устройство для измерения электрической энергии

Формула изобретения

Устройство для измерения электрической энергии, содержащее преобразователь мощности электрической энергии в частоту, тактовый генератор, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом вычислительного блока, блок индикации, входы которого соединены с группой выходов вычислительного блока, снабженного также управляющим входом и информационным выходом, и двухканальную линию связи, при этом токовые и потенциальные входы преобразователя мощности электрической энергии в частоту подключены к сети переменного тока, величину потребления энергии в которой измеряет устройство, управляющий вход вычислительного блока, который через оптоэлектронный разъем и первый канал линии связи соединен с пунктом контроля и управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит одновибратор и логический элемент ИЛИ, при этом информационный выход вычислительного блока соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с управляющим входом вычислительного блока, а выход логического элемента ИЛИ через оптоэлектронный разъем и второй канал линии связи соединен с пунктом контроля и управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении бытовых электронных счетчиков электрической энергии для объектов, оборудованных линиями диспетчерской связи с пунктами контроля и управления энергопотреблением.

Из предшествующего уровня техники известно устройство для измерения электрической энергии (см. П. И. Головкин, "Электросистемы и потребители электрической энергии", М., "Энергия", 1984, с. 61), содержащее преобразователь сигналов тока и напряжения питающей сети, подключенный к нему электромеханический интегратор, который в свою очередь соединен механически с двумя счетными механизмами через релейное устройство, которое электрически по линии диспетчерской связи соединено с центральным пультом управления.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно характеризуется ограниченными функциональными возможностями, поскольку обеспечивает возможность измерения только потребленной электроэнергии при действии тарифа, дифференцированного по времени суток. Сбор же информации о расходовании электрической энергии отдельными потребителями (при использовании известного устройства) производится операторами путем считывания показаний счетных механизмов, установленных у потребителей.

Известно также устройство для измерения электрической энергии (см. заявку Франции N 2421387, кл. G 01 R 11/56, 1979), взятое в качестве прототипа и содержащее подключенные к вычислительному блоку тактовый генератор, блок индикации и преобразователь мощности в частоту, токовые и потенциальные входы которого подключены к клеммам питающей сети переменного тока, при этом информационные выходы и управляющие входы вычислительного блока через оптоэлектронный разъем и многоканальную линию связи соединены с пунктом контроля и управления.

Известное устройство обеспечивает сбор, накопление и анализ информации о расходовании электроэнергии конечными потребителями, а также контроль и управление режимом работы вычислительных блоков, установленных у конечных потребителей электроэнергии, в том числе и тарифом.

Недостаток известного устройства заключается в том, что циклическая передача информации о текущих расходах электрической энергии и информации о работоспособности оборудования, установленного у конечного потребителя, осуществляется по различным каналам связи, что приводит к увеличению числа каналов связи, а следовательно, к удорожанию устройства, а также к низкой эффективности использования каналов линии связи.

В основу изобретения поставлена задача разработать устройство для измерения электрической энергии, конструктивное выполнение которого обеспечивает при действии тарифа, дифференцированного по времени суток, автоматический контроль состояния каналов линии связи, передающих сигналы управления тарифом и текущего расхода электрической энергии, а также источника питания электронной схемы, установленной у потребителя, при подаче каждого сигнала управления тарифом, при одновременном уменьшении числа каналов передачи данных на пункт контроля и управления.

Поставленная задача решена тем, что устройство для измерения электрической энергии, содержащее подключенные к вычислительному блоку тактовый генератор, блок индикации и преобразователь мощности электрической энергии в частоту, при этом токовые и потенциальные входы преобразователя мощности подключены к сети переменного тока, величину потребления энергии в которой измеряет устройство, а управляющий вход вычислительного блока, который снабжен также информационным выходом, через оптоэлектронный разъем и первый канал линии связи соединен с пунктом контроля и управления, согласно изобретению дополнительно содержит одновибратор и логический элемент ИЛИ, при этом информационный выход вычислительного блока соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого через одновибратор соединен с управляющим входом вычислительного блока, а выход логического элемента ИЛИ через оптоэлектронный разъем и второй канал линии связи соединен с пунктом контроля и управления.

Такое выполнение устройства для измерения электрической энергии позволяет при посылке каждого сигнала управления тарифом по первому каналу линии связи получить информацию о состоянии всех каналов линии связи, а также о работоспособности источника питания электронных блоков, установленных у каждого конечного потребителя электрической энергии, без использования дополнительных каналов связи. Действительно, при посылке каждого сигнала управления тарифом формируется с помощью одновибратора обратный контрольный импульсный сигнал, который через логический элемент ИЛИ направляется обратно на пункт контроля и управления не по специальному обратному каналу связи (как в прототипе), а по тому же информационному каналу, по которому передаются данные о текущем расходе электроэнергии, при этом вследствие большой скважности импульсов, несущих информацию о расходе электроэнергии, не вносится ощутимая ошибка в величину контролируемого параметра.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема предложенного устройства, и описанием к нему.

Устройство для измерения электрической энергии содержит преобразователь 1 мощности электрической энергии, расходуемой конкретным потребителем, в частоту, вычислительный блок 2, тактовый генератор 3, блок 4 индикации, оптоэлектронный разъем 5, двухканальную линию 6 связи, одновибратор 7, логический элемент 8 ИЛИ и пункт 9 контроля и управления.

Потенциальные входы 10 и 10", а также токовые входы 11 и 11" преобразователя 1 подключены к соответствующим клеммам питающей сети 12 переменного тока. Выход преобразователя 1 соединен с первым 13 входом вычислительного блока 2, второй вход 14 которого соединен с выходом тактового генератора 3. Входы блока 4 индикации соединены с группой выходов 15 вычислительного блока 2.

Информационный выход 16 вычислительного блока соединен с первым входом логического элемента 8 ИЛИ. Управляющий вход 17 вычислительного блока 2 соединен со входом одновибратора 7 и выходом оптоэлектронного разъема 5. Выход одновибратора 7 соединен со вторым входом логического элемента 8 ИЛИ, выход которого соединен с входом 19 оптоэлектронного разъема 5, выход 20 и вход 21 которого посредством двухканальной линии связи 6 соединены с пунктом 9 контроля и управления, который является общим для нескольких потребителей электроэнергии.

Устройство для измерения электрической энергии работает следующим образом.

В процессе учета электрической энергии, потребляемой нагрузкой (на чертеже не показана), подключенной к питающей сети 12 переменного тока, сигналы, соответствующие току и напряжению, преобразуются посредством преобразователя 1 мощности электрической энергии в частоту импульсов, пропорциональную мощности в нагрузке. Указанное преобразование осуществляется, например, путем перемножения сигналов, пропорциональных току и напряжению с последующим преобразованием произведения в частоту импульсов известными средствами.

С выхода преобразователя 1 импульсы, частота следования которых пропорциональна мощности в нагрузке, поступает на вход 13 вычислительного блока 2, в котором осуществляется вычисление текущего расхода электрической энергии конкретным конечным потребителем путем суммирования накапливающимся итогом (эквивалент интегрирования) приходящих на его вход импульсов, а также формирование сигналов, поступающих на информационный выход 16 и группу выходов 15, соединенных с блоком 4 индикации. Тактовый генератор 3 обеспечивает синхронизацию работы цифровых элементов вычислительного блока 2 и служит также для формирования выходных импульсных сигналов фиксированной длительности. Следовательно, конкретное конструктивное выполнение вычислительного блока зависит от конкретных требований, предъявляемых к устройству с точки зрения его информативности, и поэтому не является предметом изобретения. Для реализации вычислительного блока 2 могут быть использованы стандартные электронные узлы, в том числе и микропроцессоры.

Импульсный сигнал, несущий информацию о текущем расходе электрической энергии, поступает с информационного выхода 16 вычислительного блока 2 на первый вход логического элемента 8 ИЛИ, а далее с его выхода на вход 19 оптоэлектронного разъема 5, поскольку на втором входе логического элемента 8 ИЛИ присутствует сигнал низкого уровня. Здесь следует отметить, что наличие логического элемента 8 ИЛИ препятствует шунтированию выхода 16 вычислительного блока 2 низким выходным сопротивлением одновибратора 7. Далее импульсный информационный сигнал с выхода 20 оптоэлектронного разъема 5 поступает по второму каналу линии 6 связи на пункт 9 контроля и управления, где осуществляется сбор, накопление и анализ поступающей информации.

При наступлении очередной временной зоны тарифа на пункте 9 контроля и управления формируется управляющий сигнал, который по первому каналу линии 6 связи поступает сначала на вход 21 оптоэлектронного разъема 5, а затем с его выхода 18 на управляющий вход 17 вычислительного блока 2 и вход одновибратора 7. В результате (в случае исправности устройства и первого канала линии связи 6) происходит переключение вычислительного блока 2 в режиме измерения электрической энергии по другому тарифу и одновременно запуск одновибратора 7. На выходе одновибратора 7 формируется импульс достаточно большой длительности, порядка 1 сек, который поступает на второй вход логического элемента 8 ИЛИ, а далее с его выхода на вход 19 оптоэлектронного разъема 5. При этом на выходе логического элемента 8 ИЛИ формируется сигнал, аналогичный сигналу на его втором входе вне зависимости от уровня сигнала на первом входе логического элемента 8 ИЛИ. С выхода 20 оптоэлектронного разъема 5 указанный выше контрольный сигнал большой длительности по второму каналу линии 6 связи поступает на пункт 9 контроля и управления. Следовательно, если после посылки сигнала управления тарифом пункта 9 контроля и управления на этот же пункт поступает импульсный сигнал с длительностью, по крайней мере на порядок превышающей длительность информационных импульсов текущего расхода электрической энергии, но меньшей минимального периода их следования, то пунктом контроля и управления 9 выносится суждение об исправности не только обоих каналов линии 6 связи, но также и об исправности источника питания электронных элементов устройства, установленного у конкретного потребителя электрической энергии.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает, по крайней мере, ежесуточный (при двух тарифных суточных дозах) контроль работоспособности линии связи и оборудования, установленного у конкретного потребителя электрической энергии, при максимальной вносимой погрешности, равной одному информационному импульсу, что при среднем расходе электроэнергии в сутки, равном, например, 5 кВт-ч, составляет около 0,1...0,02% (для обычной постоянной счетчика 200...1000 импульсов/кВт-ч). В случае, когда даже такая незначительная дополнительная погрешность неприемлема, она легко может быть устранена корректировкой (преднамеренным пропуском) появляющегося при работе устройства ложного импульса при расчете суммарной израсходованной потребителем энергии на пункте контроля и управления. Такая возможность обусловлена тем, что пункт контроля и управления сам является как передатчиком, так и приемником ответного сигнала от предлагаемого устройства измерения электрической энергии.