RU2212673C2

RU2212673C2 - Procedure measuring electric energy in two-wire networks with protection against tampering and facility for its realization

Info

Publication number: RU2212673C2
Application number: RU2001130420A
Authority: RU
Inventors: С.П. Порватов; Ю.В. Осипов; Г.С. Кашков; Е.В. Букреев
Original assignee: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "РАДИО и МИКРОЭЛЕКТРОНИКА"
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: procedure measuring electric energy in A C networks is meant for commercial accounting and detection of facts of tampering with electric energy. Procedure includes formation of signals of instantaneous power of currents in neutral wire and currents of phase wire measured before and after lead-in of feeding line into building, mathematical processing of these signals, comparison of values of obtained signals. To compute consumed electric energy largest of them is chosen and relationship of values of all obtained signals is used to make decision on method of tampering. Facility for realization of procedure has current pickup of neutral wire which output is connected to first input of first multiplier, current pickup of phase wire which output is connected to first input of second multiplier. Second inputs of first and second multipliers are connected to output of voltage pickup and outputs of multipliers are connected to proper inputs of unit for mathematical processing of signals of pickups. Facility also has current pickup of phase wire placed in phase wire before lead-in of two-wire feeding line into building and additional multiplier. Output of additional current pickup of phase wire is connected to first input of additional multiplier whose second input is connected to output of voltage pickup, output of additional multiplier is connected to corresponding input of unit for mathematical processing of signals of pickups which outputs are connected to indicator of measurement results and unit of remote transmission of information. EFFECT: improved protection of results of measurement of consumed electric energy. 5 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

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. The invention relates to electrical engineering and can be used to measure electrical energy in alternating current circuits for the purposes of commercial metering and detection of the fact and type of theft of electricity.

До настоящего времени основным средством измерения электрической энергии у однофазных потребителей являются индукционные счетчики, содержащие преобразователь мощности во вращательное движение подвижной системы и счетчик числа оборотов, причем цепи тока и напряжения преобразователя включены соответственно последовательно с прямым (фазным) проводом и параллельно цепи нагрузки. Эти счетчики чувствительны к направлению мощности и при отсутствии стопора обладают свойством реверсивности. Показание такого счетчика можно уменьшить, заставив диск вращаться в другую сторону (см. Седов П.Г. Счетчики электрической энергии.- М.-Л.: ГЭИ, 1933). To date, the main means of measuring electric energy in single-phase consumers are induction meters containing a power converter into the rotational movement of the mobile system and a rev counter, moreover, the current and voltage circuits of the converter are connected in series with the direct (phase) wire and in parallel with the load circuit. These counters are sensitive to the direction of power and, in the absence of a stopper, have the property of reversibility. The indication of such a counter can be reduced by forcing the disk to rotate in the other direction (see Sedov P.G. Electric energy counters.- M.-L.: SEI, 1933).

Известно также большое количество счетчиков электрической энергии статической системы, содержащих преобразователи тока и напряжения, 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 этого способа и устройств, его реализующих, 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 большом 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. A large number of static energy counters of a static system are also known, containing current and voltage converters, power converters in the frequency of a pulse signal, and a pulse counter with a reading device. The load current converter of these counters is connected to the current of one usually direct (phase) load wire, and the power to pulse signal frequency converter is operable only for one direction of load power (see AS USSR 1129526, class G 01 R 11 / 00, 1984). The disadvantage of this method and devices that implement it is the low security of the measurement result. Since a unipolar conversion of power into the frequency of a pulsed electrical signal is used to construct non-reversible electronic electric energy meters, when the current direction changes, this conversion stops, while in the induction, the direction of rotational motion changes. The energy consumer has the opportunity to create such meter operation modes by connecting shunt short circuits in order to suspend the accumulation of measured energy readings or even reduce this reading. Individual homeowners are in great use of the so-called otmotchiki, which change the direction of the account. In addition, in three-phase circuits with a grounded neutral, it is possible to use artificially or naturally grounded objects as a return wire. In this case, the commercially available meter does not take this part of the single-phase load into account.

За прототип принимаем способы и устройства измерения электрической энергии в двухпроводных сетях с защитой от хищений, приведенные в патенте РФ 2077062, МКИ G 01 R 22/00, G 01 R 11/24. В соответствии с первым вариантом способ-прототип заключается в следующем: формируют сигнал мгновенной мощности тока фазного провода, формируют сигнал мгновенной мощности тока нулевого провода, определяют модуль разности этих сигналов, определяют модуль суммы этих сигналов, формируют сигнал мощности нагрузки в виде суммы модулей разности мгновенных мощностей токов фазного и нулевого проводов и модулей суммы мгновенных мощностей указанных токов, полученный сигнал преобразуют в частоту импульсов, подают на индикацию. For the prototype, we take the methods and devices for measuring electric energy in two-wire networks with theft protection described in RF patent 2077062, MKI G 01 R 22/00, G 01 R 11/24. In accordance with the first embodiment, the prototype method is as follows: generate a signal of the instantaneous current power of the phase wire, form a signal of the instantaneous power of the current of the neutral wire, determine the module of the difference of these signals, determine the module of the sum of these signals, form the signal of the load power as the sum of the modules of the difference of instant the power of the currents of the phase and zero wires and the modules of the sum of the instantaneous powers of the indicated currents, the received signal is converted into the frequency of the pulses, served on the display.

Устройство, реализующее данный способ (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 со 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. A device that implements this method (according to the first embodiment) contains a neutral wire current sensor, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, a phase wire current sensor, whose output is connected to the first input of the second multiplier, the second inputs of the first and second multipliers are connected to the sensor output load voltage, and their outputs with inputs of the first and second low-pass filters, respectively, the output of the first low-pass filter is connected to the first input of the subtraction unit and to the first input of the second sum ora, the output of which through the first block of the module calculation is connected to the first input of the first adder, the output of the second low-pass filter is connected to the second inputs of the second adder and the subtraction unit, which through the second block of module calculation is connected to the second input of the first adder, the output of the first adder is connected to the input a voltage to frequency converter connected by its output to the input of a pulse counter.

Недостатками прототипа являются 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. The disadvantages of the prototype are insufficient protection of the measurement result from theft of electricity, since the prototype does not provide for the possibility of establishing the type of theft used by an unscrupulous consumer, and does not protect against such theft, common among individual developers, as connecting the load between the meter and the input to the building.

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. The objective of the invention is the further improvement of the protection of the result of measuring the consumed electricity from an unscrupulous consumer, ensuring the measurement of the consumed electricity in full, as well as the ability of controlling organizations to detect theft and the type of theft.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения электрической энергии в двухпроводных сетях, заключающемся в формировании сигналов мгновенной мощности токов фазного и нулевого проводов, математической обработке этих сигналов и сравнении результатов обработки, дополнительно формируют сигнал мгновенной мощности фазного тока, измеренного до ввода в строение, сравнивают величины полученных сигналов, выбирают наибольшую из них и используют для вычисления потребленной электроэнергии, а по соотношению величин всех полученных сигналов судят о виде хищения. The problem is solved in that in the method of measuring electric energy in two-wire networks, which consists in generating signals of instantaneous power currents of phase and zero wires, mathematical processing of these signals and comparing the results of processing, additionally generate a signal of instantaneous power of phase current, measured before commissioning, compare the values of the received signals, select the largest of them and use to calculate the consumed electricity, and by the ratio of the values of all received s gnalov judge the type of theft.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения электрической энергии в двухпроводных сетях, содержащее 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, выход которого соединен с индикатором результата измерений, дополнительно содержит 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. The problem is solved in that a device for measuring electrical energy in two-wire networks, containing a zero-wire current sensor, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, a phase wire current sensor, whose input is connected to the first input of the second multiplier, the second inputs of the first and second multipliers connected to the output of the voltage sensor, and the outputs of the multipliers are connected to the corresponding inputs of the block of mathematical processing of sensor signals, the output of which is connected to the indicator Ohm of the measurement result, further comprises a phase wire current sensor included in the phase wire before the two-wire supply line is put into the building and an additional multiplier, the output of the additional phase wire current sensor being connected to the first input of the additional multiplier, the second input of which is connected to the output of the voltage sensor, and the output of the additional multiplier is connected to the corresponding input of the block of mathematical processing of sensor signals.

Кроме того, устройство для измерения электрической энергии дополнительно содержит блок дистанционной передачи информации, подключенный к выходу блока математической обработки сигналов датчиков. Блок дистанционной передачи информации может быть выполнен как радиопередатчик или как проводной интерфейс. In addition, the device for measuring electrical energy further comprises a remote information transmission unit connected to the output of the sensor signal mathematical processing unit. The remote information transmission unit can be implemented as a radio transmitter or as a wired interface.

Устройство, реализующее заявляемый способ, приведено на фиг.1 и содержит датчик тока фазного провода 1, датчик тока нулевого провода 2, датчик тока фазного провода 3, включенного в фазный провод до ввода в строение, датчик напряжения нагрузки 4, включенный параллельно нагрузке 5. Датчик 3 устанавливают на воздушной линии так, чтобы его можно было видеть с улицы. Выходы датчиков 1, 2, 3 соединены с первыми входами перемножителей 6, 7, 8, на вторые входы которых заведен сигнал с выхода датчика напряжения 4. Выходы перемножителей 6, 7, 8 соединены с соответсвующими входами блока математической обработки 9, а соответствующие выходы блока математической обработки 9 соединены с индикатором 10 и блоком дистанционной передачи информации 11, который может быть выполнен как радиопередатчик или как проводной интерфейс. A device that implements the inventive method is shown in figure 1 and contains a current sensor for the phase wire 1, a current sensor for the neutral wire 2, a current sensor for the phase wire 3 included in the phase wire before entering the structure, a load voltage sensor 4 connected in parallel with the load 5. Sensor 3 is installed on the overhead line so that it can be seen from the street. The outputs of the sensors 1, 2, 3 are connected to the first inputs of the multipliers 6, 7, 8, the second inputs of which have a signal from the output of the voltage sensor 4. The outputs of the multipliers 6, 7, 8 are connected to the corresponding inputs of the mathematical processing unit 9, and the corresponding outputs of the block mathematical processing 9 is connected to the indicator 10 and the remote information transfer unit 11, which can be performed as a radio transmitter or as a wired interface.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Датчики токов 1, 2, 3 формируют сигналы, пропорциональные току нулевого провода и токам в фазном проводе до ввода в строение и после ввода в строение. Из этих сигналов, а также из выходного сигнала датчика напряжения 4 с помощью перемножителей 6, 7, 8 формируются сигналы мгновенной мощности токов нулевого провода и фазного провода, замеренного в разных местах. Блок математической обработки 9 (который может быть спроектирован на базе любого микропроцессора) сигналы от перемножителей 6, 7, 8 переводит в цифровой код, анализирует значения мгновенных мощностей, выбирает перемножитель, от которого поступает в данный момент наибольший по модулю сигнал, проводит суммирование сигнала от выбранного перемножителя для определения количества потребленной электроэнергии. Одновременно блок математической обоработки 9 проводит анализ соотношений величин сигналов от перемножителей 6, 7, 8 и в соответствии с той или иной комбинацией величины этих сигналов выводит на соответствующий выход сигнал о том или ином виде хищения. Сигналы о потребленной электроэнергии, а также сигналы о виде хищения и времени фиксации факта хищения поступают на индикатор 10, который высвечивает названную информацию, а также на блок 11 дистанционной передачи информации. The inventive device operates as follows. Current sensors 1, 2, 3 generate signals proportional to the current of the neutral wire and the currents in the phase wire before entering the structure and after entering the structure. From these signals, as well as from the output signal of the voltage sensor 4 with the help of multipliers 6, 7, 8, signals of instantaneous power of the currents of the neutral wire and the phase wire measured in different places are formed. The mathematical processing unit 9 (which can be designed on the basis of any microprocessor) converts the signals from the multipliers 6, 7, 8 into a digital code, analyzes the values of instantaneous powers, selects the multiplier, from which the signal with the highest modulus is being received, sums the signal from selected multiplier to determine the amount of electricity consumed. At the same time, the mathematical processing unit 9 analyzes the ratios of the magnitudes of the signals from the multipliers 6, 7, 8 and, in accordance with one or another combination of the magnitudes of these signals, outputs a signal about one or another form of theft to the corresponding output. Signals about the consumed electricity, as well as signals about the form of theft and the time it takes to record the fact of theft, are sent to the indicator 10, which displays the above information, as well as to the block 11 for remote information transmission.

Различные схемы хищений приведены на фиг.2. Комбинации сигналов на входе блока математической обработки 9, соответствующие видам хищения, приведены в таблице. Various theft schemes are shown in figure 2. The combination of signals at the input of the mathematical processing unit 9, corresponding to the types of theft, are given in the table.

Позиция 1 таблицы соответствует случаю, когда хищения отсутствуют, токи в фазном и нулевом проводах соответствуют норме, сигналы от всех датчиков равны. Position 1 of the table corresponds to the case when there are no thefts, the currents in the phase and neutral wires correspond to the norm, the signals from all sensors are equal.

Позиция 2 таблицы соответствует случаю, когда идет хищение электроэнергии за счет скрытого подключения R_н-1 между вводом в строение и счетчиком. При этом ток протекает по цепи: фазный провод, датчик 3, R_н-1, датчик 1, нагрузка 5, датчик 2, нулевой провод. При этом через датчик 3 протекает больший по величине ток, чем через датчики 1 и 2. Поэтому блок математической обработки 9 для подсчета потребленной энергии выбирает канал датчика 3 с перемножителем 6, а также на соответствующем выходе выставляет код упомянутого вида хищения.Position 2 of the table corresponds to the case when there is a theft of electricity due to a hidden connection R _n-1 between the input to the building and the meter. In this case, the current flows through the circuit: phase wire, sensor 3, R _n-1 , sensor 1, load 5, sensor 2, neutral wire. At the same time, a larger current flows through the sensor 3 than through the sensors 1 and 2. Therefore, the mathematical processing unit 9 selects the channel of the sensor 3 with the multiplier 6 to calculate the consumed energy, and also sets the code of the said type of theft at the corresponding output.

Позиция 3 таблицы соответствует случаю, когда имеет место хищение путем заземления нагрузки (подключение R_н-2, см. фиг.2) либо появился ток утечки на землю более 25 мА в результате неисправности электропроводки. Можно показать аналогично предыдущему случаю, что через датчик 3 протекает ток большей величины, чем через датчики 1 и 2. Для подсчета потребленной электроэнергии используется сигнал канала датчика 3. Комбинация величин сигналов датчиков 1, 2, 3 будет другая, и индикация об этом виде хищения или неисправности появится на другом выходе блока математической обработки 9.Position 3 of the table corresponds to the case when theft by grounding the load occurs (connection R _n-2 , see figure 2) or a leakage current to the ground of more than 25 mA appeared as a result of a fault in the wiring. It can be shown, similarly to the previous case, that a larger current flows through sensor 3 than through sensors 1 and 2. To calculate the consumed electricity, the signal from the sensor channel 3 is used. The combination of the values of the signals from sensors 1, 2, 3 will be different, and the indication of this type of theft or a malfunction will appear on the other output of the mathematical processing unit 9.

Позиция 4 таблицы соответствует случаю, когда имеет место хищение электроэнергии со сменой фаз до счетчика и заземление нагрузки подключением R_н-3 (см. фиг.2). Теперь большую величину будут иметь токи в цепи датчиков 2 и 3, которая будет использована блоком математической обработки 9 для подсчета потребленной электроэнергии, а комбинация величин сигналов датчиков 1, 2, 3 активизирует соответствующий выход блока математической обработки 9.Position 4 of the table corresponds to the case when there is a theft of electricity with a phase change to the meter and grounding the load by connecting R _n-3 (see figure 2). Now the currents in the sensor circuit 2 and 3 will have a large value, which will be used by the mathematical processing unit 9 to calculate the consumed electricity, and a combination of the values of the sensor signals 1, 2, 3 will activate the corresponding output of the mathematical processing unit 9.

Позиция 5 таблицы соответствует случаю, когда подключенные электроприборы неисправны, и имеет место ток утечки (условно R_н-4, см. фиг.2). Для учета потребленной мощности используется сигнал датчика 1 или 3, индикация вида хищения на соответствующем выходе блока математической обработки 9.Position 5 of the table corresponds to the case when the connected electrical appliances are faulty, and there is a leakage current (conditionally R _n-4 , see figure 2). To account for the consumed power, a sensor signal 1 or 3 is used, an indication of the type of theft at the corresponding output of the mathematical processing unit 9.

Позиция 6 таблицы соответствует случаям, когда имеют место шунтирование, обрыв, короткое замыкание подводящих проводов от датчика 3. Теперь сигнал от датчика 3 меньше по величине сигналов датчиков 1 и 2. Такая комбинация сигналов датчиков вызывает сигнал на соответствующем выходе блока математической обработки 9, для учета потребленной энергии используется сигнал датчиков 1 или 2. Position 6 of the table corresponds to cases where there is a bypass, open, short circuit of the supply wires from the sensor 3. Now the signal from the sensor 3 is smaller in magnitude than the signals of the sensors 1 and 2. This combination of sensor signals causes a signal at the corresponding output of the mathematical processing unit 9, for metering the consumed energy, the signal of sensors 1 or 2 is used.

Кроме того, при использовании устройства типа "отмотчик" количество "смотанной" электроэнергии автоматически учитывается как потребленное, так как суммирование происходит по модулю мгновенной мощности и не зависит от направления тока. In addition, when using a device of type “unwinder”, the amount of “coiled” electricity is automatically taken into account as consumed, since the summation takes place modulo instantaneous power and does not depend on the direction of the current.

Таким образом, все наиболее распространенные виды хищения не только учитываются счетчиком, но и определяются по видам. Thus, all the most common types of theft are not only counted by the counter, but also determined by species.

Количество потребленной электроэнергии и вид хищения, а также время хищения высвечиваются на индикаторе 10. С помощью блока 11 дистанционной передачи информации имеется возможность считывать вышеназванные данные независимо от желания потребителя и не входя в помещение. The amount of electricity consumed and the type of theft, as well as the theft time, are displayed on the indicator 10. Using the remote information transfer unit 11, it is possible to read the above data regardless of the consumer’s desire and without entering the room.

По сравнению с прототипом заявляемое изобретение имеет следующие преимущества:
обнаруживает все наиболее распространенные виды хищений,
обнаруживает такой вид хищения, как подключение нагрузки между вводом в строение и счетчиком,
обнаруживает неисправность устройств у потребителя,
учитывает всю потребленную энергию независимо от вида хищения.Compared with the prototype of the claimed invention has the following advantages:
detects all the most common types of theft,
detects a form of theft such as connecting the load between the input to the building and the counter,
detects a malfunction of devices at the consumer,
takes into account all the energy consumed, regardless of the type of theft.

Claims

1. The method of measuring electrical energy in two-wire networks with theft protection, which consists in generating signals of instantaneous power currents of phase and zero wires, mathematical processing of these signals and comparing the processing results, which are used to judge the fact of theft and the amount of energy consumed, characterized in that they form the signal of the instantaneous current power of the phase wire, measured before entering the structure, compare the values of the received signals, select the largest of them and use to calculate the consumption ennoy electricity, and the ratio of the magnitudes of all the obtained values of the instantaneous powers judged as theft.

2. A device for measuring electrical energy in two-wire networks with theft protection, containing a zero-wire current sensor, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, a phase wire current sensor, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, second inputs of the first and second multipliers connected to the output of the load voltage sensor, and the outputs of the multipliers are connected to the corresponding inputs of the block of mathematical processing of sensor signals, the output of which is connected to the indicator measurement result, characterized in that the device comprises an additional phase wire current sensor included in the phase wire before the two-wire supply network is introduced into the building and an additional multiplier, the output of the additional phase wire current sensor being connected to the first input of the additional multiplier, the second input of which is connected to the output load voltage sensor, and the output of the additional multiplier is connected to the corresponding input of the block of mathematical processing of sensor signals, the output of which is fully connected to the input of the remote information transfer unit.

3. A device for measuring electrical energy in two-wire networks with theft protection according to claim 2, characterized in that it further comprises a remote information transmission unit.

4. A device for measuring electrical energy according to claim 3, characterized in that the remote information transmission unit is made in the form of a radio transmitter.

5. A device for measuring electrical energy according to claim 3, characterized in that the remote information transmission unit is made in the form of a wired interface.