Monitorowanie jakości energii elektrycznej

Jest ono zasadniczo ważne dla kosztów i bezpieczeństwa eksploatacji instalacji elektrycznych. Bardzo często nie uświadamiamy sobie jak poważne konsekwencje może mieć kiepska jakość energii elektrycznej. Analizatory jakości energii elektrycznej stają się coraz bardziej inteligentne i przystępne cenowo i można z nich łatwo budować sieć monitoringu np. w zakładzie. W artykule przedstawiono przykładowy system monitorowania parametrów energii elektrycznej POWERSIDE PSL PQube 3.

Od kiedy elektryczność stała się motorem postępu cywilizowanego świata, zapewnienie ciągłości dostaw energii elektrycznej spędza sens z powiek osobom odpowiedzialnym za krytyczne procesy w elektroenergetyce przemysłowej i zawodowej. Bez dobrej jakości energii elektrycznej (JEE – JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ) nie byłoby postępu współczesnego świata. Dla każdego zakładu, przedsiębiorstwa, instytucji czy domostwa, ciągłość dostaw dobrej jakościowo energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie ! Jak każdy produkt elektryczność można oceniać pod katem jakościowym. Dostawy energii muszą być ciągłe i jakościowo dobre. Dostawy energii elektrycznej należy monitorować (czyli rejestrować i kontrolować parametry), aby móc egzekwować zobowiązania u dostawcy energii. Dostawca energii musi monitorować JEE, aby ustrzec się przed skutkami kiepskich wskaźników SAIDI & SAIFI. Temu celowi służą systemu monitorowania jakości energii elektrycznej i potrzebują ich wszyscy.

Kiedy jakość energii jest dobra ?

Wtedy, gdy spełnia warunki narzucone przez normy (krajowe, międzynarodowe) i rozporządzenia oraz instrukcje ruchu dotyczące jakości energii. Energia elektryczna – napięcie oraz prąd – powinny być w jak najniższym stopniu odkształcone od idealnych kształtów sinusoidalnych. Aby to osiągnąć, należy monitorować jakość energii oraz poprawiać jej parametry. Aby poprawić, trzeba wpierw mieć świadomość, że energia bardzo często jest złej jakości. Zazwyczaj dotyczy to odkształceń prądu (harmoniczne prądu), ale często są to problemy z zapadami napięcia oraz przepięciami, które niszczą infrastrukturę elektroenergetyczną oraz elektronikę. Częstotliwość w pracy na sieć jest stosunkowo „sztywna”, ale też trzeba ją monitorować. Wolne wahania napięcia męczą wzrok i mózg poprzez efekt migotania. Dlatego potrzebujemy analizatory jakości energii elektrycznej.

Instrukcje Ruchu i Eksploatacji Sieci są publikowane przez Grupy Energetyczne

Jest szereg wydanych norm krajowych i międzynarodowych dotyczących jakości energii elektrycznej (np. PN 50160 dotyczy tylko charakterystyk napięciowych)

Czym może skutkować kiepska jakość energii  ?

Dostarczana energia elektryczna kiepskiej jakości może być przyczyną: katastrof, pożarów, kosztownych awarii, zakłóceń ciągłości dostaw, strat finansowych, opóźnień komunikacyjnych, utraty wizerunku, chorób, stresu, itp. Jest zatem bardzo niepożądanym zjawiskiem i trzeba się mu przeciwstawiać.

Dlaczego należy monitorować jakość energii 24/7/365 ?

Wychwycenie na czas problemu JEE pozwala nie tylko zapobiec podanym wyżej skutkom, ale pozwala wyegzekwować od dostawcy energii należnej bonifikaty lub odszkodowania umowne.  Problem JEE tj. zapad napięcia, przepięcie , odkształcenia harmonicznymi, migotanie (wahania napięcia) należy zarejestrować analizatorem JEE klasy A (pełna zgodność z IEC PN 61000-4-30) edycja 3. Przykładem takiego analizatora jest Powerside PQube 3.

Czy na podstawie zarejestrowanych parametrów elektrycznych można zlokalizować źródło zakłócenia (sieć zewnętrzna czy odbiorca) ?

Tak, jest to możliwe pod warunkiem poprawnej analizy, co jest związane z odpowiednim wykształceniem w zakresie elektrotechniki teoretycznej oraz z praktyką i doświadczeniem osoby analizującej. Wiele firm zajmujących się tematyką jakości energii elektrycznej jest w stanie należycie wykonać taką usługę. Najważniejsze jest zarejestrowanie zdarzenia (event), zgodnie z ustalonymi kryteriami rejestracji.  Na etapie wyboru dostawcy sprzętu do monitorowania jakości energii warto zapewnić sobie wsparcie w tym zakresie.

Opis systemu PQube 3

System monitorowania jakości energii PQube 3 jest systemem modułowym (analizatory jakości energii elektrycznej: PQube 3v, PQube 3, PQube 3r, PQube 3e). System umożliwia wpięcie głównego modułu do układu pośredniego lub półpośredniego (przekładniki napięciowe i prądowe), a więc nadaje się do monitorowania w sieciach nN,SN, WN oraz NN. Monitoring może obejmować napięcia oraz prądy AC oraz DC (dostępny moduł DC dla prądów i napięć nawet do 1200V DC), jak również sygnały analogowe DC pochodzące z czujników np. środowiskowych. W ramach systemu PQube 3 dostępne są również moduły przekładnikowe CTI-5 & CTI-1 (dla pomiarów pośrednich i półpośrednich), moduł zasilacza PM1 & PM2, moduł dodatkowych wejść napięciowych do 600 V AC VAT-1, moduły do podtrzymania zasilania UPS, moduł moduł przekaźnikowy RM8 do sterowania procesami, przekładniki typu SPLIT CORE 0,333V (w tym wersja ultra precyzyjnych) oraz przetworniki Halla’a do pomiarów prądowych DC. PQube 3 obsługuje zasilanie POE oraz może być zasilany z innych zasilaczy AC/DC (a nie tylko oryginalnych). Patrz tutaj

Analizatory jakości energii elektrycznej PQube 3 nie wymagają zewnętrznego oprogramowania. Jest on w zasadzie szybkim rejestratorem zakłóceń i niezwykle precyzyjnym analizatorem mocy (klasa 02s). Wszystkie zarejestrowane zakłócenia są zapisywane w pamięci wewnętrznej 32GB, dodatkowo ma 16 GB do 128 GB pamięci na karcie SD. PQube 3 może być plombowany i używany do rozliczeń jako precyzyjny licznik energii elektrycznej. Komunikacja odbywa się poprzez złącze RJ 45 (MODBUS TCP/IP oraz DNP 3.0) i umożliwia podłączenie go do systemu nadzorczego SCADA. Może również pracować zupełnie autonomicznie i raportować na kartę. Po wystąpienia zakłócenia lub wygenerowaniu trendu zarejestrowanych parametrów, PQube 3 przygotowuje raport i wysyła go pocztą email do odbiorcy. Wyposażony jest w szereg zabezpieczeń cybernetycznych. Generuje raport zgodności z normą PN 50160 lub po zmodyfikowaniu kryteriów z rozporządzeniem, czy innymi wytycznymi.

Dostarczane oprogramowanie REPORT MANAGER pozwala na zautomatyzowane przygotowanie edytowalnego protokołu pomiarowego zgodnie z wymogami normy, rozporządzenia lub wytycznych instrukcji w j.polskim.

Przykładowa 1 strona wydruku:

Przykładowa 2 strona wydruku (czasami może ich być sporo)

Analizator PQube 3 obsługuje także międzynarodowy format wymiany danych o jakości energii elektrycznej PQDIF. Można wczytywać jego dane pomiarowe do znanego oprogramowania PQVIEW oraz bezpłatnego PowerDiffractor.

Należy zauważyć, że problemy jakości energii elektrycznej eskalują i wraz z rozwojem mikrogeneracji (głównie fotowoltaiki, patrz supraharmoniczne) oświetlenia LED i innych masowych odbiorników nieliniowych, oraz sieci ładowarek elektrycznych do samochodów problemy będą coraz trudniejsze i monitoring parametrów energii elektrycznej będzie miał coraz wyższą rangę.

Czy jest od razu potrzebny analizator w pełnej klasie A ? Może wystarczy tylko rejestrator podstawowych parametrów napięć, prądów, mocy i energii ?

Wszystko zależy od celu zakupu analizatora . Jeżeli celem jest wykonywanie tylko bieżących kontroli obciążeń obwodów, czy doboru kompensacji mocy biernej, wtedy wystarczy klasyczny rejestrator mocy i energii tak jak CA PEL103. Oczywiście PQube 3 daje również możliwość cztero-ćwiartkowej analizy mocy do badań kompensacji mocy biernej oraz analizy pracy układów fotowoltaicznych czy turbin wiatrowych.

Klasa A dotyczy metod pomiarowych umożliwiających porównanie wyników badań różnych podmiotów, którym zlecana się rozstrzyganie sporu pomiędzy odbiorcą a dostawcą. Wtedy potrzebny jest analizator JEE w klasie A. PQube 3 zapewnia zgodność z normą PN 61000-4-30, w której opisane są metody pomiarowe dla analizatorów używanych do rozstrzygania sporu. Posiadanie w zakładzie sieci analizatorów PQube 3 zsynchronizowanych czasowo poprzez źródło podstawy czasu (protokół SNTP, NTP, GPS) pozwoli nam nawet na zlokalizowanie źródła problemu.

Dodatkowo, zainstalowanie czujników parametrów środowiskowych i fizycznych (zespolony czujnik ENV2) pozwala na korelowanie zakłóceń parametrów elektrycznych ze zjawiskami środowiskowymi lub fizycznymi (temperatura, zawartość wilgoci w powietrzu, ciśnienie atmosferyczne, wstrząsy i wibracje). Wyjścia przekaźnikowe (standard 1 szt, w wersji PQube3r 4 szt) pozwalają na sterowanie procesami na bazie wykrytych problemów JEE.

PQube 3 może zostać zabudowany w obudowie przenośnej lub odpornej pogodowo i wyposażony w modem komunikacyjny bezprzewodowy LTE oraz antenę GPS dla synchronizacji czasowej. Jest wtedy znacznie tańszą alternatywą dla drogich, profesjonalnych analizatorów JEE w pełnej klasie A.

Można zatem wykorzystać go również jako przenośne narzędzie do rozwiązywania doraźnych problemów JEE (dostępne są cewki Rogowskiego, które są wpinane bez integratora, bo integrator jest już wbudowany do PQube 3). Na wyposażeniu każdego PQube 3 jest oprogramowanie do konfiguracji (Configurator), oprogramowanie do doraźnej analizy JEE z łącznością w czasie rzeczywistym (MODBUS CLIENT), oprogramowanie do generowani raportów z badań w formacie edytowalnym oraz opcjonalne oprogramowanie do obsługi floty analizatorów (to oprogramowanie trzeba sobie jednakże osobno dokupić).

Dla jakich aplikacji jest przeznaczony PQube 3 ?

PQube 3 nadaje się dla wszystkich aplikacji związanych z monitorowaniem 24/7/365 parametrów energii elektrycznej gdzie musimy mieć honorowane w arbitrażu rozstrzygania sporu dane pomiarowe:

• zakłady energetyczne i operatorzy sieci (PQube 3 występuje również w wersji microPMU do badania stabilności sieci energetycznej)
• zakłady przemysłowe – energetyka przemysłowa
• telekomunikacja (min. stacje bazowe LTE/5G)
• IT (serwerownie
• kolejnictwo
• inteligentne budynki
• badania i rozwój – microPMU

Zapraszamy również do oglądania filmów o PQube 3 na naszym kanale youtube o  PQube 3

Zachęcamy również do przeczytania innych artykułów poświęconych monitoringowi online stanu technicznego urządzeń elektroenergetycznych np. o PD Annunciator