являлся одним из основных в данном направлении.

АСКУЭ. Организация системы Для организации системы АСКУЭ необходимо: В точках учёта энергии установить высокоточные средства учёта - электронные счётчики Цифровые сигналы передать в так называемые «сумматоры» - УСПД (устройство сбора и передачи данных), снабженные памятью. Создать систему связи (как правило, последнее время для этого используют GSM – связь), обеспечивающую дальнейшую передачу информации в местные (на предприятии) и на верхние уровни. Организовать и оснастить центры обработки информации современными компьютерами и программным обеспечением.

АСКУЭ - автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии Таким образом, системы АСКУЭ включают следующие составные части: Измерительную часть УСПД Средства связи Сервер опроса Сервер баз данных Серверная часть программного обеспечения Клиентская часть программного обеспечения Устройства сбора и передачи данных предназначены для периодического опроса счетчиков электрических. УСПД собирают считанную со счетчиков информацию и через каналы связи передают её на сервер баз данных обеспечивая доступ к информации для центра сбора информации вышестоящего уровня.

АСКУЭ. Организация системы Уровень первый – это уровень сбора информации. Элементами этого уровня являются электросчётчики и различные устройства, измеряющие параметры системы. В качестве таких устройств могут применяться различные датчики как имеющие выход для подключения интерфейса RS-485, так и датчики, подключенные к системе через специальные аналого- цифровые преобразователи. Необходимо обратить внимание на то, что возможно использовать не только электронные электросчётчики, но и обычные индукционные, оборудованные преобразователями количества оборотов диска в электрические импульсы. В системах АСКУЭ для соединения датчиков с контролерами применяют интерфейс RS-485. Входное сопротивление приемника информационного сигнала по линии интерфейса RS-485 обычно составляет 12 кОм. Так как мощность передатчика ограничена, это создает ограничение и на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации интерфейса RS-485 с учетом согласующих резисторов приёмник может вести до 32 датчиков. Уровень второй – это связующий уровень. На этом уровне находятся различные контролеры необходимые для транспортировки сигнала. В схеме АСКУЭ представленной на рисунке 9 элементом второго уровня является преобразователь, преобразующий электронный сигнал с линии интерфейса RS-485 на линию интерфейса RS-232, это необходимо для считывания данных компьютером либо управляющим контролером. В случае если требуется соединение более 32 датчиков, тогда в схеме на этом уровне появляется устройства, называемые концентраторы. На рисунке показана схема построения системы АСКУЭ для количества датчиков от 1 до 247шт

Третий уровень – это уровень сбора, анализа и хранения данных. Элементом этого уровня является компьютер, контролер или сервер. Основным требование к оборудованию этого уровня является наличие специализированного программного обеспечения для настройки элементов системы. В настоящее время практически все электронные электросчётчики оборудованы интерфейсом для включения в систему АСКУЭ. Даже те, которые не имеют этой функции, могут оснащаться оптическим портом для локального снятия показаний непосредственно на месте установки электросчётчика путём считывания информации в персональный компьютер. Поэтому, сегодня электросчётчик является сложным электронным устройством. Однако не стоит думать, что только электронные счётчики можно использовать для дистанционного снятия показаний (а именно эта цель является основной в системах АСКУЭ). Счетчики, в маркировке которых есть буква «Д», например, СР3У-И670Д, имеют телеметрический выход (импульсный датчик), обеспечивающий передачу по двухпроводной линии связи информации о проходящей через счетчик активной (реактивной) энергии в систему дистанционного сбора и обработки данных. АСКУЭ. Организация системы

Инициативой для синхронизации времени микропроцессорных счетчиков электроэнергии является команда установки времени контроллера, передаваемая программным обеспечением верхнего уровня. При получении такой команды устройство сбора данных устанавливает время встроенных в контроллер часов и проводит синхронизацию времени электросчетчиков. АСКУЭ. Синхронизация времени.