GSM-контроллеры CCU825 и CCU422 следят за сетью.

15 Май 2014

Функциональные возможности GSM-контроллеров CCU825 и CCU422, гибкость их программирования, а также наличие измерительных аналоговых входов делает упомянутые устройства привлекательными для использования в системах дистанционного мониторинга параметров электрических сетей. Рассмотрим несколько вариантов использования контроллеров в таком качестве.

Самая простая схемаобеспечивает контроль наличия-отсутствия сетевого напряжения. Состоит она всего из 3-х элементов, не требует питания и обеспечивает полную гальваническую развязку контроллера от измеряемой цепи. На выводы P и N подается сетевое напряжение 220В (фаза и нейтраль соответственно), выводы 3 и 4 оптопары подключаются к контроллеру. Джампер задействованного входа контроллера устанавливается в положение 2-3 (вход со слабым смещением 5В).

При наличии сетевого напряжения транзистор оптопары открыт и на входе контроллера присутствует сигнал низкого уровня.

Пропадание напряжения сопровождается закрыванием транзистора и выходом сигнала на его коллекторе за верхний пороговый уровень. При изменении режимов формируются соответствующие информационные сообщения.

Зачастую необходимо обладать информацией не только о качественном состоянии сети, но и о текущем значении сетевого напряжения, в частности, о выходе его за допустимые пределы. Очевидно, что рассмотренная выше схема для решения этих задач непригодна. Достаточно точное измерение сетевого напряжения можно организовать с использованием недорогой отечественной ИМС К157ДА1, представляющей из себя двухканальный двухполупериодный выпрямитель среднего значения сигнала с коэффициентом усиления по напряжению 7-10. Схема 2 демонстрирует пример ее использования в устройстве дистанционного мониторинга энергосистемы, имеющей в составе дизель-генераторную установку (ДГУ) Visa Onis Powerfull. Схема обеспечивает измерение среднего значения трех фазных напряжений городской сети, напряжения аккумулятора ДГУ, контролирует состояние сетевого и генераторного контакторов АВР (сигналы H.R. и H.G.), а также наличие напряжения на выходе генератора и состояние аварии ДГУ. Питание микросхем осуществляется непосредственно от сети через параметрический стабилизатор на элементах С1-С5, R1-R6, D1-D8.

Несколько слов об элементной базе: D1-D6 - любые диоды с обратным напряжением не менее 400В, D7,D8 - стабилитроны мощностью 0,25 или более Вт и напряжением 15В. Защитные стабилитроны D9-D12 на 12В. Конденсаторы С1-С3 любые неполярные, напряжением 400В. Данная конструкция не имеет гальванической развязки от сети и работоспособна лишь в энергосистемах с глухозаземленной нейтралью, что ограничивает ее применение.

Разработанная конструкторами ООО "ПНУ Спецэлектромонтаж"схема 3 лишена упомянутых недостатков. В основе ее, как и в предыдущей конструкции, лежит детектор средневыпрямленного значения сигнала на ИМС К157ДА1, а сдвоенные оптопары TLP621-2 обеспечивают гальваническую развязку между цепями контроллера и сетевым напряжением.

Как видно из схемы, одна оптопара отвечает непосредственно за передачу сигнала, тогда как вторая включена в цепь обратной связи и участвует в линеаризации передаточной характеристики измерительного узла. Такое нетрадиционное включение оптопар обусловлено внутренней схемотехникой К157ДА1 Конструкция обладает неплохими метрологическими характеристиками: погрешность измерения лежит в пределах 1-2% (в зависимости от точности настройки и качества применяемых элементов) в диапазоне входного напряжения 140-270В и с учетом собственной нелинейности АЦП CCU825.

На схеме изображен один канал, обеспечивающий измерение напряжений фаз А и В. Второй канал аналогичен первому и отвечает за измерение напряжения фазы С и напряжения между нулевым проводником и землей. Последний параметр крайне важен с точки зрения электробезопасности, а также корректности работы многих систем автоматики (в частности, блоков управления газовыми котлами).

Настройка схемы достаточно проста. Вход контроллера конфигурируется в режиме "диапазон 0-10В" (перемычка убирается). В программе устанавливаются параметры: тип входа - аналоговый, активный вх. уровень - низкий (Uг), минимальное значение 0, максимальное - 460

После чего конструкция подключается к сети вместе с калибровочным мультиметром, и резисторами R2, R5 выставляются текущие значения входного напряжения (числовое значение в конфигураторе должно совпадать с показаниями мультиметра).

Примечание: аналогичным образом настраивается и схема 2, с той разницей, что используемый при настройке компьютер должен быть полностью гальванически развязан от земли во избежание повреждения его или контроллера. Желательно использовать лэптоп или ноутбук.

Требования к элементной базе такие же, как и для схемы 2 (кроме стабилитронов, мощность которых должна быть не ниже 0,5 Вт). Приверженцы традиционных схемотехнических решений могут заменить параметрический стабилизатор трансформаторным (импульсным) блоком питания с двуполярным выходом +/- 15В. При этом следует помнить, что гальваническая связь первичной части схемы с измеряемой сетью сохранится.

Следующий вариант можно рекомендовать тем, кто хочет получать информацию о величине входного напряжения при минимуме аппаратных затрат. Но, так как собственная линейность и коэффициент передачи тока (Current Transfer Ratio, CTR) оптопар достаточно малы, говорить о приличной точности измерений не приходится. Увеличению последней будет способствовать применение оптронов с наибольшим CTR при максимальной идентичности их параметров (без подбора элементов погрешность составила 7% в диапазоне измеряемого напряжения 140-270В). Требования к остальным элементам: R1 не менее одного ватта, D1 с обратным напряжением не менее 400 В.

К несомненным достоинствам схемы можно отнести простоту, наличие гальванической развязки и отсутствие потребности в источнике питания.

Настройка схемы принципиально не отличается от предыдущей. В случае использования оптронов иного типа может возникнуть необходимость в подборе R2, R3.

Измерение электрических параметров сети не исчерпываются одним лишь напряжением. Часто величина тока тоже представляет интерес. Например, тогда, когда ее превышение может привести к неприятным последствиям, а отключение нагрузки подобранным на соответствующий ток автоматическим выключателем по ряду причин нежелательно. Функциональные возможности GSM-контроллера CCU825 позволяют реализовать восстанавливаемый автоматический выключатель, обесточивающий нагрузку в случае превышения допустимого значения потребляемого ею тока с последующим включением питающего напряжения с выдержкой времени или по внешней SMS- или DTMF-команде.

В качестве источника сигнала может выступить трансформатор тока совместно с уже рассмотренной нами ИМС К157ДА . Здесь применяются трансформаторы тока с выходом 1А, в случае использования 5-амперных ТТ величину резисторов R1 и R6 необходимо снизить до 0,2 Ом.

Конечно, можно обойтись схемой с обычным двухполупериодным выпрямителем и резистором, если не требуется высокая точность измерений. В этом случае нагрузочный резистор необходимо использовать такой величины, чтобы суммарная рассеиваемая мощность на нем и на диодах выпрямителя не превышала номинальной вторичной нагрузки S2н.ном трансформатора (этот параметр, как правило, указывается в паспортных данных ТТ).

В силовых сборках, где уже имеются трансформаторы тока, а установка дополнительных затруднительна или невозможна, для решения задач дистанционного мониторинга можно использовать малогабаритные ТТ с первичным током 5А (например, AC-1005 Talema). Тогда применяется каскадное включение ТТ: вторичная обмотка первого трансформатора будет первичной для второго. Соответственно, R1 и R6 в схеме 5 надо будет увеличить до 100-200 Ом.

Таков краткий обзор ряда схем, пригодных для использования в системах сигнализации и контроля на базе GSM-контроллеров CCU825 и CCU422. Хочется надеяться, что приведенная здесь информация поможет людям, желающим самостоятельно организовать недорогую, но в то же время эффективную систему мониторинга электрической сети.

P.S. Приведенные в данной статье схемы являются разработками ООО "ПНУ Спецэлектромонтаж". Допускается их использование в любых целях, не противоречащих законодательству Российской Федерации. ООО "ПНУ Спецэлектромонтаж" не несет ответственность за последствия, связанные с использованием приведенных схем третьими лицами.

Источник: Компания "ПНУ Спецэлектромонтаж"