Учет электроэнергии для специалистов
В состав СОЭ входит система учета электроэнергии. Эта система должна
отвечать нормативным требованиям на системы учета и интегрироваться в систему
диспетчеризации электроснабжения.
Различают расчетный (коммерческий) учет электроэнергии и технический учет. Расчетным учетом электроэнергии называют учет отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за неё. Техническим (контрольным) учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии в зданиях, внутри предприятий и т.п. Счетчики электроэнергии, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными. Счетчики, устанавливаемые для технического учета, называются счетчиками технического учета. В общем случае учет электроэнергии не ограничивается расчетным и техническим учетом для здания или предприятия. Существуют общая задача учета электроэнергии на федеральном оптовом рынке электроэнергии и мощности (ФОРЭМ), задачи учета электроэнергии на электростанциях, предприятиях электрических сетей, межсистемных перетоков, учет в мелкомоторном, коммунальном и бытовом секторах. Таким образом, задачи учета весьма разнообразны и являются самостоятельной сложной проблемой. Применительно к СДЭ рассмотрим только те вопросы учета, которые связаны с диспетчеризацией электроснабжения зданий.
Учет электроэнергии представляет собой процесс измерения потребленной энергии специальными приборами — счетчиками электроэнергии. Счетчики являются интегрирующими приборами, т.е. их показания зависят от времени, за которое производится измерение
Поскольку мощность является произведением тока на напряжение, то к счетчику необходимо подвести ток и напряжение. Различают счетчики прямого и трансформаторного включения. Счетчиком прямого включения называется прибор, через который протекает ток нагрузки и напряжение подводится непосредственно (рис. 7.25, а). Такие счетчики применяются на напряжение 220/380 В и токи до 100 А для мелкомоторного производства и бытового сектора.
Для крупных зданий и предприятий с током потребления более 100 А необходимо включение счетчиков с применением трансформаторов тока (ТТ) (рис. 7.25, б). Первичная обмотка (как правило, один виток) трансформатора позволяет проводить большие токи, номинальное значение тока вторичной обмотки ТТ — 5А. Во вторичной обмотке протекает ток, пропорциональный току в первичной обмотке с учетом коэффициента трансформации. К вторичной обмотке подключаются измерительные приборы, устройства релейной защиты и счетчики электроэнергии. Для зданий в большинстве случаев применяются ТТ с номиналами 400/5; 630/5; 1000/5; 1500/5; 2000/5; 2500/5 А.
В ряде случае учет осуществляется по стороне высшего напряжения трансформатора 10(6) кВ. В этом случае счетчики включают через трансформаторы тока и через трансформаторы напряжения (ТН) (рис. 7.25, в). Трансформаторы напряжения предназначены для подключения измерительных приборов, систем релейной защиты и счетчиков электроэнергии к высоковольтным электроустановкам. Номинальные значения вторичного напряжения ТН — 100 В.
Класс точности измерительных трансформаторов расчетной системы учета не должен быть ниже 0, 5, за исключением специально оговоренных случаев. Требования к измерительным трансформаторам системы технического учета менее строгие и допускают применение трансформаторов с классом точности ниже 1, 0.
Кроме схемы включения, счетчики различаются по устройству. Существуют индукционные счетчики, принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции, под действием которой вращается индукционный диск и энергия подсчитывается механической системой по количеству оборотов. Современные счетчики выполняются без механических элементов, а вычисление энергии производит электронная схема, в которую заводятся сигналы (параметры) тока и напряжения. В настоящее время наметился переход от индукционных к электронным счетчикам.
Согласно циркуляру РАО «ЕЭС России» ?01-99(э) «О повышении точности коммерческого и технического учета электроэнергии» существующий приборный парк индукционных счетчиков электроэнергии имеет низкую метрологическую надежность — выходит за пределы класса точности в течение межповерочного интервала. В числе мер по повышению точности учета предлагается переходить на электронные счетчики, прошедшие соответствующие сертификационные испытания.
Как измерительный прибор, счетчик позволяет снимать так называемые профили нагрузок — графики мощности в зависимости от времени. Профиль (график) нагрузки (рис. 7.26) — важная информация для сотрудников энергослужбы предприятия и электроснабжающей организации. Он позволяет оценить степень загрузки электрооборудования, выявить периоды с максимальным потреблением и выработать меры по выравниванию графика. В идеале следует стремиться к прямоугольному графику нагрузки. На практике вопрос ставится о снижении максимальных значений графика.
Процедура замера профиля нагрузки с помощью счетчиков сводится к съёму показаний с получасовым интервалом осреднения. Интеграция счетчиков в СДЭ позволит автоматизировать процесс замеров, исключит возможность ошибок.
Использование в составе СДЭ индукционных счетчиков возможно только в исполнении с импульсным выходом. Для этого счетчики оборудуются специальными импульсными приставками, а в большинстве случаев выпускаются уже с данной функцией. При этом полнота информации о характере электропотребления недостаточна, а в случае разрыва связи с устройствами сбора и передачи данных и вовсе теряется. Применение электронных (микропроцессорных) счетчиков (рис. 7.27, а) позволяет получать информацию не только о профиле (графике) нагрузки и потребленной электроэнергии, но и о параметрах режима и показателях качества электрической энергии (ПКЭ). Имеются модификации микропроцессорных счетчиков, хранящие в своей памяти измеренные данные и позволяющие их считать и передавать для дальнейшей обработки даже после полного отключения объекта. Микропроцессорные счетчики оснащены интерфейсами, позволяющими объединять их в автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) и интегрировать в СДЭ и АСДУ.
Микропроцессорные счетчики обладают следующими метрологическими и функциональными характеристиками:
- класс точности — из ряда 0, 2 0, 5 и 0, 5 1, 0 в зависимости от вида исполнения (промышленного или бытового);
- энергонезависимый встроенный таймер реального времени;
- возможность учета по разным тарифным зонам времени суток (минимум три зоны — дневная, ночная, пиковая);
- запись получасового максимума мощности;
- контроль показателей качества электроэнергии (для промышленного и мелкомоторного исполнения);
- регистрация параметров режима электрической сети (для промышленного и мелкомоторного исполнения);
- цифровой промышленный интерфейс RS-485 для программирования и чтения данных;
- многофункциональный встроенный индикатор (дисплей);
- энергонезависимая память для показаний энергопотребления и профилей нагрузки.
технологии сбора данных устраняется уязвимое звено, которым является УСПД для счетчиков с импульсными выходами. Оно представляет собой промежуточный элемент и заметно влияет на надежность системы вследствие возможной потери информации. На базе УСПД строятся АСКУЭ с распределенной обработкой. УСПД обеспечивает:
- сбор данных со счетчиков и датчиков первичных измерений;
- обработку первичных измерений;
- ведение архивов;
- контроль работоспособности локальной (объектовой) системы;
- коммуникацию с вышестоящими и локальными уровнями;
- защиту от несанкционированного доступа;
- настройку и конфигурирование под конкретный объект.
Цифровые технологии позволяют организовать автоматизацию учета и без применения УСПД. Микропроцессорный счетчик является полноценным хранилищем информации об энергопотреблении, системе остается только передать готовые обработанные цифровые данные в центр энергоучета на верхний уровень обработки (билинговая система). Однако, рассматривая систему коммерческого учета с позиций интеграции в СДЭ, необходимо предусмотреть надежное разграничение системы учета электроэнергии и СДЭ, исключающее вмешательство во внутреннее программное обеспечение микропроцессорного счетчика. Необходимость разграничения вызвана требованиями обеспечения невмешательства в коэффициенты и тарифные установки счетчиков, защиты канала передачи данных в центр энергоучета. УСПД способно выполнить роль шлюза, разграничивающего расчетную часть АСКУЭ и СДЭ.
На рис. 7.28 показана конфигурация АСКУЭ, соответствующая системе электроснабжения здания, представленной на рис. 5.5. В схеме присутствуют два расчетных счетчика по числу вводов. В данном случае счетчики должны быть трансформаторного включения, но на конфигурацию АСКУЭ схема включения счетчиков не влияет. Важно их количество и территориальное размещение. Функции УСПД состоят в сборе информации со счетчиков, дальнейшей обработке и передаче в АСКУЭ верхнего уровня и в СДЭ. АСКУЭ верхнего уровня решает задачу сбора платежей (билинговая система) в энергоснабжающей организации. В схеме присутствует автоматизированное рабочее место АСКУЭ. Оно не является обязательным, но входит в комплект поставки оборудования и программного обеспечения АСКУЭ.
Программное обеспечение АСКУЭ подразделяется на:
- служебное ПО для конфигурирования АСКУЭ;
- встроенное ПО УСПД;
- пользовательское ПО.
Служебное ПО необходимо на этапе инсталляции системы и заносит в память УСПД данные о системе и параметрах учета (сведения о тарифах, коэффициенты трансформации ТТ и ТН и т.д.). Встроенное ПО предназначено для осуществления обмена данными. Пользовательское ПО представляет наибольший интерес с средств измерений — это документ, выдаваемый уполномоченным на то государственным органом, удостоверяющий, что данный тип средств измерений утвержден в порядке, предусмотренном действующим законодательством, и соответствует установленным требованиям. Технические средства системы технического учета такой сертификации не требуют, но должны иметь сертификат соответствия, так же как любое электрооборудование и кабельная продукция.
При выборе оборудования системы учета необходимо удостовериться, что компоненты системы — измерительные трансформаторы, счетчики, УСПД, АСКУЭ в целом, включая ПО и модемы, — имеют сертификаты утверждения типа средств измерений и соответствующие сертификаты соответствия. Также следует учитывать, что каждая конкретная энергосистема имеет свой утвержденный перечень-классификатор средств учета, который целиком не повторяет весь перечень средств учета, внесенных в Государственный реестр средств измерений. Это вызвано сложившимися связями с заводами-изготовителями, наличием у метрологической службы региона конкретного поверочного оборудования и рядом других причин.
При создании объектовой АСКУЭ необходимо получить технические условия в предприятии Энергосбыта.
При организации учета необходимо обеспечить меры по исключению несанкционированного доступа к цепям тока и напряжения измерительных трансформаторов и счетчиков. Выполнение этих мер контролируется инспекторами предприятия Энергосбыта. Конкретные требования к организации учета электроэнергии, в том числе предупреждению несанкционированного вмешательства в цепи учета, излагаются в ПУЭ (гл. 1.5) и региональных руководящих документах (например, РМ-2559. Инструкция по проектированию учета электропотребления в жилых и общественных зданиях).