XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Экономия и достоверный учёт потребляемой электроэнергии — актуальная задача повышения энергоэффективности в промышленности, гражданском строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве. Точный энергоучёт позволяет поддерживать конкурентоспособность в условиях постоянно растущих тарифов. Без этого невозможно отследить эффективность мероприятий, включенных в программу энергосбережения. Важнейшим шагом к достижению точного учёта энергопотребления является внедрение АСКУЭ.

Автоматизированная система учёта электроэнергии — это технологическое решение, которое обеспечивает:

дистанционный сбор данных с интеллектуальных приборов учёта;

передачу полученной информации в личный кабинет оператора;

обработку переданных данных с последующей выгрузкой в информационные системы — 1С, ГИС ЖКХ и другие.

Автоматизированная система коммерческого учёта является результативным средством снижения коммерческих потерь электроэнергии. Она комплексно решает вопросы достоверного дистанционного получения данных с каждой точки измерения. Кроме того, она усложняет несанкционированное энергопотребление, оперативно оповещает о фактах вмешательства в работу приборов учёта, упрощает выявление очагов коммерческих потерь в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. В этом заключается экономическая эффективность АСКУЭ.

  Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии позволяет обеспечить точность и прозрачность взаиморасчётов между поставщиками и потребителями, а также реализует:

точное измерение параметров поставки и потребления энергоресурса;

непрерывный автоматический сбор данных с приборов учёта с отправкой на сервер и визуализацией в личном кабинете;

ведение контроля энергопотребления в заданных временных интервалах;

постоянное накопление и долгосрочное хранение данных даже при выключенном электропитании приборов учёта;

быструю диагностику данных с возможностью выгрузки информации за текущий и прошлый периоды;

анализ структуры энергопотребления с возможностью её корректировки и оптимизации;

оперативное выявление несанкционированных подключений к сети энергоснабжения или безучётного потребления;

фиксацию даже незначительных отклонений всех контролируемых параметров;

возможность прогнозирования значений величин энергоучета на кратко-, средне- и долгосрочный периоды;

удалённое отключение потребителей от сети с возможностью обратного включения.

Как следствие из вышеназванных факторов, внедрение АСКУЭ способствует энергосбережению, благодаря чему система в среднем окупает себя в пределах одного года.

Таким образом, Правительство России однозначно отвечают на вопрос, нужна ли АСКУЭ. Проблемы, которые оно оставляет поставщикам электроэнергии, промышленным потребителям, управляющим компаниям и ТСЖ, сводятся к выбору оптимального оборудования для её проектирования и внедрения.

С точки зрения возможностей оптимизации учёта и энергопотребления, которые даёт АСКУЭ, минусы у системы огромные и связаны, во-первых, с неправильной постановкой задачи – учета всей потребляемой энергии, а оплаты только качественной, а во-вторых, с конкретными её воплощениями в жилом секторе, без решения задач безопасности её потребления.

Так, основными недостатками монтажа системы проводных АСКУЭ являются высокая стоимость и риск обрыва сети. Среди минусов беспроводных решений на базе GSM-протоколов следует выделить необходимость инсталляции сим-карты в каждый прибор учёта, высокую стоимость модемов, нестабильность сигнала при размещении счётчиков внутри железобетонных зданий или металлических шкафов.

Эти проблемы снимают решения для «умных домов» на базе ZigBee, М-Bus и Z-WaVe, однако радиус их действия (до 50 м) требует подключения дополнительных ретрансляторов, что увеличивает стоимость установки АСКУЭ и, соответственно, срок её окупаемости.[1]

В целях повышения точности учёта газа, поступающего потребителям, создается и внедряется автоматизированная система коммерческого учёта газа (АСКУГ).

Принимая решение о возможности применения автоматизированной системы коммерческого учета газа, компания – поставщик оценивает ожидаемую экономическую эффективность от принятия такого решения, которая достигается в первую очередь, за счет получения возможности с высокой точностью и практически мгновенно иметь сведения о потребленном объёме газа, как итоговую сумму за все газовое хозяйство, так и по каждому потребителю в отдельности, причем данную информацию, можно получать за те временные интервалы, которые удобны для поставщика.

Принимая решение о возможности применения автоматизированной системы коммерческого учета газа, компания – поставщик оценивает ожидаемую экономическую эффективность от принятия такого решения, которая достигается в первую очередь, за счет получения возможности с высокой точностью и практически мгновенно иметь сведения о потребленном объёме газа, как итоговую сумму за все газовое хозяйство, так и по каждому потребителю в отдельности, причем данную информацию, можно получать за те временные интервалы, которые удобны для поставщика.[2] Недостатком АСКУГ также как АСКУЭ является высокая стоимость и отсутствие пожаровзрывозащиты потребителей в жилом секторе.

Системы обнаружения и сигнализации о пожаре широко распространены во всех странах и успешно функционируют, как на предприятиях и в организациях, так и в жилом секторе. С развитием адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации (ААСПС) появилась возможность создания и использования более эффективных схем, т.к. за счет значительного сокращения времени обнаружения загорания и точного определения его места, адресно-аналоговые системы обеспечивают ликвидацию пожара без существенного материального ущерба [3].

Дальнейшим развитием ААСПС явилось создание аспирационных систем и электросчетчика-извещателя (ЭСИ), в частности [4,5], где раннее обнаружение опасных факторов пожара (ОФП) осуществляется с помощью прокачивания воздуха защищаемых помещений через систему трубопроводов, подводимых к электросчетчику- извещателю (Рисунок 1), в котором, для достоверного обнаружения ОФП в помещениях, где размещена аспирационная система, установлены, по меньшей мере, три разных датчика, синхронно реализующих три разных способа регистрации ОФП – тепловой, дымовой и газовый, по коррелированным значениям которых, с учетом вычисленного пожарно-электрического вреда (ПЭВ), происходит идентификация ложных сигналов или пожара, о чем выдается прерывистый звук тревоги, который может быть передан в ближайшую пожарную часть (ПЧ) по радиоканалу (Рис. 1).

Рисунок 1 - Блок схема электросчетчика-извещателя

Недостатком ЭСИ является тот факт, что газовый датчик в нём обнаруживает только СО и не может определить утечку бытового газа, а также то, что радиоканал позволяет передать сигнал тревоги только в ПЧ [5]. 

В усовершенствованной модели предлагается, помимо газового СО-датчика, дополнить ЭСИ датчиком на бытовой газ, а вместо радиоканала в пожарную часть использовать GSM-радиомодем, который позволит [*5]: 

-    организовать передачу данных о качественной и некачественной электроэнергии в реальном масштабе времени в энергосбытовые организации; 

-    организовать передачу об утечке газа в газоаварийную службу; 

-    организовать передачу данных о возникновении пожара в пожарную охрану; 

-    организовать SMS-сообщения владельцам квартир (домов) о ПЭВ, возникающим из-за некачественной электроэнергии, и отключении её (при отсутствии жильцов), а также об утечке бытового газа или пожаре. 

Очевидным решением повышения качества потребляемой электроэнергии является уменьшение реактивной части электроэнергии и сглаживания перепадов напряжения и тока, установками компенсации реактивной мощности (рис. 2). Они снижают значения потребляемой мощности за счёт выработки реактивной составляющей непосредственно у потребителя и бывают двух видов: индуктивными и емкостные. Индуктивные применяют для компенсации наведённой емкостной составляющей (например, большая протяженность воздушных линий электропередачи и т.п.), а емкостные - применяются для нейтрализации индуктивной составляющей реактивной мощности (индуктивные печи, асинхронные двигатели и др.).

Рисунок 2 – Компенсатор реактивной мощности (КРМ)

Регулируемые компенсаторы повышают и автоматически корректируют cos φ на низком напряжении (0,4 кВ). Кроме поддержания установленного коэффициента мощности в часы минимальных и максимальных нагрузок установки устраняют режим генерации реактивной энергии, а также [6,7]

Блок схема, модернизированного таким образом ЭГСИП и принципиальная электрическая схема модуля управления конденсаторами (рис.3) позволит реализовать автоматическое управления энергопотреблением, путем потенциального подключения/отключения определенного количество конденсаторов требуемой емкости, для достижения установленного значения коэффициента мощности.

Рисунок 3 – Принципиальная схема блока компенсации реактивной мощности

В последние годы участились случаи утечки и взрывов бытового газа и пожаров от этого, в связи с чем, возникла идея разработать сопряжение электросчетчика-извещателя с газовым счетчиком с запорным электромагнитным клапаном и датчиком утечки газа (например, «ГРАНД»-рис.4), который имеет разъем подключения и к компьютеру, и для съема данных потребления газа, и для управления перекрытием газового ввода электромагнитным клапаном. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - Газовый счётчик Гранд-SPI 

В этом случае комплексирование газового счетчика с ЭСИ превращает его в электро-газо-счетчик-извещатель (ЭГСИ) опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) от утечки бытового газа, с возможностью определения уже пожарно-энергетического вреда по формуле [58]: 

ПЭВ = k_Дж·(Р_Д·Wд + Р_НД·Wнд) + q_гР_Г·Wг,      

где ПЭВ – пожарно-энергетический вред за время t, Р_Г – вероятность пожара от газовых приборов, k_Дж – коэффициент перевода киловатт/час в Джоули (3,6 мДж), q_г - теплотворная способность газа (35 мДж/м³) стальные обозначения те же, что в формуле.  

Дальнейшее совершенствование ЭГСИ с КРМ было осуществлено, путем совмещения аспирационной системы ЭГСИ с генератором азота (рис.5), для его подачи через трубы в каждую комнату и подавления, таким образом, возникающих загораний и взрывов бытового газа . 

Рисунок 5 – Блок схема ЭСИ–ПЭВ с аспирационной системой и генератором азота 

В качестве генератора азота, в соответствии с СП 5.13130 «Системы пожарной сигнализации и установки пожаротушения автоматические автономные», можно использовать любые источники, поэтому были разработаны три варианта: 

– с 40 литровыми баллонами со сжатым азотом,  

– с мембранными азотными установками , 

– с термомагнитными сепараторами воздухами . 

 Принимая во внимание вышеизложенное, можно сделать вывод, что такой способ [8,9,10] диагностики и подавления пожарно-энергетического вреда (ПЭВ) и опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) от бытового газа в жилых зданиях с помощью электро-газо-счетчика-извещателя-подавителя с КРМ, совмещенного с генераторами азота (ТМСВ или МСВ), превращает его электро-газо-счетчик-подавитель ПЭВ и ОФПВ, по мнению авторов, в элемент самоорганизации безопасности и квалиметрии в жилом секторе (рис 6). 

Рисунок 7 – Блок схема ЭГСИП ПЭВ с аспирационной системой и генератором азота 

Таким образом, остается разработать и оптимизировать структуру ЭГСИП ПЭВ, позволяющую тиражировать его применение в любых жилых зданиях: 

- многоквартирных жилых домах, 

- в высотных жилых комплексах, 

- в индивидуальных жилых домах.

Список литературы

1.  Забелло Е.П., Гуртовцев А.Л. Экономическая эффективность АСКУЭ //Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. №2. С.15 - 19. 

2. Данилин А.В, Захаров В.А. Принципы построения и работы АСКУГ//Мир измерений. №1. 2001 с.12-17.

3.     С.М. Щипицын, А. Н. Членов и др Руководство по применению адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации // «Систем Сенсор Фаир Детекторс», 2012. 67 с.

4. Федоров, А.В. Членов, А.Н. Лукьянченко, А.А. Буцынская Т.А. Демёхин, Ф.В. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара// Монография. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. 158 с.

5.     Олейников, С.Н. Электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда //патент на полезную модель № 135437 10.12.2013, Бюл. № 34.

6. Долаков Т.Б., Олейников С.Н. Модель автоматизированной микросистемы учета энергоресурсов и пожаровзрывозащиты жилого сектора //Электроника и электротехника. 2018. № 2. С. 48 - 72.

7. Периков А.В. Системный анализ и нанотехнологии безопасности в инженерных системах жилых высотных зданий // Нанотехнологии в строительстве. 2018. Том 10, № 2. С. 114–130.

8. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Способ определения пожарно-электрического вреда и опасных факторов пожара с помощью электросчетчика-извещателя //Патент РФ на изобретение № 2622558 от 07.09.2012

9. Бахматская Л.С., Олейников С.Н., Периков А.В. Синтез аспирационного и термомагнитного методов выделения и подавления пожарно-энергетического вреда в автоматизированную систему обеспечения безопасности жилого сектора //Электроника и электротехника. — 2016. - № 2. - С.24-30.

10. Белозеров В.В., Босый С.И. и др. Способ термомагнитной сепарации воздуха и устройство для его осуществления // Патент на изобретение RUS 2428242 12.10.2006.

11. Долаков Т.Б. МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРО-ГАЗО-СЧЕТЧИКА-ИЗВЕЩАТЕЛЯ С ТЕРМОМАГНИТНЫМ СЕПАРАТОРОМ ВОЗДУХА ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ПОЖАРОВ И ВЗРЫВОВ // Международный студенческий научный вестник. 2018. № 3-3.

Код для цитирования: Скопировать