RU2605043C2 - Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance - Google Patents
Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605043C2 RU2605043C2 RU2013121547/08A RU2013121547A RU2605043C2 RU 2605043 C2 RU2605043 C2 RU 2605043C2 RU 2013121547/08 A RU2013121547/08 A RU 2013121547/08A RU 2013121547 A RU2013121547 A RU 2013121547A RU 2605043 C2 RU2605043 C2 RU 2605043C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- microcontroller
- temperature sensor
- transceiver
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Recording Measured Values (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки, а также может найти применение в качестве регистратора этих величин за длительный период.The present invention relates to the field of information-measuring and computer technology, is intended to calculate and display the average values of power losses, mains voltage and load current, and may also find application as a recorder of these values over a long period.
Аналогом предлагаемого регистратора является счетчик потерь электроэнергии [1], содержащий компьютер, датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, индикатор, генератор прямоугольных импульсов, таймер, таймер-часы, накапливающий сумматор, блок деления, постоянное запоминающее устройство, приемопередатчик, первый и второй счетчики, первый и второй одновибраторы.An analogue of the proposed recorder is an electricity loss counter [1], containing a computer, current sensor, analog-to-digital converter, functional converter, indicator, square-wave pulse generator, timer, timer-clock, accumulating adder, division unit, read-only memory, transceiver, first and second counters, first and second single vibrators.
Недостатками аналога являются невысокая точность, обусловленная неучетом зависимости активного сопротивления токоведущих элементов электрооборудования от температуры нагрева (погрешность по этой причине может достигать 40% [2]), а также узкие функциональные возможности.The disadvantages of the analogue are the low accuracy due to the neglect of the dependence of the active resistance of current-carrying elements of electrical equipment on the heating temperature (the error for this reason can reach 40% [2]), as well as narrow functionality.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому регистратору является счетчик потерь электроэнергии с индикацией потерь мощности (варианты) [3], содержащий датчик тока, микроконтроллер, регистр, цифровой индикатор, датчики температуры окружающей среды и электрооборудования, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер.The closest technical solution to the proposed registrar is a power loss meter with indication of power losses (options) [3], containing a current sensor, a microcontroller, a register, a digital indicator, sensors of ambient temperature and electrical equipment, a rectangular pulse generator, the first and second transceivers, constant storage device, computer.
Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности.The disadvantage of the prototype is the narrow functionality.
Техническая задача, решаемая изобретением, - расширение функциональных возможностей регистратора за счет возможности непрерывного контроля и регистрации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки.The technical problem solved by the invention is the expansion of the registrar's functionality due to the possibility of continuous monitoring and recording of average values of power losses, network voltage and load current.
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в счетчик потерь электроэнергии с индикацией потерь мощности (варианты), содержащий датчик тока, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводника, генератор прямоугольных импульсов, цифровой индикатор, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер, микроконтроллер, порт С которого подключен к выходу датчика температуры окружающей среды, порт D подключен к выходу датчика температуры проводника, а тактовый вход подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера соединены соответственно F - через первый приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, G - через второй приемопередатчик с входом компьютера, дополнительно введены датчик напряжения сети, первый и второй входные преобразователи, третий приемопередатчик, через который выход порта Е микроконтроллера соединен с входом цифрового индикатора таким образом, что третий приемопередатчик выполнен с возможностью записывать с выхода порта Е микроконтроллера в цифровой индикатор для их отображения усредненные за минуту значения тока нагрузки I1мин, напряжения сети U1мин и потерь мощности ΔP1мин, выходы датчиков тока и напряжения соединены соответственно через первый и второй входные преобразователи с портами А и В микроконтроллера; первый и второй входные преобразователи идентичны, в частности первый входной преобразователь содержит двухполупериодный прецизионный усилитель и буферный масштабный усилитель, вход которого подключен ко входу первого входного преобразователя, а выход через двухполупериодный прецизионный усилитель соединен с выходом первого входного преобразователя.The specified technical problem is solved due to the fact that the energy loss counter with an indication of power losses (options) contains a current sensor, an ambient temperature sensor, a temperature sensor for a conductor, a rectangular pulse generator, a digital indicator, the first and second transceivers, read-only memory, a computer , a microcontroller, port C is connected to the output of the ambient temperature sensor, port D is connected to the output of the conductor temperature sensor, and the clock input is connected to the output to the square-wave generator, the outputs of the ports of the microcontroller are connected respectively F - through the first transceiver with the input of the read-only memory device, G - through the second transceiver with the input of the computer, an additional voltage sensor, the first and second input converters, the third transceiver through which the output of port E the microcontroller is connected to the input of a digital indicator so that the third transceiver is configured to record from the output of port E of the microcontroller and a digital indicator to display them per minute averaged value of the load current I 1min, 1min voltage U and power loss ΔP 1min, current sensors and voltage outputs are respectively connected via first and second input transducers with ports A and B of the microcontroller; the first and second input converters are identical, in particular, the first input converter contains a half-wave precision amplifier and a buffer scale amplifier, the input of which is connected to the input of the first input converter, and the output through a half-wave precision amplifier is connected to the output of the first input converter.
Существенными отличиями предлагаемого регистратора являются введение дополнительных элементов (датчика напряжения сети, первого и второго входных преобразователей, третьего приемопередатчика), а также организация его новой структуры и введение новых связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширения функциональных возможностей устройства за счет возможности непрерывного контроля и регистрации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки.Significant differences of the proposed registrar are the introduction of additional elements (network voltage sensor, first and second input converters, third transceiver), as well as the organization of its new structure and the introduction of new connections between the elements. The combination of elements and the relationships between them provide a positive effect - expanding the functionality of the device due to the possibility of continuous monitoring and recording the average values of power losses, network voltage and load current.
Схема регистратора приведена на фиг.1; на фиг.2 представлен один из возможных вариантов реализации схемы входного преобразователя.The recorder circuit is shown in figure 1; figure 2 presents one of the possible options for implementing the input converter circuit.
Схема регистратора (фиг.1) содержит датчик тока (ДТ) 1, датчик напряжения сети (ДН) 2, первый 3 и второй 4 входные преобразователи (ВП), микроконтроллер (МК) 5, датчик 6 температуры окружающей среды (ДТОС), датчик 7 температуры проводника (ДТП), генератор 8 прямоугольных импульсов (ГПИ), третий 9, первый 10 и второй 11 приемопередатчики, цифровой индикатор 12, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 13, компьютер 14. Выходы датчиков тока 1 и напряжения 2 соединены соответственно через первый 3 и второй 4 входные преобразователи с портами А и В микроконтроллера 5, порт С которого подключен к выходу датчика 6 температуры окружающей среды, порт D подключен к выходу датчика 7 температуры проводника, а тактовый вход подключен к выходу генератора 8 прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера соединены соответственно Е - через третий приемопередатчик 9 с входом цифрового индикатора 12, F - через первый приемопередатчик 10 с входом постоянного запоминающего устройства 13, G - через второй приемопередатчик 11 с входом компьютера 14.The recorder circuit (Fig. 1) contains a current sensor (DT) 1, a network voltage sensor (DN) 2, the first 3 and second 4 input converters (VP), a microcontroller (MK) 5, an ambient temperature sensor (DTOS) 6, a
Первый 3 и второй 4 входные преобразователи имеют идентичные схемы, в частности первый входной преобразователь 3 (фиг.2) содержит двухполупериодный прецизионный усилитель (ДНУ) 15 и буферный масштабный усилитель (БМУ) 16, вход которого подключен ко входу входного преобразователя 3, а выход через двухполупериодный прецизионный усилитель 15 соединен с выходом входного преобразователя 4.The first 3 and second 4 input converters have identical circuits, in particular, the first input converter 3 (Fig. 2) contains a half-wave precision amplifier (DNU) 15 and a buffer scale amplifier (BMU) 16, the input of which is connected to the input of input converter 3, and the output through a half-
Схемы буферного масштабного усилителя 16 и двухполупериодного прецизионного усилителя 15 общеизвестны, в частности, в качестве их реализаций могут быть использованы схемы, описанные в [4, 5] и изображенные на рисунках 1.3 и 2.49 [4], 13.7 и 52.15 [5].The schemes of the
Регистратор (фиг.1) работает следующим образом.The registrar (figure 1) works as follows.
Выходное напряжение ДТ 1, пропорциональное току нагрузки I(t), поступает через первый входной преобразователь 3 на вход порта А микроконтроллера 5.The output voltage of DT 1, proportional to the load current I (t), is fed through the first input converter 3 to the input of port A of the
Датчик тока 1 может быть, в частности, выполнен на измерительном шунте, включенном в цепь вторичной обмотки измерительного трансформатора тока; он обеспечивает выходной сигнал низкого уровня (номинальное значение 75 мВ). Для согласования уровня сигнала ДТ 1 с рабочим диапазоном встроенного в МК 5 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в ВП 3 используется буферный масштабный усилитель 16 (фиг.2), имеющий большое входное сопротивление и большой коэффициент усиления 15-80 (выбираемый в зависимости от модификации используемого МК 5). В ВП 3 также используется двухполупериодный прецизионный усилитель 15 для преобразования двухполярного синусоидального сигнала ДТ 1 в однополярный.The current sensor 1 may, in particular, be made on a measuring shunt included in the secondary circuit of the measuring current transformer; it provides a low level output signal (nominal value 75 mV). To match the signal level of DT 1 with the operating range of the analog-to-digital converter (ADC) built into MK 5, the VP 3 uses a buffer scale amplifier 16 (Fig. 2), which has a large input impedance and a large gain of 15-80 (selectable depending on modifications used MK 5). VP 3 also employs a half-
Датчик напряжения 2 может быть, в частности, выполнен на измерительном низковольтном понижающем трансформаторе (номинальное первичное напряжение которого составляет 100-220 В), подключаемом к вторичной обмотке высоковольтного измерительного трансформатора напряжения (номинальное первичное напряжение которого составляет 6-220 кВ) или включаемом непосредственно в сеть 220 В (при контроле параметров в низковольтной сети); он обеспечивает выходной сигнал уровня в несколько вольт (уровень сигнала зависит от стандартных параметров используемого низковольтного понижающего трансформатора и уровня напряжения контролируемой сети). Для согласования уровня сигнала ДН 2 с рабочим диапазоном встроенного в МК 5 АЦП в ВП 4 используется БМУ 16 (фиг.2), имеющий большое входное сопротивление и малый коэффициент усиления 0,5-5.The
Управляющая программа с достаточно высокой скоростью поочередно подключает выходные сигналы датчиков 1-2 к входу АЦП МК 5 таким образом, чтобы получать цифровые коды тока нагрузки и напряжения сети 50-100 раз за период. Эти коды возводятся в квадрат, а суммы квадратов накапливаются в двух ячейках в течение 1 мин.The control program with a sufficiently high speed alternately connects the output signals of the sensors 1-2 to the input of the ADC MK 5 in such a way as to obtain digital codes of the load current and network voltage 50-100 times per period. These codes are squared, and the sum of the squares accumulate in two cells for 1 min.
Как известно, потери мощности в токоведущих элементах (ТЭ) определяются по формулеAs you know, power losses in current-carrying elements (FC) are determined by the formula
ΔP=I2R, (1)ΔP = I 2 R, (1)
где I(t) - изменяющийся во времени ток нагрузки, протекающий по ТЭ;where I (t) - time-varying load current flowing along the FC;
R - сопротивление ТЭ.R is the resistance of the fuel cell.
При упрощенных расчетах сопротивление R принимается неизменным во времени и равным сопротивлению R0 при температуре окружающей среды Θ0=20°C или сопротивлению при другой фиксированной температуре.In simplified calculations, the resistance R is assumed to be constant over time and equal to the resistance R 0 at an ambient temperature of Θ 0 = 20 ° C or resistance at another fixed temperature.
Точное значение сопротивления R в функции от температуры ΘТЭ ТЭ определяется по формулеThe exact value of the resistance R as a function of temperature Θ TE FC is determined by the formula
R=R0+αR0(ΘТЭ-Θ0), (2)R = R 0 + αR 0 (Θ FC - 0 ), (2)
где α - температурный коэффициент сопротивления ТЭ; имеет значение для меди αм=0,0041°С-1, алюминия αа=0,0044°C-1, стали αст=0,006°C-1.where α is the temperature coefficient of resistance of TE; it matters for copper α m = 0.0041 ° C -1 , aluminum α a = 0.0044 ° C -1 , steel α article = 0.006 ° C -1 .
При наличии доступа к ТЭ его температура Θ определяется с помощью датчика 7 температуры проводника присоединения, сопротивление R проводника рассчитывается в МК 5 по формуле (2), а значение потерь ΔР определяется по формуле (1).If there is access to the fuel cell, its temperature Θ is determined using the
Управление работой регистратора осуществляется следующим образом.Management of the registrar is as follows.
Через одинаковые интервалы времени ΔТ=1 мин приемопередатчиком 9 с выхода порта Е МК 5 в ЦИ 12 записываются усредненные за минуту значения тока нагрузки I1мин, напряжения сети U1мин и потерь мощности ΔP1мин, которые в дальнейшем отображаются на цифровом индикаторе 12, непрерывно обновляясь каждую минуту.At the same time intervals ΔТ = 1 min, the transceiver 9 from the output of port E MK 5 in
Приемопередатчик 10 один раз в час размещает в очередных ячейках ПЗУ 13: дату; час; значения тока нагрузки I1час, напряжения сети U1час, потерь мощности ΔP1час (численно совпадающее с потерями электроэнергии за этот час) и т.д.The
В том случае, если доступ к проводнику присоединения отсутствует (например, к жилам кабеля, на которые ДТП не был установлен при прокладке кабеля), датчиком 6 один раз в минуту измеряется температура окружающей среды Θокр, а температура проводника Θ определяется из дифференциального уравнения нагрева по следующей формуле [6]:In the event that there is no access to the connection conductor (for example, to the cable conductors on which the accident was not installed when laying the cable),
где
Θном - номинальная длительно допустимая температура проводника;Θ nom - nominal long-term permissible temperature of the conductor;
Iном - номинальный ток проводника;I nom - rated current of the conductor;
I - среднеквадратическое значение тока нагрузки.I is the rms value of the load current.
Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известными аналогами являются более широкие функциональные возможности. Схема регистратора ориентирована на применение современной микроэлектронной основы - микроконтроллеров.The advantage of the invention in comparison with the known analogues are wider functionality. The recorder circuit is focused on the use of a modern microelectronic basis - microcontrollers.
Источники информацииInformation sources
1. Патент 2380715 РФ, МПК G06F 17/18, 2008.1. RF patent 2380715, IPC G06F 17/18, 2008.
2. Осипов Д.С. Учет нагрева токоведущих частей в расчетах потерь мощности и электроэнергии при несинусоидальных режимах систем электроснабжения: Автореф. дис. … канд. техн. наук. - Омск, 2005.2. Osipov D.S. Accounting for heating of live parts in the calculations of power and electricity losses in non-sinusoidal modes of power supply systems: Abstract. dis. ... cand. tech. sciences. - Omsk, 2005.
3. Патент 2449356 РФ, МПК G06F 17/18, 2012, 5 независимый пункт формулы (прототип).3. RF patent 2449356, IPC G06F 17/18, 2012, 5 independent claim (prototype).
4. Применение интегральных схем: Практическое руководство. В 2 кн. Пер. с англ. / П.Брэдшо, С.Гош, X.Олдридж и др.; Под ред. А.Уильямса. - М.: Мир, 1987. Кн. 1. - 432 с.4. Application of integrated circuits: a practical guide. In 2 book Per. from English / P. Bradshaw, S. Ghosh, X. Aldridge and others; Ed. A. Williams. - M .: Mir, 1987. Book. 1 .-- 432 s.
5. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров. Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 688 с.5. Count R. Electronic circuits: 1300 examples. Per. from English - M .: Mir, 1989 .-- 688 p.
6. Гудзовская В.А., Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Зайцева И.В. Математическая модель процесса изменения температуры нагрева проводника // Изв. вузов. Электромеханика. - 2012. - №2. - С. 42-43.6. Gudzovskaya V.A., Ermakov V.F., Balykin E.S., Zaitseva I.V. A mathematical model of the process of changing the heating temperature of a conductor // Izv. universities. Electromechanics. - 2012. - No. 2. - S. 42-43.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121547/08A RU2605043C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013121547/08A RU2605043C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013121547A RU2013121547A (en) | 2014-11-20 |
RU2605043C2 true RU2605043C2 (en) | 2016-12-20 |
Family
ID=53380968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013121547/08A RU2605043C2 (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2605043C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990006522A1 (en) * | 1988-12-05 | 1990-06-14 | Globe-Union Inc. | State-of-charge indications |
SU1763993A1 (en) * | 1990-02-14 | 1992-09-23 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Electric line corona discharge average power losses determining method |
US20110016442A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | International Business Machines Corporation | Method of Performing Static Timing Analysis Considering Abstracted Cell's Interconnect Parasitics |
RU2449356C1 (en) * | 2010-09-17 | 2012-04-27 | Евгений Сергеевич Балыкин | Electric power loss meter with display of power loss (versions) |
CN102033999B (en) * | 2010-12-10 | 2012-10-17 | 天津天大求实电力新技术股份有限公司 | Load distribution based method for calculating recently planned annual line loss of medium-voltage distribution network |
-
2013
- 2013-05-07 RU RU2013121547/08A patent/RU2605043C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990006522A1 (en) * | 1988-12-05 | 1990-06-14 | Globe-Union Inc. | State-of-charge indications |
SU1763993A1 (en) * | 1990-02-14 | 1992-09-23 | Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского | Electric line corona discharge average power losses determining method |
US20110016442A1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | International Business Machines Corporation | Method of Performing Static Timing Analysis Considering Abstracted Cell's Interconnect Parasitics |
RU2449356C1 (en) * | 2010-09-17 | 2012-04-27 | Евгений Сергеевич Балыкин | Electric power loss meter with display of power loss (versions) |
CN102033999B (en) * | 2010-12-10 | 2012-10-17 | 天津天大求实电力新技术股份有限公司 | Load distribution based method for calculating recently planned annual line loss of medium-voltage distribution network |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013121547A (en) | 2014-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2917744B1 (en) | Voltage measurement | |
ES2950352T3 (en) | Electrical power measurement system and device control system | |
JP2021121802A (en) | Method and apparatus for learning phase error or timing delay within current transducer, and power measurement apparatus including current transducer error correction | |
EP1397693B1 (en) | Measuring devices | |
EP2960659A1 (en) | An electrical energy meter and a method for installing it | |
Kaczmarek | Development and application of the differential voltage to single-ended voltage converter to determine the composite error of voltage transformers and dividers for transformation of sinusoidal and distorted voltages | |
RU2381513C1 (en) | Method of testing attachement insulation resistance in direct current mains with isolated neutral, device for implementation thereof and differential sensor therefor | |
RU2605043C2 (en) | Ermakov-gorobets data recorder for energy audit performance | |
US3345562A (en) | Ac-dc meter | |
RU2520428C1 (en) | Microprocessor data recorder for ermakov-gorobets energy audit | |
RU2541207C1 (en) | Smart microprocessor-based system for monitoring and power loss recording in switchgear connections | |
Pawaskar et al. | Design and implementation of low cost three phase energy meter | |
Noras | Solid state electric field sensor | |
Ali | Comparison between two different designs in the AC voltage measurement | |
Konjevod et al. | Analysis and development of digital sampling wattmeter components for precise electric power measurement | |
RU2616159C2 (en) | Multichannel microprocessor system of controlling and recording electricity losses in switchgear connections of ermakov-gorobets | |
EP3709032A1 (en) | Three phase power meter | |
RU2514788C1 (en) | Multifunctional microprocessor unit for collection of data about mains at nonsinusoidal and unsymmetrical load (versions) | |
RU2175138C1 (en) | Method and device for measuring power circuit insulation resistance in live electrical equipment of vehicles | |
RU2616165C2 (en) | Transformer resource counter at two-transformer substation (versions) | |
Li et al. | Interlaboratory comparison of high direct voltage resistor dividers | |
KR100316485B1 (en) | The electronic watt-hour metter for multiple house hold | |
RU2563556C1 (en) | Method for determining phase shift angle between sine signals (versions) | |
RU2589498C1 (en) | Counter for losses of active power in transformer | |
RU2028634C1 (en) | Method of and device for insulation resistance measurement in alternating-current lines incorporating static converters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20161024 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180814 Effective date: 20180814 |