Měření s bezpečným dálkovým přenosem
25. 11. 2020 | Doc. Ing. Ladislav Pospíchal, CSc., MEgA – Měřící | www.e-mega.cz
V minulosti byla každá elektrická veličina měřena samostatným přístrojem. V současnosti jsou jedním monitorem měřeny všechny elektrické veličiny. V budoucnosti bude jeden přístroj obsahovat monitor, dálkovou komunikaci i zajištěné napájení.
Popis univerzálních PQ monitorů MEg45
V minulosti byla každá elektrická veličina měřena samostatným přístrojem. V současnosti jsou jedním monitorem měřeny všechny elektrické veličiny. V budoucnosti bude jeden přístroj obsahovat monitor, dálkovou komunikaci i zajištěné napájení.
Univerzální PQ monitor MEg45 v provedení panelovém (obr. 1) nebo v provedení pro instalaci na DIN lištu sdružuje v jedné konstrukční jednotce měření na hladině nn, bezpečnou dálkovou komunikaci, přesnou časovou synchronizaci měření a třífázové zajištěné napájení. Uvedené charakteristiky předurčují MEg45 k použití při výstavbě geograficky rozmístěných měřicích sítí. Lze jej efektivně využít v nových skříních nn i v již provozovaných skříních. Dodatečná instalace přístroje spolu s anténami je jednoduchá a bezpečná.
Obr. 1. Univerzální monitor MEg45PAN a jeho zapojení
Součástí měřicích funkcí realizovaných v měřicím jádru monitoru je vedle měření a vyhodnocení kvality napětí i měření elektrické energie. Tak lze online kontrolovat a prostřednictvím výstupního kontaktu nebo rozhraní RS-485 řídit její spotřebu.
Měření napěťových jevů a událostí na proudu umožňuje kontrolovat kontinuitu dodávky elektrické energie a identifikovat příčiny poruch. Souhrnné hodnocení a detailní analýzy zpřesňuje časová synchronizace GPS s rozlišením na 1 ms.
Pro bezpečnou dálkovou komunikaci protokoly IKEv2/IPsec a L2TP/IPsec má komunikační jádro monitoru MEg45 rozhraní ETH i připojení LTE do sítí GSM.
Vedle uvedeného čtyřkvadrantového v čase rozloženého měření činné a jalové energie (třída B/třída 1) a rovněž oscilografických záznamů poruch a událostí PQ monitor MEg45 měří a vyhodnocuje standardem stanovené parametry kvality i ve třídě A. Harmonické a meziharmonické napětí i proudů ve funkci záznamník měří do řádu 125. Sleduje stav vstupních kontaktů a i na základě interních indikačních a ochranných funkcí umožňuje autonomní nebo dálkové ovládání kontaktu výstupního relé. Identifikuje přepětí, podpětí, napěťovou i proudovou nesymetrii a zpětný směr toku proudu.
Provedení MEg45PAN se vyznačuje vysokou odolností proti přepětí jak ze strany měřicích výstupů, tak i ze strany napájení (CAT IV/300 V a bezpečnostní třída II), a proto se používá k měření v distribučních transformačních stanicích vn/nn. Bezpečnost monitoru MEg45PAN potvrzuje certifikát EZÚ č. 1200488. Maximální měřené třífázové i jednofázové napájecí napětí je 460 Vstř. Standardní proudové vstupy 5 A a 1 A jsou přepínány elektronicky. Pro moderní nízkovýkonové proudové senzory se standardními napěťovými signály 225, 150 a 22,5 mV mají obě provedení MEg45 připraveny proudové vstupy. U obou provedení monitorů MEg45 lze k měření proudů použít i ohebné snímače AMOS se smyčkou délky 20, 40 nebo 60 cm a jmenovitým proudem od 30 do 3 000 A.
Mezní provozní teplota monitoru je –25 a +55 °C.
Rozměry MEg45PAN jsou 90 × 90 × × 90 mm s rámečkem 96 × 96 mm. Rozměry jednotky MEg45DIN jsou 108 × 90 × 63 mm. Jednotka je vybavena otočným průhledným krycím panelem s možností plombování (karta SIM).
Základní zapojení monitoru MEg45 včetně připojení na dálkovou komunikaci je na obr. 1b. Alternativní připojení jiných typů proudových snímačů je obsaženo v příručce na www.e-mega.cz v záložce Ke stažení, kde jsou také uvedeny detailní informace o monitoru.
Obr. 2. Výsledky vyhodnocení standardem stanovených parametrů kvality napětí v jedenáctém týdnu 2020
Příklady využití naměřených dat
Měřením kvality napětí (obr. 2) se zjistí, zda:
– Průměrné desetiminutové napětí (nn) v 95 % případů za hodnocený týden bylo v rozsahu od 207 do 253 V. Při mimotolerantním napětí nezaručují výrobci spotřebičů jejich správnou funkci a především zvýšení napětí vede u elektronických spotřebičů ke zvýšení pravděpodobnosti poruchy a zkrácení doby jejich bezporuchové funkce.
– Tvarové zkreslení napětí THDu nepřekračuje v měřeném případě povolených 8 % a harmonická napětí do 25. řádu jsou nižší, než stanovují limity v ČSN EN 50160 ed. 3. Zvýšení harmonických a celkového THD napětí se nepříznivě projeví na účinnosti a stárnutí motorů a může být příčinou nespolehlivé funkce elektronických zařízení. Důvodem zhoršení těchto parametrů je nejčastěji odběr tvarově deformovaného proudu, který lze ve významných spotřebičích kompenzovat.
– Dlouhodobá míra flikru Plt nepřekračuje dovolenou hodnotu 1. V minulosti se flikr s honotou nad 1,0 projevoval blikáním žárovek a v současných podmínkách zvýšená hodnota flikru upozorňuje na výskyt periodických i neperiodických změn odběru, což ukazuje na přídavné ztráty při distribuci elektřiny.
– Nesymetrie třífázového napětí ve změřeném příkladu není vyšší než 2,0 %. Překročením povolené hodnoty se snižuje výkon motorů. Příčinou nesymetrie je většinou nestejné zatížení jednotlivých fází, a tedy vyšší ztráty v instalaci nn.
Měření elektrické energie monitory (obr. 3) umožňuje kontrolu správné funkce měření činné i jalové energie elektroměry při dodávce a odběru i podle jednotlivých fází. Možnost pořizovat záznamy stavů registrů energií v intervalech od 1 s po 15 min s příkladem na obr. 4 dovoluje kontrolovat správnou regulaci odběru v průběhu čtvrt hodiny a optimalizovat využití strojů a pracovní kapacity při výrobě.
Obr. 3. Příklad vyhodnocení energií od 30. 12. 2019 do 23. 3. 2020 s fázorovým diagramem
Obr. 4. Příklady měsíčního, týdenního, denního, hodinového, čtvrthodinového a pětiminutového vyhodnocení energií umožněné časově rozloženými registry
Využitím online bezpečné komunikace lze získat informace o přerušení napětí, přerušení pojistek a o zkratech. Ze záznamů průběhů napěťových jevů a událostí na proudech v jednotlivých fázích se zjistí, zda problém vznikl u spotřebitele, nebo mimo. Vedle postižené fáze je možné z průběhů hodnot RMS½ a především z oscilografických záznamů odhadnout příčinu poruchy. Online přenos naměřených hodnot umožňuje v podstatě okamžitě řešit problém s minimalizací následných ztrát a nákladů na uvedení provozu do standardního stavu.
Přehledné zobrazení průběhů fázových napětí s extrémy na obr. 5 ukazuje kontinuitu napětí a popř. sezonní výskyt poruch. K jednotlivým poruchám na napětí lze přiřadit i průběhy proudů (obr. 6). Detailní oscilografický průběh fázových proudů je na obr. 7. Z něho je patrné, že zkrat dosáhl hodnoty až 4 000 A, nastal mezi fází L3 a L1 a byl zřejmě vyvolán průrazem ve fázi L3, jejíž napětí bylo v okamžiku vzniku poruchy v maximu. Zkratový proud trval necelou periodu. Z dlouhodobé statistiky a z rozboru poruch lze optimalizovat preventivní kontroly a prohlídky zařízení.
Obr. 5. Průměrná, maximální a minimální napětí v prvním čtvrtletí 2020
Obr. 6. Záznam poruchového proudu v průběhu denního odběru
Obr. 7. Detailní oscilografický záznam poruchových proudů
Dálková komunikace ve spojení s přenosem měření elektrické energie umožňuje také v geograficky vzdálených odběrných místech podniku kontrolovat a řídit nasmlouvaný diagram odebírané elektrické energie při zohlednění poruch pojistek i provozních problémů v kvalitě a kvantitě dodávané elektřiny.