Любительские фазометры. Интеллектуальные счетчики электроэнергии: особенности, применение и влияние на потребителей

Что такое интеллектуальные счетчики электроэнергии. Как они работают. Где применяются. Какие преимущества дают потребителям и энергокомпаниям. Могут ли создавать помехи. Как регулируется их использование.

Что такое интеллектуальные счетчики электроэнергии

Интеллектуальные счетчики электроэнергии — это современные приборы учета, которые не только измеряют потребление электроэнергии, но и обладают дополнительными возможностями:

• Удаленное считывание показаний без визита контролера
• Двусторонняя связь со счетчиком
• Память и возможность обработки данных
• Возможность контроля потребления в режиме реального времени

В отличие от обычных электромеханических счетчиков, интеллектуальные счетчики полностью электронные, имеют ЖК-дисплей и встроенный радиопередатчик для передачи данных.

Где применяются интеллектуальные счетчики

Интеллектуальные счетчики активно внедряются во многих странах мира:

• В США идет массовое внедрение в рамках модернизации электросетей
• В странах Европы реализуются национальные программы по установке умных счетчиков
• В России также начинается поэтапное внедрение интеллектуальных систем учета

Установка умных счетчиков является частью создания «умных сетей» (Smart Grid) в энергетике.

Как работают интеллектуальные счетчики

Принцип работы интеллектуальных счетчиков включает следующие ключевые элементы:

• Измерение потребления электроэнергии электронным способом
• Хранение данных о потреблении в памяти счетчика
• Передача данных в центр обработки по радиоканалу
• Прием команд управления от энергокомпании
• Возможность дистанционного отключения потребителя

Для передачи данных чаще всего используются частоты 902 МГц или 2,4 ГГц. Мощность передатчика обычно не превышает 1 Вт.

Преимущества интеллектуальных счетчиков

Внедрение интеллектуальных счетчиков дает ряд преимуществ как для потребителей, так и для энергокомпаний:

Для потребителей:

• Возможность контролировать расход электроэнергии в режиме реального времени
• Применение многотарифных систем учета
• Удаленная передача показаний без участия жильцов
• Точность учета потребления

Для энергокомпаний:

• Снижение затрат на снятие показаний
• Оперативное выявление хищений электроэнергии
• Возможность управления нагрuzкой в пиковые часы
• Повышение надежности электроснабжения

Могут ли интеллектуальные счетчики создавать помехи

Интеллектуальные счетчики содержат цифровую электронику, которая потенциально может создавать радиопомехи. Однако на большинстве радиолюбительских диапазонов помехи маловероятны.

Возможность помех существует в диапазонах ISM (902 МГц и 2,4 ГГц), которые используются счетчиками для передачи данных. Эти же диапазоны используются и радиолюбителями.

В целом вероятность помех от умных счетчиков невысока, так как:

• Передача данных происходит кратковременно, несколько раз в сутки
• Мощность передатчиков ограничена 1 Вт
• Диапазон связи обычно не превышает нескольких сотен метров

Регулирование использования интеллектуальных счетчиков

В США работа интеллектуальных счетчиков регулируется правилами FCC (Федеральной комиссии по связи):

• Счетчики относятся к устройствам, работающим в соответствии с Частью 15 правил FCC
• Разрешенные частоты — 902-928 МГц и 2400-2483,5 МГц
• Максимальная мощность передатчика — 1 Вт
• Требуется сертификация оборудования

В других странах действуют аналогичные правила использования радиочастотного спектра для передачи данных со счетчиков.

Перспективы развития интеллектуальных систем учета

Внедрение интеллектуальных счетчиков является частью глобального тренда цифровизации энергетики. В перспективе ожидается:

• Массовое внедрение умных счетчиков во всех развитых странах
• Интеграция счетчиков в системы «умного дома»
• Развитие технологий анализа и прогнозирования энергопотребления
• Появление новых тарифных планов на основе данных умных счетчиков
• Управление спросом на электроэнергию с помощью умных счетчиков

Таким образом, интеллектуальные счетчики электроэнергии становятся важным элементом современных энергосистем, позволяющим повысить их эффективность и надежность.

Фазометры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Фазометры – это электрические приборы, которыми измеряют сдвиг фаз двух колебаний постоянной частоты, например, в сети 3-фазного напряжения. Чаще всего их используются для вычисления коэффициента мощности электроустановки.

Фазометры стали популярными при проектировании, наладке различных электрических устройств. Они применяются в оборудовании, где электрическая сеть работает в изменяемом режиме, при этом она влияет на коэффициент мощности. Такими устройствами можно назвать синхронные двигатели, генераторы на электростанциях.

Электрический двигатель синхронного типа имеет коэффициент мощности, зависящий от тока возбуждения. При некотором режиме работы синхронный двигатель способен отдать в сеть питания реактивную энергию. При этом он играет роль компенсатора реактивной мощности. Чтобы оценить режим функционирования электродвигателя, на его щите управления подключают фазометр.

Синхронный генератор при работе имеет коэффициент мощности, зависящий от вида нагрузки и тока возбуждения. В процессе функционирования автоматическая система следит за cos φ, который характеризует коэффициент мощности, и поддерживает его в определенных пределах путем регулировки тока ротора.

Во время запуска генератора и при возникающих неисправностях регулировку переключают с автоматического режима на ручной. Управление берет на себя оператор. Для ручной регулировки коэффициента мощности на пульте управления подключен фазометр.

При отклонении стрелки прибора вправо и уменьшении cos φ (при индуктивной нагрузке) обмотка статора может перегреться. При емкостной нагрузке независимо от ее значения, генератор расходует ток из сети. Это является аварийным режимом эксплуатации генератора.

Регулировка коэффициента мощности

Большая часть нагрузок потребителей будет тратиться на полезную работу при приближении cos φ к единице. При его уменьшении снижается мощность, которая расходуется на ненужное нагревание электрооборудования: линий кабелей, электромоторов, обмоток трансформаторов и т. д. Напряжение в питающей сети уменьшается, а для выполнения такой же работы устройствам необходима значительная мощность.

Наиболее оптимальной величиной коэффициента мощности является 0,95 в индуктивном виде. Как действовать, когда в сети питания имеется много индуктивных потребителей? В таком случае трансформаторных подстанциях монтируют конденсаторы, которые называются реактивными компенсаторами. По названию можно понять их назначение. Они выравнивают индуктивную составляющую сопротивления. При этом они приближают угол сдвига к нулю, а коэффициент мощности к 1.

При монтаже емкостей с постоянным номиналом появляется другой недостаток: при изменении числа потребителей с индуктивным сопротивлением cos φ изменяется. Такая компенсация не является эффективной, и даже вредна. Для устранения этой причины, такие устройства делают автоматическими. Автоматика подключает или выключает емкости от сети в зависимости от угла между напряжением и током. При этом изменяется емкость батареи.

Принцип действия

Фазометры, работают по следующему принципу. В приборе контролируемый сдвиг фаз преобразуется в промежуток времени (рисунки «а» и «б»). Благодаря устройствам формирования ФУ из напряжений u₁ и u₂ образуются импульсы во время перехода напряжений через ноль в сторону повышения. Эти импульсы приходят на входы триггера Т, на выходе триггера образуются прямоугольные импульсы.

Их длительность t напрямую зависит от фазового сдвига: t = φ*Т / 360. Средняя величина выходного напряжения триггера, зависящего от фазового сдвига равна:

Это напряжение измеряется встроенным вольтметром. Амплитуда импульсов U_m подбирается так, чтобы результат на вольтметре совпадал со сдвигом фаз φ, который выражается в градусах.

Такой способ измерения сдвига фаз имеет систематическую погрешность вследствие несимметричного ограничения контролируемых напряжений в формирующем устройстве. В таком случае выходное напряжение ограничителя в ФУ1 станет иметь постоянную составляющую (рисунок «в»).

Дифференциальная цепь, которая входит в устройство формирования, не пропускает постоянную составляющую, поэтому моменты прохождения напряжения через ноль смещаются. На рисунке это изображено стрелками. Изменение диапазона t создает погрешность измерения сдвига фаз.

Виды и особенности

Фазометры являются электроизмерительными устройствами, которые классифицируются по различным признакам. Подробнее рассмотрим наиболее часто применяемые приборы.

Электродинамические фазометры

Такие приборы также называют электромагнитными. Они основаны на простой цепи с логометрическим приспособлением для замера сдвига фаз. Две рамки жестко соединены друг с другом. Между ними угол 60 градусов. Рамки зафиксированы на осях.

При работе в цепи в момент возникновения фазного сдвига, двигающаяся часть фазометра поворачивается на угол, соответствующий фазному сдвигу. На шкале фиксируется результат.

Принцип действия

В приборе установлены 2 подвижные катушки и 1 неподвижная. По подвижным частям проходят токи I1 и I2, которые образуют магнитные потоки, образующие два момента вращения М1 и М2.

Их значения зависят от угла поворота подвижного элемента, от расположения 2-х катушек. Моменты имеют противоположные направления. Средние моменты зависят от токов (I1 и I2), проходящих по подвижным катушкам, и тока (I), проходящего по неподвижной катушке, а также от конструкции катушек и углов сдвига фаз (ψ1 и ψ2) подвижных катушек.

В результате подвижный элемент поворачивается до наступления равновесия. Шкала прибора имеет градуировку по величине коэффициента мощности.

Отрицательным фактором такого типа приборов можно отметить зависимость результатов от мощности контролируемого источника.

Цифровые

Такие приборы выполняются по различным принципам. Компенсационный фазометр имеет повышенную степень точности, хотя выполнен для ручного управления.

Принцип действия

Необходимо определить сдвиг фаз между напряжениями синусоидальной формы U1 и  U2. Напряжение U1 поступает на фазовозвращатель ФВ, на который воздействует код с управляющего устройства УУ. Сдвиг медленно изменяется пока U1 и  U3 не будут синфазными.

Сигнал на выходе детектора поступает на управляющее устройство УУ. С помощью кодоимпульсного метода выполняется алгоритм выравнивания. По окончании процесса выравнивания, код на входе фазовозвращателя ФВ будет определять сдвиг фаз напряжений U1 и U2.

Чаще всего новые модели фазометров функционируют на дискретном счете. Этот способ действует в 2 этапа:

1. Преобразование фазного сдвига в электрический сигнал.
2. Определение времени дискретным подсчетом.

Прибор состоит из селектора ВС, преобразователя фазного сдвига, образователя импульсов (f/fn), счетчика (СЧ), цифрового усилителя ЦОУ.

Импульсный преобразователь фазного сдвига из U1 и U2 с фазным сдвигом Δφ создает прямоугольный вид импульсов U3 в форме последовательности. Такие импульсы U3 обладают скважностью и частотой повторений, которые соответствуют частоте и сдвигу сигналов входа по времени U1 и U2. Импульсы напряжений U4 и U3 образуют счетные дискретные импульсы с периодом Т0, подающиеся на селектор времени. В итоге на выходе селектора образуются импульсы U5, которые имеют период следования Т.

Счетчик определяет число импульсов в группе U5. В результате число пришедших импульсов зависит от сдвига фаз между U1 и U2. Показания фазометра видны в градусах. Степень дискретности прибора позволяет достичь точности показаний до десятых долей. Погрешность связана с измерением Δt с точностью до 1 периода импульсов.

Средние по cos φ фазометры могут снизить погрешность за счет определения средней величины за несколько периодов Т контролируемого сигнала. Структура цифрового прибора средней величины имеет отличия от структуры дискретного счета наличием дополнительного селектора времени ВС2, генератора импульсов ГИ, создателя дискретных импульсов ФИ.

В данном случае преобразователь фазового сдвига в группе импульсов U5 вмещает в себя генератор ГИ и селектор времени ВС1. За градуированный диапазон времени Тк, который значительно больше Т, несколько групп импульсов поступают на устройство, на его выходе образуется несколько групп, что требуется для получения среднего результата.

Время импульсов U6 кратна Т0, так как создатель импульсов ФИ действует по принципу разделения частоты с определенным коэффициентом. Сигнальные импульсы U6 открывают селектор времени ВС2. В результате на вход поступает несколько групп импульсов. Разрешающая возможность прибора зависит от кратности U6.

На отклонения в показаниях фазометра влияет малая точность фиксации фазного сдвига во время перехода сигналов через нули. Однако такие погрешности уменьшаются при получении среднего результата за период Тк, который намного выше периода входных сигналов.

По числу фаз фазометры делятся на:

• 1-фазные.
• 3-фазные.

Эти приборы по устройству практически не отличаются, кроме того, что в 1-фазном фазометре подвижные рамки находятся под прямым углом, а в 3-фазном под 60 градусов.

Щитовые фазометры применяются для контроля технологических процессов. Они бывают цифровыми или стрелочными. Обе модели хорошо выполняют свои функции. Однако для работников удобнее работать со стрелочным прибором из-за его наглядности.

Лабораторные фазометрыприменяются для запуска и наладки электроустановок, также для ремонта и настройки аппаратуры в радиоэлектронике.

В инновационных измерительных цифровых комплексах для настройки оборудования чаще всего приборы изготавливаются цифровые. Они входят в устройство одного универсального прибора, который определяет сразу несколько параметров.

Также обстоит дело и с щитовыми фазометрами. Чтобы уменьшить число приборов, применяют универсальные комплексы, которые выдают на один экран несколько измеряемых параметров в одно время. Оператор имеет возможность быстро изменить их состав в зависимости от режима функционирования электроустановки. При этом на дисплей выводятся различные физические параметры, или один из них, для каждой контрольной фазы.

Похожие темы:

• Токоизмерительные клещи. Устройство и виды. Как выбрать
• Мультиметры. Виды и работа. Применение и измерение
• Анализатор сигналов. Виды и устройство. Работа и как выбрать
• Осциллографы. Виды и особенности, Устройство и принцип действия
• Перекос фаз. Причины возникновения и устранение. Защита
• Индикаторные отвертки. Виды и устройство. Принцип действия

Регулятор яркости светильника — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает… Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов. .. Интересное: Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего… Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными… Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 19Следующая ⇒ Регуляторы яркости свечения электроосветительных приборов все чаще применяются в домашнем обиходе, и это не случайно. Взять, к примеру, бра: если этот настенный светильник снабдить таким регулятором, то его можно использовать в качестве ночника. Любительский регулятор яркости, схему которого вы видите на рис. 10.5, позволяет это осуществить. Кроме того, он обеспечивает плавное нарастание яркости свечения электролампы до заранее установленного уровня в течение 5‑10 с.     Рис. 10.5. Принципиальная схема регулятора яркости светильника.   Такой режим включения светильников продлевает срок службы электроламп. В предлагаемом устройстве используется так называемый фазоимпульсный способ регулирования среднего тока через нагрузку. Он изменяется благодаря тому, что нагрузка‑светильник подключается к сети электронным ключом через некоторое время после появления очередной полуволны сетевого напряжения. Функцию электронного ключа выполняет тринистор VS1. Мощность, потребляемую нагрузкой от сети, можно регулировать практически от нуля до максимума, изменяя это время. Для лампы светильника это означает изменение яркости ее свечения. Ручная регулировка яркости свечения лампы L1 (светильника) осуществляется переменным резистором R4: чем меньше его сопротивление, тем ярче светится лампа. Все резисторы берите на 0,25 Вт, кроме R8 (2 Вт). При монтаже расположите этот резистор в 2 мм над поверхностью платы, чтобы не нагревались остальные детали. Конденсатор С1 – пленочный, тринистор КУ202Л можно заменить на КУ202К, КУ202М или КУ202Н. Соблюдайте условия его включения в схеме. Цоколевку транзисторов серий КТ315, КТ361 и тринистора КУ202 вы можете увидеть на рис. 10.6. В корпусе, где вы поместите устройство, обязательно просверлите отверстия для вентиляции, так как элементы R8 и VS1 немного нагреваются в процессе работы.     Рис. 10.6. Цоколевка: а – транзисторов серий КТ315 , КТ361 ; б – тринистора КУ202     Фазометр своими руками Прежде чем приступать к описанию этой конструкции, давайте разберемся, что же такое фазометр? Мы знаем, что в электрической сети напряжение постоянно меняется, отчего и появился термин переменное напряжение. Но это еще не все: в розетке один из выводов является землей, а другой фазой. При проведении электромонтажных работ зачастую приходится выявлять фазный провод сети. Без индикатора фазы (фазометра) сделать этого не удастся. Простейший индикатор, предлагаемый вашему вниманию, состоит из последовательно соединенных между собой неоновой лампы и токоограничительного резистора сопротивлением в несколько сотен килоом. В принципе такой фазометр можно приобрести в магазине за небольшую цену. Он выглядит, как отвертка с прозрачной ручкой. Принципиальную схему такого фазометра вы можете увидеть на рис. 10.7.     Рис. 10.7. Принципиальная схема фазометра внутри отвертки.   Свободный вывод лампы соединен с сенсорным контактом – небольшим кусочком медной или любой другой пластины, к которой можно легко припаять контакт неоновой лампы. Держась пальцем за контакт, жалом отвертки, к которому подключен резистор, касаются проверяемых цепей. Если пробник подключают к фазному проводу, через элементы пробника и тело человека протекает небольшой ток, которого достаточно, чтобы лампа зажглась. У такого устройства есть один недостаток – слабое свечение неоновой лампы, которое практически не заметно при ярком освещении. Поэтому нужно закрыть лампу, оставив небольшое окошечко, через которое можно будет легко увидеть свет. Корпус отвертки не должен проводить ток. Сделайте его, например, из испорченного пластмассового маркера. В устройстве можно использовать любую неоновую лампу, резистор ваттностью 0,25 Вт. Уменьшением сопротивления резистора R1 можно увеличить яркость свечения лампы, но не рекомендуется делать его менее 150 кОм, в этом случае вы будете чувствовать прохождения по телу электрического тока…     Искатель скрытой проводки Определить место прохождения скрытой электрической проводки в стенах помещения поможет простой искатель, выполненный на трех транзисторах (рис. 10.8).   Рис. 10.8. Принципиальная схема искателя скрытой проводки.   На двух биполярных транзисторах (Q1, Q3) собран мультивибратор, а на полевом (Q2) – электронный ключ. Принцип действия этого устройства основан на том, что вокруг электрического провода образуется электрическое поле – его и улавливает искатель.     Рис. 10.9. Цоколевка полевого транзистора серии КП103 .   Если кнопка выключателя SB1 нажата, но электрического поля в зоне антенного щупа WA1 нет, значит, искатель находится далеко от сетевых проводов. В этом случае транзистор Q2 открыт, мультивибратор не работает, светодиод HL1 погашен. Достаточно приблизить антенный щуп, соединенный с цепью затвора полевого транзистора, к проводнику с током либо просто к сетевому проводу, транзистор VT2 закроется, шунтирование базовой цепи транзистора Q3 прекратится и мультивибратор вступит в действие – начнет вспыхивать светодиод. Перемещая антенный щуп по стене, нетрудно проследить за пролеганием в ней сетевых проводов. Прибор позволяет отыскать и место обрыва фазного провода. Для этого нужно включить в розетку нагрузку, например настольную лампу, и перемещать антенный щуп прибора вдоль проводки. В месте, где светодиод перестает мигать, нужно искать неисправность. Для данного устройства можно брать любой полевой транзистор из серии, указанной на схеме (рис. 10.9), а биполярные – любые из серий КТ312, КТ315. Все резисторы – МЛТ‑0,125, светодиод также любой из серии АЛ307, источник питания – батарея «Крона» либо аккумуляторная батарея напряжением 6–9 В. Антенным щупом может быть отрезок длиной 80‑100 мм толстого E мм) высоковольтного провода, используемого в телевизоре. Если при поиске места обрыва фазного провода чувствительность прибора окажется чрезмерной, ее нетрудно снизить уменьшением длины антенного щупа. Искатель можно применять и для контроля работы системы зажигания автомобилей. Поднося антенный щуп искателя к высоковольтным проводам, по миганию светодиода определяют цепи, на которые не поступает высокое напряжение, или отыскивают неисправную свечу зажигания.   Глава 11 ⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒ Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим. .. Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)… Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… 

Smart Meters

Джерри Рами, KI6LGY

  В) Что такое счетчик электроэнергии или мощности?

 A)  На языке коммунальных служб это счетчик кВт-часов между вашей сетью и центром нагрузки, который измеряет потребление электроэнергии.

  В) Что такое интеллектуальный счетчик? Чем он отличается от обычного счетчика электроэнергии или мощности?

 A)  Интеллектуальный счетчик похож на обычный счетчик электроэнергии в том, что он также измеряет потребление электроэнергии, но у него есть другие возможности, такие как возможность удаленного считывания показаний без отправки человека к вашему счетчику. См. рис. 1.

В) Что такое интеллектуальная сеть?  

A) Модернизация электросети, которую ее сторонники часто называют «умной сетью », является важной целью. Усилия, такие как усовершенствованная инфраструктура измерения (AMI), автоматизированное считывание показаний счетчиков (AMR) и другие этапы интеллектуального управления сетью, являются частью более интеллектуальной сети. Улучшение контроля над электросетью повысит ее надежность и эффективность, а по мере разработки приложений для конечных пользователей мониторинг и контроль использования и выработки электроэнергии в точке использования принесет пользу коммунальным предприятиям, снизив пиковые нагрузки, и принесет пользу потребителям, предоставив способ экономить на своих энергозатратах. Дополнительную информацию см. на веб-сайте ARRL по адресу: http://www.arrl.org/electric-utility-communication-applications-and-smart-grid-technologies 9.0005

  В) Где в настоящее время внедряются интеллектуальные счетчики?

A) Умные счетчики развертываются по всей территории Соединенных Штатов и во многих других странах.

В)  В соответствии с какой частью правил FCC в США работают интеллектуальные счетчики?

A) Часть 15, как и большинство других бытовых и бытовых электронных устройств. На большинстве частот Часть 15 допускает работу только с очень низким энергопотреблением — в некоторых случаях несколько нановатт. В соответствии с правилами Части 15 в некоторых диапазонах предусмотрены условия для работы на более высокой мощности. Поскольку эти диапазоны также используются промышленными, научными и медицинскими устройствами, их часто называют диапазонами ISM. Однако это не меняет статус интеллектуальных счетчиков; они работают исключительно в соответствии с Частью 15 правил, а не Частью 18, как настоящие устройства ISM. Для получения дополнительной информации об устройствах Part 15 и Part-15 см. http://www.arrl.org/part-15-radio-frequency-devices. Аналогичные правила есть и у других народов.

В) Могут ли любители ожидать помех от интеллектуальных счетчиков? Имеются ли у них потенциальные схемы генерации радиопомех, например, цифровые схемы?

 A) В целом любителям не следует ожидать помех от интеллектуальных счетчиков на большинстве любительских диапазонов. И да, интеллектуальные счетчики имеют внутри цифровую электронику, которая может действовать и излучать РЧ, как обычный персональный компьютер. Однако в некоторых случаях существует большая вероятность помех, особенно когда система интеллектуальных счетчиков намеренно передает данные в так называемом диапазоне ISM (промышленный, научный и медицинский), который используется совместно с любительской службой.

  В) Вы имеете в виду, что интеллектуальные счетчики содержат преднамеренный радиочастотный передатчик?

 А) Иногда. Если интеллектуальный счетчик содержит радиочастотный передатчик: 

• Рабочая частота обычно находится в диапазонах 902 МГц и 2,4 ГГц.
Выходная мощность
• обычно составляет 1 Вт в диапазоне 902 МГц и намного меньше в диапазоне 2,4 ГГц.
• Предполагаемый диапазон передатчика интеллектуального счетчика обычно очень ограничен. В то время как радио на стороне инженерных сетей должно достигать соседнего концентратора, обычно установленного на ближайшем столбе, интеллектуальные счетчики также могут соединяться с другими интеллектуальными счетчиками для связи с концентратором. (используя пять переходов или менее)  См. рис. 2. 
• Интеллектуальный счетчик обменивается данными только по команде, обычно несколько раз в день.
• Передатчик интеллектуального счетчика работает в соответствии с Частью 15 правил FCC.

  В) Недавно я повысил мощность своего электроснабжения со 100 до 200 А. У моего старого электросчетчика были шестерни и механические показания. Новый, однако, полностью электронный. В нем есть ЖК-дисплей и что-то вроде радиопередатчика. Я рад сообщить, что у меня не было проблем с помехами, но интересно… Возможно ли, что у меня уже есть интеллектуальный счетчик?

А) Не обязательно. Ваш новый счетчик может просто иметь возможность удаленного считывания. Это означает, что считыватель счетчика может пинговать ваш счетчик для чтения с улицы. Затем счетчик передает показания по радио. Эффективность повышается, поскольку ему или ей больше не нужно входить в вашу собственность. С другой стороны, технология интеллектуальных счетчиков подразумевает двустороннюю связь со счетчиком. Интеллектуальные счетчики также имеют память и возможность обработки данных.

В) Используют ли интеллектуальные счетчики какую-либо форму технологии несущего тока или BPL?    

A)  Сначала давайте определим «несущий ток». Устройство несущего тока использует линии электропередач, находящиеся внутри здания или управляемые коммунальными службами, для преднамеренного проведения РЧ-сигналов. Устройства несущего тока также регулируются разделом несущего тока правил части 15.

В некоторых регионах интеллектуальные счетчики и/или интеллектуальные сети могут использовать технологию несущего тока. Каждая электроэнергетическая компания выбирает архитектуру, которую она хочет развернуть, иногда под прямым или косвенным влиянием решений, принимаемых государственными или местными регулирующими органами. Согласно правилам Части 15…   

• Если устройство несущего тока используется для передачи цифровой информации и работает в диапазоне частот от 1,7 до 80 МГц, оно работает в соответствии с правилами BPL в части 15.  
• Если он работает в другом спектре, он работает в соответствии с правилами для несущей частоты в Части 15. 
• При использовании исключительно на высоковольтных линиях, питающих подстанции, устройства несущего тока могут работать под силовой линией-носителем (PLC) Раздел Части 15.   

До сих пор смарт-счетчики в США не использовали BPL. Некоторые протоколы для домашних сетей, которые могут быть связаны с интеллектуальными счетчиками и технологией интеллектуальных сетей, могут использовать BPL, но вполне вероятно, что системы будут использовать технологию HomePlug. HomePlug не использует любительские диапазоны, поэтому у него мало шансов создать помехи для любительского радио. (Другой спектр может испытывать помехи от устройств HomePlug.)   

Для получения информации о BPL см. http://www.arrl.org/broadband-over-powerline-bpl.

Если и когда интеллектуальный счетчик использует технологию несущего тока:   

• Диапазон частот, используемый счетчиками PLC, использует полосу B Cenelec @ 63 кГц для стороны потребителя.
• Некоторые интеллектуальные счетчики также используют BPL для коммунальных услуг. Также возможно иметь BPL на домашней проводке в домашней сети (HAN), привязанной к интеллектуальному счетчику и интеллектуальной сети.
• Предполагаемый диапазон текущей связи несущей обычно очень ограничен. Так же, как концентратор в случае радиосвязи, приемник находится на ближайшем столбе.
• Передатчик интеллектуального счетчика обычно срабатывает несколько раз в день, но только тогда, когда утилита «пингует» счетчик.

В) Как интеллектуальный счетчик получает команды от коммунального предприятия?   

A)  Все умные счетчики разные. Коммунальные службы могут отправлять команды на интеллектуальный счетчик как по радио, так и по каналу связи, в зависимости от типа используемого счетчика. В Калифорнии, например, коммунальные предприятия, внедряющие в настоящее время интеллектуальные счетчики, управляют счетчиками с помощью 902–928 МГц FHSS-радио. Предполагаемый диапазон и частоты, используемые для отправки команд на интеллектуальный счетчик, также могут варьироваться от коммунальной службы к коммунальной.

В) Может ли любительское радио создавать помехи для интеллектуального счетчика? Каковы правила относительно такого вмешательства?     

A)  Да, любительская работа поблизости может снизить чувствительность некоторых счетчиков, чтобы они не могли слышать команды. Интеллектуальный счетчик работает в соответствии с Частью 15 правил, в которой говорится, что устройства Части 15 не защищены от помех со стороны лицензированных радиослужб, таких как любительское радио.

В) Какая защита имеется у радиолюбителя от помех, создаваемых интеллектуальным счетчиком?  

A)  В США интеллектуальные счетчики в жилых районах должны соответствовать абсолютным ограничениям выбросов для непреднамеренных источников излучения и/или устройств несущего тока, а также ограничениям мощности передачи для преднамеренных источников излучения, как указано в правилах Части 15. Лицензированные службы радиосвязи, такие как любительское радио, также получают безоговорочную защиту от вредных помех от всех устройств Части 15, включая интеллектуальные счетчики. Кроме того, устройства Части 15, такие как интеллектуальные счетчики, не защищены от помех, создаваемых лицензированными службами радиосвязи.

Примечание : хотя частоты, обычно используемые интеллектуальными счетчиками, также являются диапазонами ISM, на которые распространяется часть 18 правил FCC, на самом деле они работают в соответствии с частью 15.  Это важное различие. Если бы интеллектуальный счетчик работал в соответствии с Частью 18, любительской службе пришлось бы мириться с любыми вредными помехами, которые мог бы создать такой счетчик. Однако устройствам Части 18 запрещено использовать РЧ для целей связи. Поскольку интеллектуальные счетчики передают данные, они не могут по закону работать как устройства Части 18.

Для справки в следующей таблице показано перекрытие между любительским и ISM-диапазонами, обычно используемыми интеллектуальными счетчиками:   

Любительский оркестр	ISM-диапазон*	Примечания
902 – 928 МГц	902 – 928 МГц	Любительский браслет 33 см
2300 – 2310 МГц   2390 – 2450 МГц	2400 – 2483,5 МГц	Любительский диапазон разбит на два сегмента. Диапазон ISM выходит за пределы любительского диапазона в верхней части.

  *Примечание. Положения о большей мощности в Части 15 обычно используют диапазоны ISM.

В) А как насчет других видов коммунальных услуг, таких как вода и газ? Насколько я понимаю, они также переходят на новые счетчики с возможностью связи посредством RF. Применяются ли по-прежнему те же самые правила для интеллектуальных счетчиков, по крайней мере, с точки зрения моей озабоченности по поводу радиопомех?

А)  По большей части – да. Как и «умные» счетчики электроэнергии, эти счетчики воды и газа часто используют для связи радиоэнергию. Когда они это делают, они, скорее всего, работают в диапазоне ISM в соответствии с Частью 15.

Это устройства с чрезвычайно низким энергопотреблением, которые проводят большую часть своей жизни в выключенном состоянии, ожидая связи с коммунальной радиосетью. Счетчики воды и газа обычно работают на частоте 2,4 ГГц, используя очень узкополосную реализацию ZigBee Smart Energy Profile.

Поскольку счетчики газа и воды не подключены к источнику электроэнергии, они оба используют методы «поглотителя» (крыльчатки) для выработки небольшого количества электроэнергии для поддержания бортовой батареи полностью заряженной. Такой подход обеспечивает ожидаемый срок службы батареи более 10 лет.

Во многих случаях счетчик пингуется или синхронизируется с любым ближайшим «умным» электросчетчиком. Затем интеллектуальный счетчик электроэнергии может сохранять свои показания и отправлять их вверх по течению в систему выставления счетов за коммунальные услуги. Хотя обычно он связывается с интеллектуальным счетчиком электроэнергии того же клиента, это не обязательно. Система является «сетчатой» и может передавать данные по мере необходимости. «Умный счетчик» в этом случае часто будет иметь два радиомодема под стеклом — один для потребителя на частоте 2,4 ГГц, а другой для коммунальной службы на частоте 9. 02-928 МГц.

Эти два коммуникационных «носителя» (коммунальное предприятие и потребитель) различаются в каждой юрисдикции коммунального предприятия. Вы можете узнать больше о конкретной технологии, используемой вашей утилитой, на их веб-сайте. Для более подробного обсуждения различных средств коммунальной связи и их относительного влияния на любительскую службу см. статью о коммунальной связи на веб-сайте ARRL по адресу: www.arrl.org/electric-utility-communication-applications-and. -smart-grid-технологии

Длинноволновый КСВ-метр

Длинноволновый КСВ-метр

---

---

Введение

В этом документе описывается простой КСВ-метр, подходящий для длинных и средних диапазоны волн (137 и 500 кГц). В конструкции нет ничего нового, она очень похожа на обычные коротковолновые измерители. но он был разработан для работы с низкими частотами.

---

Синий низкочастотный КСВ-метр

Большинство радиолюбительских КСВ-метров рассчитаны на короткие волны или более высокая частота, и очень трудно найти инструмент, подходящий для 137 или 500 кГц. Многие из них рассчитаны на диапазон от 1,8 до 54 МГц, некоторые могут охватывать диапазон от 1,8 до 150 МГц. но я так и не нашел коммерческого измерителя с частотой ниже 1,8 МГц. Конечно, профессиональное оборудование, такое как направленный ваттметр Bird, может помочь. работа, но эта страница посвящена «дешевым» любительским измерителям.

Первая идея — попробовать доступные счетчики, чтобы увидеть, могут ли они выполнить работу. ниже 1,8 МГц, даже если они не предназначены для этого, но результаты очень разочаровывает, так как ни один из тех, что у меня были под рукой, не работал в 137 кГц. Тест очень прост: просто подключите ваш длинноволновый передатчик к подходящая фиктивная нагрузка 50 Ом через тестируемый КСВ-метр и посмотрите на отраженной мощности: если вы получили ненулевое показание, ваш измеритель не подходит для длинных волн.

Находясь ниже минимальной установленной рабочей частоты прибора, один может допустить некоторый процент ошибки в показаниях абсолютной мощности. А вот то что отраженная мощность не равна нулю при подключении пустышки нагрузка вообще не может быть принята, потому что невозможно будет соответствовать антенна с таким прибором.

---

Почему обычные КСВ-метры не работают на длинных волнах?

Подавляющее большинство любительских КСВ-метров представляют собой мостовые схемы, основанные на трансформаторы тока (по крайней мере рассчитанные на частоты до и включая короткие волны). Трансформаторы тока ограничены в верхней части диапазона их паразитными емкостью и длиной провода, составляющего обмотки. В нижнем конце ограничиваются индуктивностью обмоток: если это индуктивность недостаточно велика, это приведет к значительной фазовой ошибке, мост будет разбалансирован, и измерения будут неправильными.

Для того, чтобы трансформаторы работали на низкой частоте, индуктивность вторичная обмотка должна быть достаточно большой: скажем, как правило, что его импеданс должен быть по крайней мере в десять раз больше, чем согласующий импеданс (обычно 50 Ом). Увеличение числа витков трансформатора также увеличивает паразитная емкость и увеличение общей длины провода; как Вследствие этого максимальная рабочая частота также уменьшится, но это приемлемо, так как мы разрабатываем прибор для длинных волн.

Для паразитной емкости обмотки мы должны убедиться, что резонанс обмотки должен быть значительно выше максимального желаемого рабочего частота. Также следует следить за тем, чтобы длина провода не превышала одной десятой самой короткой длины волны.

Чтобы иметь высокую индуктивность всего за несколько витков (и короткий провод), мы должны выберите магнитопровод с высоким значением A _L . Ферритовые сердечники могут иметь высокие значения A _L , сердечники из порошкового железа обычно не надо.

Как только эти условия соблюдены, те же самые обычные мостовые схемы будут работать на желаемая полоса.

---

Правильный выбор моста

Доступны и хорошо известны многие мостовые схемы КСВ, наиболее популярными из которых являются мост Брюне. Всех их можно заставить работать на длинных волнах и подбором контура имеет много общего с личным выбором. Бывают мосты с одним, двумя или тремя трансформаторами; у некоторых есть трансформеры с двумя вторичными обмотками, некоторые используют емкостные делители, некоторые используют резисторы, многие имеют RC или RL сети для частотной компенсации.

Чтобы конструкция была максимально простой, «тандемная матчевая муфта» (также известный как «мост Зонтхаймера») был выбран, в основном, потому что он использует два одинаковых трансформатора, он не требует триммера конденсатор регулирует свою частотную характеристику и очень прост в сборке. Схематическая диаграмма видна на рисунке ниже.

Как обычно, «точки» обозначают начало каждой обмотки и показать, как правильно (по фазе) соединены разные обмотки вместе. Четыре резистора нагружают выходы ответвителя сопротивлением 50 Ом и создают Убедитесь, что мост сбалансирован. Убедитесь, что эти резисторы не являются (слишком сильными) индуктивными.

---

Проектирование трансформаторов тока

В выбранном мосту используются два одинаковых трансформатора. Коэффициент трансформации установлен на 1:25: это будет делить напряжение (и ток) на 25, обеспечивающий приемлемое напряжение даже при мощности 1 кВт, как показано в таблице ниже:

Вход питание	Среднеквадратичное значение входного напряжения	Входное пиковое значение напряжение	Разделенный пик Напряжение
10 Вт	22 В	32 В	1,3 В
100 Вт	71 В	100 В	4,0 В
1000 Вт	220 В	320 В	13 В

Тороидальный ферритовый сердечник Ferroxcube TN25/15/10-3F3 был выбран в основном потому что он был доступен в мусорном ящике. Это ядро ​​​​имеет A _L 1,84 мкГн, 1800 мк, имеет внешний диаметр 25,8 мм, внутренний диаметр 14 мм и высотой 10,6 мм. Важно использовать сердечник с высоким A _L и высоким μ в чтобы получить достаточно индуктивности с 25 витками. Подойдет любое подобное ядро.

Первичная обмотка состоит всего из одного витка, что вполне обычно для такой трансформатор. Таким образом, вторичная обмотка имеет 25 витков, и с этим типом сердечник имеет индуктивность 1,1 мГн, что гарантирует, что реактивное сопротивление будет быть выше 500 Ом (в десять раз больше импеданса нагрузки, чем 50 Ом) начиная примерно с 75 кГц.

Для вторичной обмотки требуется около 1 м провода, а это означает, что трансформатор должен использоваться примерно до 30 МГц, если мы хотим сохранить короче одной десятой длины волны. С другой стороны, паразитная емкость ограничивает максимальную используемую частоту. до нескольких мегагерц: более чем достаточно для 137 и 500 кГц.

Так как рабочая частота низкая, а первичный и вторичный паразитные емкость тоже маленькая, первичку решено не экранировать намотка, как это обычно делается для более высоких частот.

---

Отображение измерений

Для отображения измерений была использована очень простая пассивная схема. используется, и это видно на рисунке ниже:

Сначала два ВЧ-сигнала выпрямляются двумя германиевыми диодами D1 и D5 и чем сигналы усредняются в двух конденсаторах C1 и C2. Из-за коэффициента трансформации 25:1 напряжение на диодах будет довольно низкий даже при высокой входной мощности: подойдет диод на 50 В штраф за 1кВт. Германиевые диоды можно заменить маломощными диодами Шоттки (BAT43 или аналогичное, например), и потеряв некоторую чувствительность к низкой мощности, даже кремниевые диоды (например, 1N4148) могут справиться с этой задачей.

Переключатель диапазона мощности SW1-SW2 подключен необычно: это потому, что это не настоящий двухполюсный переключатель с тройной резьбой, а двухполюсный двухходовой рычажный переключатель с дополнительным центральным выключенным положением.

Двойной амперметр, который первоначально был измерителем громкости в стереоусилителе, был используется в качестве индикаторного прибора. Инструмент с перекрестной иглой был бы намного красивее, но он почти невозможно найти. В любом случае, знать непосредственно точное значение КСВ не так уж и важно, так как мы настройте наши антенны на минимально возможную отраженную мощность, и мы сможем получить прочь с двумя отдельными метрами. Шесть кремниевых диодов 1N4148 предназначены для защиты счетчиков путем зажима напряжение, если случайно выбран слишком маленький диапазон мощности.

Для просмотра показаний ночью предусмотрена подсветка тремя белыми светодиодами. добавлено по следующей схеме:

Два конденсатора по 100 нФ предназначены только для короткого замыкания на землю. любую радиочастотную энергию, которая может быть связана внутри прибора, и избежать внешний силовой кабель для излучения. За исключением подсветки, этот КСВ-метр не требует внешнего питания.

---

На практике

Построить этот КСВ-метр довольно просто. Все начинается с подходящей металлической коробки. Так как у меня его не было под рукой, я быстро соорудил небольшую коробку из обрезков. медный лист, но алюминий тоже подойдет (и дешевле). Соблюдение коротких ВЧ-соединений и создание хороших заземляющих соединений всегда хорошая идея, но в данном случае частоты низкие и связи нет очень критично.

Нет необходимости в печатной плате, и для монтажа будет достаточно куска макетной платы. триммеры. Остальное можно подключить «в воздухе».

Мощность, показываемая измерителем, не является линейной, так как измеритель отображает выпрямленного напряжения, а мощность пропорциональна квадрату Напряжение. Поэтому шкалу необходимо перерисовать, чтобы получить прямое показание. На рисунке ниже показан окончательный масштаб, используемый в этом инструменте:

Измерители громкости, подобные используемому здесь, также не являются линейными приборами, поэтому масштаб определялся экспериментально путем изменения мощности передатчика и измерение напряжения на фиктивной нагрузке осциллографом (прикладывая Р = (U _{пик-пик} ) ² /(8R) ).

Для другой версии этого КСВ-метра, использующей два разных амперметра, были разработаны следующие весы, и на этот раз счетчики точные Линейные приборы на 100 мкА:

Для регулировки триммеров необходимо подключить передатчик к подходящему фиктивная нагрузка 50 Ом через этот КСВ-метр. Сначала настройте выходную мощность на низкое значение, в идеале 10 Вт, выберите 10 Вт метрового диапазона и включите передатчик. «Отраженный» счетчик должен показывать ноль; если что-то не так в номинале R3, R4, R8, R9или два трансформатора не подключены фаза. Теперь отрегулируйте R1, чтобы показания «прямого» счетчика совпадали с приложенная выходная мощность (в этом примере счетчик должен показывать 10 Вт). Затем выберите диапазон мощности 1 кВт, отрегулируйте выходную мощность вашего передатчика на более высокое значение, в идеале 1 кВт, и отрегулируйте R2 для 1 кВт чтение. Теперь выберите диапазон 100 Вт, перенастройте передатчик на меньшую мощность, например 100 Вт, и отрегулируйте R5.