Принцип действия счетчиков электрической энергии многофункциональных - измерителей ПКЭ СЭТ-4ТМ.03МК (далее счетчиков) основан на цифровой обработке входных аналоговых сигналов с помощью быстрого преобразования Фурье.

Управление процессом измерения и всеми функциональными узлами счетчика осуществляется высокопроизводительным микроконтроллером (МК), который реализует алгоритмы в соответствии со специализированной программой. Управление узлами производится через аппаратно-программные интерфейсы, реализованные на портах ввода/вывода МК.

Измерительная часть счетчиков выполнена на основе многоканального, шестнадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). АЦП осуществляет выборки мгновенных значений величин напряжения и тока параллельно по шести каналам измерения, преобразование их в цифровой код и передачу по скоростному последовательному каналу микроконтроллеру.

Микроконтроллер по выборкам мгновенных значений одного из каналов напряжения вычисляет значение периода основной частоты сигнала. В измерительном окне, равном периоду сигнала, используя быстрое преобразование Фурье, вычисляется комплексный спектр входных сигналов по каналам напряжения и тока. На основании спектральных составляющих вычисляются значения активной, реактивной и полной мощностей, которые используются для подсчета активной и реактивной энергии.

Для измерения параметров сети и показателей качества электрической энергии (ПКЭ) вычисляется комплексный спектр входных сигналов в измерительном окне, равном десяти периодам основной частоты. При этом расстояние между спектральными составляющими составляет 1/10 частоты основной гармоники. По спектру сигналов рассчитываются среднеквадратические значения напряжений и токов, коэффициенты гармонических и интергармонических составляющих, суммарные коэффициенты гармонических составляющих, коэффициенты несим-метрии по обратной и нулевой последовательностям.

Вычисление активной и реактивной мощности потерь в каждой фазе производится по следующим формулам:

Рп

п.л.ном

(I ?

+

• Р +

п.н.ном

п.хх .ном

.ном ⁺

.ном ⁺

.хх .ном

• - среднеквадратическое значение тока;

• - среднеквадратическое значение фазного напряжения;

Рп.л.ном - номинальная активная мощность потерь в линии электропередачи;

Рп.н.ном - номинальная активная мощность нагрузочных потерь в силовом трансформаторе;

P п.хх.ном - номинальная активная мощность потерь холостого хода в силовом трансформаторе;

^^п.л.ном - номинальная реактивная мощность потерь в линии электропередачи;

^^п.н.ном - номинальная реактивная мощность нагрузочных потерь в силовом трансформаторе;

^^п.хх.ном- номинальная реактивная мощность потерь холостого хода в силовом трансформаторе;

Номинальные мощности потерь вводятся в счетчик как конфигурационные параметры и представляют собой мощность потерь в одной фазе, приведенную к входу счетчика при номинальном токе и номинальном напряжении счетчика.

Вычисление мощностей трехфазной системы производится алгебраическим (с учетом знака направления) суммированием соответствующих мощностей однофазных измерений.

Знаки мощностей однофазных измерений формируются в зависимости от конфигурирования счетчика, как показано в таблице 1.

Таблица 1 - Знаки мощностей

По полученным значениям активной и реактивной мощности трехфазной системы формируются импульсы телеметрии на двух конфигурируемых испытательных выходах счетчика. Сформированные импульсы подсчитываются контроллером и сохраняются в регистрах текущих значений энергии и профиля мощности по каждому виду энергии (мощности) и направлению до свершения события. По свершению события, текущие значения энергии или мощности добавляются в соответствующие энергонезависимые регистры учета энергии и массивы профиля мощности. При этом, в качестве события выступает время окончания текущего тарифа или время окончания интервала интегрирования мощности для массива профиля, определяемое по встроенным энергонезависимым часам реального времени.

При учете потерь импульсы телеметрии формируются с учетом мощности потерь Ps=P±Pn, Qs=Q±Qn, подсчитываются контроллером и отдельно сохраняются в регистрах текущих значений энергии и профиля мощности с учетом потерь по каждому виду энергии (мощности) и направлению до свершения события. Знак учета потерь является конфигурационным параметром счетчика и зависит от расположения точки учета и точки измерения.

Счетчики электрической энергии многофункциональные - измерители ПКЭ СЭТ-4ТМ.03МК выпускаются в различных модификациях, которые отличаются классом точности, номинальными напряжениями, номинальными токами, наличием интерфейса Ethernet и типом установленного дополнительного интерфейсного модуля. Варианты исполнения счетчиков приведены в таблице 2. Варианты исполнения дополнительных интерфейсных модулей приведены в таблице 3.

Таблица 2 - Варианты исполнения счетчиков

Таблица 3 - Типы устанавливаемых дополнительных интерфейсных модулей

Продолжение таблицы 3

Счетчики, независимо от варианта исполнения, имеют два интерфейса RS-485, оптический интерфейс, блок резервного питания.

Все интерфейсы независимые, равноприоритетные и гальванически изолированы друг от друга и силовой сети.

Запись счетчика при его заказе и в конструкторской документации другой продукции должна содержать: наименование «Счётчик электрической энергии многофункциональный -измеритель ПКЭ», условное обозначения счетчика, условное обозначение устанавливаемого дополнительного интерфейсного модуля и номера технических условий. Пример записи счётчика - «Счётчик электрической энергии многофункциональный - измеритель ПКЭ СЭТ-4TM.03MK.XX.YY ИЛГШ.411152.184ТУ». Где ХХ - вариант исполнения счетчика в соответствии с таблицей 2. YY - условное обозначение дополнительного интерфейсного модуля в соответствии с таблицей 3. Если в счетчик не устанавливается дополнительный интерфейсный модуль, то поле YY должно оставаться пустым.

Примечание - Счетчик может поставляться с прозрачной крышкой зажимов, если это в явном виде указано при заказе. Например: «Счётчик электрической энергии многофункциональный - измеритель ПКЭ СЭТ-4ТМ.03МК.ХX.YY ИЛГШ.411152.184ТУ с прозрачной крышкой зажимов».

Счетчики ведут измерения и учет: активной энергии прямого и обратного направления, реактивной энергии прямого и обратного направления и реактивной энергии первого, второго, третьего и четвертого квадрантов (8 каналов учета).

Счетчики могут конфигурироваться для работы в однонаправленном режиме (пять каналов учета) и учитывать:

• - активную энергию прямого и обратного направления, как активную энергию прямого направления (учет по модулю не зависимо от направления тока в каждой фазе сети);

• - реактивную энергию первого и третьего квадранта, как реактивную энергию прямого направления и реактивную энергию первого квадранта (индуктивная нагрузка);

• - реактивную энергию четвертого и второго квадранта, как реактивную энергию обратного направления и реактивную энергию четвертого квадранта (емкостная нагрузка).

Подключение счетчиков к сети производится через измерительные трансформаторы напряжения и тока. Счетчики с номинальным напряжением 3*(57,7-115)/(100-200) В могут использоваться на подключениях с номинальными фазными напряжениями из ряда: 57,7; 63,5; 100; 110; 115 В. Счетчики с номинальным напряжением 3*(120-230)/(208-400) В могут использоваться как с измерительными трансформаторами напряжения, так и без них на подключениях с номинальными фазными напряжениями из ряда: 120, 127, 173, 190, 200, 220, 230 В.

Тарификация и архивы учтенной энергии

Счетчики ведут многотарифный учет энергии (без учета потерь) в восьми тарифных зонах, по восьми типам дней в двенадцати сезонах. Дискретность установки тарифной зоны составляет 10 минут. Чередование тарифных зон в сутках ограничено числом десятиминутных интервалов в сутках и составляет 144 интервала. Тарификатор счетчиков использует расписание праздничных дней и список перенесенных дней. Счетчики ведут бестарифный учет активной и реактивной энергии с учетом потерь в линии электропередачи и силовом трансформаторе.

Счетчики ведут архивы тарифицированной учтенной энергии и не тарифицированной энергии с учетом потерь (активной, реактивной прямого и обратного направления и четырехквадрантной реактивной энергии):

- всего от сброса (нарастающий итог);

- за текущий и предыдущий год;

- на начало текущего и предыдущего года;

- за текущий месяц и каждый из 36 предыдущих месяцев;

- на начало текущего месяца и каждого из 36 предыдущих месяцев;

- за текущие и предыдущие сутки;

- на начало текущих и предыдущих суток;

- за каждые предыдущие календарные сутки глубиной до 124 дней;

- на начало каждых предыдущих календарных суток глубиной до 124 дней.

Профили мощности нагрузки

Счетчики ведут два базовых четырехканальных независимых массива профиля мощности с программируемым временем интегрирования от 1 до 60 минут для активной и реактивной мощности прямого и обратного направления (четыре канала). Если счетчики используются на подключениях с номинальными напряжениями 3^(100-115/173-200) В, то время интегрирования может программироваться только в диапазоне от 1 до 30 минут.

Каждый базовый массив профиля мощности может конфигурироваться для ведения профиля мощности нагрузки с учетом активных и реактивных потерь в линии электропередачи и силовом трансформаторе со временем интегрирования от 1 до 30 минут.

Глубина хранения каждого базового массива профиля составляет:

• - 114 суток при времени интегрирования 30 минут;

• - 170 суток при времени интегрирования 60 минут.

Счетчики, наряду с двумя базовыми массивами профиля мощности нагрузки, ведут два независимых массива профиля параметров (далее - расширенные массивы профиля или 3-й и 4-й массивы профиля) с программируемым временем интегрирования от 1 до 60 минут. Каждый расширенный массив профиля может конфигурироваться в части выбора количества и типа профилируемых параметров, а также формата хранения данных. Число каналов расширенного массива профиля может программироваться в диапазоне от 1 до 48, а типы профилируемых параметров выбираться из таблиц 4 и 5 (кроме коэффициентов мощности, даты и времени). Кроме того, в расширенном массиве могут профилироваться все четыре мощности, как и в базовых массивах.

Таблица 4 - Типы профилируемых параметров для расширенного массива профиля

Продолжение таблицы 4

Регистрация максимумов мощности нагрузки

Счетчики могут использоваться как регистраторы максимумов мощности (активной, реактивной, прямого и обратного направления) по каждому массиву профиля мощности с использованием двенадцатисезонного расписания утренних и вечерних максимумов.

Максимумы мощности фиксируются в архивах счетчика:

- от сброса (ручной сброс или сброс по интерфейсному запросу):

- за текущий и каждый из двенадцати предыдущих месяцев.

В архивах максимумов фиксируется значение максимума мощности и время, соответствующее окончанию интервала интегрирования мощности соответствующего массива профиля.

Если массив профиля мощности сконфигурирован для мощности с учетом потерь, то в

Лист № 7 Всего листов 20 архивах максимумов фиксируется максимальная мощность с учетом потерь.

Измерение параметров сети и показателей качества электрической энергии.

Счетчики всех вариантов исполнения, не зависимо от конфигурации, работают как четырехквадрантные измерители с учетом направления и угла сдвига фаз между током и напряжением в каждой фазе сети и могут использоваться для оценки правильности подключения счетчика.

Счетчики измеряют мгновенные значения (время интегрирования от 0,2 до 5 секунд) физических величин, характеризующих трехфазную электрическую сеть, и могут использоваться как измерители параметров, приведенных в таблице 5. Все измеряемые параметры сети доступны через интерфейсы связи и могут отображаться на индикаторе счетчика в режиме вспомогательных параметров с разрешающей способностью, приведенной в таблице 5.

Таблица 5 - Измеряемые параметры

Счетчики измеряют показатели качества электрической энергии в соответствии с ГОСТ 32144-2013 (класс измерений S по ГОСТ 30804.4.30-2013 и класс II по ГОСТ 30804.4.7-2013) и могут использоваться для непрерывного мониторинга качества электрической энергии в соответствии с ГОСТ 33073-2014 по параметрам:

- отклонение частоты;

- отрицательное и положительное отклонение напряжения;

- значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения;

- значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения;

- коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности;

- характеристики провалов, прерываний напряжения и перенапряжений.

Счетчик ведет статистические таблицы данных ПКЭ для составления суточных отчетов и имеет возможность вести профиль ПКЭ (профиль № 4).

Испытательные выходы и цифровые входы

В счетчиках функционируют два изолированных испытательных выхода основного передающего устройства. Каждый испытательный выход может конфигурироваться:

- для формирования импульсов телеметрии одного из каналов учета энергии (активной, реактивной, прямого и обратного направления, и четырехквадрантной реактивной, в том числе и с учетом потерь);

- для формирования сигналов индикации превышения программируемого порога мощности (активной, реактивной, прямого и обратного направления);

- для формирования сигналов телеуправления;

- для проверки точности хода встроенных часов реального времени (только канал 0);

- для формирования сигнала управления нагрузкой по различным программируемым критериям (только выход канала 0).

В счетчиках функционируют два цифровых входа, которые могут конфигурироваться:

- для управления режимом поверки (только первый цифровой вход).

- для счета нарастающим итогом количества импульсов, поступающих от внешних устройств (по переднему, заднему фронту или обоим фронтам);

- как вход телесигнализации.

Управление нагрузкой

Счетчики позволяют формировать сигнал управления нагрузкой на конфигурируемом испытательном выходе (канал 0) по различным программируемым критериям для целей управления нагрузкой внешним силовым отключающим устройством и могут работать в следующих режимах:

- в режиме ограничения мощности нагрузки;

- в режиме ограничения энергии за сутки;

- в режиме ограничения энергии за расчетный период;

- в режиме контроля напряжения сети;

- в режиме контроля температуры счетчика;

- в режиме управления нагрузкой по расписанию;

- в режиме управления нагрузкой по наступлению сумерек.

Указанные режимы могут быть разрешены или запрещены в любых комбинациях.

Журналы

Счетчики ведут журналы событий, журналы показателей качества электрической энергии, журналы провалов и перенапряжений, журналы превышения порога мощности и статусный журнал.

В журналах событий фиксируются времена начала/окончания следующих событий:

- время выключения/включения счетчика;

- время включения/выключения резервного источника питания;

- время выключения/включения фазы 1, фазы 2, фазы 3;

- время открытия/закрытия крышки зажимов;

- время открытия/закрытия счетчика;

- время изменения коэффициентов трансформации;

- время и причина управления нагрузкой;

- время коррекции времени и даты;

- время коррекции тарифного расписания;

- время коррекции расписания праздничных дней;

- время коррекции списка перенесенных дней;

- время коррекции расписания утренних и вечерних максимумов мощности;

- время коррекции расписания управления нагрузкой;

- время последнего программирования;

- время и количество перепрограммированных параметров;

- время изменения состояния входов телесигнализации;

- время инициализации счетчика;

- время сброса показаний (учтенной энергии);

- время инициализации первого, второго и третьего массива профиля;

- время сброса максимумов мощности по первому, второму и третьему массиву профиля;

- время и количество попыток несанкционированного доступа к данным;

- время и количество измененных параметров измерителя качества;

- время и количество измененных параметров измерителя потерь;

- время воздействия на счетчик повышенной магнитной индукции.

- время наличия тока по каждой фазе при напряжении ниже установленного порога;

- время превышения максимального тока по каждой фазе;

- время обновления встроенного ПО счетчика;

- время изменения коммуникаций по HDLC (HDLC communication);

- время изменения состояния цифровых выходов в режиме телеуправления;

• - время превышения порога для tg^);

• - время автоматической калибровки счетчика по интерфейсному запросу;

• - время инициализации четвертого массива профиля;

• - время прерывания напряжения (по заданному порогу);

В журналах показателей качества электроэнергии фиксируются времена выхода/возврата за установленные верхнюю/нижнюю нормально/предельно допустимую границу:

• - установившихся напряжений: фазных, межфазных, прямой последовательности;

• - установившейся частоты сети;

• - суммарных коэффициентов гармонических составляющих фазных и межфазных напряжений;

• - коэффициентов несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательностям;

Глубина хранения каждого журнала выхода за нормально допустимые границы 20 записей, за предельно допустимые границы - 10 записей.

В журналах провалов и перенапряжений фиксируется остаточное напряжение и длительность провала напряжения и величина и длительность перенапряжения для каждой фазы сети и трехфазной системы. Глубина хранения фазных журналов 20 записей, трехфазной системы - 40 записей. Кроме журналов провалов и перенапряжений ведется статистическая таблица параметров провалов и перенапряжений для каждой фазы сети и трехфазной системы. Статистические таблицы могут очищаться по интерфейсному запросу с фиксацией факта и времени очист-

Лист № 10 Всего листов 20 ки в журналах очистки статистики.

В журналах превышения порога мощности фиксируется время выхода/возврата за установленную границу среднего значения активной и реактивной мощности прямого и обратного направления из первого, второго или третьего массива профиля мощности. Глубина хранения журнала по каждой мощности 10 записей.

В статусном журнале фиксируется время и значение измененного слова состояния счетчика. Глубина хранения статусного журнала 10 записей.

Устройство индикации

Счетчики имеют жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) с подсветкой для отображения учтенной энергии и измеряемых величин с соответствующими OBIS кодами и три кнопки управления режимами индикации.

Счетчики в режиме индикации основных параметров позволяют отображать на индикаторе: - учтенную активную и реактивную энергию прямого и обратного направления и четырехквадрантную реактивную энергию по каждому тарифу и сумме тарифов;

- энергию с учетом потерь в линии передачи и силовом трансформаторе;

- число импульсов от внешних датчиков по цифровому входу 1 и 2.

Все перечисленные выше данные сохраняются в архивах с возможностью просмотра на индикаторе:

- всего от сброса показаний (нарастающий итог);

- за текущий и предыдущий год;

- за текущий и предыдущий месяц;

- за текущие и предыдущие сутки;

- на начало текущего года;

- на начало текущего и предыдущего месяца;

- на начало текущих и предыдущих суток.

Счетчики в режиме и индикации основных параметров, кроме перечисленных выше, отображают значения и время фиксации утренних и вечерних максимумов мощности по первому, второму и третьему массиву профиля мощности.

Счетчики в режиме индикации вспомогательных параметров позволяют отображать на индикаторе данные вспомогательных режимов измерения, приведенных в таблице 5, версию ПО счетчика и контрольную сумму метрологически значимой части ПО.

Интерфейсы связи

Счетчики СЭТ-4ТМ.03МК имеют четыре равноприоритетных, независимых, гальванически изолированных интерфейса связи: два RS-485, оптический интерфейс (ГОСТ IEC 611072011) и Ethernet (опционально).

Счетчики обеспечивают возможность дистанционного управления функциями, программирования (перепрограммирования) режимов и параметров, считывания параметров и данных измерений через интерфейсы связи. Счетчики поддерживают ModBus-подобный, СЭТ-4ТМ совместимый протокол обмена, протокол DLMS/COSEM (СПОДЭС) и канальный пакетный протокол системы «Пирамида» через интерфейс связи Ethernet.

Работа со счетчиками через интерфейсы связи может производиться с применением программного обеспечения «Конфигуратор СЭТ-4ТМ».

Доступ к параметрам и данным со стороны интерфейсов связи защищен паролями на чтение и программирование (два уровня доступа). Метрологические коэффициенты и заводские параметры защищены аппаратной перемычкой и не доступны без снятия пломб предприятия-изготовителя и нарушения знака поверки.

Защита от несанкционированного доступа

Для защиты от несанкционированного доступа в счетчиках предусмотрена установка пломб ОТК предприятия-изготовителя и организации, осуществляющей поверку счетчика.

После установки на объект счетчики должны пломбироваться пломбами обслуживаю-

щей организации.

Кроме механического пломбирования в счетчике предусмотрено электронное пломбирование корпуса счетчика и крышки зажимов. При этом факт и время вскрытия крышек фиксируется в соответствующих журналах событий счетчика.

В счетчиках установлен датчик магнитного поля, фиксирующий воздействие на счетчик магнитного поля повышенной индукции. Факт и время воздействия на счетчик повышенной магнитной индукции фиксируется в журнале событий.

Общий вид счетчика, схема пломбирования от несанкционированного доступа, обозначение места нанесения знака поверки представлены на рисунке 1.

Пломбы обслуживающей организации

Оттиск клейма ОТК

Пломба со знаком поверки

Рисунок 1 - Общий вид счетчика, схема пломбирования от несанкционированного доступа, обозначение места нанесения знака поверки

Таблица 9 -

Таблица 7 - Метрологические характеристики

Продолжение таблицы 7

Таблица 8 - Основные технические характеристики