Nový analyzátor kvality elektřiny s nepřetržitým záznamem Elspec PURE Black Box

Se stoupající komplexností průmyslových systémů jsou již nyní některé části průmyslových podniků velmi citlivé na parazitní jevy na napájecí elektrické síti a náchylné ke kolapsu.

Nové výrobní systémy s vysokým stupněm autonomie, které se v rámci Industry 4.0 připravují, budou ještě mnohem více využívat počítačové systémy zpracovávající obrovské množství dat získávaných z každého kroku výrobního procesu a zpětně je využívat k inteligentní optimalizaci výroby ve snaze minimalizovat účast člověka na vlastní výrobě i jejím řízení.

Vzniknou tak velmi komplexní systémy obsahující jak obrovské množství automatizačních prvků, počítačových systémů, tak i výkonové elektroniky pohonů a dalších prvků provádějící vlastní elektrickou a mechanickou práci.

Proto stále stoupá potřeba mít v závodě kvalitní elektřinu, která nebude ovlivňovat provoz technologie. Stoupají tím i nároky na sledování kvality elektrické energie a jejího vlivu na výrobní systémy.

Obr. 1. Velikost napájecího napětí

Většina pracovníků současných podniků se bohužel stále domnívá, že postačí spoléhat se na dodavatele elektřiny a jeho měření nebo sledovat kvalitu elektrické sítě jejich podniku podle limitů normy ČSN EN 50160. Nechávají si instalovat monitorovací zařízení všech možných renomovaných výrobců, kteří se předhánějí v tom, jak jejich přístroje a systémy dokonale vyhovují všem požadavkům této normy a přitom netuší, že tato norma je určena pro potřeby ověření kvality elektrické energie na straně dodavatele, tedy na straně odběrného místa, což je pro většinu podniků primární strana napájecího transformátoru.

Informace od distributora, že kvalita sítě na odběrném místě je vyhovující, však neposkytuje téměř žádnou informaci o kvalitě na sekundární straně transformátoru, ze které jsou napájena veškerá zařízení v podniku.

Investují tak nemalé prostředky a netuší, že vyhazují peníze z okna. Situaci podporují elektrotechnické firmy, které díky nekompetenci a nízké úrovni vzdělání svých pracovníků většinou také netuší, že instalují systémy, které pro potřeby kvality elektřiny mnoho nepřinášejí.

To je první špatná zpráva.

Většina dnešních spotřebičů nejen v průmyslových závodech je nelineární a zavádí do sítě harmonické složky. Stále přibývá řízených pohonů všech výkonů, výkonových regulátorů atd. Také zdroje počítačových systémů, datových center, UPS zanášejí do elektrické sítě závodu velké množství rušení. Odběry moderních technologií jsou velmi dynamické a způsobují kolísání napětí, napěťové poklesy a překmity i impulzní špičky.

Druhou špatnou zprávou je, že limity normy EN 50160, podle kterých většina současných energetiků v podnicích hodnotí kvalitu elektřiny v závodě, tedy na sekundární straně transformátoru, je z hlediska „hlídaných“ parametrů sítě naprosto nedostatečná a většinu rušivých jevů na síti, ovlivňujících provoz zařízení, nepostihne. Navíc měření a vyhodnocování podle této normy postihuje pouze jevy napěťové a nezajímá se vůbec o to, jak vypadají proudy protékající síti, které, vzhledem k výše uvedenému, jsou poznamenány nelinearitami připojených zařízení.

Obr. 2. Náhled mechanického provedení monitorů

Třetí špatnou zprávou pro vyhodnocování kvality s využitím ČSN EN 50160 je postup, kterým jsou parametry sítě měřeny a vyhodnocovány příslušnými přístroji. To určuje norma EN 61000-4-30, která krom jiného uvádí, že efektivní hodnota napětí je průměrována přes 10 period síťové frekvence. Na obr. 1 je jako příklad znázorněn krátkodobý pokles napětí na hodnotu pod 100 V, který se projeví skutečně na svorkách strojů v dané síti – zelená stopa, a oranžový průběh ukazuje, co naměří přístroj vyhodnocující podle normy EN 61000-4-30. Krom toho, že není zachycen skutečný tvar poklesu napětí, ani jeho velikost neodpovídá skutečné velikosti této události. Naneštěstí zařízení připojené k této síti je ovlivněno skutečným poklesem a ne virtuální hodnotou napětí, která byla vypočtena. Toto je jen malý příklad toho, jak zavádějící informace mohou být získávány při používání přístrojů vyhodnocujících podle ČSN EN 50160 pro představu o vlivu sítě na výrobní zařízení.

Kvalita elektrické energie však není, jak již bylo naznačeno, jen o poklesech napětí, ale představuje řadu parametrů, které různým způsobem ovlivňují hladký provoz připojených zařízení, jejich životnost i efektivitu.

Důsledky nekvality elektrické energie jsou výpadky výroby, snižování životnosti zařízení, růst nákladů na údržbu, snížená kvalita výrobků i energetické ztráty. Vše tedy vede k finančním ztrátám.

Jak vidno, kvalitní elektrická energie je stejně zásadním faktorem pro výrobu jako ostatní suroviny a i tak je třeba na ni pohlížet. Pro kontrolu kvality vstupních surovin, materiálů a komponentů má každý výrobní podnik běžně vybudovaný systém kontroly kvality.

Na elektřinu se většina podniků však zatím dívá jako na něco daného automaticky, nanejvýše se pokouší ji ověřovat, jak již bylo řečeno, měřidly pracujícími podle ČSN EN 50160 v blahé naději, že má vše pod kontrolou.

Pro představu o skutečném stavu kvality elektřiny je však třeba měřit, zaznamenávat a vyhodnocovat skutečný fyzický stav napětí a proudu.

Pro tento účel by bylo možné použít metodu přímého digitálního záznamu průběhu napětí a proudů dostatečně vysokou vzorkovací rychlostí. Problém je však s množstvím dat. Pro dobrou přesnost měření bez ztráty detailů je třeba alespoň 1 024 vzorků na jednu periodu 50 Hz. Při osmi vstupech získáme asi 800 MB dat za jeden den záznamu. To kromě obrovského množství dat pro jedno měřicí místo přináší i problém rychlého vyhledávání detailů v takovém záznamu.

Obr. 3. Přenosné monitory G4500

Tento problém vyřešila firma Elspec v podobě speciálního bezeztrátového kompresního algoritmu PQZIP, který zajistí kompresní poměr 1 000 : 1, při jehož použití je možné rok záznamu včetně časových značek a dalších údajů uložit do prostoru 8 GB. Přístroje Elspec tedy nepřetržitě ukládají vše, co se na sítí v daném místě děje, na rozdíl od všech ostatních řešení, kdy daný přístroj měří a pouze v případě překročení nastavených limitů událost uloží do paměti. Limity však nevyhodnocuje z fyzické velikosti např. napětí, ale z předem přepočteného průměru přes 10 period, jak je uvedeno na obr. 1.

Na rozdíl od klasické konstrukce monitorů tedy měří monitory Elspec všechna napětí a proudy vzorkovací rychlostí až 1 024 vzorků za periodu metodou perioda po periodě bez jakéhokoliv průměrování. Takto získaná data jsou nepřetržitě komprimována a ukládána do vnitřní paměti přístroje pro další zpracování.

V současné době dodává Elspec řadu pevných monitorů Elspec BlackBox G44XX využívajících tuto technologii, kde se jednotlivé modely řady liší velikostí paměti pro ukládání dat (G4410 paměť na 5 až 7 dnů, G4420 na měsíc a G4430 na jeden rok záznamu). Mechanické provedení všech modelů je stejné a je patrné z obr. 2. Dále dodává přenosné monitory řady G4500 s deseti vstupy (8 AC + 2 DC) obr. 3.

Obr. 4. Programový balík PQSCADA Sapphyre

Všechny tyto přístroje jsou podporovány programovým balíkem PQSCADA Sapphire (obr. 4).

Nově byl uveden na trh nový přenosný monitor – analyzátor kvality elektřiny Elspec PureBB (obr. 5).

Je to pokročilý analyzátor kvality energie, stejně jako ostatní přístroje Elspec, pracující ve třídě A. Jde o ruční přenosné a snadno použitelné zařízení typu plug and play vycházející z konstrukce G4500, které nepřetržitě zaznamenává čtyři napětí a čtyři proudy velkou rychlostí 256 vzorků za sekundu, a díky integrované kompresní technologii PQZIP zaručuje dobu záznamu více jak jeden rok. Všechny parametry kvality sítě jsou zaznamenávány bez jakéhokoliv předchozího nastavení jakýchkoliv rozhodovacích hodnot nebo konfigurace nahrávání. Díky tomuto řešení má uživatel k dispozici jak klasické výsledky zachycených událostí podle požadavků normy ČSN EN 50160, ale současně i průběžný záznam všech napětí a proudů za celé měřené období. Tím je dostupná možnost ověřit si kdykoliv dodatečně kterýkoliv parametr sítě s přesností třídy A, bez nutnosti opakovat měření s výhodou skutečných fyzických hodnot. PureBB umí ve spolupráci s programem PQScada Sapphire více než 5 000 parametrů kvality elektrické energie, jako jsou RMS, THD, výkony, účiník, power faktor, nevyvážení i harmonické až do 128., ale i interharmonické při rozlišení 5 Hz a mnoho dalších volitelných parametrů. Zařízení je k dispozici ve dvou verzích: jednofázové a třífázové. PureBB je navržen tak, aby detekoval jakoukoliv událost, která se vyskytla v energetickém systému. Je schopen nepřetržitě zaznamenávat průběhy i tvary vlny signálu. Ukládá souhrnné protokoly včetně počátečního a koncového času, trvání, závažnosti a velikosti události. Při provozu využívá analyzátor PureBB technologii superkondenzátoru umožňující kontinuální záznam i během krátkých přerušení dodávky elektřiny. Analyzátor je dodáván s podpůrným software PQSCADA Sapphire ve verzi Basic, která plně vyhoví pro vyhodnocování všech 5 000 parametrů sítě na běžném PC.

Obr. 5. Analyzátor kvality Elspec PureBB

PQSCADA Sapphire v plné verzi je otevřená, plně programovatelná platforma navržená pro přizpůsobení a snadnou integraci i přístrojů „NE Elspec“. Díky otevřenosti a flexibilitě podporuje PQSCADA Sapphire mnoho úrovní přizpůsobení: od jednoduchých konfigurací koncových uživatelů až po styl XAML a plné kódování. Podporuje všechny záznamníky poruch, analyzátory kvality elektrické energie, přístroje pro měření spotřeby (elektroměry) nezávisle na jejich výrobci, ale i přístroje pro měření a záznam neelektrických veličin, jako je spotřeba vody, plynu atd. Sapphire umožňuje zobrazit všechny měřicí body na živé zeměpisné mapě s daty v reálném čase a obecné stavy (obr. 4). Elspec PureBB lze použít jako samostatný přenosný záznamník kvality nebo jako přenosné zařízení pro časově omezená měření v závodě a výsledná data snadno kombinovat s daty z trvalého monitoringu vybudovaného na monitorech Elspec G44XX v programu Sapphire. Další podrobnost i možnost předvedení všech zařízení Elspec lze získat u zástupce pro ČR a SR společnosti Blue Panther, s. r. o.

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 12/2018 na straně 32 . 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.