XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

В настоящее время, в рамках тенденции «цифровизации экономики», автоматизации учета потребления электроэнергии и других ресурсов (горячей и холодной воды, бытового газа и т.д.) уделяется повышенное внимание. Ввод таких автоматизированных систем позволяет решить много задач, начиная с отслеживания баланса отдельно взятого потребителя и заканчивая принятием решений по ресурсосбережению [1].

Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) – это программно-техническая, организационно-экономическая и информационно-управляющая система, обеспечивающая измерение и дистанционный сбор информации с приборов учета, обработку и передачу данных на верхний уровень управления. АСКУЭ предназначена для сокращения физических и коммерческих потерь электроэнергии, обеспечивая надежное, дистанционное получение информации с каждой точки измерения, а также регистрирует нелегальное энергопотребление и вмешательство в работу приборов учета в реальном масштабе времени [1,2].

АСКУЭ, как правило, представляет собой трехуровневую структуру[1,2]:

- нижний уровень состоит из интеллектуальных приборов учета электроэнергии с цифровыми выходами, которые обеспечивают в реальном масштабе времени измерение параметров потребляемых энергоресурсов в «точках присоединения», обработку и передачу информации на сервер, без обходчиков и контролеров;

- средний уровень представляет собой сервер сбора, передачи и хранения данных, программно-технические средства которого обеспечивают указанные процессы в режиме реального времени и обмен информацией с верхним уровнем;

- верхний уровень является основным по текущей, периодической и аналитической обработке всех данных в системе энергоснабжения, для чего используется специальное программное обеспечение (СПО) АСКУЭ, позволяющее визуализировать информацию, осуществлять начисление оплаты по каждому потребителю и подготовку документов для оплаты по лицевым счетам, а также выполнять статистический и сравнительный анализ.

АСКУЭ имеет следующие преимущества перед «ручной системой» [2]:

- более точное измерение потребления электроэнергии;

- автоматический сбор данных с приборов учёта с отправкой на сервер в реальном масштабе времени;

- контроль энергопотребления в любой конкретный отрезок времени;

- непрерывный сбор и длительное хранение данных даже при отключении электропитания приборов учета;

- быстрая диагностика данных;

- исследование структуры энергопотребления с возможностью ее корректировки и оптимизации;

- быстрое определение незаконных подключений к сети энергоснабжения или несанкционированного потребления;

- дистанционное отключение потребителей от сети;

Из вышеуказанных факторов следует, что внедрение АСКУЭ создает основу для реализации энергосбережения, с окупаемостью системы не больше одного года [2].

Несмотря на перечисленные преимущества, АСКУЭ присущи принципиальные недостатки, а именно [3,4]:

- во-первых, неверная постановка задачи учета и оплаты всей потребляемой энергии, в то время как оплачивать потребитель должен только качественную энергию;

- во-вторых, необходимо учитывать отдельно некачественную электроэнергию, за поставку которой энергоснабжающая организация должна штрафоваться с вычетом её объемов из оплаты потребителем, т.к. исследования показали, что ее потребление сокращает безаварийный срок работы электроприборов потребителя.

Существенным недостатком проводных АСКУЭ является высокая стоимость и вероятность обрыва сети. Среди недостатков беспроводных методов на базе GSM-протоколов необходимо отметить необходимость установки сим-карты в каждое устройство учета, высокую стоимость модемов, неустойчивость сигнала при размещении счетчиков внутри железобетонных строений или металлических шкафов [1,2].

Аналогичные задачи и аналогичные недостатки имеют автоматизированные системы коммерческого учета газоснабжения (АСКУГ)[3,5].

Системы обнаружения и сигнализации о пожаре широко распространены практически во всех государствах мира и, при условии работоспособности, успешно выполняют свои функции, как на заводах и фабриках, так и в жилых домах. С развитием адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации (ААСПС) появилась возможность создания и применения более действенных схем, за счет значительного сокращения времени обнаружения загорания и четкого определения его места. Адресно-аналоговые системы гарантируют ликвидацию пожара без существенного материального ущерба [6].

Следующей ступенью развития ААСПС послужило создание аспирационных систем [7] и электросчетчика-извещателя (ЭСИ), в частности, где раннее обнаружение опасных факторов пожара (ОФП) осуществляется посредством прокачивания воздуха защищаемых помещений через систему трубопроводов (рис.1), подводимых к электросчетчику – извещателю [4].

Рисунок 1-Блок схема электросчетчика-извещателя

В ЭСИ, для достоверного обнаружения ОФП в помещениях, где размещена аспирационная система, установлены, как минимум, три разных датчика, одновременно реализующих три разных метода регистрации ОФП- тепловой, дымовой и газовый, по коррелированным значениям которых, с учетом вычисленного пожарно-электрического вреда (ПЭВ), происходит распознавание ошибочных сигналов или пожара, о чем выдается прерывистый звук тревоги, который будет передаваться в ближайшую пожарную часть (ПЧ) по радиоканалу [8].

В модернизированной модели ЭСИ было предложено кроме СО-датчика добавить еще и датчик на бытовой газ, а вместо радиоканала в ПЧ использовать GSM-радиомодем, который способен [9]:

- осуществлять передачу данных о качественной и некачественной электроэнергии в режиме реального времени;

- сообщать об утечке газа в газоаварийную службу;

- сообщать о пожаре в ПЧ;

- сообщать жильцам домов с помощью SMS-сообщений об утечке бытового газа или пожара.

В следующей модификации ЭСИ, для повышения качества потребляемой электроэнергии было предложено уменьшить реактивную часть электроэнергии и «сгладить» перепады напряжения и тока (рис.2), с помощью компенсаторов реактивной мощности (КРМ) [10].

а) б)

Рисунок 2- Компенсатор реактивной мощности (а) и «график сглаживания» (б)

КРМ (рис. 2) снижают значения потребляемой мощности за счет выработки реактивной составляющей непосредственно у потребителя и бывают двух видов: емкостные и индуктивные. Индуктивные КРМ применяют для компенсации емкостной составляющей мощности, а емкостные КРМ применяют для нейтрализации индуктивной составляющей мощности [10].

Автоматическая установка компенсации реактивной мощности (АУКРМ) предназначена для стабилизации и управления коэффициентом мощности (cos φ) электроустановок и распределительных сетей напряжением 0,4 кВ частоты 50 Гц. АУКРМ обеспечивают поддержание установленного cos φ во время больших и малых нагрузок в сети [9,10].

Блок схема, модернизированного таким образом ЭСИ и принципиальная электрическая схема модуля управления конденсаторами (рис. 3) позволит реализовать автоматическое управление энергопотреблением, методом потенциального подключения/отключения определенного количество конденсаторов требуемой емкости, для достижения установленного значения коэффициента мощности [10].

Рисунок 3 - Принципиальная схема блока КРМ

В последнее время участились случаи утечки и взрывов бытового газа и пожаров от этого, в связи с чем, появилась идея совместить электросчетчик-извещатель с газовым счетчиком с запорным электромагнитным клапаном и датчиком утечки газа, например, «ГРАНД» (рис. 4), у которого есть разъем подключения и к компьютеру, и для съема информации потребления газа, а также для управления перекрытием газового ввода электромагнитным клапаном, что позволит подавить взрывоопасность [10].

Рисунок 4- Газовый счётчик Гранд-SPI

Приведение объема газа к стандартным условиям основано на измерении объема газа при рабочих условиях преобразователем расхода, измерении давления и температуры газа встроенными датчиками и вычислении объемного расхода и объема газа, приведенного к стандартным условиям, с учетом условно-постоянных параметров свойств газа: состава газа и плотности газа при стандартных условиях. Расчет коэффициента сжимаемости и плотности газа выполняется в соответствии с ГОСТ 30319.2-2015. Давление газа и коэффициент сжимаемости приняты за условно-постоянные параметры фиксированные значения физических величин. При этом, принцип действия преобразователя расхода газа основан на зависимости частоты колебаний струи в струйном генераторе от расхода газа. Колебания струи в струйном генераторе преобразуются пьезоэлементом в электрический сигнал, пропорциональный объемному расходу газа, прошедшему через счетчик, который преобразуется в аналого-цифровом блоке в величину объема газа и регистрируется с нарастающим итогом [11].

При совмещении газового счетчика с ЭСИ получается электро-газо-счетчик-извещатель (ЭГСИ) опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) от утечки бытового газа, с возможностью определения пожарно-энергетического вреда по формуле [10]:

ПЭВ = kДж·(РД·Wд + РНД·Wнд) + qгРГ·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).

Последующее улучшение ЭГСИ с КРМ было осуществлено, методом совмещения аспирационной системы ЭГСИ с генератором азота (рис. 5), для его подачи через трубы в каждую комнату и подавления, таким образом, возникающих загораний и предотвращения взрывов бытового газа [12].

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 [10]:

– 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 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 в электро-газо-счетчик-подавитель ПЭВ и ОФПВ, и, по мнению авторов, реализует, таким образом, принцип самоорганизации безопасности и квалиметрии в жилом секторе (рис 6).

Рисунок 6- Блок схема ЭГСИП ПЭВ с аспирационной системой и генератором азота

Таким образом, остается разработать и оптимизировать структуру ЭГСИП ПЭВ, позволяющую тиражировать его применение в индивидуальных жилых домах [12,13].

Список литературы:

1. Лоскутов А.Б., Гардин А.И., Лоскутов А.А. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии /монография – Н. Новгород: НГГТУ, 2018.- 84с.

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

3. Белозеров В.В., Пятницкий А.А. Об универсальной модели электро-газо-счетчика-извещателя-подавителя пожарно-энергетического вреда в жилом секторе // Материалы XII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» - URL: https://scienceforum.ru/2020/article/2018023189 (дата обращения: 29.01.2021 ).

4. 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, Опубл. 16.06.2017, Бюл. № 17.

5. АСКУГ : Автоматизированная система коммерческого учета природного газа для бытовых потребителей– М.: ООО «МНПП САТУРН», 2006.-32с.

6. Руководство по применению адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации / С. М. Щипицын, А. Н. Членов, И. В. Павлов, А. Е. Атаманов //7-е издание. - М.: "Систем Сенсор Фаир Детекторс", 2012. - 67 с.

7. 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.

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

9. Шумченко В.С. Автоматическое обнаружение и подавление пожарно-энергетического вреда в жилом секторе //Материалы IX Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: https://scienceforum.ru/2017/article/2017031432 (дата обращения: 29.01.2021).

10. Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе: монография / В.В. Белозеров, Т.Б. Долаков, С.Н. Олейников, А.В. Периков. – М.: Изд. дом РАЕ, 2017. – 184 с. DOI 10.17513/np.283.

11. Счетчики газа Гранд–SPI /Руководство по эксплуатации ТУАС.407299.002 РЭ – Ростов н/Д: ООО «Турбулентность Дон», 2015. -24с.

12. Долаков Т.Б. Модель электро-газо-счетчика-извещателя с термомагнитным сепаратором воздуха для подавления пожаров и взрывов//Международный студенческий научный вестник. 2018. № 3-3. С. 462-465.

13. 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. DOI: 10.7256/2453-8884.2016.2.20898.

Код для цитирования: Скопировать