Системы мониторинга энергопотребления

Практические занятия

Очная форма обучении. Учебный план 6227

Код раздела, темы	Номер занятия	Тема занятия	Время на проведение занятия (час.)
Р9	9	Счетчики электрической энергии	2

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 9 (2 часа)

Счетчики электрической энергии

( на базе современных систем учета электроэнергии)

Энергосбережение является одним из приоритетов государственной энергетической политики. Повышение энергетической эффективности увеличивает рентабельность, конкурентоспособность, количество рабочих мест, позволяет расширение бизнеса за счет освобождения сэкономленных средств. Именно поэтому за последнее время вышли законы и постановления, определяющие государственную важность энергосбережения.

Повышение энергоэффективности основывается на технических решениях и на более совершенном управлении. Огромное внимание уделяли удовлетворению потребностей производственного процесса в энергии и до недавнего времени не придавали особого значения эффективности ее учета. Признание важности учета энергии требует менеджмента. Системы управления предприятием, которые обладают четкой организационной структурой, сегодня все чаще обращают внимание на извлечение прибыли используя современные системы учета электрической энергии – это еще один способ снижения затрат.

Cовременные системы учета электроэнергии позволяют использовать системный подход к экономии энергии. Инструментальное обеспечение – совокупность систем учета, приборов и устройств для контроля и управления параметрами энергопотребления.

Объектом исследования является обзор современных систем учета электроэнергии. Целью является оценка эффективности использования систем учета на основании обзора литературных источников по тематике исследования. Работа актуальна, ведь сегодня учет энергии является важной составляющей системы энергетического менеджмента. Своевременное проведение энергетического обследования позволяет эффективное использование энергетических ресурсов, затрат на них, выявление нерационального использования ресурсов, также разработка программы энергосберегающих мероприятий и проектов.

Учет электроэнергии

Электроснабжение объектов осуществляется по кабельным линиям 0,4, а также воздушным линиям 6 и 10 кВ. На всех вводах установлены 3-х фазные счетчики учета активной электроэнергии. Специальные организации следят, чтобы счетчики учета электроэнергии находились в исправном состоянии. Их устанавливают в соответствии с ПУЭ.

Сегодня хищения электроэнергии в России в частном секторе в среднем составляет до 60%, а в коммунальном секторе до 25% от всей потребляемой бытовыми потребителями электроэнергии. Поэтому без новых технических средств учета потребления электроэнергии с проблемой хищения не справиться.

Рекомендуемый для снижения коммерческих потерь в частном секторе способ выноса электросчетчиков на фасады частных домов или на опоры электросетей имеет ряд недостатков:

· вынос требует установки электросчетчиков в надежно защищаемые ящики, с надежным заземлением и устройствами быстрого отключения при попадании человека под напряжение,

· не решают вопроса расчета баланса полученной и потребленной электроэнергии,

· не решаются вопросы автоматизации сбора информации.

Известны системы «Континиум», в которых данные от счетчика до концентратора идут не в цифровом виде, а в виде импульсов телеметрии пропорциональных потребляемой мощности. Потеря связи между счетчиком и концентратором ведет к потере показаний электроэнергии со счетчика пропорционально времени потери связи.

Специалистами Новосибирского энергосбыта и фондом энергосбережения по Новосибирской области была разработана концепция по учету электроэнергии, которая легла в основу разработанных ниже систем. Основная направленность данных систем – это:

· уменьшение коммерческих и технических потерь электроэнергии;

· уменьшение эксплуатационных расходов;

· расчет баланса полученной и потребленной электроэнергии.

При этом бытовой сектор потребления электроэнергии можно разделить на два подсектора: частный (одноквартирные дома, коттеджи) и коммунальный (многоквартирные дома). Разработка приборов учета электроэнергии велась учитывая специфику потребления электроэнергии в этих подсекторах.

Для частного сектора жилья характерны следующие основные особенности: большой уровень коммерческих потерь электроэнергии, до 60%. Для коммунального сектора жилья: занижение показаний счетчиков при оплате за электроэнергию потребителями, коммерческие потери могут доходить до 20% и отсутствие возможности оперативного контроля потребленной и оплаченной электроэнергии. Кроме того в бытовом секторе сложности доступа к счетчику для сверки показаний или для проверки его технического состояния.

Система РМС-2050

Для решения этих проблем были разработаны автоматизированные системы коммерческого учета бытового сектора, которые наиболее полно учитывали особенности каждого подсектора - частного и коммунального, это РМС-2050 и РМС-2060б.

Система РМС-2050 предназначена для частного сектора и решения следующих задач:

· приборы учета должны обеспечить учет электроэнергии как при санкционированном, так и при несанкционированном подключении абонента и сделать бессмысленными любые несанкционированные подключения;

· организовать дистанционный сбор и последующую централизованную обработку учетной информации об индивидуальном потреблении электроэнергии каждым потребителем;

· нахождение прибора учета должно быть на частной территории, т.е. ответственность за сохранность и исправность прибора несет абонент (потребитель электроэнергии);

· обеспечить расчет баланса электроэнергии на установленный расчетный день и час.

Для практической реализации указанных решений был разработан комплекс аппаратных и программных средств входящих в состав системы РМС-2050М:

1. Однофазный многотарифный счетчик - СОЭБ-2П ДР с передачей данных по радиоканалу и защитой от хищений;

2. Трехфазный многотарифный счетчик - СТЭБ-04/2-80-ДР с передачей данных по радиоканалу и защитой от хищений;

3. Трехфазный многотарифный счетчик - СТЭБ-04/1-7,5-Р с передачей данных по радиоканалу для установки в ТП с целью получения данных для расчета баланса потребленной электроэнергии;

4. Переносной ридер контролёра - РМРМ-2055РК. Прием данных по радиоканалу, с последующей перекачкой их в компьютер по интерфейсу RS-232;

5. Программное обеспечение с драйверами передачи данных в существующую базу данных энергосбыта для дальнейшей обработки.

Счетчики с защитой от хищений (однофазный и трехфазный) разработаны с внешним выносным датчиком мощности, ДДМ, что позволило взять под контроль всю подводящую линию к абоненту начиная от опоры ВЛ 0,4 кВ. Структурная схема однофазного счетчика СОЭБ-2П ДР упрощенная и расширенная представлены на рис.1.

Рис.1

Принцип работы счетчика: процессор базового блока (ББ) анализирует данные с выхода 2-х измерителей, один который находится в ДДМ, второй в базовом блоке и суммирует данные только от того измерителя, у которого в данный момент на выходе максимальная измеряемая мощность. Данные от ДДМ в базовый блок передаются в цифровом виде по силовой сети, для этого в ДДМ находится передатчик. Принцип передачи – частотная манипуляция (FSK). Передача ведется на 4-х частотах в диапазоне 50 – 93 кГц. Уверенная дальность передачи по силовому каналу не менее 60 метров. Данные со счетчика по радиоканалу передаются на пульт переноса данных (ридер) РМРМ-2055РК. Несущая частота 433,92 МГц, частотная манипуляция (FSK), мощность передатчика не более 10 МВт. Это обеспечивает дальность уверенного приема на автомобильную антенну до 100 метров.

Исходя из принципа работы счетчика основные виды хищения электроэнергии. Любое воздействие по отдельности на ДДМ либо ББ вызовет разбаланс данных от ДДМ и ББ и на сумматор данные будут поступать от того измерителя, у кого на выходе максимальная мощность. Например, зашунтировали ББ или сделали «наброс» на подводящие провода, тогда ток проходящий через ДДМ будет больше чем через ББ (Iддм >IББ) данные в сумматор будут браться от ДДМ и наоборот при шунтировании ДДМ Iддм < IББ, данные в сумматор будут браться от ББ. Отключение счетчика: для этого случая сделано временное подключение в обход счетчика, смотреть рис.2.

Рис.2

Так как ДДМ в такой схеме проводит учет потребленной электроэнергии, то при восстановлении схемы потребления данные от ДДМ поступят в базовый блок и добавятся к суммирующему счетчику. Таким образом, данные о потреблении не потеряются, а будут учтены в полном объеме. Можно провести полный анализ режимов потребления и работы счетчика, в оперативном журнале счетчика будет отражена информация о: времени включения/выключения счетчика; количестве потребленных кВт/ч по тарифам до и после включения; статусной информации до и после включения.

Особенности данного типа счетчика: 2 канала измерения; самодиагностика; ЖК индикатор с диапазоном температур до -36°С; технологический запас по классу точности; устойчивость к климатическим, механическими и электромагнитным воздействиям; дистанционная цифровая передача данных по радиоканалу на расстояние до 100 метров; работа при напряжении сети 160 – 380 В.

Табл.1

	Основные характеристики счетчика
1	Класс точности по ГОСТ 30207-94	2,0
2	Номинальное напряжение, В	220±20%
3	Диапазон рабочих токов, А	5-50
4	Мощность обнаружения НСП, кВА	Не менее0,1
5	Время обнаружения, мин	Не более5
6	Мощность передатчика (433,92 МГЦ), мВт	10
7	Мощность потребления, ВА	Не более 10
8	Дополнительные каналы связи	радиоканал; RS-232

Функциональные возможности счетчика: учет и индикация количества потребленной электроэнергии нарастающим итогом, раздельно по трем тарифам; автоматическое переключение тарифов; индикация действующего тарифа; автоматический переход на «зимнее» и «летнее» время; фиксация корректировок тарифного расписания и текущего времени; фиксация контрольной суммы тарифного расписания; учет общего времени работы счетчика; накопление данных по количеству потребленной электроэнергии, раздельно по трем тарифам за последние 12 месяцев во внутреннем журнале счетчика; накопление оперативных данных по режимам работы счетчика; автоматическая суточная коррекция хода часов (± 30 с/сутки); передача данных по радиоканалу на мобильный пульт переноса данных РМРМ-2055 РК.

Передает следующую информацию: собственный адрес; потребленную электроэнергию по 3 тарифам; суммарное время работы счетчика; текущую дату и время; контрольную сумму.

Ридер РМРМ-2055 РК представляет собой микропроцессорный блок, обеспечивающий управление всеми узлами устройства, ведения календаря, хранения, просмотра и поиска учетной информации в базе данных ридера, а также управление радиоприемным устройством. Все режимы задаются с помощью клавиатуры и индицируются на ЖК-дисплеи.

Ридер предназначен для считывания данных со счетчиков электроэнергии по радиоканалу, и передачи их в ПК. Дополнительно в счетчике ридером производится программирование тарифного расписания, занесения № ДДМ, коррекция времени и чтение журнала счетчиков через канал RS-232.

Для упрощения работы контролера с ридером в нем предусмотрены три основных режима:

1. Прием данных только от конкретного номера счетчика;

2. Прием данных от всех счетчиков находящихся в зоне приема (общий прием);

3. Прием данных только от заданных номеров счетчиков (селективный прием).

В последнем случае процедура выглядит следующим образом. С энергосбытовой базы данных через программу связи с ридером в ридер заносится информация, с каких абонентов необходимо принять данные. При этом по каждому абоненту заносятся следующие данные: лицевой счет, номер счетчика, наименование улицы и номер дома. Так по каждому маршруту. Маршрутов может быть несколько, в каждом маршруте описаны какие счетчики необходимо принять. Если по какой то причине на маршруте не будет приняты данные от каких-то счетчиков, то контролер на дисплее ридера будет видеть какие номера не приняты, а так же адреса непринятых счетчиков. После получения данных от всех запланированных счетчиков данные через программу связи с ридером скачиваются в базу энергосбытовой организации для дальнейшей обработки.

Табл.2

	Основные характеристики ридера
1	Емкость памяти	7000 абонентов
2	Время связи по радиоканалу, не более ,с	30
3	Дальность радиоприема не менее, м	50
4	Скорость обмена по RS-232 не менее,	9600
5	Мощность потребления не более, Вт	1
6	Питание (автономное / внешний источник)	да

Функциональные возможности: селективный прием информации от счетчиков по радиоканалу; общий прием информации по радиоканалу; радиопоиск по номеру счетчика; просмотр на дисплее информации баз данных; выдача информации по запросу от внешнего устройства через интерфейс RS-232; хранение принятой информации при выключенном питании (со встроенными элементами питания пульта); выполнение технологических функций (программирование в счетчиках нового тарифного расписания и коррекция времени); индикация состояния элементов питания; возможность запитывать от 12В бортовой сети автомобиля или через внешний блок питания от сети 220В.

Трехфазный счетчик СТЭБ-04/2-80-ДР построен аналогично однофазному СОЭБ-2П ДР, предназначен для установки у потребителей имеющих трехфазный ввод.

Трехфазный счетчик СТЭБ-04/1-7,5-Р для установки на трансформаторных подстанциях с целью обеспечения расчета баланса потребленной электроэнергии.

Особенности счетчиков: имеют ЖК восьмиразрядный индикатор с широким диапазоном рабочих температур, индикатор имеет указатель вида индицируемого параметра.

Модификации счетчиков, отличающиеся дополнительными передающими устройствами:

· счетчики с индексом «К» имеют интерфейс RS-485, двухпроводный с внешним питанием 9…12 В.

· счетчики с индексом «Р» имеют радиопередающее устройство (433,93 МГц, 10 мВт) для передачи данных по потреблению на ридер контролера РМРМ-2055РК Дальность связи не менее 50 м.

Функциональные возможности: по фазный и общий учет энергии, по фазное и общее измерение средней мощности за период 5…30 мин, тарификация потребления по трем тарифам и шести тарифным зонам, автоматическое переключение тарифов, индикация текущего тарифа, автоматический переход на летнее или зимнее время, учет общего времени работы счетчика, автоматическая суточная корректировка хода часов, ведение журналов учета энергии по фазный и общий по месяцам в течение года. По радиоканалу передаются: количество потребленной электроэнергии по трем тарифам, суммарное время работы счетчика, текущие дата и время, номер счетчика, технические параметры.

Система РМС-2060б

Система РМС-2060б предназначена для коммунального сектора и решения следующих задач:

· местонахождение прибора учета должно быть на частной территории: в квартире или на закрытой части лестничной площадки. Ответственность за сохранность и исправность прибора несет абонент (потребитель электроэнергии);

· система не должна требовать прокладки дополнительных линий связи (либо требовать минимального количества таких линий);

· система должна учитывать общедомовое и поквартирное потребление с возможностью выявления несанкционированных подключений;

· обеспечить расчет баланса электроэнергии на установленный расчетный день и час;

· обычный линейный персонал мог выполнить монтаж системы как обычную замену счетчиков.

Для практической реализации указанных решений разработан комплекс аппаратных и программных средств, входящих в состав нижнего уровня системы:

1. Электронный однофазный однотарифный счетчик электроэнергии

СОЭБ-2ПК –01 с дистанционной передачей показаний по силовым проводам;

2. Электронный однофазный многотарифный счетчик электроэнергии СОЭБ-2ПК с дистанционной передачей показаний по силовым проводам;

3. Электронный трехфазный многотарифный счетчик электроэнергии СТЭБ 04-7,5-1К с дистанционной передачей показаний по интерфейсу RS485 и возможностью пофазного учета потребленной электроэнергии;

4. Устройство сбора и передачи данных РМ-УСПД 2064М, имеющий в своем составе: приемник данных по силовой сети и по интерфейсу RS485; сотовый GSM/GPRS модем;

5. Устройство сбора и передачи данных РМ-УСПД 2064, отличающееся от РМ-УСПД 2064М отсутствием GSM/GPRS модема;

6. Программное обеспечение включающая в себя: программы конфигурации и ввода счетчиков типа СОЭБ, СТЭБ в эксплуатацию; программу верхнего уровня предназначенную для конфигурации системы, сбора и предварительной обработки информации.

Структурная схема системы в расчете на один многоквартирный дом представлена на рисунке:

Рис.3

Рис.4

Смонтировать систему на доме может обычный линейный электротехнический персонал который обслуживает счетчики. После установки счетчиков и передачи данных о соответствии номера счетчика номеру квартиры со связного компьютера проводится активация системы, т.е. сообщаются данные и система готова к функционированию.

Приборы учета СОЭБ-2ПК устанавливаются вместо существующих индукционных счетчиков и предназначены для коммерческого учета потребления электроэнергии до трех тарифов и передачи данных о потребленной абонентом электроэнергии по силовым проводам.

Табл.3

	Основные характеристики счетчика
1	Номинальное напряжение, В	220 ±20%
2	Номинальный ток, А	2
3	Максимальный ток, А	5
4	Класс точности	1или2
5	Мощность потребления, ВА	10
6	Диапазон рабочих температур, °С	-25…+50

Счетчик может быть запрограммирован для учета электроэнергии по одному, двум или трем тарифам, в соответствии с установленным тарифным расписанием, состоящим из 6-и тарифных зон. Счетчик по силовой сети передает следующие данные: собственный заводской номер; дату и время передачи по внутренним часам реального времени; количество электроэнергии нарастающим итогом. Дальность передачи по силовой сети до 200м в пределах одной фазы одного присоединения. Принцип передачи данных по силовой сети – частотная манипуляция (FSK). Для увеличения помехоустойчивости передача ведется на 4-х частотах в диапазоне 50–93кГц.

Устройство сбора и передачи данных РМ-УСПД 2064М предназначено для приема данных по силовой сети от счетчиков типа СОЭБ-2ПК, приема и управления данными по интерфейсу RS485, а также для обмена информацией по сотовой связи с центральным сервером энергосбыта. Устанавливается в электрощитовой дома и подключается к трехфазной сети. Трехфазные счетчики, учитывающие общее потребление, подключаются через интерфейс RS485.

Табл.4

	Основные характеристики:
1	Максимальное количество обслуживаемых абонентов	256
2	Максимальная дальность приема по силовой сети, м	300
3	Максимальное количество фаз, с которых собирается информация	3
4	Максимальное количество устройств, подключаемых к интерфейсу RS485	32

Приборы учета СТЭБ-04-7,5-1К устанавливаются вместо существующих трехфазных счетчиков, предназначены для коммерческого учета потребления электроэнергии по 3 тарифам и передачи данных о потребленной абонентом электроэнергии по интерфейсу RS485. Счетчик косвенного включения и используется совместно с трансформаторами тока, выбор которых зависит от мощности потребления электроэнергии.

Табл.5

	Основные характеристики счетчика.
1	Номинальное напряжение, В	220/380 ±20%
2	Номинальный ток, А	5
3	Максимальный ток, А	7,5
4	Класс точности	1
5	Мощность потребления, ВА	10
6	Диапазон рабочих температур, °C	-25…+50

Программное обеспечение, поставляемое в составе системы, предназначено для работы в среде “WINDOWS”, обеспечивает сбор данных от абонентских счетчиков в Server. Программное обеспечение позволяет организовать сбор данных о потребленной электроэнергии, как в масштабах дома, так и в масштабах города. Сбор данных возможен по следующим каналам связи: RS-485, GSM (передача данных) и GPRS. Вывод результата в табличном и графическом виде. Возможность экспорта в таблицы Excel.

Системы мониторинга энергопотребления

Актуальной задачей для предприятий является вопрос оптимизации режима потребления энергии. Разрабатываются системы мониторинга, Которые решают различные задачи: от осциллографирования кривых тока и напряжения до задач управления реактивной мощностью И электропотреблением в часы максимума потребления энергии. Упрощенная схема такой системы на рисунке:

Рис.5

Основа системы: многофункциональный измеритель параметров сети. Один такой прибор заменяет измерительный щит, измеряя ток, напряжение активную и реактивную мощности. Приборы электромагнитно совместимы с действующими установками 0,4-10кВ. Имеют цифровой выход для подключения в информационные промышленные сети типа Modbus, profibus. Выходы приборов подключают к система мониторинга, реализованной аппаратно на базе ПК и ПО, ориентированного на создание систем верхнего уровня Scada.

Более совершенные системы включают анализаторы параметров сети: напряжение, ток, нагрузка, изменение мощности, появление гармоник, скачки напряжения. Такие системы позволяют контролировать: отключение энергопотребления и качество энергии.

В настоящее время представлено огромное количество систем, удовлетворяющих стандартным требованиям. Технологии позволяют внедрить управляемость и контроль приборов учета. Наиболее известные производители:

1. Система ООО “АББ ВЭИ Метроника” (г. Москва). Программное обеспечение верхнего уровня “Альфа-Центр” обеспечивает интеграцию приема информации от низовых устройств сбора и передачи данных исключительно производства “АББ ВЭИ Метроника”. Электронные счетчики в системе должны применяться только фирмы АББ. Недостатки: интерфейс общения с системой на уровне пользователей довольно тяжелый из-за перегруженности экранного меню; нет явно прослеживаемой связи между опрашиваемым объектом и информацией в базе данных по этому объекту; в процессе разработки новых версий программного продукта верхнего уровня не всегда обеспечивается совместимость с программным обеспечением более ранних версий; стоимость продукции АББ достаточно высока для нашего рынка.

2. Комплекс “ЭКОМ-3000” производства фирмы “Прософт-Е” (г. Екатеринбург). Работает с различными типами цифровых электросчетчиков. Недостатки: установка и запуск системы производится только специалистами разработчика, процесс установки и запуск системы занимает довольно много времени (до 2-3-х рабочих дней); протокол передачи данных на верхний уровень плохо оптимизирован под российские каналы связи; стоимость оборудования ниже чем ООО “АББ ВЭИ Метроника”, но несколько выше чем у других российских производителей.

3. Программно-технический комплекс ЗАО “ИскрЭН” (г. Москва). Программное ядро работает под операционной системой Windows 2000 и интегрировано с MS SQL- сервером. Система работает только с электросчетчиками производства фирмы “Искра”. Установка и запуск программно-технических средств производится только специалистами "ИскрЭН”. Недостатки: любые доработки программ- ных средств затруднительны т.к. производство в Словении; стоимость продукции очень высока для нашего рынка.

4. Система учета энергоресурсов “Ток” производства фирмы “Амрита” (г. Пенза). Возможность монтажных и пусконаладочных работ как самим заказчиком, так и фирмой производителем. Гарантия на оборудование в течение 4 лет. Наиболее сбалансированное соотношение “цена-качество”, полностью оптимизированная система для российских линий связи, легкий и доступный интерфейс, возможность использования как модулей связи собственного производства, так и оборудования сторонних производителей. Система позволяет вести одновременно технический и коммерческий учет энергоресурсов, одновременно снимать показания со счетчиков и с интеллектуальных счетчиков по интерфейсу RS-485.

5. Информационно-измерительная система “Пирамида” производства фирмы ЗАО ИТФ “Системы и технологии” (г. Владимир). “Сикон-С10” работает с различными типами цифровых электросчетчиков. К импульсному входу подключают любой электронный счетчик с телеметрическим выходом. Достоинства: сбалансированное соотношение цена-качество; возможность объединения промышленной сетью Profibus; оптимально подходит как для крупных, так и для малых предприятий. Недостаток – дорогое программное обеспечение.

Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 84; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!