Новые интеллектуальные счетчики электроэнергии НПЦ «Спектр»: однофазный SP 101 и трехфазный SP 301

Наряду с кастомизированной радиоэлектронной и программной продукцией самарский НПЦ «Спектр» выпускает продукты собственной разработки: в статье представлены многофункциональные счетчики электрической энергии SP 101 (однофазный) и SP 301 (трехфазный), работающие с использованием технологий интернета вещей (IoT).

АО НПЦ «Спектр», г. Самара

скачать pdf >>

Самарский научно-производственный центр «Спектр», более 30 лет успешно работающий на рынке радиоэлектронных средств и прикладных программных продуктов, хорошо известен своей кастомизированной продукцией, разработанной и изготовленной в рамках контрактного производства, то есть под заказ конкретных потребителей. Сегодня имеющиеся технические и производственные возможности предприятия позволили реализовать программу по выпуску собственных инновационных изделий, среди которых особое место занимают умные приборы учета электроэнергии для интернета вещей (IoT).

Руководство компании правильно оценило масштаб этого рынка и перспективы его роста: по данным аналитического сайта Marketwatch, уже в 2022 го­ду объем мирового IoT-рынка составил 24 млрд долларов США, а к 2028 го­ду может достигнуть 105 млрд долларов.

Разработанные специалистами НПЦ «Спектр» счетчики электроэнергии выпускаются в двух модификациях:
- SP 101 – однофазный счетчик непосредственного подключения для двухпроводных цепей переменного тока;
- SP 301 – трехфазный счетчик непосредственного и трансформаторного подключения для четырехпроводных трехфазных цепей переменного тока.

Обе модификации представляют собой многофункциональные измерительные устройства, предназначенные для определения потребленной активной и реактивной электрической энергии и мощности в однотарифном и многотарифном режимах, и работают в качестве исполнительных элементов в современных автоматизированных системах коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).

Принцип действия счетчиков заключается в измерении то­ка, протекающего через датчик, и напряжения на клеммах устройства с последующим вычислением величины потребленной энергии с помощью интегрирования произведения то­ка и напряжения по времени. Полученные в результате вычисления результаты отображаются на встроенном в лицевую панель прибора ЖК-дисплее.

Измерительные устройства оснащены пластмассовым бесцветным корпусом из негорючего поликарбоната с двумя пластиковыми крышками. Одна из них представляет собой крышку клеммной колодки, которая обеспечивает недоступность силовых клемм счетчика и клемм подключения к интерфейсам, другая – закрывает отсек сменных модулей расширения. Непосредственно в корпус счетчика встроены:
- печатный модуль с размещенными на нем жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), электронными компонентами, клеммами выходных интерфейсов RS-485 и импульсных выходов для подключения к АСКУЭ или системам поверки;
- клеммная колодка с датчиком то­ка, ре­ле управления нагрузкой и перемычкой с измерительным элементом в нейтрали;
- элементы оптического порта;
- внешняя кнопка блокировки ре­ле, которой счетчик оснащен в целях безопасности потребителя. Если, допустим, ресурсоснабжающая организация отключила потребителя за неуплату, он имеет возможность сорвать пломбу блокировки и принудительно возобновить подачу электроэнергии. Такое решение предусмотрено для экстренных случаев: например, в квартире могут работать устройства жизнеобеспечения, отключение которых угрожает жизни человека. Но снабжающая организация обычно не владеет такой информацией, и кнопка блокировки ре­ле может спасти человеческую жизнь. Также с помощью этой кнопки можно экстренно прекратить подачу энергии, например, в случае замыкания или возгорания некачественно смонтированной электропроводки в квартире. Активацию кнопки блокировки увидит диспетчер ресурсоснабжающей организации через автоматизированную систему учета.

Печатный модуль фиксируется с помощью специальных зажимов, которые являются элементами корпуса. Фиксация клеммной колодки происходит с помощью крышки корпуса. Измерительные датчики (ими служат шунты: по одному в цепях фа­зы и нейтрали, направление учета – прямое и обратное), а также перемычка подключаются к печатному модулю с помощью проводов. Клеммная колодка содержит зажимы, с помощью которых выполняется подключение счетчика к се­ти переменного тока.

Внешний вид электросчетчика SP 101 и расположение элементов управления показаны на рис. 1. 

Рис. 1. Многофункциональный интеллектуальный счетчик электроэнергии SP 101: расположение элементов управления (увеличить изображение)

Стартовый ток (чувствительность) электросчетчиков ти­па SP 101 и SP 301 составляет не более 20 мА; частота измерительной се­ти 50 Гц; диапазоны напряжений – от 0,90 до 1,10 • U_ном (рабочий), от 0,80 до 1,15 • U_ном (расширенный) и от 0 до 1,15 • U_ном (предельный). Время усреднения профилей нагрузки – от 1 до 60 мин.

Наряду с функциями учета счетчики осуществляют контроль показателей качества электроэнергии, включая положительное и отрицательное
отклонение напряжения и отклонение частоты.

Монтаж устройств очень прост, они крепятся на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм (ТН-35 по ГОСТ IEC 60715). Диапазон допустимых температур эксплуатации находится в пределах от –40 до +70 °C, относительная среднегодовая влажность воздуха должна составлять не менее 75 % при температуре 25 °C. Приборы выпускаются со степенью защиты IP51, что, в соответствии с ГОСТ 14254-2015, означает, что измерительные устройства защищены от попадания внутрь оболочки пы­ли и твердых тел размером не менее 1,0 мм и вертикально падающих капель конденсата.

Электросчетчики SP 101 и SP 301 обеспечивают расчет, накопление и сохранение показателей использования электроэнергии по восьми тарифам. Информация о результатах измерений сохраняется во встроенном ПЗУ при отсутствии напряжения не менее 20 лет.

Типы регистрируемых данных:
- величины учтенной активной и реактивной энергии суммарно и с разделением по тарифам с момента изготовления счетчика;
- величины учтенной принятой и отданной активной и реактивной энергии суммарно и с разделением по тарифам на начало расчетного периода за предшествующие 36 периодов;
- профиль принятой/отданной активной и реактивной энергии (мощности) за предшествующие 7200 интервалов интеграции (от 1 до 60 мин).

В журнал, формируемый во встроенном ПЗУ счетчика, записываются следующие события:
- отклонения напряжения от заданных пределов;
- срабатывание электронных пломб корпуса и крышек;
- попытка доступа с неуспешной аутентификацией или нарушением правил доступа;
- изменение настроек счетчика;
- воздействие магнитного поля;
- отсутствие напряжения ниже заданного порогового значения;
- превышение заданного предела мощности;
- небаланс токов в нулевом и фазном проводе;
- превышение соотношения заданных величин потребления активной и реактивной мощности (tg φ);
- изменения направления перетока энергии;
- изменения настроек счетчика;
- случаи срабатывания электронной пломбы корпуса счетчика и клеммных крышек;
- попытки доступа с нарушением правил управления доступом, а также с неуспешной идентификацией и (или) аутентификацией;
- попытки несанкционированного нарушения целостности программного обеспечения (ПО);
- случаи и причины включения/отключения встроенного коммутационного аппарата;
- случаи выполненной процедуры самодиагностики и т. д.

Электросчетчики SP 101 и SP 301 максимально защищены от хищений электрической энергии. В качестве примера на рис. 2 показан внешний вид счетчика SP 301 и места его пломбировки.

Рис. 2. Многофункциональный интеллектуальный счетчик электроэнергии SP 301: места пломбировки (увеличить изображение)

Текущие показания, отображаемые на ЖКИ-экране счетчиков: дата, время, токи фазы и нейтрали, напряжение фа­зы, частота электросети, полная, активная и реактивная мощность, коэффициент мощности (cos φ), суммарная активная энергия и активная энергия по тарифам 1–8.

Погрешность измерения параметров качества электрической энергии соответствует классу S или вы­ше, согласно ГОСТ 30804.4.30. Средняя наработка на отказ обеих моделей составляет не менее 320 тыс. часов, средний срок службы – не менее 32 лет. Различия в технических характеристиках электросчетчиков SP 101 и SP 301 приведены в таблице.

Таблица 1. Технические характеристики электросчетчиков SP 101 и SP 301 (увеличить изображение)

Программное обеспечение электросчетчиков SP 101 и SP 301 делится на встроенное и внешнее. Встроенное ПО записано во внутреннюю память микроконтроллера и, в свою очередь, функционально разделено на метрологически значимое и пользовательское. Первое из них неизменно для данного ти­па средства измерений и описывается контрольной суммой, которая приведена в паспорте электросчетчика. Оно определяет алгоритмы работы блока измерений, в том числе формирование сигналов электрического испытательного выхода. Функции пользовательского ПО – цифровое преобразование измеренных значений, их размещение в энергонезависимом ПЗУ, отображение результатов вычислений на экране ЖКИ и их передача по установленным интерфейсам связи.

Внешнее ПО позволяет считывать измеренную информацию, а также транслировать команды управления ре­ле, конфигурировать и синхронизировать время на встроенных часах.

Электросчетчики поддерживают: открытый коммуникационный протокол Modbus RTU, глобальные протоколы интернета TCP/IP, сетевые протоколы для интернета TCP/IP и UDP, стек-ориентированный протокол мирового стандарта для умных счетчиков энергии и во­ды IEC 62056 (DLMS/COSEM), а также информационную модель прибора учета электроэнергии СПОДЭС (ГОСТ Р 58940-2020) и протокол обмена счетчиков «Меркурий» Мercurius-206. Кроме то­го, компания-разработчик предусмотрела возможность разрабатывать специальные протоколы, ориентированные на конкретного заказчика.

В числе сменных модулей расширения, поддерживаемых счетчиками SP 101 и SP 301, назовем модули NB-IoT (сим-карта, сим-чип, eSIM); NB-IoT/GSM (сим-карта, сим-чип, eSIM) и GSM/GPRS (сим-карта, сим-чип). Все они комплектуются внутренней или внешней антенной. В качестве опции возможно изготовление различных модулей расширения по индивидуальному заказу.

Счетчики полностью соответствуют требованиям Постановления Правительства РФ от 19.06.2020 № 890, определяющего порядок предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электроэнергии. Они сертифицированы на соответствие требованиям государственных стандартов (ГОСТ 31818.11-2012, ГОСТ 31819.21-2012 и ГОСТ 31819.23-2012) и внесены в Государственный реестр средств измерений РФ под № 83664-21 и № 85684-22. Кроме то­го, обе модели соответствуют необходимым требованиям технического регламента Таможенного союза ЕАЭС № RU Д-RU.РА01.В.80187/21.

Важным фактором, способным повлиять на выбор российскими предприятиями электросчетчиков SP 101 и SP 301, является их совместимость с большинством эксплуатирующихся в России интеллектуальных систем комплексного учета и мониторинга энергоресурсов. Среди них – АСКУЭ «Энергосфера 8.0» производства ООО «Прософт-Системы» (г. Екатеринбург); «Матрикс: Энергоресурсы» (ООО «Матрикс АйТи», г. Уфа); «Пирамида 2.0» и «Пирамида-Сети» версии 10.7 и вы­ше (АО ГК «Системы и Технологии», г. Владимир); «Телескоп+» (ЗАО «НПФ Прорыв», г. Раменское, Московская обл.).

Опубликовано_в журнале ИСУП № 2(104)_2023

АО НПЦ «Спектр», г. Самара,
тел.: +7 (846) 992-6746,
e-mail: spektr@mail.radiant.ru,
сайт: npc-spektr.ru