Analiza jakości energii elektrycznej technologia. Schneider. Wstęp. Grzegorz Bułat

Transkrypt

1 Analiza jakości energii elektrycznej technologia ION firmy Schneider Grzegorz Bułat Schneider Electric Polska Sp. z o.o. Wstęp Dobra jakość energii elektrycznej jest jednocześnie ważnym celem i warunkiem działania zakładów energetycznych, służb eksploatacyjnych fabryk, przedsiębiorstw telekomunikacyjnych oraz wszelkich obiektów czułych na utratę zasilania, jak porty lotnicze, centra przetwarzania danych. Koszty spowodowane zakłóceniami (przerwy, zapaści i wzrosty napięcia, harmoniczne, przepięcia pochodzenia atmosferycznego itd.) mogą być znaczne. Skutki zakłóceń nie ograniczają się do wymiernych strat związanych z utratą surowców, przestojami, obniżoną jakością produkcji i brakiem możliwości dostarczenia usług klientom, ale mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi poprzez błędne działanie lub wyłączenia urządzeń priorytetowych, takich jak komputery, oświetlenie i systemów bezpieczeństwa (szpitale, lotniska, urzędy publiczne, wysokościowce). Poza zapewnieniem niezawodności zasilania, ważne jest efektywne wykorzystanie energii i infrastruktury. Podstawową metodą jest monitoring głównych punktów w układzie dystrybucji energii i kontrola dużych odbiorników lub urządzeń, które potencjalnie mogą wprowadzać zakłócenia. Dzięki temu możliwe jest szybkie wykrycie ponadnormatywnych zużyć energii, wywołanych awariami lub zaniedbaniami, a także identyfikacja źródeł zagrożeń. Ponadto, dane z urządzeń pomiarowych umożliwiają kontrolę stopnia wykorzystania sieci i rozdzielni, co ułatwia planowanie inwestycji. System PowerLogic firmy Schneider stanowi kompletne rozwiązanie do monitoringu zużycia i jakości energii elektrycznej. Obejmuje on liczniki energii, analizatory sieci, przekładniki pomiarowe, urządzenia komunikacyjne i komputerowy system monitoringu. Od 2005 r. system został uzupełniony o analizatory sieci z rodziny ION i profesjonalne oprogramowanie ION Enterprise. Kluczowe dla systemu są urządzenia ION7650 i ION8800A, które pełnią szereg funkcji m.in.: precyzyjny pomiar energii (klasa 0,2S), zaawansowany analizator jakości energii (certyfikat klasy A), programowalny moduł obliczeniowy, koncentrator danych pomiarowych dla innych mierników, wieloportowy moduł komunikacyjny. 77

2 Wykorzystanie pełnej funkcjonalności tych urządzeń umożliwia oprogramowanie ION Enterprise. Jest to produkt dedykowany do obsługi układów dystrybucji energii: zawiera wbudowane sterowniki do wszystkich mierników, analizatorów sieci, zabezpieczeń i sterowników Schneider Electric. Dzięki temu budowa aplikacji monitoringu jest bardzo krótka i nie wymaga mapowania tablic danych ani tworzenia skomplikowanych procedur. W najprostszym przypadku wystarczy podać jedynie adresy urządzeń, a system automatycznie podejmuje pracę. Użytkownik od razu ma dostęp do wszystkich odczytów on-line, następuje logowanie parametrów gromadzonych w analizatorach do bazy SQL, można generować predefiniowane raporty itp. Parametry techniczne analizatorów sieci ION7650 i ION8800A (cechy wspólne): Klasa dokładności 0.2S dla mocy i energii zgodnie z normą PN-EN Klasa A dla pomiaru parametrów jakości energii elektrycznej zgodnie z normą PN-EN (potwierdzona przez laboratoria KEMA i PSL). Pomiar harmonicznych i Interharmonicznych napięcia i prądu zgodnie z normą PN-EN Indywidualna analiza harmonicznych napięcia i prądu (ION7650 do H511 oraz ION8800A do H63). Funkcja oceny jakości napięcia zasilania zgodna z normą PN-EN Wyznaczanie wartości true RMS o wysokiej dokładności i dużej szybkości (½ okresu) dla pomiarów 3-fazowych oraz osobno dla każdej fazy (napięcia, prądy, moc czynna i bierna, współczynnik mocy, częstotliwość oraz asymetrie napięć i prądów). Wyznaczanie wartości uśrednionych, minimalnych i maksymalnych (moce, prądy i napięcia). Wykrywanie zapadów i wzrostów napięcia (ang. sag / swell) z dokładnością ½ okresu (10 ms). Rejestracja ultraszybkich zdarzeń (ang. transients) o czasach trwania od 20 µs. Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Funkcja rejestratora oscylografów o rozdzielczości co 1024 próbek na okres (51 khz). Synchronizacja czasu z GPS. Wewnętrzna pamięć do 10 MB dla danych i alarmów. Wbudowany ekran LCD dostęp do pomiarów w czasie rzeczywistym, analiza widmowa harmonicznych, wykres wektorowy napięć i prądów oraz ekrany własne. Interfejsy komunikacyjne: Ethernet 10Base-T protokoły ModbusTCP, ION, RS232 / RS485 z obsługą protokołów Modbus RTU, ION, DNP 3.0, port optyczny na płycie czołowej. Główne funkcje analizy jakości energii analizatorów ION7650 / ION8800A i oprogramowania ION Enterprise Oscylografy (ang. waveforms) zawierają przebiegi sinusoid napięć i prądów, co ułatwia analizę alarmów i interpretację wskaźników jakościowych. Ze względu na wysoką częstotliwość próbkowania zapisu dokonuje się najpierw do lokalnej pamięci flash miernika, a następnie dane zostają przesyłane do systemu ION Enterprise i bazy SQL. Użytkownik może konfigurować następujące parametry funkcji: progi wyzwolenia alarmu oraz ewentualna zwłoka czasowa, rozdzielczość zapisu (do 1024 próbek na okres), liczba okresów przed i od chwili wyzwolenia zapisu oscylografu. Wykres widmowy harmonicznych odzwierciedla poziom zawartości poszczególnych harmonicznych prądu lub napięcia. Analiza widmowa ma zastosowanie do doboru filtrów, parametrów baterii kondensatorów i pomaga zidentyfikować źródła zakłóceń. Raport jakości energii wg CBEMA / ITIC jest to zestawienie zapadów i wzrostów (ang. sag / swell) napięcia wraz z czasem wystąpienia, amplitudą zmian i czasem trwania zakłócenia. Funkcja jest realizowana sprzętowo na poziomie analizatora sieci, dzięki czemu jest możliwe uchwycenie zdarzeń o bardzo krótkim czasie trwania (od 20 µs). Po zarejestrowaniu nowego zdarzenia w pamięci flash miernika, program ION Enterprise automatycznie 78

3 ION7650 ION8800A ION8800A Montaż w kasecie 19 zgodnej z DIN 43862

4 Wejścia / wyjścia binarne (maksimum) ION wejść 4 wyjścia optoizolowane 3 wyjścia przekaźnikowe ION8800A 3 wejścia 8 wyjść optoizolowanych 1 wyjście przekaźnikowe Standard portu ANSI typ 2 IEC 1107 optycznego Interfejs IRIG-B NIE OPCJA Zasilanie VAC (47 63 Hz), lub VDC VAC (47 63 Hz), lub VDC lub 20 60VDC Montaż natablicowy Kaseta 19 IEC / DIN Parametry techniczne analizatorów sieci ION7650 i ION8800A (podstawowe różnice) Oscylografy

5 Wykres widmowy harmonicznych Raport jakości energii wg CBEMA / ITIC

6 Raport jakości napięcia zasilania zgodny z normą PN-EN50160 Niestandardowa analiza jakości energii elektrycznej

7 zapisuje te dane do bazy SQL. Użytkownik może wygenerować raport jakości energii za dowolny okres. Zdarzenia są zaznaczane na wykresie (współrzędna odcięta oś czasu w skali logarytmicznej, oś rzędna amplituda zakłócenia). Wszystkie zdarzenia, dla których punkty na wykresie CBEMA / ITIC znajdują się w lewym obszarze, mieszczą się w granicach normy. Pozostałe zdarzenia oznaczają złą jakość napięcia zasilania. Raport jakości napięcia zasilania zgodny z normą PN-EN50160 stanowi podstawowy sposób na kontrolę jakości energii w punktach styku dostawca-odbiorca oraz w głównych punktach układów dystrybucji energii. Choć w Polsce nie ma obowiązku obligatoryjnego stosowania tej normy, to odwołania do niej znajdują się w wielu rozporządzeniach Urzędu Regulacji Energetyki. Norma przewiduje ciągły monitoring wielu parametrów napięcia zasilania, takich jak: amplituda i częstotliwość występowania spadków i przekroczeń napięcia zasilania, krótkich i długich przerw w dostawie energii, migotania, THD, częstotliwość i asymetrie napięcia (szczegóły w literaturze). Zgodnie z definicją normy podstawowym okresem kontrolnym większości parametrów jest 1 tydzień wówczas można ostatecznie stwierdzić, czy liczba zakłóceń poszczególnych typów mieści się w dopuszczalnym zakresie. W systemie ION Enterprise raporty są generowane w postaci arkuszy Excel, w których czerwonym kolorem zaznaczone są wartości, nie mieszczące się w granicach normy. Niestandardowa analiza jakości energii elektrycznej W wyjątkowych sytuacjach standardowe funkcje oceny jakości energii mogą okazać się niewystarczające. Przykładem są aplikacje, w których wymaga się spełnienia specyficznego zestawu kryteriów oceny jakościowej (np. farmy wiatrowe, elektrownie, stacje przesyłowe, obiekty czułe na jakość energii). W systemie firmy Schneider można zrealizować wszelkie nietypowe aplikacje dzięki opatentowanej technologii ION (Integrated Object Network). Wykorzystując zintegrowane oprogramowanie ION Enterprise można dostosować procedury pracujące w analizatorach sieci ION. Urządzenie może wypracowywać nowe parametry jakościowe na bazie standardowych pomiarów, poprzez przekształcenia z użyciem szeregu funkcji arytmetycznych, statystycznych i logicznych. Parametry te mogą być logowane w pamięci lokalnej miernika, dzięki czemu istnieje możliwość uchwycenia przekroczenia progów alarmowych szybko zmiennych wartości. Nowe parametry i związane z nimi dane i alarmy generowane w pamięci analizatora są od razu dostępne dla użytkownika przez standardowe raporty i funkcje interfejsu ION Enterprise. Innym zastosowaniem technologii ION jest filtracja i detekcja pewnych zakłóceń w zależności od włączenia niektórych urządzeń, konfiguracji łączników w sieci lub też tworzenie programów logicznych (np. funkcja wielopoziomowego strażnika mocy). Podsumowanie Analizatory sieci ION7650 i ION8800A wraz z oprogramowaniem z ION Enterprise stanowią zaawansowany system do analizy jakości energii elektrycznej. Ich główne zalety to zgodność z obowiązującymi standardami i unormowaniami oraz wysoka jakość potwierdzona certyfikatami klasy A niezależnych laboratoriów. Nie do przecenienia jest wysoka funkcjonalność i elastyczność technologii ION, która umożliwia realizację najbardziej wymagających aplikacji. Pomimo wysokiego stopnia zaawansowania technicznego, system w większości typowych aplikacji jest prosty w użyciu nawet, jeśli są wykorzystywane takie funkcje, jak oscylografy, raport jakości energii CBEMA / ITIC lub PN-EN System Monitoringu Energii Power Logic ION Enterprise Schneider Electric został nagrodzony przez PSE Operator jako najlepszy produkt w kategorii Energia w Dobrych Rękach na Międzynarodowych Energetycznych Targach Bielskich Energetab Literatura: [1] IEC Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-30: Testing and measurement techniques - Power quality measurement methods. [2] Polska Norma Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych. [3] PN-EN 50160: 1998 Charakterystyki napięcia w publicznych sieciach rozdzielczych. [4] Schneider Electric Cahier Technique no 199 Jakość energii elektrycznej. ELEKTRO NERGETYKA nr 4 (10) /