Многоканальный счётчик электроэнергии WB-MAP6S

From Wiren Board
This is the approved revision of this page, as well as being the most recent.


Купить в интернет-магазине

Многоканальный счётчик электроэнергии WB-MAP6S
Плата WB-MAP6S
Разъемные трансформаторы тока для счетчика

Назначение

Многоканальный счётчик электроэнергии (измеритель параметров электрической сети) предназначен для энергоменеджмента и мониторинга качества электропитания. В том числе технологического учёта электроэнергии в многоквартирных домах и офисных зданиях, для мониторинга потребителей в дата-центрах и умных офисах. Использование внешних разъёмных трансформаторов тока позволяет производить монтаж системы без отключения потребителей. Для активной энергии измеритель обеспечивает класс точности 0.5S. Для реактивной энергии — класс точности 1.

Счётчик WB-MAP6S предназначен для работы в однофазных сетях переменного тока.

Меры безопасности

Во время монтажа, эксплуатации и технического обслуживания устройства следует соблюдать требования документов: ГОСТ 12.3.019-80, «Правила эксплуатации электроустановок потребителей», «Правила охраны труда при эксплуатации электроустановок» и других нормативных документов, действующих на объекте.

Открытые контакты клемм устройства во время эксплуатации могут находиться под напряжением до 250 В. Любые подключения производить при отключенном питании. Не допускать попадание влаги на контакты клемм и внутренние элементы.

Физический доступ к устройству должен быть разрешен только квалифицированному обслуживающему персоналу.

Технические характеристики

Измеряемые параметры

Счетчик WB-MAP обеспечивает измерение множества параметров электрической сети, таких как:

  • среднеквадратичные значения тока и напряжения (Urms)
  • мощность (активная, реактивная, полная, кажущаяся) и коэффициент мощности
  • энергия прямая и обратная (активная, реактивная, кажущаяся, неактивная)
  • суммарные значения мощностей и энергий при подключении трехфазных нагрузок
  • амплитуда всплесков напряжения и тока. Ширина измеряемых пиков — от 300 мкс, определяется фильтрами на входах, значения пиков обновляются периодически, период настраивается (минута по умолчанию)
  • углы фазовых сдвигов, частота и тд.

Амплитудные значения токов и напряжений измеряются счётчиком несколько тысяч раз в секунду. Значения энергий и мощностей обновляются в регистрах Modbus мгновенно, а среднеквадратичные (rms) напряжения и токи, частота сети, фазовые углы усредняются за несколько периодов и обновляются в регистрах Modbus примерно три раза в секунду.

Полный список измеряемых параметров приводится на странице Счетчики WB-MAP: измеряемые параметры и погрешности, их названия в веб-интерфейсе Wiren Board В счетчике могут поддерживаться некоторые из списка, в зависимости от модификации.

Измерители обеспечивают класс точности измерений 0.5S для активных мощности и энергии и класс точности 1 для реактивных мощности и энергии.
Относительные погрешности измерений для классов точности определяются в зависимости от значений измеряемой величины и типов нагрузки, подробнее см. Счетчики WB-MAP: классы точности и погрешности.

Метрологические и технические характеристики измерителей параметров электрических сетей WB-MAP приведены в Описании типа.

Характеристики

Параметр Значение
Питание
Напряжение питания 5.5 В—28 В постоянного тока
Потребляемая мощность максимальная 1 Вт
Потребляемая мощность средняя 0.9 Вт
Клеммники и сечение проводов
Рекомендуемое сечение провода с НШВИ для входов управления: 0.35 – 1 мм2 — одинарные, 0.35 – 0.5 мм2 — сдвоенные провода,

для силовых входов: до 2.5 мм2 — одинарные, до 1.5 мм2 — сдвоенные провода

Длина стандартной втулки НШВИ 8 мм
Момент затяжки винтов для входов управления: 0.2 Н∙м, для силовых выходов: 0.5 Н∙м
Каналы измерения
Число каналов 6 однофазных
Максимальный измеряемый ток 60 мА rms на вторичной обмотке трансформатора
Температурный коэффициент сопротивления резисторов токовых входов 50PPM (ранее: 200PPM до партии v1.7N/E2 включительно)
Анализируемые гармоники частоты напряжения и тока 1 — 42 (только в модификации WB-MAP6SH)
Управление
Интерфейс управления RS-485
Изоляция интерфейса Гальванически развязанный от измерительных цепей
Протокол обмена данными Modbus RTU, адрес задается программно, заводские настройки указаны на наклейке
Параметры интерфейса RS-485 Задаются программно, по умолчанию:

скорость — 9600 бит/с; данные — 8 бит; бит чётности — нет (N); стоп-биты — 2

Готовность к работе после подачи питания ~2 c
Условия эксплуатации
Температура воздуха От -40 до +80 °С
Относительная влажность До 92%, без конденсации влаги
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 O2.1*
Гарантийный срок 2 года
Срок службы 16 лет
Готовность к работе после подачи питания 1 c
Габариты
Ширина, DIN-юнитов 3
Габаритные размеры (Д x Ш x В) 53 x 90 x 58 мм
Масса (с коробкой) 110 г.

Общий принцип работы

Как проводятся измерения

Внутри устройства установлены измерительные микросхемы Atmel M90E32AS с тремя каналами тока и напряжения. В WB-MAP6S, в отличие от трёхфазных вариантов, входы напряжений микросхемы объединены параллельно.

Микросхема измеряет мгновенное напряжение и мгновенный ток, вычисляет их произведение, т.е. мгновенную мощность, и выводит в регистры сглаженное значение этого произведения как мощность, интеграл произведения — как энергию. Микросхема также вычисляет реактивную мощность как произведение мгновенного тока на мгновенное напряжение, сдвинутое по фазе на 90 градусов.

Алгоритмы измерения и расчёта основных параметров:

  • Urms(В). Среднеквадратичное (эффективное) значение напряжения между Lx и N. Коммерческие счётчики считают прямым подсчётом средневадратичного. Измерители WB-MAP считают как среднее за ~30 полупериодов, т.е. ~3 раза в секунду.
  • Irms x (А). Среднеквадратичное (эффективное) значение тока между Lx и N. Коммерческие счётчики считают прямым подсчётом средневадратичного. Измерители WB-MAP считают как среднее за ~30 полупериодов, т.е. ~3 раза в секунду.
  • P x (Вт). Активная мощность. За эту мощность вы платите деньги поставщику электроэнергии. Коммерческие счётчики и измерители WB-MAP считают её прямым интегрированием мгновенных значений напряжения и тока.
  • Q x (вар). Реактивная мощность. Для нелинейной нагрузки не определена, при поверке и метрологических испытаниях нормируется только для линейной нагрузки. Коммерческие счётчики иногда выводят неактивную мощность N вместо Q, так как они совпадают для линейных нагрузок. А иногда просто к неактивной мощности добавляют знак в соответствии с квадрантом задержки тока от напряжения. Измерители WB-MAP у несинусоидальных токов измеряют реактивную мощность фундаментальной составляющей в соответствии с IEC 62053-24: умножают мгновенный ток на мгновенное напряжение, сдвинутое на 90 градусов.
  • S x (В*А). Кажущаяся мощность. По определению это Irms * Urms. Измерители WB-MAP так и считают. Можно пользоваться в смысле «нагрузка с S=2 кВт греет провода так же, как резистивная нагрузка с P=2 кВт». Физический смысл в том, что ток (Irms) такой же.
  • N x (вар). Неактивная мощность. Определяется как N^2 = S^2 - P^2. Измерители WB-MAP так и считают. Физический смысл примерно «бесполезно греет провода так же, как двигатель с Q=N».
  • PF x. Коэффициент мощности. По определению это PF = P/S. Измерители WB-MAP так и считают. Физический смысл: какая часть полной мощности идет на совершение полезной работы.
  • Phase angle Ix и U (гр.). Угол фазового сдвига между напряжением и током. В диапазоне от 0° до 360°. Измерители WB-MAP от фазных напряжений выделяют основную частоту (первую гармонику) и детектируют переход через ноль. Далее угол вычисляется по разнице времени перехода через ноль.

Питание счетчика

Счетчик WB-MAP6S(H) получает питание только от интерфейсной части. При отсутствии питания на интерфейсной части измерения не производятся.

Для непрерывного измерения потребления электроэнергии необходимо обеспечить надежное питание: например от отдельного блока питания.

Работа при провалах и прерываниях напряжения

Накопленные значения энергии сохраняются при отключении питания счетчика.

Монтаж

Пример схемы подключения счетчика WB-MAP6S

Инструкция по монтажу счетчиков MAP

Устройство монтируется на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм. На странице Монтаж многоканальных счётчиков электроэнергии WB-MAP в щите содержится краткая пошаговая инструкция по монтажу счетчиков MAP. Перед ее выполнением рекомендуем ознакомиться с описанием этапов монтажа ниже.

Инструкция написана для монтажа трехфазных счетчиков, но основные ее положения применимы и к однофазным.

Подключение интерфейсной части

Клеммный блок «V+ GND A B» с шагом 3.5 мм служит для подключения питания и управления по шине RS-485. Для стабильной связи с устройством важно правильно организовать подключение к шине RS-485, читайте об этом в статье Физическое подключение шины RS-485.

Если устройства, подключенные к шине RS-485, питаются от разных источников питания, их клеммы GND должны быть соединены, подробнее.

Подключение высоковольтной части

Обязательно соедините клемму PE с защитным заземлением, а клемму N с нейтралью. К разъемам высоковольтной части счетчика подаются одна фаза, нейтраль и защитное заземление.

Если защитное заземление (PE) не подключено, то при случайном появлении фазного напряжения на проводах одного из токовых трансформаторов, напряжение появится и на остальных проводах трансформаторов. Тогда как при подключенном защитном заземлении сработает УЗО, или сгорят резисторы на входах токовых трансформаторов.

Подключение токовых трансформаторов

Расположите токовые трансформаторы на фазных проводниках в соответствии с номерами:

1 — L1(A), 2 — L2(B), 3 — L3(C).

И стрелкой на корпусе по направлению к нагрузке.

Белые (красные) провода подключаются к токовым входам счетчика со знаком «плюс», а черные — ко входам со знаком «минус».

В счетчиках-измерителях, прошедших процедуру предварительной калибровки, к каждому токовому каналу подключается индивидуально подобранный токовый трансформатор. Трансформаторы имеют подписи с указанием номера канала. Если трансформатор установлен на проводе с включенным током, но выводы вторичной обмотки некуда подключить, просто замкните их между собой. Это позволит избежать гудения и нагрева сердечника.

Гудение трансформатора также может быть вызвано зазором в сердечнике. Если трансформатор гудит, проверьте что сердечник защелкнут плотно, а выводы вторичной обмотки не «висят в воздухе».

Удлинение проводов

При удлинении проводов токовых трансформаторов нужно учитывать сопротивление жил кабеля. Суммарное (в обе стороны) сопротивление жил при использовании трансформаторов типа KCT и CTSA не должно превышать 4 Ом, а при использовании сборки WB-CT309 - 14 Ом. При больших сопротивлениях точность измерений будет снижаться. Для уменьшения наводок рекомендуем не разделять провода от трансформаторов, не прокладывать вплотную к силовым кабелям, а удлинять экранированным кабелем.

Стандартная витая пара (медная) с сечением жил 0.20 мм2 имеет погонное сопротивление 10 Ом/100 м, таким кабелем можно удлинить провода трансформаторов KCT и CTSA до 10 м, а провода сборки WB-CT309 — до 70 м. Если длина проводов требуется больше, то можно использовать кабель с жилами большего сечения, например, КГВЭВ 7х1.0.

Очистка магнитопровода

Перед защёлкиванием трансформатора на проводе очистите торцы магнитопровода.

Отпечатки пальцев, грязь или пыль на магнитопроводе создают воздушный зазор, который уменьшает точность измерений.

Крепление токовых трансформаторов

Воздушный зазор между половинками магнитопровода может возникнуть и из-за плохого крепления трансформатора.

Проверьте, что трансформатор:

- защелкнут ровно, без перекосов.

- свободно вращается на проводе.

Если это не так, значит есть механическое напряжение, которое создаст воздушный зазор, и ошибка измерения может составить 10% и выше.

Направление подключения токовых трансформаторов

Трансформатор тока с проходящим через него фазовым проводником; стрелка направлена в сторону подключенной нагрузки. Трансформатор показан в открытом состоянии.

При подключении токового трансформатора следует верно расположить его на проводнике и правильно подключить выводы к счетчику. Расположение токового трансформатора на фазовом проводнике, ведущем к нагрузке, показано стрелкой, направленной к нагрузке.

Здесь следует сделать оговорку, что речь идет о тех сетях, подключенных к счетчику, которые потребляют, а не генерируют энергию. К примеру, некоторые модели инверторов, обеспечивающих дополнительное питание нагрузки потребителей от солнечных батарей или ветряных генераторов, могут отдавать в электросеть избыточную энергию. В качестве генераторов энергии могут выступать и электродвигатели, вращаемые внешними силами.

Таким образом, если в сети нет внутренних источников электроэнергии, а направление установки токового трансформатора выбрано верно, то активная мощность, где установлен трансформатор, будет иметь положительное значение, если неверно — то отрицательное. Если в сети генерируется электроэнергия, то такая оценка будет неинформативной.

Подключение измерительных трансформаторов для больших токов

Стандартный трансформатор 800/5А. Трансформаторы WB-MAP необходимо подключать к его вторичной обмотке

Максимально измеряемый ток с вторичной обмотки трансформаторов для счетчиков WB-MAP — 60 мА rms. Поэтому, например, трансформатор 200А/100mA можно подключить, но измерять он будет ток до 60mA/100mA*200A = 120A.

Токовые трансформаторы со вторичным током 5А нельзя подключать напрямую к счетчикам WB-MAP, нужно использовать промежуточные трансформаторы, например KCT-6 или WB-CT309 (рекомендуем использовать трансформаторы 5А/25мА).

В этом случае токовые трансформаторы WB-MAP крепятся на провода от вторичной обмотки трансформатора на 5А. При этом вторичная обмотка должна быть закорочена или подключена к установленному прибору учета. Иначе токовый трансформатор выйдет из строя.

Измеренные значения необходимо пересчитать программно — с учетом коэффициентов трансформации. Например, при измерении тока во вторичной обмотке трансформатора 800/5А полученное значение тока в WB-MAP необходимо домножить на 160: 800 5 160.png, чтобы получить истинное значение. Домножать надо токи, мощности и энергии. Можно перемножить коэффициенты трансформации и записать получившееся значение в регистр, если оно меньше размерности регистра, 65536. В таком случае - счетчик будет отдавать действительные значения.

Настройка в ПО

Способы настройки

  1. Указать параметры в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board. Перейдите на страницу настройки serial-устройств, выберите порт, найдите или добавьте устройство и измените параметры. Если нужный параметр отсутствует в шаблоне, его можно задать через пользовательские параметры.
  2. Записать настройки в Modbus-регистры модуля из консоли контроллера с помощью утилиты modbus­_client.
  3. Eсли нет контроллера Wiren Board, используйте компьютер с преобразователем интерфейсов USB-RS485.

Мы постоянно совершенствуем наши устройства, поэтому, если вы не нашли описанных в документации настроек — обновите прошивку устройства и программное обеспечение контроллера.

Настройка токовых трансформаторов

Настройка трансформатора первого канала счётчика WB-MAP6S в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board

Настроить трансформаторы можно только в прошивках версии 2.1 и выше. Версия прошивки написана на наклейке, на корпусе устройства. До прошивки 2.1 счётчик WB-MAP откалиброван вместе с комплектными трансформаторами тока, которые нельзя менять на другие или местами между каналами. Если при покупке счётчика и трансформаторов вы не заказывали услугу «Настройка счётчика», то вам нужно самостоятельно внести параметры трансформаторов в его память, иначе показания счётчика будут неверными.

Каждый трансформатор тока имеет две характеристики, которые требуется внести в конфигурацию счётчика:

  • Turns Lx — коэффициент трансформации.
  • Phi Lx — фазовый сдвиг.

Фактические значения этих параметров у трансформаторов немного отличаются от экземпляра к экземпляру. Трансформаторы, поставляемые Wiren Board, откалиброваны на специальном стенде, и на них есть наклейка со значениями параметров.

Параметры трансформаторов (по два на каждый трансформатор) нужно записать в память счётчика перед началом работы.

Пример настройки с помощью modbus_client

Если вы не можете использовать настройку в веб-интерфейсе, например, у вас нет контроллера Wiren Board, то вы можете записать нужные значения в регистры счётчика с помощью утилиты modbus_client.

В примере задаются параметры трёх трансформаторов, подключенных к первому каналу счётчика:

Трансформатор на канале Регистр коэффициента трансформации (K) Пример значения Регистр фазового сдвига (Δ°) Пример значения
1 0x1462 3001 0x1465 501
2 0x1461 3002 0x1464 502
3 0x1460 3003 0x1463 503
4 0x2462 3004 0x2465 504
5 0x2461 3005 0x2464 505
6 0x2460 3006 0x2463 506

Настройки записываются в память конкретного WB-MAP один раз:

$ modbus_client --debug -mrtu -pnone -b9600 -s2 /dev/ttyRS485-2 -a1 -t0x10 -r0x1460 3003 3002 3001 503 502 501
$ modbus_client --debug -mrtu -pnone -b9600 -s2 /dev/ttyRS485-2 -a1 -t0x10 -r0x2460 3006 3005 3004 506 505 504

Индикация

Индикаторы

Счетчик имеет 3 светодиодных индикатора:

  • S — зеленый индикатор статуса, мигает при обмене данными по Modbus.
  • CF1 и СF2 — индикаторы рядом с нижним и верхним клеммниками токовых трансформаторов (отмечено красной точкой на рисунке). Мигают при потреблении электроэнергии. Учитывается суммарная активная энергия по трем каналам.

Представление в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board

Элементы индикации модуля WB-MAP6S в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board

Выбор шаблона

Чтобы устройство появилось на вкладке Устройства в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, добавьте новое serial-устройство и выберите шаблон WB-MAP6S fw2.

Если ваше устройство было выпущено до осени 2019 года и имеет прошивку ниже 2.1 — используйте шаблон без fw2. Версию прошивки можно посмотреть на наклейке на корпусе устройства, строка FW.

Просмотр значений

В веб-интерфейсе контроллера вы можете просматривать полученные со счётчика значения. Список отображаемых каналов можно изменить через настройки устройства, доступные на странице выбора шаблона.

Полный список названий параметров, отображаемых в веб-интерфейсе приводится на странице Счетчик WB-MAP6S: измеряемые параметры и погрешности, их названия в веб-интерфейсе Wiren Board

Работа по Modbus

Устройства Wiren Board управляются по протоколу Modbus RTU. На физическом уровне подключаются через интерфейс RS-485.

Поддерживаются все основные команды чтения и записи одного или нескольких регистров. Смотрите список доступных команд в описании протокола Modbus.

Настроить параметры модуля можно в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, или через сторонние программы.

Параметры порта по умолчанию

Значение
по умолчанию
Название параметра
в веб-интерфейсе
Параметр
9600 Baud rate Скорость, бит/с
8 Data bits Количество битов данных
None Parity Бит чётности
2 Stop bits Количество стоповых битов

В актуальной версии прошивки устанавливать параметр Stop bits необязательно — устройство будет работать без ошибок и в случае, когда количество стоповых битов не совпадает с настройками Modbus-мастер.

Для ускорения отклика устройств рекомендуем поднять скорость обмена до 115 200 бит/с, см. Настройка параметров обмена данными

Modbus-адрес

Modbus-адрес, установленный на производстве. Слева наклейка на верхней крышке устройства, справа — на боковой стенке

Каждое устройство на линии имеет уникальный адрес в диапазоне от 1 до 247. Адрес устройства, установленный на заводе, указан на наклейках, расположенных на верхней крышке и сбоку. На заводе устройствам Wiren Board в одной партии присваиваются разные адреса, поэтому в вашем заказе, скорее всего, адреса не будут повторяться.

О том, как узнать, изменить или сбросить Modbus-адрес устройства, читайте в статье Modbus-адрес устройства Wiren Board.

Расширение Быстрый Modbus

Начиная с версии прошивки 2.4.0 устройство поддерживает расширение Быстрый Modbus.

Быстрый Modbus добавляет стандартному протоколу Modbus новые полезные функции: быстрое сканирование устройств Wiren Board на шине RS-485 и опрос событий.

Дополнительные возможности активируются специальной командой с мастера. Поэтому устройства Wiren Board можно без проблем использовать с любым сторонним оборудованием.

Подробнее про расширение читайте на странице Быстрый Modbus.

Карта регистров

Счетчик поддерживает большое количество Modbus-регистров, которые хранят значения измеряемых и вычисляемых величин, а также регистры управления счетчиком.

Таблица Modbus-регистров измеряемых и вычисляемых величин.

Таблица управляющих Modbus-регистров счетчиков WB-MAP6S.

Обновление прошивки и сброс настроек

В устройствах Wiren Board, выпущенных с 2019 года, можно обновлять прошивку по протоколу Modbus. Это даёт возможность устранять найденные в прошивке ошибки на месте монтажа, а иногда и добавлять новые функции, если это возможно технически.

Инструкции:

Узнать о выходе новой версии прошивки можно в Журнале изменений в прошивке.

Заводские калибровки и параметры трансформаторов хранятся в отдельной памяти и не стираются при обновлении прошивки.

Известные неисправности

Список известных неисправностей

Ревизии устройства

Список ревизий

Изображения и чертежи устройства

Габаритные размеры

Corel Draw 2018 (шрифт — Ubuntu): Файл:WB-Library.cdr.zip

SVG: Файл:WB-MAP6S.svg.zip

Autocad 2013 DXF: Файл:WB-MAP6S.dxf.zip

Autocad PDF: Файл:WB-MAP6S.pdf

База УГО для AutoCAD Electrical: Файл:Wirenboard-AE-base.zip