System pomiarowy energii prądu stałego

System pomiarowy energii prądu stałego

System pomiarowy energii prądu stałego - Licznik LE 3000plus - System Falko Licznik energii prądu stałego LE 3000plus jest urządzeniem pomiarowym, które pozwoliło Kolejom Mazowieckim, jako pierwszemu polskiemu przewoźnikowi, na zmianę sposobu rozliczania za energię trakcyjną z systemu ryczałtowego na rzecz opłaty wynikającej z jej faktycznego zużycia. Warto zaznaczyć również, że liczniki Elester-PKP wybierane i montowane są fabrycznie na polskich pojazdach takich producentów jak Bombardier, Newag, Pesa czy Stadler. Urządzenie spełnia wszystkie niezbędne normy i wytyczne oraz współpracuje z systemem rozliczeniowym spółki PKP Energetyka. Zasadność inwestycji i pierwsze polskie doświadczenia. Główną motywacją każdego przewoźnika kolejowego, planującego instalację licznika energii prądu stałego na swych pojazdach, jest osiągnięcie jak największych korzyści finansowych. Aby faktycznie mówić o wymiernych wartościach, należy na taką inwestycję spojrzeć w dwóch płaszczyznach. Pierwszy etap to możliwość indywidualnego opomiarowania taboru, poprzez zamontowanie liczników energii LE 3000plus. Urządzenia pozwalają na odejście od zryczałtowanych stawek na rzecz rozliczeń, wynikających z faktycznego poboru energii przez pojedynczy pojazd. Przewoźnik zyskuje dzięki temu możliwość negocjacji obecnych stawek oraz otwiera to szanse zakupu i wyboru dostawcy energii w postępowaniu przetargowym na zasadach rynkowych. Płaszczyzną drugą jest wprowadzenie przez operatora kolejowego działań związanych z optymalizacją i racjonalnym zużyciem energii. W tym celu spółka Elester-PKP przygotowała oprogramowanie Falko, pozwalające na zbieranie danych z liczników oraz wykonanie odpowiednich analiz i raportów, które dotyczą m.in. ekonomiki prowadzenia pojazdów. Szacujemy, że rozbieżności w poborze energii pomiędzy podobnymi pojazdami, poruszającymi się po tej samej trasie, wahają się w przedziale kilkuprocentowym, a w skrajnych sytuacjach różnice te są dużo większe. Podobne wnioski mają również przedstawiciele Kolei Mazowieckich. Po analizie danych otrzymywanych z liczników LE 3000plus warszawska spółka opracowała program poprawy efektywności energetycznej ruchu pojazdów. Z przygotowanych analiz wynika, że dzięki wprowadzeniu odpowiedniej polityki, możliwa jest redukcja kosztów energii trakcyjnej nawet o 10-15%. Uczciwe i konsekwentne podejście do optymalizacji kosztów energii trakcyjnej, może wygenerować istotne oszczędności, które w stosunkowo krótkim okresie mogą zrekompensować wydatki poniesione na taką inwestycję. W dalszej perspektywie czasu liczniki energii LE 3000plus i program Falko mogą posłużyć jako narzędzie do monitorowania efektywności energetycznej pojazdów. Wskaźnik ten ma charakter wielowymiarowy, a myślenie o nim w skali przewoźnika należy rozpocząć już na etapie poszukiwań nowego taboru. Efektywne wykorzystanie energii może być również jednym z kryteriów planowania i oceniania własnych prac konserwacyjnych lub elementem zamawianych całościowych usług modernizacyjnych. Licznik energii LE 3000plus został nagrodzony Złotym Medalem Międzynarodowych Targów Poznańskich EXPOPOWER Licznik energii LE 3000plus został wyróżniony Medalem Prezesa Stowarzyszenia Elektryków Polskich Spółka Elester-PKP posiada rekomendację Stowarzyszenia Elektryków Polskich w zakresie projektowania urządzeń, tworzenia specjalistycznego oprogramowania oraz świadczenia usług i robót elektroenergetycznych 2

Pierwszy polski licznik energii dedykowany do zastosowań kolejowych Licznik energii prądu stałego LE 3000plus jest nowoczesnym urządzeniem, umożliwiającym pomiar rozliczeniowy mocy i energii trakcyjnej. Instalowany może być na dowolnym elektrycznym taborze kolejowym i tramwajowym, przystosowanym do polskich układów zasilania. LE 3000plus mierzy całą moc i energię, pobieraną przez pojazd oraz tą, która jest rekuperowana do sieci trakcyjnej. Część pomiarowa urządzenia zasilana jest jedynie z napięcia mierzonego, co uniemożliwia pobór energii bez jej rejestracji. W standardowym wykonaniu klasa dokładności licznika wynosi 1, co jest kryterium wystarczającym i zgodnym z odpowiednimi wymaganiami. Gromadzone przez licznik dane o wartości pobieranej/oddanej energii, zestawione są z informacjami dotyczącymi użytkownika pojazdu, czasu tego zdarzenia oraz geograficzną lokalizacją. Dopiero tak przygotowane zasoby przesłane zostają do systemu rozliczeniowego za pomocą sieci telefonii komórkowej. Śledzenie położenia pojazdu realizuje się dzięki wbudowanemu modułowi GPS. Dane lokalizacyjne potrzebne są w celu przypisania pobieranej energii do odpowiedniego Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD), który może ulegać zmianie w czasie odbywania przejazdu. Dodatkowo system satelitarny pozwala na skuteczną synchronizację czasów układów pomiarowych. Wskazanie aktualnego użytkownika pojazdu odbywa się za pomocą przesyłania przez licznik kodu identyfikacyjnego przewoźnika. Funkcja ta jest niezbędna na pojazdach, które wykonują pracę dla różnych przewoźników. Domyślnie urządzenie ma wprowadzony kod, odpowiadający właścicielowi pojazdu trakcyjnego. W sytuacji zmiany przewoźnika jego przedstawiciel za pomocą niewielkiego elementu identyfikacji elektronicznej, przystawianego do licznika, otwiera w systemie rozliczeniowym nową sesję naliczania energii. LE 3000plus KOM - cześć komunikacyjna Stany z liczydeł rejestruje się w odpowiednich przedziałach czasowych, których rozpiętość można dostosować do potrzeb przewoźnika. Domyślnie wartości te zapisywane są w interwałach 15 min. Poza danymi niezbędnymi do realizacji zadań rozliczeniowych sprzęt gromadzi wszystkie informacje o zdarzeniach dotyczących własnej pracy. W celu zapewnienia odpowiedniego bezpieczeństwa, urządzenie korzysta z pamięci odpornych na zakłócenia elektromagnetyczne EMC. Licznik jest dodatkowo wyposażony w funkcję autodiagnostyki. Pozwala to na sprawdzenie stanu torów pomiarowych, łączności między rozmieszczonymi elementami oraz weryfikację poprawności pracy modułu komunikacyjnego. Mechanizm ten zapewnia skuteczne wykrycie szeregu ewentualnych usterek, jakie mogą wystąpić w układzie pomiarowym. Funkcja autodiagnostyki realizowana jest niezależnie przy uruchomieniu urządzenia, jak i na żądanie (lokalnie z panelu kontrolnego lub zdalnie). Komunikacja i obsługa Komunikacja licznika z systemem rozliczeniowym odbywa się za pomocą transmisji danych GPRS siecią telefonii komórkowej. Urządzenie wyposażono w modem, w którym umieszcza się kartę SIM, dostarczaną przez operatora systemu dystrybucyjnego po podpisaniu umowy przyłączeniowej. Wymiana danych odbywa się poprzez serwer plików FTP. Warto podkreślić, iż licznik energii LE 3000plus wykorzystuje pliki formatu XML, który jest otwartym standardem przemysłowym dla transportu danych w internecie. Jego zaletą jest możliwość podglądu zawartości plików bez potrzeby stosowania specjalistycznego oprogramowania. Ponadto komunikacja z licznikiem może odbywać się bezpośrednio na żądanie użytkownika. Pozwala to na konfiguracje parametrów pracy urządzenia, uruchomienie funkcji autodiagnostyki oraz importu aktualnych stanów. Z naszego doświadczenia wiemy, że dla potrzeb rozliczeniowych, wystarczający jest miesięczny transfer danych nieprzekraczający 50MB. Lokalną komunikację z licznikiem zapewnia złącze USB. Dane z urządzenia mogą być również odczytywane przez aparaturę pokładową pociągu przy pomocy protokołu Modbus RTU, wykorzystującego interfejs RS-485. Należy zwrócić jednak uwagę, iż możliwość pobrania danych z licznika, którego odczyty stanowią podstawę rozliczeniową, wymaga osobnych ustaleń miedzy przewoźnikiem a Operatorem Systemu Dystrybucyjnego. 3

Budowa licznika i montaż na pojeździe Licznik energii prądu stałego LE 3000plus składa się z czterech głównych elementów, montowanych w różnych miejscach pojazdu: części komunikacyjnej (niskonapięciowej) KOM, części pomiarowej (wysokonapięciowej) HVM, bocznika pomiarowego oraz zewnętrznej anteny GSM/GPS. Do pomiaru prądu wykorzystuje się spadek napięcia na boczniku pomiarowym. Umieszczany jest on w obwodzie głównym pojazdu i połączony z wysokonapięciową częścią pomiarową HVM. Dla zapewnienia całkowitego bezpieczeństwa, wspomniany bocznik montuje się na specjalnej płycie dielektrycznej, oddzielającej go od metalowych elementów pojazdu. Ponadto część pomiarowa licznika energii LE 3000plus jest chroniona dodatkowym bezpiecznikiem. Natomiast przed ewentualnym wyniesieniem napięcia trakcyjnego z części HVM na moduł komunikacyjny KOM, oba elementy połączono ze sobą kablami światłowodowymi. Zdalne przesyłanie danych oraz lokalizacja satelitarna zapewnia odpowiednia antena GSM/GPS, która wyniesiona została bezpośrednio na dach pojazdu. W sytuacji, gdy pojazd wyposażony został już w odpowiednią antenę komunikacyjną, warto zastanowić się nad możliwością użyczenia jej sygnału na potrzeby licznikowe. LE 3000plus HVM - część pomiarowa Pomimo niewielkiej ingerencji licznika w obwód główny pojazdu, przed przystąpieniem do instalacji, niezbędne jest wykonanie odpowiedniej dokumentacji projektowej. Niestety, nie ma możliwości przygotowania jednego typowego projektu dla danego modelu pojazdu z uwagi, iż większość z nich na przestrzeni lat oraz przebytych zabiegów modernizacyjnych, posiada różne rozmieszczenie elementów. W celu uniknięcia błędów na tym etapie, zwykle przeprowadzana jest wcześniejsza inwentaryzacja pojazdu (wizja lokalna), co pozwala wskazać wygodne miejsce instalacji poszczególnych komponentów. Poprawnie przygotowaną dokumentację projektową zatwierdza OSD. Spółka Elester-PKP oferuje pełne wsparcie i pomoc również na tym etapie. Bocznik pomiarowy Wzorcowanie i odbiór liczników Każdy licznik energii prądu stałego, którego odczyty mają stanowić podstawę rozliczeniową, wymaga wzorcowania. Sprawdzenia metrologicznego układu pomiarowego dokonać mogą jedynie jednostki notyfikowane lub posiadające akredytację wydaną przez Polskie Centrum Akredytacji. Weryfikacja taka poświadczona jest odpowiednim świadectwem oraz plombą zabezpieczającą, umieszczoną na części pomiarowej i komunikacyjnej. Ostatni etap to odbiór urządzenia zamontowanego w pojeździe trakcyjnym przez pracowników OSD. Weryfikacja i parametryzacja taka zajmuje średnio 1,5 godziny a całość pracy poświadcza założenie plomb zabezpieczających. Należy zwrócić uwagę na obowiązujące wymagania spółki PKP Energetyka, które nakazują powtarzać badania metrologiczne nie rzadziej niż co 36 miesięcy. Operacja kolejnego wzorcowania wymaga demontażu układu pomiarowego, wykonania badania oraz powtórnej instalacji. Warto uwzględnić stosowne prace dodatkowe, jeszcze na etapie przetargowym. Licznik posiada specjalną pamięć gwarantującą nieprzeciętną odporność na zakłócenia i uszkodzenia. Oprogramowanie licznika Wszelkie zarejestrowane dane pomiarowe oraz zdarzenia można zdalnie lub lokalnie pobrać z liczników przy pomocy specjalnego oprogramowania o nazwie LE 3000 Odczyty. Aplikacja ta stanowi integralną częścią urządzenia i przekazywana jest bezpłatnie. Dzięki niej można wykonać proste analizy i raporty. Informacje prezentowane są w formie tabelarycznej oraz graficznej. Program pozwala na odpowiednie zestawienie, filtrowanie i eksportowanie danych do plików odczytywanych prze arkusze kalkulacyjne. Alternatywą dla standardowego programu odczytowego jest stworzony przez spółkę Elester-PKP system obszarowej analizy poboru energii trakcyjnej Falko, który posiada znacznie więcej funkcji i możliwości analitycznych. 4

Dodatkowe możliwości zastosowania liczników Obowiązujące wytyczne zezwalają na prowadzenie rozliczeń energii elektrycznej prądu stałego na podstawie odczytów z urządzeń, które nie są montowane jedynie na pojazdach trakcyjnych. Dla niektórych operatorów kolejowych wygodnym rozwiązaniem jest dokonanie pomiaru na bocznicy kolejowej czy parowozowni. W takiej sytuacji urządzenie LE 3000plus montuje się bezpośrednio na słupie trakcyjnym, podstacji trakcyjnej czy kabinie sekcyjnej. Wersja nasłupowa licznika energii wymaga jedynie zastosowania dodatkowej obudowy, chroniącej urządzenie przed warunkami atmosferycznymi. Procedura formalna dotycząca odbiorów technicznych i wzorcowania jest analogiczna do działań z urządzeniami montowanymi na pojazdach trakcyjnych. Bardzo ciekawym nowym rozwiązaniem licznika energii LE 3000plus jest możliwość podłączenia do modułu komunikacyjnego dodatkowej części pomiarowej HVM. Otwiera to szersze perspektywy wykorzystania urządzenia oraz szansę przeprowadzenia złożonych analiz otrzymanych danych pomiarowych. Nowatorskim pomysłem takiej konfiguracji jest umieszczenie jednej części pomiarowej w torze głównym prądowym, a drugiej w miejscu przepływu energii, przeznaczonej na potrzeby własne pojazdu. Takie rozwiązanie pozwala na oddzielne opomiarowanie zużycia energii napędu od pozostałych systemów pokładowych (np. ogrzewania, klimatyzacji, oświetlenia). Program Falko Konstrukcja licznika energii pozwala na swobodne stosowanie urządzenia również w wagonach tramwajowych i trolejbusowych oraz obiektach elektroenergetycznych, zasilających trakcję tramwajową. Falko system obszarowej analizy poboru energii trakcyjnej Dane pomiarowe rejestrowane przez liczniki energii są cennym materiałem badawczym. Na podstawie tych informacji przewoźnik może odpowiednio zarządzać i prowadzić politykę dotyczącą energii trakcyjnej oraz wdrażać działania optymalizacyjne, nakierowane w szczególności na obniżkę jej zużycia. Zebrane dane wymagają jednak odpowiedniej analizy, porównań, uszeregowania i obróbki. Skutecznym narzędziem w tym zakresie będzie dopasowany do możliwości liczników system Falko. Program Falko wyposażono w kalkulator taryf, pozwalający na wykonanie symulacji zakupu energii dla różnych stawek taryfowych. Program zestawia ze sobą dane o poziomie wartości pobieranej energii, jej charakterystyce z czasem tego poboru, geograficzną lokalizacją oraz aktualnym użytkownikiem pojazdu. Umożliwia to wykonanie pełnych analiz i raportów, które w szczególności dotyczą ekonomiki prowadzenia pojazdów oraz jakości otrzymywanej energii. Pośrednio informacje te mogą również opisywać stan szlaków, sprawność pojazdów trakcyjnych czy ich efektywność energetyczną. Co ważne, system został zaprojektowany do łatwej rozbudowy swoich możliwości analitycznych poprzez dodawanie kolejnych użytecznych dla operatora warstw, filtrów czy parametrów (np. informacji o masie pojazdu). Zgromadzone dane pozwalają nie tylko na bieżące kontrolowanie opłat, wynikających ze zużywanej energii, ale również umożliwiają prognozowanie zobowiązań na kolejne okresy. Dodatkowo system Falko został wyposażony w kalkulator taryf, który ułatwia przeprowadzenie symulacji zakupu energii dla różnych stawek taryfowych. System nie wymaga instalowania i dostępny jest na wielu stanowiskach jednocześnie za pomocą standardowej przeglądarki internetowej. Warto podkreślić, iż struktura bazy danych przygotowana została do szybkiego generowania odpowiednich zestawień, nawet w sytuacji przetwarzania bardzo dużej ilości informacji pomiarowych. Przyjazny wygląd aplikacji oraz skalowalna mapa z zaznaczonymi poruszającymi się pojazdami, zapewnia prostą i intuicyjną obsługę. Materiały wyjściowe dostępne są w postaci standardowych zestawień i wykresów, które można eksportować do ogólnie dostępnych formatów plików lub mogą być prezentowane w formie graficznej na skalowalnej mapie. System pozwala również na odczyt i analizowanie danych pomiarowych z liczników różnych producentów, które są zgodne z wymaganiami normy i wytycznymi spółki PKP Energetyka. 5