Požadavky na měřicí systémy pro efektivní monitorování rozvodných napájecích systémů a technických vybavení

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Jak provozovatelé distribučních sítí, tak i sami spotřebitelé, si stále více uvědomují důležitost bezpečných dodávek elektrické energie a stále více se zajímají o kontinuální měření kvality elektrické energie.

Aby bylo možné identifikovat problémy v rané fázi a aby bylo možné přijmout vhodná preventivní opatření, prvním krokem je použití vhodných měřicích systémů, které budou pozorně analyzovat distribuční systémy, nebo technická vybavení, v delším časovém období. V závislosti na konkrétních zařízeních a aplikacích, musí vhodné měřicí systémy splňovat velmi rozmanité požadavky a obsahovat širokou škálu různých měřicích funkcí.
Vysoká kvalita dodávek je velmi důležitá pro energetiku podniků veřejných služeb a pro průmyslové zákazníky. Pro mnoho výrobních postupů, může špatná kvalita elektrické energie vést k nákladným odstávkám a v některých případech i k poškození, či zničení strojních zařízení či výrobních závodů.

EPPE 2015 1
Některé příklady důsledků rušení v energetických systémech:

  • Selhání řídící elektroniky strojů
  • Výpadky výroby
  • Zhroucení systému
  • Roztavené vodiče
  • Přehřáté motory, vibrace
  • Přetížení nebo požáry
  • Nekontrolované vypínání odpínačů, nebo pojistek
  • Poškození kompenzačních zařízení
  • Blikající obrazovky
  • Koroze vedení a zemnících systémů
  • Problémy s datovými sítěmi
  • Ztráta dat
  • Blikající světla
  • Nevysvětlitelné stoupání nákladů na elektrickou energii
  • Ohrožení osob a majetku
  • Snížení výkonu strojů a zařízení, vysoké ztráty
  • Snížená životnost zařízení

Minimální požadavky na kvalitu elektrické energie jsou stanoveny v normě EN 50160, „Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané veřejnou distribuční soustavou". Nepřetržité sledování s ohledem na vlastnosti uvedené v této normě, by mělo být v zásadě prováděno na kritických uzlech. Pouze tehdy, když jsou k dispozici vhodné naměřené údaje z delšího časového období, je možné vyvozovat závěry o kvalitě energetického systému provedením smysluplných analýz a podniknout veškerá nápravná opatření, která mohou být nezbytná. Měření prováděná pomocí přenosných přístrojů, která jsou omezena v jejich schopnosti poskytnout údaje pro smysluplnou analýzu délkou záznamu a malým počtem vzorků o poruše, se vyskytují sporadicky.
Další úložný prostor a analýza enviromentálních faktorů se stává stále důležitější a to zejména pro měření v oblasti obnovitelných zdrojů energie (fotovoltaické systémy, větrné elektrárny, atd) a v průmyslových podnicích. Faktory, jako intenzita světelného záření, teplota okolí, teplota panelů, vlhkost, rychlost větru, směr větru, intenzita zvuku, otáčky motoru, teplota generátoru, atd. mohou poskytovat užitečné informace pro diagnostiku, nebo analýzu poruch.

EPPE 2015 2

Požadavky, které musí splňovat monitorovací systém

Zaměstnanci průmyslových podniků a provozovatelů distribučních sítí mají méně a méně času, věnovat se problémům spojeným s kvalitou elektrické energie. Komplexní analýzu kvality elektrické energie je často v praxi obtížné provádět, z důvodu neustálého nárůstu pracovní zátěže jednotlivých zaměstnanců, bohužel způsobené částečně snižováním personálu, spolu s nedostatkem odborných znalostí. O to je důležitější, aby konfigurace měřicího systému byla co možná nejjednodušší. Musí být možné nastavit standardní měření, jako je například měření podle EN 50160 pouhým stisknutím tlačítka. A co víc, analytické nástroje musí splňovat požadavky na automatické vyhodnocování, v souladu s předem definovanými pokyny a zobrazením výsledků ve zprávě. Plně automatizovaný monitorovací systémy musí neustále přenášet naměřená data do centrálního systému a automaticky data vyhodnocovat. Pokud by došlo k poruše, vestavěný systémový alarm musí informovat zodpovědné zaměstnance, kteří pak mohou přijmout vhodná opatření. Služby společnosti jakou je KoCoS Engineering GmbH mohou pomoci při provádění analýz, nebo stanovením účinných opatření k nápravě.

EPPE 2015 3

Konstrukce účinného měřicího systému

Některé z technických předpokladů pro měřicí systémy, vhodné pro dlouhodobou analýzu kvality elektrické energie, jsou uvedeny níže:

  • Integrace do různých komunikačních sítí
  • Snadná instalace a řízení měřicího zařízení
  • Absolutní synchronizace sběru dat
  • Vysoká přesnost měřicího zařízení
  • Bezpečný sběr dat
  • Velká paměť pro naměřená data
  • Duální procesorový systém pro zabezpečení dat
  • Centrální hodnocení a monitoring
  • Souměřitelný počet analogových a binárních kanálů se zadáním měření

Tak, aby bylo možné přesně analyzovat kvalitu elektrické energie, jsou potřebné alespoň čtyři napěťové a čtyři proudové kanály s přesností alespoň 0,1%. Čtvrtý kanál umožňuje například další měření proudu ve středním vodiči. To může být důležité pro detekci přetížení středního vodiče. Kromě toho jsou také nutné měřicí vstupy pro senzory sledování enviromentálních podmínek. V případě poruchy, tyto dodatečné naměřené údaje, budou užitečné pro potřeby analýzy a pro stanovení nápravných opatření, a to zejména v případech, kdy porucha byla způsobena řadou různých faktorů. Jedním z měřicích systémů, který splňuje a překračuje výše uvedené požadavky, je analyzátor kvality elektrické energie „EPPE CX", vyráběný KoCoS Messtechnik AG. Tento měřicí systém nabízí výběr ze tří různých analogových modulů a další senzorový modul, což je velmi flexibilní. Analogové vstupy mají přesnost 0,05% a vzorkovací frekvenci ve výši 200 kHz. To umožňuje provádět analýzy s vysokým rozlišením.

Analogový modul 1: 4 x 600 V (L-N), 4 x 600 V (L-N) (měření na 2 napěťových hladinách)
Analogový modul 2: 4 x 600 V (L-N), 4 x 40 A (měření na oddělovacích, nebo měřicích transformátorech)
Analogový modul 3: 4 x 600 V (L-N), 4 x 3 V (měření pomocí externích proudových senzorů)

Senzorový modul: 8 x analogový vstup (300 V/10 V/2 V/20 mA) 2 x teplotní vstup 1 x analogový výstup

Kromě toho, by měl mít k dispozici dostatečný počet binárních vstupů s přiměřenými měřicími rozsahy, s cílem zaznamenávat například stavy pozic vypínačů či průmyslových strojů. Záznamy stavů tohoto druhu mohou poskytovat užitečné informace pro následné řešení problémů. Je-li měřicí systém připojen k řídicímu systému, měl by mít k dispozici volně konfigurovatelné reléové výstupy, které mohou být použity pro stavové a poplašné signály.

Vnitřní zálohové napájení

Analyzátory kvality elektrické energie jsou obvykle připojeny k zabezpečenému napájení. Není-li to možné, při určité aplikaci, potom měřicí zařízení musí být vybaveno vnitřním nouzovým napájením, aby bylo možné zaznamenávat i při ztrátě napětí. Nicméně, baterie používané ve většině měřicích zařízení mají tu nevýhodu, že je třeba je po určité době vyměnit, a to lze často provádět pouze výrobcem. Aby toho nebylo málo, scházející funkce monitorovací baterie si uživatel ani není vědom a tuto situaci zjistí, až když dojde k výpadku napájení, kdy není uskutečněn žádný záznam. Analyzátor kvality elektrické energie EPPE CX poskytuje lepší řešení se zálohovým napájecím zdrojem, který je zcela bezúdržbový.

EPPE 2015 4

Komunikace

Měřicí systém musí být možné integrovat do jakékoliv komunikační sítě, včetně bezdrátových síťových struktur. Použití UMTS/LTE routeru je nyní v takovéto situaci velmi populární. Naměřená data lze přenášet rychle a snadno do databází prostřednictvím mobilních sítí bez nutnosti použití kabelové sítě. Dalším, levnějším řešením je pravidelné stahování dat pomocí USB flash disku nebo notebooku. Nicméně, tímto způsobem není možné, aby uživateli bylo oznámeno, že došlo k selhání. Rozumným řešením je pravidelné kopírování naměřených dat z měřicího systému do databází v předem stanovených intervalech, aby byl zajištěn kdykoliv rychlý přístup. Analyzátor kvality elektrické energie EPPE CX je vybaven všemi běžnými komunikačními rozhraními, jako je RS232, RS485, elektrický Ethernet, optický Ethernet (FO) a USB (aktivní/ pasivní). Přenos dat s optickým Ethernet přes optické vlákno má tu velkou výhodu, že je velmi odolný vůči rušení. Přenos dat pak není ovlivňován vnějšími elektrickými nebo elektromagnetickými rušivými poli. Získávání naměřených hodnot by v přístroji mělo být odděleno od pracovního a komunikačního procesu pomocí duálního procesorového systému, což by zajistilo bezpečné získávání a ukládání dat. Stejně jako jsou data ukládána v databázích, mohou být uložena v každém jednotlivém přístroji po určitou dobu, než budou přepsána v případě, kdy měřicí systémy mají nastavené kruhové vyrovnávací paměti. Kapacita paměti měřicího systému, by měla být schopna zaznamenávat údaje po dobu nejméně jednoho roku. Pro integraci do řízení transformačních stanic či jiných systémů, by měl měřicí systém nabízet celou řadu komunikačních protokolů, jako je Modbus nebo mezinárodní norma IEC 61850, které jsou schváleny po celém světě.

Časová synchronizace

Pro komplexní měření kvality elektrické energie musí být všechny naměřené hodnoty všech přístrojů zaznamenány zcela současně. Výsledky měření celé řady měřicích systémů je možné sledovat a analyzovat současně, pouze pokud se použije vhodný způsob časové synchronizace. Jaký způsob synchronizace je nejvhodnější z technického a ekonomického hlediska, závisí na konkrétních podmínkách v jednotlivých lokalitách. Základní verze EPPE CX již zahrnuje všechna rozhraní časové synchronizace:

  • Interní GPS přijímač
  • Elektrický GPS telegram a časový pulzní vstup
  • DCF77 pulzní telegramový vstup
  • Vteřinový / minutový pulzní vstup
  • IRIG-B vstup
  • NTP / SNTP synchronizace prostřednictvím komunikační sítě
  • Interlink sběrnice pro propojení několika přístrojů

To znamená, že uživatel si může na místě vybrat nebo změnit typ časové synchronizace, aniž by musela být provedena změna hardwaru přístroje.

EPPE 2015 5

Měřicí funkce

Jaké specifické měřicí funkce jsou vždy zapotřebí, záleží na zadání měření nebo aplikaci. Je-li zapotřebí jednoduché měření podle evropské normy EN 50160, jsou požadovány pouze měřicí funkce „Záznam kvality elektrické energie" a „Záznam událostí". Ostatní měřicí funkce mohou přinášet užitečné informace pro přesnější zkoumání systémů a podrobný rozbor příčin rušení.

Záznam kvality elektrické energie
Kontinuální záznam všech parametrů energetického systému umožňuje komplexní analýzu kvality elektrické energie podle DIN EN 50160, nebo kvalitativních kritérií definovaných jednotlivými uživateli. Automatickým vyhodnocováním a vytvářením zpráv o kvalitě ve formátu PDF, je dokládání kvality snadné a kdykoliv je nezbytné, a to i bez odborných znalostí.

Kontinuální záznam dat
Záznamová funkce Data logger nepřetržitě zaznamenává naměřená data. Zaznamenaná data lze stáhnout do centrálního počítače, aniž by došlo k přerušení měření.
V důsledku toho mohou být data nepřetržitě zaznamenávána po řadu let. Dlouhodobé záznamy poskytují komplexní informace o celém energetickém systému, zobrazují pomalé změny, protože mohlo dojít k měnícímu se zatížení nebo konstrukci generátoru, a odhalit tak potenciál pro úspory energie.

Záznam událostí
Záznam událostí poskytuje informace o čase, úrovni a délce trvání porušení mezních hodnot a klasifikaci událostí například podle EN 50160, UNIPEDE, CBEMA nebo ITIC. Rovněž by mělo být možné, aby zaznamenané popisy událostí, v případě potřeby, mohly být graficky zobrazeny.

Záznam rychlých dějů
Dojde-li k porušení mezních hodnot, všechny analogové a binární signály budou zaznamenány s nastavitelným rozlišením 100 Hz až 30 kHz. Záznam obsahuje samostatně konfigurovatelná časová okna pro období před-poruchou (pre-fault), poruchu a po- poruše (post-fault). Doba záznamu poruchy může být nastavena buď na pevnou délku, nebo může být řízena skutečnou dobou trvání poruchy. Tyto záznamy poskytují komplexní a detailní analýzu síťových poruch.

Záznam pomalých dějů
Kromě analogových a digitálních signálů, které jsou měřeny přímo, RMS záznamník může také zaznamenat všechny veličiny, vypočítané na základě těchto signálů, jako je frekvence, nevyváženost, pozitivní, negativní a nulové sekvence, činný, jalový a zdánlivý výkon, harmonické, atd. Vzorkovací frekvenci lze nastavit v rozsahu od 1 Hz až po dvojnásobnou frekvenci systému. Záznam je ideální pro detekci a hodnocení pomalých procesů, jako jsou zhoupnutí napájení, sledování generátorů nebo spouštění strojních zařízení.

Záznam digitálních událostí a stavů
Binární vstupy jsou používány například pro čtení signálů z ochran, pozic výkonových vypínačů, nebo stavu strojního zařízení, které mají rozhodující význam pro analýzu záznamů poruch. Binární vstupy mohou být také použity pro spuštění záznamů poruch, za účelem získání záznamu s vysokým rozlišením, o stavu energetické soustavy v okamžiku sepnutí.

Logické události
Logické vazby mohou být vytvořeny pomocí analogových a binárních měřicích signálů. Jsou-li splněny podmínky nastavené uživatelem, výstražné signály mohou být zasílány prostřednictvím reléových výstupů, nebo e-mailem. Aby nedošlo k časovým prodlevám, e-maily, by měly být zasílány přímo měřicím zařízením, a nikoli prostřednictvím centrálního datového serveru. Pomocí této funkce je možné realizovat velmi flexibilní monitorovací systém s analyzátorem kvality elektrické energie EPPE CX ve spojení se senzorovým měřicím modulem. Uživatel je okamžitě informován, pokud byla například překročena teplota panelů u fotovoltaických elektráren, rychlost větru u větrných elektráren, nebo příkon strojních zařízení.

Elektroměr
Kromě měření kvality elektrické energie, může být vestavěný elektroměr použit také k monitorování spotřeby energie a optimalizaci spotřeby pomocí analýzy dlouhodobých trendů. Měl by být schopen zaznamenávat a přesně analyzovat činnou, jalovou a zdánlivou energii. A v závislosti na zadání měření, provést i podrobné 4-kvadrantové měření.

EPPE 2015 6

Software

Software určený pro měřicí přístroje by měly nabízet širokou škálu možností, od provozu jednotlivého měřicího zařízení, až do administrace komplexních skupin měřidel. Jak již bylo zmíněno dříve, čas uživatele je často velmi omezený. Z tohoto důvodu by měl být software zaměřen na splnění požadavků v reálném světě a měl by být snadno ovladatelný. Uživatel musí být schopen provádět měření v souladu s různými normami (např. EN 50160), bez trávení spousty času zvykání si na software, nebo nutnosti absolvovat speciální školení. Nicméně, software by měly mít možnost řízení a nastavení rozsáhlých měření s komplexními skupinami měřicích zařízení a měl by být schopen rozsáhlých analýz výsledků měření. Řada nástrojů pro analýzu dat, které jsou k dispozici, by měly zjednodušit hodnocení.
Software vyvinutý KoCoS Messtechnik AG je dobrým řešením pro splnění výše uvedených požadavků. Všechny verze software jsou velmi snadno ovladatelné a mají řadu funkcí, včetně následujících:

  • Flexibilní konfigurace pro optimální přizpůsobení k široké škále měřicí úlohy
  • Vzdálená konfigurace / správa
  • Plně automatický provoz měřicího systému s:
    • Dálkový přenos dat
    • Archivace záznamů v databázi
    • Tisk nebo odesílání PQ nebo poruchových zpráv
    • Export PQ a poruchových záznamů v běžných formátech
    • Online monitoring
  • Importní a exportní funkce umožňují výměnu dat mezi různými systémy pomocí standardních formátů souborů, jako je PQDIF, Comtrade, CSV a XML (Nequal)
  • Jednoduše použitelný nástroj pro analýzu s automatickým posouzením a hodnocením kvality elektrické energie podle mezinárodních norem (např. EN 50160)
  • Schopnost mnohočetného zobrazení (optimální přehled, více informací na první pohled)

Správa přístrojů

Informace o stavu všech přístrojů připojených k software se musí zobrazit v jasně strukturovaném seznamu zařízení, nastavení zařízení musí být rychle a snadno měnitelné. Kromě toho, grafická správa přístrojů by měla umožňovat například zobrazení umístění měřicích přístrojů v mapě, jejich stavové informace a schémata zapojení. To umožňuje uživateli optimální přehled o všech měření, a to i v rámci komplexních monitorovacích systémů.

Hodnocení naměřených dat

Analýzy sítí a kvality elektrické energie mohou být provedeny automaticky podle zvolené normy (např. EN 50160). Pro tento účel je k dispozici řada nástrojů. Součástí software je také ucelená řadu výkonných analytických nástrojů pro hodnocení poruchových záznamů.
Příklady:

  • Pomalé změny s analýzou trendů
  • Záznam událostí se zobrazeným popisem
  • Analýza flickeru
  • Harmonická analýza
  • Analýza meziharmonických
  • Klasifikace a hodnocení událostí (UNIPEDE, ITIC, atd.)
  • Grafické zobrazení extrémní hodnoty trvání distribuce
  • Přehledová tabulka porušení mezních hodnot
  • Uživatelem definované mezní hodnoty a nastavení analýz
  • Automatické generování týdenních, měsíčních, čtvrtletních a ročních zpráv
  • Výpočet a zobrazení signálu měřeného diferenciálního proudu
  • Užitečné zoom funkce a variabilní měřítka
  • Překrývání různých signálních charakteristik
  • Kolekce vzorců a editor pro výpočet dalších síťových veličin
  • Zobrazení vektorů
  • Tvorba Individuální zpráva pomocí schránky
  • Automatická tvorba zpráv

Závěry

Aby bylo možné vyrovnat se s řadou měřicích úkolů, kterým se čelí v praxi, musí moderní měřicí systémy nabízet širokou škálu funkcí a vysoký stupeň flexibility. Uživatelé však potřebují měřicí systémy, které lze snadno a intuitivně ovládat. Je třeba, aby bylo možné provádět měření v souladu s předem definovanými standardy (např. EN 50160) a export výsledků měření v jasně strukturované formě, jakou je zpráva, bez nutnosti odborných znalostí. Současně uživatelé s odbornými znalostmi požadují, aby bylo možné provádět komplexní měření s následnými velmi detailními analýzami. Ale i ten nejlepší měřicí systém je k ničemu, bez uživatelsky přívětivého software, který je technicky vyspělý. To dává vizionářským výrobcům náskok před konkurencí.

View Article in English language.

Zum Artikel in der deutschen Sprache.

kocos logo

KocoS Technology central Eastern Europe GmbH
Sonnleithnergasse 53, Stiege 1/Top 9
1100 Wien, Austria
Phone / Fax 0043 1941 7345
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.kocos.com

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, leden 2023

Číslo je zaměřené na Průmysl 4.0, Internet věcí a průmyslové komunikační sítě.

Zajímavé odkazy

Již 30 let měříte s námi - Blue Panther Dodávky měřicích přístrojů, multimetry, osciloskopy, termokamery, revizní přístroje, zkoušečky, analyzátory a jiné od výrobců Fluke, Kyoritsu, Chauvin Arnoux, Teledyne LeCroy, Schleich, Elspec, Extech a dalších.
Špičkové nástroje pro odvíjení, protahování a tažení kabelů Profesionální nástroje a pomůcky, které maximálně zefektivní práci a zklidní nervy každého elektromontéra a elektrikáře. Ať se jedná o elektrikářská protahovací pera, odvíječky kabelů a cívek nebo tažení kabelů, vždy máme pořádná esa v rukávu!
Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.

Najdete nás na Facebooku