Статья в научный журнал УПО «Разработка проекта прибора контроля и ограничения электрической мощности (ПКУОЭМ)» (Научный руководитель)


Авторы: Качевский Павел Михайлович, обучающийся 2 курса ГБПОУ КГиС№38, группа К1ОПС-1. Г. Москва, тел. 8-977-807-60-67.
Дронов Никита Сергеевич, обучающийся 2 курса ГБПОУ КГиС№38, группа К1ОПС-1. Г. Москва, тел. 8-499-125-33-61.
Научный руководитель: Заслуженный мастер производственного обучения Российской Федерации, Почётный работник НПО, преподаватель специальных дисциплин СПО высшей категории ГБПОУ Колледж градостроительства и сервиса №38. МЭИ-1988. г. Москва, e-mail melnikov38@yandex.ru, тел. 8-916-504-27-18.
Эксперт: заведующий мастерскими, ГБПОУ Колледж градостроительства и сервиса №38. Красносулинский техникум промышленных технологий 1981. Ростовская область. 8-926-926-83-00.
Инновационный проект: «Разработка проекта прибора контроля и ограничения электрической мощности (ПКУОЭМ)»
Аннотация: в данной статье автор делится опытом создания прибора контроля и ограничения электрической мощности для бытовых потребителей электрической энергии.
Ключевые слова: ФГОС, социальная норма потребления электрической энергии, тарифы на электроэнергию, приборы ограничения электрической мощности.
Москва
2016
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение 3
2. Основная часть 4
3. Разработка прибора контроля и ограничения электрической мощности 16
4. Экономическая часть 21
5. Выводы 24
6. Список используемых источников 26

ВВЕДЕНИЕ
Электрические воздушные и кабельные линии, принадлежащие поставщику электроэнергии в настоящее время с трудом справляются с передачей электрической энергии в полном объеме. Из-за неспособности энергоснабжающих организаций выполнить модернизацию трансформаторных подстанций энергетические предприятия стали вводить режимы ограничения мощности (http://enargys.ru/ogranichenie-moshhnosti-potrebleniya-elektroenergii). Правительство РФ вынуждено было издать специальный документ: «Норматив потребления электроэнергии с 2015 по 2017 год». Этот документ устанавливает следующие правила:
Частичное ограничение режима потребления электроэнергии осуществляется пользователем, самостоятельно и только под контролем энергоснабжающих организаций, а также электросетями в случае отказа потребителя самому снизить объем потребления электроэнергии, или при наличии аварийной ситуации.
В свете сказанного выше мы решили изучить данную проблему и поставили себе цель по изучению количества расходуемой электрической мощности и созданию специального прибора способного контролировать величину её потребления на примере загородного дома площадью 100 квадратных метров расположенного в районе Новая Москва.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Исследования энергопотребления в России за 2014 год показали, что проблема перерасхода электроэнергии должны регулироваться на государственном уровне (http://enargys.ru/ogranichenie-moshhnosti-potrebleniya-elektroenergii). В целях борьбы с незаконным использованием электрической энергии и самопроизвольным увеличением номинала мощности, ее лимита, предприятия энергоснабжения ограничивают режим потребления, который заключается в установке специальных приборов и устройств, для надзора и предотвращения повышенного незаконного потребления электрической энергии:
Установка устройств, ограничивающих потребление мощности (УОМПЭ) электрической энергии в диапазоне значения мощности от 3 кВт до 250 кВт, выполняющих действия по автоматической коммутации (выключению, включению) потребителя, превысившего максимальный предел мощности, а также производящего автоматическую защиту сетевых линий от перегруза в случае аварии.
Приборы защиты сети (ПЭС 2;3-1) от перегрузок потребления по току и мощности при перенапряжении и в случае повреждения сети.
Для ограничения потребляемой мощности устанавливают счетчики (РиМ одно- и трехфазного подключения) с функцией отключения потребителя в случае превышения порога мощности при помощи встроенного устройства коммутации нагрузки.
Местом установки таких приборов является электрический ящик, вынесенный за пределы жилого дома или квартиры. Доступ потребителя электроэнергии к ним ограничен.
Электрическая энергия относится к видам наиболее дорого оплачиваемых видов коммунального обслуживания, за превышение ее потребления пользователь отдает существенно более высокую цену.
С 1 июля 2014 г. по всем регионам РФ планировалось ввести социальную норму потребления электрической энергии.Правительство пытается сделать это, руководствуясь следующими соображениями:
Стимуляция энергоэффективного использования услуг в коммунальной сфере.
Уклонение от перекрестного субсидирования* и желание понизить нагрузку по тарифам крупных промышленных производителей.
Повышение эффективности системы защиты граждан.
Потребление электрической энергии по социальной норме устанавливается для семей и домохозяйств на основании местоположения жилья, наличия электрической плиты, водонагревателя. Владельцы коттеджей, оборудованных теплым полом, электрическими саунами, подогревом воды в бассейне и теплицах, и другими излишествами, будут платить за превышение потребления электричества по полной программе.
В каждом регионе вводится своя социальная норма сообразно уровню благосостояния и индивидуальных его особенностей. Статистическая служба каждого региона делает анализ использования электрической энергии, за основу расчета берется 10000 граждан, которые проживают без семьи, общее количество потребленной электроэнергии делиться на 10000 и на 12 месяцев, полученный результат является социальной нормой потребления электричества. При этом учитываются климатические условия и особенности жилого фонда.
1 сентября 2013 года в шести регионах РФ были введены социальные нормы потребления электроэнергии. Суть новшества такова: для каждого отдельного региона определяется норматив потребления кВт/ч на человека, в рамках которого оплата за потребленную энергию ведется по специальному тарифу. Киловатты, потребленные свыше установленного норматива, оплачиваются гражданами по значительно более высокой стоимости.
В число этих шести регионов входят Нижегородская, Ростовская, Владимирская и Орловская области, Забайкальский и Красноярский края (Таблица 1).
Таблица 1.
Социальные нормы потребления электроэнергии.
Регион Норматив кВт/ч на человека Стоимость кВт/чВ норме Свыше нормы
Орловская область 190 2,96 3,72
Ростовская область 96 3,5 3,89
Красноярский край 75
(110, если человек живет один) 1,83 2,97
Забайкальский край 65 1,92 3,19
Владимирская область 50 2,98 3,76
Нижегородская область 50 2,72 4,84
Как видно из таблицы, в разных регионах сильно отличаются не только нормативы, но и уровни повышения тарифа за сверхнормативное потребление. Например, в Забайкальском крае за лишние киловатты придется платить на 65% больше, а в Нижегородской  области – на все 90%.
Размер потребления электроэнергии по социальной норме составляет прямую зависимость от того сколько человек фактически прописано и зарегистрировано на жилой площади (рис.1.).

Рис №1. Норматив потребления электроэнергии по социальной норме.
Расчет платежей по нормам потребления электроэнергии
Порядок расчета определяется в правительственном постановлении РФ №614 от 22, 07, 2013 года. Расчет потребления электроэнергии заключается в суммировании показаний индивидуального счетчика плюс показания по общедомовому счетчику энергопотребления, расчет производится в зависимости от количества проживающих в квартире людей, если проживает два человека, то они заплатят по социальной стоимости за норматив определенный в этом регионе на двух человек, пусть это будет, например, 150 кВт-ч. за 3.5 руб. за кВт-ч. все что выше оплачивается по обычной цене по региональному тарифу, например, 3,90 руб.
Расчёт потребления электроэнергии в загородном доме и является предметом нашего исследования и попыткой решения вопроса ограничения энергопотребления в целом (http://enargys.ru/normativ-potrebleniya-elektroenergii-s-2015-po-2017-god) .
Расчёт потребления электроэнергии в загородном доме типа Шале.
Для проведения расчета нам следует определить мощность бытовых приборов и их количество (мощность указана в паспорте прибора) http://enargys.ru/raschet-potrebleniya-elektroenergii-v-kvartire, а так же использовать документ: «Распоряжение Комитета по ценам и тарифам Московской области от 15 декабря 2014 года № 141-р Об установлении на 2015 год цен (тарифов) на электрическую энергию для населения Московской области» http://www.energo-consultant.ru/sprav/tarifi_na_elektroenergiuy_na_2015_god/tarifi_na_elektroenergiuy_v_moskovskoi_oblasti_205 (Таблица 2).
Таблица 2.
Цены и тарифы для Московской области.
№ п/п Показатель (группы потребителей  с разбивкой тарифа по ставкам и дифференциацией по зонам суток) Единица измерения Цена (тариф)
1 2 3 4
1 Население (тарифы указываются с учетом НДС)
1.1 Население, за исключением указанного в пунктах 2 и 3
1.1.1 Одноставочный тариф руб./кВтч4,54
1.1.2 Одноставочный тариф, дифференцированный по двум зонам суток 1
Дневная зона (пиковая и полупиковая) руб./кВт-ч5,27
Ночная зона руб./кВтч1,79
1.1.3 Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток 1
Пиковая зона руб./кВтч5,90
Полупиковая зона руб./кВтч4,54
Ночная зона руб./кВтч1,79
2 Население, проживающее в городских населенных пунктах в домах, оборудованных в установленном порядке стационарными электроплитами и (или) электроотопительными установками 2
2.1 Одноставочный тариф руб./кВтч3,18
2.2 Одноставочный тариф, дифференцированный по двум зонам суток 1
Дневная зона (пиковая и полупиковая) руб./кВтч3,69
Ночная зона руб./кВтч1,25
2.3 Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток 1
Пиковая зона руб./кВтч4,13
Полупиковая зона руб./кВтч3,18
Ночная зона руб./кВтч1,25
3 Население, проживающее в сельских населенных пунктах
3.1 Одноставочный тариф руб./кВтч3,18
3.2 Одноставочный тариф, дифференцированный по двум зонам суток 1
Дневная зона (пиковая и полупиковая) руб./кВтч3,69
Ночная зона руб./кВтч1,25
3.3 Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток
Пиковая зона руб./кВтч4,13
Полупиковая зона руб./кВтч3,18
Ночная зона руб./кВт-ч1,25
4 Потребители, приравненные к населению (тарифы указываются с учетом НДС)
4.1 Одноставочный тариф руб./кВтч4,54
4.2 Одноставочный тариф, дифференцированный по двум зонам суток 1
Дневная зона (пиковая и полупиковая) руб./кВтч5,27
Ночная зона руб./кВт-ч1,79
4.3 Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток 1
Пиковая зона руб./кВтч5,90
Полупиковая зона руб./кВт-ч4,54
Ночная зона руб./кВтч1,79
Для расчета потребления электроэнергии в нашем проекте загородного дома Шале, составим таблицу потребителей и внесём в неё данные энергопотребления за сутки. В таблице (ниже) указаны мощности сберегающих ламп в соответствии к лампам накаливания.
Потребление электроэнергии всех потребителей в таблице указано на основе тестирования и паспортных данных электроприборов.
Суммируя расход электроприемников применяем формулу W = Р · t · T, где: W – расход электроэнергии (кВт, мощность) t –время работы бытового прибора в день в часах. Т – количество суток электроприемника.
В настоявшем случае каждый бытовой прибор снабжен специальной биркой по электропотреблению, которая находится на задней стенке или внизу прибора.
С точностью подсчитать расход электроэнергии очень трудно, так как некоторые приборы могут использовать разные режимы работы с различными нагрузками, например: стиральная или посудомоечная машина, морозильник или холодильник.
Так как стоимость потребления электроэнергии в каждом регионе России разная, то можно использовать в расчётах величину в 4 р. за 1 кВт-час.
В таблице 3 указаны соответствия мощностей ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Проставляем данные касающиеся количества и времени работы ламп, затем по формулам проводим расчеты по затрате энергии на освещение.
Таблица 3.
Таблица соответствия мощностей электроламп.
Кол-во ламп Мощность ЛН, Вт Мощность ЛЛ, Вт Мощность лампы LED, Вт Количество часов работы в день
40 14 8 60 20 11 75 32 18 100 46 28 светодиодная панель Расчет расхода электроэнергии в загородном доме для обеспечения безопасного использования электроприемников определяется по потребляемой мощности, которая находится по формуле:
Р = Р общ х К, Р общ общая мощность, К – коэффициент спроса.
Коэффициент спроса (http://www.topeng.ru/sp31-110-2003-62.html) принимается из справочной литературы.
Коэффициент спроса нагрузки находится из отношения мощностей бытовых приборов:
Кс = Рр /Ру где: Рр – расчетная мощность, Ру номинальная или установочная мощность.
Коэффициент использования принимается отношением фактической мощности к номинальной Ки = Р /РнКоэффициент мощности cos φ равен отношению расчетной мощности к полной Рр / S
Расчетная активная мощность электроприборов различных групп находится по формуле:
Рр =Ру х Кс х Ки
Полная мощность определяется по формуле
S = Ppх cos φ
Расчетный ток определяется из формулы Ip = Pp / Uxcos φ = S/U
Сводная таблица мощности и коэффициентов отдельных бытовых приборов
Таблица 4.
Потребители для нашего проекта выделены.
Потребитель Мощность номинальная характеристика Коэф.
спроса Коэффициент использования cos φ
Телевизор 100 Вт60 Вт
200 Вт
 
300 Вт ЖК LED
Электроннолучевая трубка
Плазменный 0,7 – 1,0 0,65
Холодильник 70 Вт100Вт
145 Вт
240 Вт
300 Вт
  Маленький 
Средний
Обычный
Большой 0.7 – 1.0 0,65
Стиральная машина 350 Вт1500 Вт
2200 Вт
2600 Вт Полуавтомат Малая, автомат
Средняя, автомат
Большой, автомат 1,0 0,6 0,8
Электроплита для расчета выбирается кол-во работающих конфорок 1000 Вт
1200 Вт
1500 Вт
2000 Вт
2500 Вт Малая конфорка 
Средняя конфорка
Большая конфорка
Экспресс конфорка 0,8 1,0 0,9
Электрообогреватель От 1000 до 4000 Вт 0,4 1,0 1,0/0
Кондиционер От 800 до 1200 Вт 0,7 0,8 0,75
Фен От 400 до 1800 Вт 0,7 – 1,0 Утюг От 400 до 2500 Вт 0,7 – 1,0 Пылесос Мощности 800, 1200, 1600, 1800, 2000, 2500 Вт 0,7 – 1,0 Бойлер От 700 до 2000 Вт 0.6 0.8 1,0
Компьютер потребляет в среднем 70 Вт 
140 Вт
180 Вт
200 Вт
300 Вт
500 Вт Компьютер для офиса 
Персональный
Игровой
Мощный игровой
Очень мощный 0,6 1,0 0,65
Монитор компьютера От 15 до 200 Вт 0,65
Ноутбук От 30 до 200 Вт Принтер 11, 16 Вт
20Вт
22 Вт
300 Струйный
Матричный
Лазерный Домашний Теплый пол 60 Вт/м20,5 1,0 Кухонный комбайн, чайник, кофеварка 4 – 5 кВт 0,3 1,0 Тепловентилятор 1.5 — 2 кВт 0,9 0,9 Водонагреватель проточный 1,5 – 2 кВт 0,4 1,0 1,0
Посудомоечная машина 2,2 кВт 0,8 0,8 Бытовая сеть розеток 100 Вт на розетку 1 розетка на6 м2 0,7при числе розеток 50 шт.-1,0- 10 розеток Осв. коридора 25 Вт/м2ЛН 0,8 0,8 1,0
Осв. кухни 30 Вт/м2ЛН 1,0 0,8 1,0
Осв. спальни 30 Вт/м2ЛН 0,6 0,6 1,0
Освещение зала 40 Вт/м2ЛН 0,8 0,8 1,0
Также коэффициент спроса можно определить по зависимости от заявленной суммарной мощности всех электроприемников в загородном доме.
Таблица 5.
Коэффициент спроса.
Мощность кВт 14 20 30 40 50 60 70
Кс 0,8 0,65 0,6 0,55 0,5 0,48 0,45
Используя данные таблиц, выполним расчёты потребляемой мощности и узнаем общее электропотребление двухэтажного загородного дома площадью 100 квадратных метров с подвалом и гаражом. Для экономного пользования электроэнергией существуют калькуляторы энергопотребления, при их помощи автоматически рассчитывается расход электроэнергии. Такая программа помогает оптимизировать расходы на электроснабжение, а также поможет тем, кто собирается применить автономную систему энергоснабжения и рассчитать ее мощность.
Формулы для расчёта:
1. Рр =Ру х Кс х Ки
2. Ip = Pp / Uxcos φ = S/U
3. S = Ppх cos φ
Решение:
Расчёт мощности электрических потребителей загородного дома:
1. Рр =Ру х Кс х Ки = 826 (972х0,85 х1 освещение дома) + 210 (телевизор) + 210 (холодильник) + 1320 (стиральная машина) + 2000 (электроплита) + 1600 (обогреватели) + 448 (кондиционер) + 280 (фен) + 1750 (утюг) + 1400 (пылесос) + 960 (бойлер) + 180 (компьютер игровой) + 200 (монитор) + 200 (ноутбук) + 22 (принтер лазерный) + 1500 (тёплый пол 50 м2 ) + 2500 (Кухонный комбайн, чайник, кофеварка) + 1620 (тепловентилятор) + 800 (водонагреватель проточный) + 1408 (посудомоечная машина) + 1600 (16 бытовых розеток 16 розеток на 100 м2 ) = 17 012,2 Вт.
Расчёт токов электрический потребителей дома:
2. Ip = Pp / Uxcos φ = S/U = 17 012,2/230х0,75 = 55, 474 А.
Расчёт полной мощности загородного дома:
3. S = Ppх cos φ = 17 012,2х0,75 = 12 759, 15 Вт.
Суммируя расход электроприемников применяем формулу W = Р · t · T, где: W – расход электроэнергии (кВт, мощность) t –время работы бытового прибора в день в часах. Т – количество суток электроприемника.
Используя устройства типа «H02J13 Схемы устройств для обеспечения дистанционной индикации режимов работы сети» (Одновременная регистрация (индикация) включения или отключения каждого автоматического выключателя сети; схемы устройств для обеспечения дистанционного управления средствами коммутации в сетях распределения электрической энергии, например включение или выключение тока потребителям энергии с помощью импульсных кодовых сигналов, передаваемых по сети) http://www.findpatent.ru/catalog/8/125/731/7480 мы можем определить расход потребления электроэнергии электроприёмниками дома Шале:
Расчёт расхода электроэнергии потребителей дома:
4. W = Р · t · T = 17012,2 х3х366 = 18 679 395,6 Вт = 18 679,396 КВт
Имея данные тарифов по Московской области http://moscow.diode-system.com/tarify-na-elektroenergiyu-v-moskve-i-moskovskoi-oblasti-na-2014-god.html мы можем определить стоимость электроэнергии за год применяя формулу WхP - где, W- расход электроэнергии (кВт, мощность), а P – стоимость 1 КВт/час (средняя по Московской области = 4 руб/КВт/час).
Расчёт стоимости электроэнергии за год составит:
5. WхP = 18 679,396х4 = 74 717, 56 руб.
Мы выполнили все необходимые расчёты и с уверенностью можем сказать, что потребление электрической энергии нашего загородного дома не выходит за норматив в 15 КВт на один дом, при условии установки в шкафу на опоре трёхфазного счётчика и автоматического выключателя на ток I = 25 А для Московской области.
Но эти условия выполнимы только для домов новой постройки. Основная же масса потребителей имеет однофазный счётчик, и автоматический выключатель на I = 25 А. Этот автоматический выключатель ограничивает наш ток в 2, 22 раза! Кроме прочего мы опустили расчёты по таким видам электропотребителей для загородного дома, как микроволновая печь, насосы системы водоснабжения и дренажные, зарядные устройства бытовые и автомобильные, освещение хозяйственных построек и наружное, потребление электрических триммеров или газонокосилок, электрических нагревателей сауны и сварочного аппарата и прочего.
А если взять квартиру в многоквартирном доме, то условие установки трёхфазного счётчика практически невыполнимо из-за запрета на его установку по условиям электробезопасности.
К какому же выводу мы пришли? Если внимательно читать документы, то «Добровольное ограничение элетропотребления физическими и юридическими лицами только приветствуется!». Поэтому нам на основе полученных расчётов придётся установить прибор ограничения потребляемой мощности в доме Шале.
Для определения технического задания на прибор собственной конструкции нам пришлось изучить все промышленные ограничители мощности, выпускаемые для наших электрических сетей (таблица 6).
Таблица 6.
Промышленные приборы ограничения электрической мощности.
Однофазный ограничитель мощности ОМ-63 с контролем уровня напряжения, регулируемый порог ограничения до 14 кВт, дополнительный контактор не требуется, после выставления значения мощности ограничитель пломбируется.
Ограничитель мощности трехфазный, многофункциональный, микропроцессорный, регулируемый порог ограничения от 5 до 35 кВт (под заказ - до 30 кВт), 150 - 450 Вт
Ограничитель мощности однофазный, для работы с внешним трансформатором тока, 220 В, порог 0,5 - 5 А
Ограничитель мощности однофазный, 220 В, 0,2 - 1 кВт
Ограничители мощности ОМ-1-17 предназначены для контроля потребления мощности и отключения питания, вывод данных на ПК по интерфейсу RS-485.
Прибор защитного отключения ПЗР2-3 по токам и напряжению, способный передавать информацию на диспетчерский пункт или ПК состояние и параметры электросети.
Защита сети от перегрузок по мощности, току потребления, перенапряжения, короткого замыкания, дифференциального тока утечек.
Ограничитель мощности ОМ-110 предназначен для постоянного контроля активной или полной мощности однофазной нагрузки.Контролируемый диапазон ограничения мощности от 0 до 2 кВт или от 0 до 20кВА.ОМ-110 выполняет отключение нагрузки в случае превышения установленного уровня максимально допустимой мощности потребления нагрузки и последующим автоматическим включением. Имеет цифровую индикацию.
Имея полный перечень промышленных приборов, мы должны сказать, что для жилого дома с однофазным электросчётчиком подойдёт ограничитель мощности марки ОМ-110. Мы ставим перед собой задачу создания прибора, способного выполнять аналогичные задачи. Это позволит установить его внутри электрического щита или короба в доме Шале и не зависеть от энергоснабжающих организаций наш дом. Возможно, нам удастся создать такой прибор, который по стоимости окажется. За основу работы мы возьмём прибор ОМ-110, упрощённая схема которого приведена на рис. 2.

Рис.2. Упрощённая принципиальная схема ограничителя электрической мощности.
РАЗРАБОТКА ПРИБОРА КОНТРОЛЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ
Изучив работу реле ограничения потребляемого тока ОМ-110 (http://zametkielectrika.ru/ogranichitel-moshhnosti) мы выяснили, что ограничители мощности отключают всю нагрузку в вашем доме сразу, чего делать не следует. То есть прибор, попросту обесточивает ваш дом до тех пор, пока вы не догадаетесь в чём дело и не отсоедините часть нагрузки. Но какую именно часть вам отсоединять, вы вряд ли сразу сообразите и будете сидеть без электричества звонить в ОДС. Ограничитель мощности выполняет фискальные задачи. Для этого его монтируют на вводном щите производственного, административного или частного дома. При превышении лимита установленной мощности снимается питание со всех потребителей сети.
Нас такая услуга энергоснабжающих организаций совершенно не устраивает и мы разработали собственную схему замещения прибора (рис.3.).

Рис. 3. Схема принципиальная электрическая прибора ПКУОЭМ.
Работа прибора:
Схема устройства реализует выполнение задачи по отключению нагрузки, подключенной штепсельной розетке или коммутационной коробке К2 (отключаемая нагрузка) при достижении установленной величины порога срабатывания потребляемой мощности на основных контактах К1 и обратного включения этого потребителя при снижении нагрузки на вашу сеть с задержкой времени 10 сек.
Другими словами, если включение дополнительного потребителя (например утюга, электрочайника, фена) в цепь, включенную в розетку К1 превысит заданный предел, то произойдёт отключение второстепенного потребителей нагрузки, включенных в розетку К2.
К этой категории можно отнести потребители энергии (теплонагреватели, холодильники, уличное освещение, обогреватель сауны, вентиляторы и прочее), работа которых не оказывает существенного влияния на жизнеобеспечение и пожарную безопасность вашего дома, чтобы не превысить лимит электроэнергии, выделенной для одного физического лица.
Благодаря этому прибору наиболее важные потребители всегда будут работать, обеспечивая безопасность и жизнедеятельность вашей семьи (электрические и газовые котлы, насосы водоснабжения, дренажные насосы в подвале дома, системы пожарной сигнализации и оповещения о пожаре и др.).
Максимальная мощность, коммутируемая розеткой К1 и К2 составляет 3 КВт. Конструктивно прибор собран из радиоэлементов и компонентов, находящихся в свободной продаже с применением навесного монтажа, размещённого в дюралевом корпусе.
Первый вариант прибора имел существенные недостатки из-за нестабильного контроля состояния цепей нагрузки. При токах свыше 5 А происходило непроизвольное включение обеих потребителей, один из которых был ранее выключен, как не основной электропотребитель. Прибор работает по алгоритму указанному на структурной схеме (рис.4).

Рис.4. Структурная схема прибора ПКУОЭМ.
Схема принципиальная электрическая первого варианта прибора, имеющая возможность отключения при токах свыше до 5 А (рис.5).

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная прибора ПКУОЭМ.
Схема принципиальная электрическая первого варианта прибора, имеющая возможность отключения при токах свыше 25 А (рис. 6).

Рис. 6. Схема электрическая принципиальная прибора ПКУОЭМ.
Схема электрическая монтажная прибора ПКУОЭМ (рис.7).

Рис.7. Схема электрическая монтажная прибора ПКУОЭМ.
Конструкция прибора ПКУОЭМ:
Применение в схеме не дефицитных элементов позволило создать недорогое и одновременно надежное устройство. Для контроля срабатывания предусмотрены светодиоды. В качестве коммутационного элемента используются электромагнитные реле (контактор).
Устройство может быть выполнено как в виде отдельного блока, так и встроено в силовой щиток электропитания. Использование гальванической развязки исключает, в случае неисправности, попадание напряжения с не отключаемой цепи на отключаемую. Прибор размещён в алюминиевом корпусе служащим одновременно и радиатором для отвода тепла, возникающего от работы радиокомпонетов и трансформатора (рис.8).

Рис.8. Внешний вид прибора ПКУОЭМ со снятой крышкой.
Вариант установки прибора в электрический щит показан на рис.9.

Рис.9. Схема установки ПКУОЭМ в квартирный щит ЩК-25.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Расчёт стоимости готовой продукции.
Расчёт себестоимости производился расчётно-аналитическим методом калькулирования. Калькуляция плановой себестоимости реализации проекта составляется по следующим статьям:
расходы на материалы и комплектующие изделия,
расходы, связанные с использованием оборудования,
основная заработная плата исполнителей проекта,
дополнительная заработная плата исполнителей проекта,
единый социальный налог,
затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями,
прочие прямые расходы,
накладные расходы.
Выполняем подсчёт стоимости расходных материалов и комплектующих изделий из каталога фирмы ЧИП И ДИП и вносим данные в таблицу 7.
Таблица 7.
Расходные материалы и комплектующие изделия.
№ Название Цена, руб. Кол-во, шт. Сумма, руб.
1 Корпус прибора 129 1 129
2 326-111, Трансформатор 220-24V 400 Вт 240 1 240
3 Пускатель магнитный ПМЛ 1101 220В 10А 1р IP00 539 1 539
4 Диодный мост D3SBA60, 4А 600В [3S]85 2 170
5 Стабилитрон кремневый малой мощности КС106А, 3.2В (DIP8)10 1 10
6 Резистор углеродистый CF-100 (С1-4) 1-2 Вт, 1 Ом – 1 Мом, 5%, 1,9 10 190
7 Конденсатор керамический выводной К10-17А М47 6.8пФ, 20%, 22 4 88
8 Транзистор однопереходной с N-базой малой мощности [металл] КТ117А, 82,5 4 330
9 Светодиод красный (зелёный, белый) АЛ102АМ, 5 4 20
Итого: 1716
Выполняем расчёт расходов, связанных с использованием оборудования и вносим данные в таблицу 8.
При реализации данного проекта необходимо следующее оборудование:
электромонтажный инструмент;
отладочный комплект;
персональный компьютер.
Таблица 8.
Расходы на оборудование.
№ Наименование оборудования Стоимость, руб/час. Время работы,
Час. Сумма, руб.
1 Электромонтажный инструмент 80 4 320
2 Паяльная станция 150 1 75
3 Персональный компьютер 50 1 25
Итого: 420
Выполняем расчёт основной заработной платы исполнителей проекта и вносим данные в таблицу 9.
Таблица 9.
Основная заработная плата исполнителей проекта.
Исполнитель Кол - воОклад, руб. Время работы,
мес. РК и ДВН Сумма, руб. за ½ дня
Электромонтёр ОПС третьего разряда 1 25 000 0,021 1,6 420
Инженер третьей категории 1 35 000 0,021 1,6 588
Итого 1008
Расчёт накладных расходов.
Данная статья включает в себя расходы на управление,  общехозяйственные расходы, расходы на подготовку и переподготовку кадров, охрану труда и технику безопасности. Учитывается заработная плата аппарата управления и общехозяйственных служб, затраты на содержание и текущий ремонт зданий. Накладные расходы принимаются как 200% от заработной платы, что составляет 2016 рублей.
Отчисления на социальные нужды.
Отчисления на социальные нужды составляют 30,2% от ФОТ и равны 608,5200 рублей.Дополнительная заработная плата исполнителей проекта.
Дополнительная заработная плата исполнителей проекта принимается от 0,5 до 1,0 от основной заработной платы исполнителей проекта и составит 2 016 рублей.
Рассчитываем сметную стоимость проекта и вносим полученные результаты в таблицу 10.
Таблица 10.
Сметная стоимость проекта.
№ Статьи калькуляции Сумма, руб.
1 Расходы на материалы и комплектующие изделия 1716
2 Расходы, связанные с использованием оборудования 420
3 Основная заработная плата исполнителей проекта 1008
4 Дополнительная заработная плата исполнителей проекта 2016
5 Отчисления на социальные нужды 608,5
6 Накладные расходы 2016
Итого 7784,5
Себестоимость данного проекта составляет 7784,5 рубля.
Был проведен анализ текущего рынка данного вида услуг (установка прибора ПКУОЭМ). На сегодняшний день стоимость реле ограничения мощности марки ОМ-110 отечественного производства http://www.novatek-elec.energoportal.ru/rele-ogranicheniya-moschnosti-om-110-449495.html равна 2770 руб.
Стоимость нашего прибора ПКУНПЭМ составляет 1716 рублей. О стоимости прибора иностранного производства при нынешнем курса евро и доллара и речи не ведём!
Средняя стоимость установки ОМ-110 стоит от 540 рублей в электрощиток. Установку прибора ПКУОЭМ мы готовы устанавливать за 500 рублей (нам не требуется установка DIN-рейки, что ведёт к дополнительным затратам). Эта сумма практически равна стоимости доставки прибора другими организациями.
ВЫВОДЫ
Имея минимальный набор инструментов, и оборудования в условиях учебной мастерской мы сумели создать реально действующий прибор контроля и управления нагрузки потребителя электрической мощности (ПКУОЭМ) двух видов, не уступающий по функциональным возможностям и стоимости перед его зарубежными аналогами (таблица 11). Выполнено условие импорт замещения. Проект имеет социальную направленность. Он электро и пожаробезопасен, не требует особых навыков по установке. Возможен вариант установки в короб непосредственно перед штепсельной розеткой.
Таблица 11.
Сравнительные характеристики двух приборов.
Основные технические характеристики ОМ-110 Основные технические характеристики ПКУОЭМ
Номинальное напряжение питания, В 220 Номинальное напряжение питания, В 187-242
Частота сети, Гц 47 53 Частота сети, Гц 47 53
Диапазон измерения – активной мощности P, кВт 0-20 кВт Диапазон измерения – активной мощности P, кВт 0-5 кВт
Потребляемая мощность (под нагрузкой), ВА, не более 3,0 Потребляемая мощность (под нагрузкой), ВА, не более 3,0
Максимальный коммутируемый ток выходных контактов, А 25 Максимальный коммутируемый ток выходных контактов, А 25
Диапазон рабочих температур, Сот минус 25 до +55 Диапазон рабочих температур, Сот минус 30 до +55
Масса, кг, не более: 0,200 Масса, кг, не более: 0,180
Габаритные размеры: мм 50 х 90 х 58 Габаритные размеры: мм 30 х 90 х 50
Стоимость: 2770 руб. Стоимость: 1716 руб.
Результатом работы явилось создание проекта по разработке и внедрению в производство в мастерских колледжа прибора ограничивающего потребление электроэнергии из отечественных компонентов силами обучающихся и реализации его в виде действующей модели (рис.10).
Данный проект является социально-направленным, так как сборку прибора могут осуществлять люди с ограниченными физическими возможностями, обучающиеся СПО, студенты, как в учебное время во время проведения занятий по учебной и производственной практики, в период зимних и летних каникул.В проекте были затронуты вопросы по созданию собственного предприятия и вовлечения в него выпускников колледжа, решая тем самым частично проблему по их трудоустройству.
Практика показала, что на изготовление одного прибора ПКУОЭМ требуется 3 учебных часа. За одно занятие учебной практики группа обучающихся в количестве 25 человек способна выполнить сборку порядка 45-50 приборов, что даст возможность реализации приборов на сумму равную 77 220-85 800 руб.
Мы считаем, что таким способом мы сможем повышать свой технический уровень по изучаемой специальности и реально участвовать в развитии МТБ колледжа и зарабатывать средства для приобретения нового оборудования и материалов в мастерские.

Рис.10. Авторы проекта с прибором контроля и ограничения электрической мощности (правый стенд).
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Пособие по определению относительной стоимости разработки проектно-сметной документации по объектам жилищно-гражданского строительства
[Электронный ресурс]: URL: http://www.gosthelp.ru/text/PosobiePosobiepoopredelen4.html
2. Сборник разъяснений по применению Сборника цен и Справочников базовых цен на проектные работы в строительстве (Вопросы и ответы) [Электронный ресурс]: URL: HYPERLINK "http://docs.cntd.ru/document/898937454
3" http://docs.cntd.ru/document/898937454
3. Рекомендации Рекомендации по содержанию и объему проектной документации электротехнического раздела на стадии Проект [Электронный ресурс]: URL: http://www.opengost.ru/1539-rekomendacii-rekomendacii-po-soderzhaniyu-i-obemu-proektnoy-dokumentacii-elektrotehnicheskogo-razdela-na-stadii-proekt.html
4. Ограничение мощности потребления электроэнергии Проект [Электронный ресурс]: URL: http://enargys.ru/ogranichenie-moshhnosti-potrebleniya-elektroenergii5. Постановление РСТ РО от 29.04.2014 № 17/6 "О внесении изменений в постановление Региональной службы по тарифам Ростовской области от 27.12.2013 № 72/3 "Об установлении цен (тарифов) на электрическую энергию для населения и приравненных к нему категорий потребителей по Ростовской области" [Электронный ресурс]: URL: http://allregionz.ru/index.php?id=238094
6. Норматив потребления электроэнергии [Электронный ресурс]: URL: http://enargys.ru/normativ-potrebleniya-elektroenergii-s-2015-po-2017-god
7. Расчёт потребления электроэнергии в загородном доме (квартире) [Электронный ресурс]: URL: http://enargys.ru/raschet-potrebleniya-elektroenergii-v-kvartire
8. СП 31-110-2003 Проектирование и монтаж электроустановокжилых и общественных зданий [Электронный ресурс]: URL: http://www.topeng.ru/sp31-110-2003-62.html
9. Схемы устройств для обеспечения дистанционной индикации режимов работы сети [Электронный ресурс]: URL: http://www.findpatent.ru/catalog/8/125/731/7480
10. МРР-3.2.19-04 "Рекомендации по определению стоимости проектирования".
11. Справочник базовых цен на проектные работы для строительства.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. http://www.garant.ru Справочно-правовая система «ГАРАНТ»

Приложенные файлы

  • docx STATIA KACHEVSKI
    melnikov38
    Размер файла: 1 007 kB Загрузок: 0