Tablicowe analizatory jakości energii

Tablicowe analizatory jakości energii

Tablicowe analizatory jakości energii

Analizatory tablicowe pozwalają na mierzenie wielu parametrów, których właściwa analiza umożliwia podjęcie działań poprawiających funkcjonowanie obiektu i ograniczenie zużycia energii elektrycznej.

Instalacje elektryczne w obiektach przemysłowych czy biurowych mają coraz więcej cech wskazujących na pogarszającą się jakość energii. Doraźne pomiary pozwalają w wielu wypadkach diagnozować problemy, ale mogą być niewystarczające, szczególnie w przypadku gdy zaburzenia jakości energii nie są ciągłe lub regularne. Analizatory tablicowe są urządzeniami instalowanymi na stałe w rozdzielnicach i pozwalają na pomiar wielu parametrów. Dobra analiza tych informacji umożliwia podjęcie działań służących poprawie funkcjonowana obiektu, ale także np. ograniczeniu zużycia energii elektrycznej. W artykule przedstawiono przykłady mierników tablicowych oraz możliwości, jakie dajeich użycie. Wskazano także na obszary zastosowań tych urządzeń w sieciach i instalacjach elektrycznych.

Tablicowe urządzenia pomiarowe – czy są nowością

Analiza parametrów pracy elementów rozdzielnicy jest stosowana praktycznie od początku wykorzystania osiągnięć fizyki w dziedzinie elektrotechniki. Historycznie pomiary opierały się na miernikach analogowych mierzących podstawowe wielkości charakteryzujące stan pracy sieci, czyli np. wartości: napięcia, prądu czy częstotliwości. Na rysunku 1 przedstawiono przykładowy wygląd tablicowych przyrządów pomiaru prądu i napięcia krajowej produkcji od firmy Lumel, które nadal są dostępne w ofercie.

Rys. 1. Analogowe mierniki tablicowe produkcji LUMEL (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Urządzenia tablicowe mierzyły także moce przepływające przez instalację czy sieć. Obecnie stosuje się nadal tablicowe mierniki analogowe, ale zaczynają być wypierane przez urządzenia cyfrowe. Wygląd przykładowego miernika cyfrowego w wersji tablicowej przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Woltomierz tablicowy N24 produkcji Lumel (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Dobrym przykładem takiej ewolucji jest specjalny typ urządzenia tablicowego, czyli układ pomiarowo-rozliczeniowy zwany potocznie licznikiem energii. Analogowe liczniki są zastępowane przez cyfrowe układy pomiarowe (przykład na rysunku 3). Układy cyfrowe to urządzenia czterokwadratowe (mierzą moc bierną indukcyjną oraz pojemnościową, pobór oraz generację mocy czynnej). Charakteryzują się rozbudowanymi funkcjami pomiaru i archiwizacji wyników pomiarów podstawowych parametrów elektrycznym wraz z możliwością rejestrowania najważniejszego zaburzenia jakości energii elektrycznej, jakim jest zanik napięcia. W sytuacji, gdy potrzebujemy informacji o podstawowych parametrach opisujących funkcjonowanie linii zasilających, warto jest sprawdzić, czy istnieje możliwość zebrania pomiarów przez urządzenia pomiarowo-rozliczeniowe.

Rys. 3. Cyfrowy licznik energii elektrycznej LS31 produkcji Lumel (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Zakłady energetyczne czasami zgadzają się na przyłączenie koncentratorów danych do liczników energii elektrycznej. Zdarzają także sytuacji, w których zakłady odmawiają takiego przyłączenia. Motywują to problemami z komunikacją z urządzeniem w sytuacji, gdy odbiorca energii elektrycznej także jest przyłączony do przyrządu. Dodatkowo można spróbować, np. przez obserwację, wykorzystać do analizy stanów pracy sieci mierniki tablicowe, które są chętnie umieszczane w rozdzielnicach przez projektantów. Pomiar taki będzie jednak dotyczył tylko podstawowych wartości, będzie wykonany w sposób zgrubny i nie będzie możliwości wykonania pomiaru zdalnego. W przypadku gdy standardowo montowane urządzenia pomiarowe nie odpowiadają naszym wymaganiom, istnieje możliwość zainwestowania w tablicowe analizatory jakości energii elektrycznej.

Pomiar podstawowych wielkości charakteryzujących infrastrukturę elektroenergetyczną

Gdy istnieje potrzeba wykonania podstawowych pomiarów, takich jak wielkości prądu, napięcia, mocy czynnej, biernej czy pozornej, współczynnika mocy, energii w czterech kwadrantach oraz mocy uśrednionej lub np. częstotliwości, można zastosować urządzenia nazywane czasami analizatorami sieci. Przykładem takiego urządzenia jest miernik parametrów sieci trójfazowej Lumel N14 zaprezentowany na rysunku 4. Urządzenie to ponadto może przesłać wartość zmierzonych wielkości do systemu nadrzędnego przy użyciu interfejsu RS-485. Istnieje również możliwość wykorzystania obecnego w wielu licznikach energii elektrycznej wyjścia impulsowego do kontroli zużycia 3-fazowej energii czynnej w urządzeniach nadrzędnych. Wbudowane wyjście przekaźnikowe sygnalizuje przekroczenie wybranej wielkości. Producent dostarcza ponadto darmowe oprogramowanie do ustawiania parametrów urządzenia.

Rys. 4. Miernik parametrów sieci trójfazowej Lumel N14 (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Urządzenia takie jak N14 mogą służyć w szczególności do analizy zużycia energii. Dostarczają kompleksowych danych pozwalających przy odpowiedniej analizie na stwierdzenie możliwości ograniczenia zużycia energii elektrycznej. Stanowią także podstawę do diagnostyki pracy sieci, ponieważ pomiary podstawowych parametrów napięcia i prądu pozwalają na podstawową ocenę stanu pracy infrastruktury. Rozwiązania tego typu są nisko kosztowe, a dają wiele możliwości głównym energetykom i pomiarowcom w zakresie ewaluacji sieci. W przypadku występowania bardziej złożonych zjawisk konieczne może być jednak wykonanie dokładniejszych pomiarów przenośnymi analizatorami jakości energii elektrycznej lub montaż urządzeń tablicowych z większą paletą mierzonych wartości.

Analizatory sieci z pomiarem podstawowych wielkości związanych z jakością energii elektrycznej

Rozszerzenie liczby wykonywanych przez nasz miernik tablicowy pomiarów pozwala na dokładną diagnostykę pracy sieci ze szczególnym uwzględnieniem analizy odkształceń przebiegów wyższymi harmonicznymi, które są coraz częstszym źródłem problemów obserwowanych w sieciach elektrycznych.

Bardziej rozbudowany od urządzenia Lumel N14 jest na przykład przyrząd Lumel ND30BAC (którego zdjęcie zaprezentowano na rysunku 5). Oprócz wielkości mierzonych przez urządzenie N14 miernik ten charakteryzuje się możliwością pomiaru wyższych harmonicznych do 51 włącznie oraz pomiarem całkowitego współczynnika zniekształcenia THD prądu i napięcia.

Rys. 5. Miernik parametrów sieci 1- i 3-fazowej z BACnet ND30BAC (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Bardzo cenną możliwością analizatora jest rejestracja wartości maksymalnych i minimalnych analizowanych przebiegów. Tego typu pomiar może posłużyć np. do wykrycia przeciążeń, ciężkich rozruchów czy nawet występowania zwarć. Dane takie mogą okazać się bezcenne w analizie sytuacji krytycznych dla funkcjonowania infrastruktury. Wbudowane w urządzenie wyjścia alarmowe rozszerzają paletę możliwości wykorzystania urządzenia, które może być źródłem informacji alarmowej dla służb nadzorujących obiekt. Przykładem zastosowania tej funkcji jest alarmowanie o niewielkich przeciążeniach. Taka informacja może zaowocować manualnym odłączeniem niepotrzebnych urządzeń, a co za tym idzie − uniknięciem przerwy w zasilaniu.

Tablicowe analizatory jakości energii z funkcją rejestracji

Kolejnym krokiem na drabince zaawansowania pomiarów jest wykorzystanie zaawansowanych możliwości rejestracji pomiarów. Przykładem urządzenia, które to umożliwia, jest analizator parametrów sieci z rejestracją i Ethernetem ND40 firmy Lumel. Zdjęcie urządzenia zaprezentowano na rysunku 6.

Rys. 6. Analizator parametrów sieci z rejestracją i Ethernetem ND40 firmy Lumel (źródło: http://www.lumel.com.pl/)

Urządzenie oprócz rozbudowanych pomiarów zgodnych z normą jakości energii elektrycznej PN EN-50160 umożliwia także rejestrację pomiarów w pamięci wewnętrznej, na przenośnych dyskach oraz przesyłania zarejestrowanych pomiarów do urządzeń prowadzących zdalny nadzór, np. przy wykorzystaniu sieci Ethernet. Zastosowanie pomiarów zgodnych z normą umożliwia wykorzystanie skalibrowanego urządzenia pomiarowego jako źródła pomiarów będących podstawą do uzyskania bonifikaty za niedotrzymanie parametrów jakości energii elektrycznej przez lokalną spółkę dystrybucyjną. Niewątpliwą zaletą urządzenia jest także możliwość prezentowania zebranych danych pomiarowych za pomocą złożonych wykresów na ekranie urządzenia. To pozwala na szybką analizę zebranych danych pomiarowych, łatwe wnioskowanie na bazie tych danych oraz szybką reakcję służb na stany zakłóceniowe pracy sieci.

Podsumowanie

Stosowanie różnego rodzaju przyrządów pomiarowych zamontowanych na stałe w rozdzielniach nie jest rozwiązaniem nowym. Jednak użycie nowoczesnych cyfrowych przyrządów pomiarowych niesie za sobą wiele nowych korzyści dla pomiarowców oraz dla obsługi obiektów zasilanych z sieci elektroenergetycznych. W zależności od zastosowanego urządzenia można uzyskać oprócz ograniczenia zużycia energii także wyraźną poprawę funkcjonowania sieci dzięki możliwości łatwego i ciągłego diagnozowania stanów pracy sieci. Ciągła obecność przyrządów pomiarowych pozwala na szybkie wykrywanie problemów technicznych w funkcjonowaniu sieci, a co za tym idzie − sprawne podjęcie działań zaradczych. Ciągłe zbieranie pomiarów to także efektywna analiza pogarszania się stanu technicznego eksploatowanych urządzeń. Warto jest więc zastanowić się na etapie projektowania nowego lub modernizowanego układu rozdzielnicy, czy i ewentualnie jaki analizator tablicowy może przydać się w danej lokalizacji.

Autor: dr inż. Łukasz Rosłaniec absolwent studiów magisterskich i doktoranckich na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej, specjalista w zakresie układów zasilania rezerwowego, rozproszonych źródeł energii, jakości energii elektrycznej, a także energoelektroniki