Конструктивно счетчик выполняется в пластмассовом корпусе.

В корпусе размещены измерительные трансформаторы тока и выполненные на печатных платах: плата счетчика; модуль резервного питания; один из интерфейсных модулей.

Зажимы для подсоединения счетчика к сети, к источнику резервного питания, к интерфейсным линиям, телеметрические выходы закрываются пластмассовой крышкой.

Структурная схема многофункционального счетчика:

МП

UА

Uо

АЦП

Uпит

МК

ЧРВ

TМ

Кн

ЖКД

МИ

ОП

ЭНОЗУ

И

UВ

UС

IА

IА0

IB

IB0

IC

IC0

МРП

+URES

-URES

 

Напряжения от каждой из фаз поступают на делители, где понижаются до значений уровней соответствующих входным параметрам АЦП (± 0,8 В).

 

Токовые сигналы преобразуются с помощью токовых трансформаторов и резисторов в сигналы напряжения. Эти сигналы подаются на входы АЦП, где преобразуются в цифровой код и поступают на МК. МК производит расчет среднеквадратичных значений токов и напряжений, полной, активной, реактивной мощностей и энергий, а также углов сдвига и частоты основной гармоники сигналов напряжения.

 

Активная и реактивная энергия вычисляются по значениям активной и реактивной мощностей определенных за 1 с.

По коэффициентам активной и реактивной мощности определяется номер квадранта.

 

МК осуществляет накопление и сохраняет энергетические параметры в энергонезависимом ОЗУ (ЭНОЗУ). Отсчет времени и ведение календаря осуществляют часы реального времени (ЧРВ).

 

В счетчике может быть оптический порт (ОП) и модуль интерфейса (МИ), для считывания информации и программирования параметров пользователя.

Информация о параметрах сети, энергопотреблении и параметрах пользователя выводится на ЖК-дисплей (ЖКД). Просмотр осуществляется пользователем с помощью клавиатуры (Кн), включающей пломбируемую кнопку.

 

Для питания счетчика используется блок питания, преобразующий выпрямленные входные напряжения в напряжение необходимое для питания всех узлов и модулей счетчика. Для питания счетчика от резервного источника (если он установлен) используется низковольтный преобразователь, на который может быть подано резервное напряжение питания от 9В до 15В. При отсутствии входных напряжений U_A, U_B, U_C счетчик автоматически переключается на работу от резервного источника питания (если исполнение счетчика имеет резервный блок питания).

 

Характеристики клеммных колодок электронных счетчиков:

· крепление входящих проводников и внутренних измерительных цепей счетчика обеспечивается двумя зажимными винтами, находящимися на внешней стороне корпуса колодки;

· входящий проводник крепится непосредственно к выводам внутренней измерительной цепи счетчика, что уменьшает потери и, как следствие, нагрев в контактных соединениях;

· конструкция зажимов предотвращает пережатие и обламывание проводников в процессе монтажа, позволяет осуществить надежное крепление проводников широкого диапазона сечений, в том числе гибких многожильных кабелей;

· в нижней части каждого элемента клеммной колодки предусмотрены направляющие, которые предотвращают неправильное введение проводника в контактный зажим;

· конструкция наборной клеммной колодки обеспечивает повышенную изоляционную прочность между соседними контактами при одновременном уменьшении габаритных размеров колодки.

 

Общий вид клеммной колодки:

 

 

Принцип работы счетчиков

Принцип работы счетчиков основан на перемножении мгновенных значений двух сигналов напряжения и тока:

- либо в аналоговом виде с последующим преобразованием результата перемножения в число-импульсный код, при этом число импульсов соответствует измеряемой активной энергии;

- либо в цифровом виде после АЦП.

 

При перемножении в аналоговом виде используется метод двойной модуляции или метод ШИМ-АИМ (широтно-импульсная модуляция - амплитудно-импульсная модуляция).

На вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) с вторичной обмотки трансформатора напряжения поступает напряжение U₁, пропорциональное напряжению в измеряемой сети, а на вход амплитудно-импульсного модулятора (АИМ) с вторичной обмотки трансформатора тока подается ток J₁, пропорциональный току в измеряемой цепи.

 

Cреднее значение выходного сигнала АИМ пропорционально произведению мгновенных значений тока и напряжения в нагрузке, т.е. мгновенной мощности:

P_ср= K₁ K₂ J₁ U₁

 

Эти сигналы подаются на входы АЦП, где преобразуются в цифровой код и затем поступает в ЦП. В ЦП производит расчет мощности и энергии. После чего вычисленные значения поступают на индикацию и выходы счетчика.

 

Для расчета среднеквадратичных значений напряжения и тока по каждой фазе используется формула

, (1)

(2)

где КU, КI - калибровочные коэффициенты по данной фазе (вводится при калибровке прибора учета);

N - число выборок в течение времени измерения;

U_i,I_i -мгновенное значение выборки напряжения и тока.

 

Активная мощность в каждой фазе вычисляется по формуле

, (3)

 

Активная мощность трехфазной сети:

, (4)

где - активная мощность по каждой фазе.

 

Полная мощность в каждой фазе трехфазной сети вычисляется по формуле

, (5)

где U_Ф, I_Ф – среднеквадратичные значения напряжения и силы тока в соответствующей фазе.

 

Полная мощность трехфазной сети:

, (6)

где -полная мощность по каждой фазе.

 

Реактивная мощность по каждой фазе вычисляется по формуле

, (7)

где S_Ф, Р_Ф – полная и активная мощности в соответствующей фазе.

 

Реактивная мощность трехфазной сети:

, (8)

где - реактивная мощность по каждой фазе.

 

Мощность потерь в цепях тока по каждой фазе вычисляется по формуле

(9)

где - среднеквадратичные значения силы тока по каждой фазе;

R_ФА, R_ФВ, R_ФС – активное сопротивления линий передачи по каждой фазе.

Примечание – при R_ФА, R_ФВ, R_ФС =1 Ом мощность потерь равна удельной мощности потерь. При поверке счетчика R устанавливается равной 1 Ом (поверяется удельная энергия потерь).

Коэффициенты активной мощности вычисляется по формуле

, , , , (10)

где Р_ФА, Р_ФВ, Р_{ФС ,} - активная мощность в каждой фазе определенная по формуле (3.6), Вт;

S_ФА, S_ФВ, S_ФС - полная мощность в каждой фазе определенная по формуле (3.8), В·А.

Р_S, S_S - суммарная активная и полная мощность соответственно;

 

Коэффициенты реактивной мощности вычисляются по формуле

, , , , (11)

где Q_ФА, Q_ФВ, Q_ФС, - реактивная мощность определенная по формуле (3.10), вар.

Q_S, - суммарная реактивная мощность.

 

По коэффициентам активной и реактивной мощности определяется номер квадранта.

 

Рисунок 1 - Диаграмма распределения активной и реактивной энергии (мощности) по квадрантам

 

Для каждого из шести типов энергий рассчитываются пофазные значения, интегрированные на периоде усреднения (1, 2, 3, 5, 30, 60 секунд и т.д.):

- потребленной активной энергии, Аi, если вектор полной мощности фазы находится в I или IV квадрантах.

- отпущенной активной энергии Ае, если вектор полной мощности фазы находится во II или в III квадрантах.

- потребленной реактивной энергии Ri, если вектор полной мощности фазы находится в квадрантах III или IV.

- отпущенной реактивной энергии Re, если вектор полной мощности фазы находится в квадрантах I или II.

- потребленной (отпущенной) активной энергии потерь Li (Le), если вектор полной мощности фазы находится в I или IV (II или III) квадрантах соответственно.