устройство для измерения электрической энергии с защитой от хищений

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрической энергии с защитой от хищений, содержащее датчики тока фазного провода, включенные до и после ввода в строение питающей линии, датчик напряжения нагрузки, перемножитель сигналов датчиков тока фазного провода и датчика напряжения нагрузки, основной блок математической обработки сигналов, блок индикации результата измерений, блок дистанционной передачи данных, отличающееся тем, что устройство конструктивно выполнено в виде отдельных, соединенных каналом связи базового блока и внешнего датчика мощности, причем базовый блок содержит датчик тока фазного провода и датчик напряжения нагрузки, выходами соединенные с входом перемножителя, соединенного с основным блоком математической обработки сигналов перемножителей, блок индикации результата измерений, блок дистанционной передачи данных, а внешний датчик мощности содержит датчик тока фазного провода и дополнительный датчик напряжения нагрузки, выходами соединенные с входом дополнительного перемножителя, связанного с дополнительным блоком математической обработки сигналов, выход которого подключен к высокочастотному передатчику, причем базовый блок, кроме перечисленного, содержит приемник, связанный выходом с основным блоком математической обработки сигналов перемножителей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передатчик выполнен в виде высокочастотного передатчика по силовой сети.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передатчик выполнен в виде радиопередатчика.

Описание изобретения к патенту

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.

Известно большое количество счетчиков электрической энергии статической системы, содержащих преобразователи тока и напряжения нагрузки, 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 этих устройств 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 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.

Известны также счетчики электрической энергии, в которых предприняты попытки устранения различных способов хищения электроэнергии недобросовестным потребителем. Такое устройство приведено в патенте РФ №2077062, кл. G 01 R 22/00, G 01 R 11/24. Устройство (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 с 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 устройства является 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.

За прототип принимаем устройство измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений, приведенное в заявке №2001130420/09 (032384), по которой вынесено решение о выдаче от 07.04.2003.

В устройстве-прототипе для измерения электрической энергии в двухпроводных сетях формируются сигналы мгновенной мощности токов фазного и нулевого проводов, которые подвергаются математической обработке, кроме того, дополнительно формируют сигнал мгновенной мощности фазного тока, измеренного до ввода в строение при помощи внешнего датчика тока фазного провода, размещенного до ввода в строение, сравнивают величины полученных сигналов, выбирают наибольшую из них и используют ее для вычисления потребленной электроэнергии, а по соотношению величин всех полученных сигналов судят о виде хищения.

Устройство-прототип содержит 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, устройство содержит также 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, выход блока математической обработки соединен с индикатором и блоком дистанционной передачи информации.

Недостатками прототипа являются необходимость проводного подключения дополнительного внешнего датчика тока фазного провода, устанавливаемого до ввода в строение, к основному блоку устройства, что создает неудобство эксплуатационным организациям при установке датчика и ограничивает расстояние от места установки датчика до основного блока счетчика величиной не более 10 метров.

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 при создании максимальных удобств как энергосбытовым организациям, так и потребителям электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения электрической энергии с защитой от хищений, содержащее датчики тока фазного провода, включенные до и после ввода в строение питающей линии, датчик напряжения нагрузки, перемножители сигналов датчиков токов и датчика напряжения нагрузки, основной блок математической обработки сигналов перемножителей, блок индикации результата измерений, блок дистанционной передачи данных, конструктивно выполнено в виде двух блоков: внешнего датчика мощности (далее - ВДМ) и базового блока, причем базовый блок содержит датчик тока фазного провода и датчик напряжения нагрузки, выходами соединенные с входом перемножителя, соединенного с основным блоком математической обработки сигналов перемножителей, блок индикации результата измерений, блок дистанционной передачи данных, а ВДМ содержит датчик тока фазного провода и дополнительный датчик напряжения нагрузки, выходами соединенные с входом дополнительного перемножителя, связанного с дополнительным блоком математической обработки сигналов, выход которого подключен к высокочастотному передатчику по силовой сети, причем базовый блок, кроме перечисленного, содержит приемник, связанный выходом с основным блоком математической обработки сигналов.

Выполнение устройства для измерения электрической энергии (счетчика) в виде отдельных блоков, ВДМ и базового, со связью между ними по силовой сети или по радиоканалу приводит к тому, что ВДМ можно разместить вне зоны досягаемости недобросовестного потребителя, например на опоре подводящей электроэнергию линии, при этом изобретение исключает необходимость в дополнительной проводной связи между базовым блоком и ВДМ. Недобросовестный потребитель не сможет подключить нагрузку до места подключения счетчика.

На чертеже представлена блок-схема заявляемого устройства.

Заявляемое устройство содержит ВДМ 1, включающий датчик тока фазного провода 2, датчик напряжения нагрузки 3 (дополнительный), выходы которых соединены с входом перемножителя 4, связанного выходом с блоком математической обработки 5 (дополнительным), выход которого соединен с входом высокочастотного передатчика 6.

ВДМ 1 предназначен для размещения на опоре (столбе) силовой сети в начале подводящей линии, подающей электроэнергию потребителю. Таким образом, датчик тока фазного провода 2 и датчик напряжения нагрузки 3 находятся в начале подводящей линии к строению - на опоре столба, и вся часть линии от опоры столба до электросчетчика находится под визуальным контролем.

Заявляемое устройство содержит также базовый блок 7, содержащий датчик тока фазного провода 8, датчик напряжения нагрузки 9, выходами подключенные к перемножителю 10, выход которого связан с основным блоком математической обработки сигналов 11. Базовый блок 7 содержит также приемник 12, на вход которого поступает сигнал с передатчика 6 фазного блока 1. Выход приемника 12 соединен с входом блока 11, выходы которого соединены с индикатором результата измерений 13 и блоком дистанционной передачи данных 14. Базовый блок 7 подключают к потребителю как обычный реверсивный счетчик.

В качестве блоков математической обработки сигналов 5 и 11 может быть использован любой микропроцессор.

Передатчик 6 может быть выполнен как передатчик по силовой сети или как радиопередатчик.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

ВДМ 1 формирует интегральную характеристику сигнала модуля мгновенной мощности из сигнала датчика тока фазного провода 2 и сигнала датчика напряжения нагрузки 3 путем их перемножения перемножителем 4 и накопления данных блоком математической обработки 5. Высокочастотный передатчик 6 передает полученное значение по силовой сети на вход приемника 12, расположенного в корпусе базового блока 7. Датчик тока фазного провода 8 формирует сигнал модуля значения тока фазного провода, который подается на вход перемножителя 10, на второй вход которого подается сигнал датчика напряжения нагрузки 9, сформированный таким образом сигнал модуля мгновенной мощности тока фазного провода поступает на первый вход блока математической обработки 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода приемника по силовой сети 12, соответствующий интегральной характеристике мощности тока фазного провода.

Блок математической обработки 11 сравнивает полученные сигналы, выбирает для формирования результата измерения сигнал с максимальным значением, а также на основании соотношения сигналов формирует сигнал о наличии или отсутствии хищения, а также о виде хищения. Сигнал с выхода блока 11 подается на индикатор 13 и на блок дистанционной передачи данных 14, который может быть выполнен в виде стандартного проводного интерфейса или в виде передатчика по радиоканалу. Блок 14 предназначен для считывания результата измерения контролирующей организацией.

В случае преднамеренной или непреднамеренной порчи ВДМ 1 нарушается последовательность передачи данных по каналу связи между ВДМ 1 и базовым блоком 7. На приемной стороне в базовом блоке 7 происходит анализ принимаемых данных и в случае систематического их искажения блок 11 формирует аварийный сигнал, передающийся в контролирующую организацию. Временно до устранения порчи ВДМ 1 для учета потребленной электроэнергии используется только сигнал датчика тока фазного провода 8.

С помощью блока дистанционной передачи данных 14 имеется возможность считывать данные об энергопотреблении независимо от желания потребителя и не входя в помещение.

Использование для учета потребленной электроэнергии модуля мгновенной мощности приводит к тому, что применение устройств типа “отмотчик” становится бессмысленным. Размещение ВДМ 1 с датчиком фазного счетчика 2 на опоре линии, то есть в месте, труднодоступном недобросовестному потребителю, исключает возможность подключения нагрузки до счетчика электроэнергии и лишает смысла применение других видов хищений. Наличие блока дистанционной передачи данных 14 позволяет считывать данные измерений независимо от желания потребителя.