Měření a regulace elektrické energie

Měření a regulace elektrické energie

Ing. Miroslav Macek, ZPA CZ Trutnov s. r. o.

V minulém čísle ELEKTRO (str. 70) byly zveřejněny základní technické informace o statických elektroměrech a přijímačích hromadného dálkového ovládání ze sortimentu firmy ZPA Trutnov. V následujícím textu jsou naznačeny současné trendy v oblasti statických elektroměrů a v oblasti přijímačů hromadného dálkového ovládání, jejich vlastnosti a možnosti aplikace. Vzhledem k tomu, že některé z uvedených produktů nabízejí větší množství volitelných parametrů, měl by tento příspěvek alespoň zčásti pomoci při zadávání parametrů nakupovaného přístroje.

Statické elektroměry

Společnost ZPA CZ Trutnov s. r. o. vyrábí a nabízí ucelenou řadu statických jednofázových a trojfázových jedno- až čtyřtarifních elektroměrů pro přímá i nepřímá měření. Část sortimentu je vyráběna v licenci švýcarské firmy EMU Elektronik a na vývoji části produkce se podílejí specialisté firmy ZPA CZ. Elektronické statické elektroměry, tvořící novou generaci v oboru měření odběru elektrické energie, využívají možnosti, které nabízí využití moderní součástkové základny, včetně mikroprocesorů a speciálních obvodů a příslušného softwaru. Elektroměr je tak schopen poskytnout komplexnější informaci o okamžitých parametrech elektrorozvodné sítě i širší škále dlouhodobě sledovaných hodnot. Tradiční pulsní výstup S0 (impulsní výstup, který udává hodnotu odebrané energie) původních měřidel je nyní rozšířen o možnost čtení údajů přes optoelektronické rozhraní, přes sběrnici RS-485 a o možnosti dálkového odečtu, přenosu a hromadného zpracování dat např. použitím technologie LonWorks. Při požadavku optimálně řídit spotřebu je možné využít elektroměry obsahující modul přijímače hromadného dálkového ovládání (dále jen HDO).

Pokračuje vývoj dalších typů, a to jak směrem k jednodušším a levnějším přístrojům, tak směrem ke zvyšování užitné hodnoty a komfortu elektroměru. Od základních typů elektroměrů se odvíjí množství verzí závislých na požadavcích zákazníka. Se zákazníkem je proto nutné vyplnit zadávací specifikaci elektroměru a podle tohoto dokumentu výrobce formátuje a parametrizuje přístroj.

Elektroměr ZPA EMU 100.4D

Je to čtyřsazbový přístroj pro přímé měření činné energie v jednofázové síti se vstupy na přepínání sazeb, ve třídě přesnosti 2 podle ČSN EN 61036. Elektroměr obsahuje moderní elektronické prvky pro výběr veličin, které lze zobrazit na displeji a číst přes optické rozhraní. Důležitá data jsou průběžně ukládána do paměti EEPROM (zabudované uvnitř přístroje) a nehrozí tak jejich ztráta v případě výpadku napětí. Data jsou několikastupňově (mechanicky i softwarově) chráněna před vnějším zásahem a snahou o jejich zfalšování. Na displeji LCD je možné zobrazit více než 30 naměřených nebo vypočtených údajů, včetně údajů o identifikaci a provedení elektroměru. Kromě energie – dodané či odebrané v jednotlivých sazbách i celkově – lze vyhodnocovat např. okamžité hodnoty napětí, proudu, cos j, maximální proudy ve zvoleném časovém intervalu, časové údaje o době provozu, zákaznické a výrobní číslo elektroměru, čas posledního odečtu atd., zvolené veličiny je možné cyklicky zobrazovat na displeji elektroměru. Přístroj komunikuje s PC přes optoelektronické rozhraní RS-232 (podle ČSN EN 61107) prostřednictvím optoelektronické sondy přiložené k elektroměru. Přes optické rozhraní lze místně číst údaje z paměti elektroměru rovněž s využitím přenosného terminálu (např. Psion). Tyto dva způsoby jsou určeny především k následnému hromadnému zpracování dat a k modernějšímu způsobu fakturace. V tab. 1 je uveden přehled základních vlastností elektroměru ZPA EMU 100.4D.

Tab. 1. Přehled základních vlastností elektroměru ZPA EMU 100.4D

Další typy elektroměrů

Dalšími typy elektroměrů jsou rovnocenné produkty určené pro širší okruh zákazníků. Liší se mechanickým provedením, způsobem použití a rozsahem poskytovaných parametrů. Všechny základní typy jsou schváleny Českým metrologickým institutem (ČMI) se zaručenou třídou přesnosti 2.

Trojfázové statické elektroměry poskytují úměrně více hodnot než elektroměry jednofázové. Typ ZPA EMU 300.4U může být vybaven modulem přijímače HDO anebo některým z modulů Lonel pro přenos dat (obr. 1). Spojení elektroměru a přijímače HDO do jednoho celku umožňuje měření i regulaci spotřeby energie.

Řada A pro trojfázové elektroměry

LONEL xx-A
Tento modul zajišťuje oboustrannou komunikaci s elektroměrem. Naměřené údaje poskytuje jako síťové proměnné dalším přístrojům připojeným do sítě LonWorks^®. Modul rovněž plní funkci přepínače tarifů uvnitř elektroměru, čímž na sebe přebírá funkčnost modulu HDO. Stejně jako u HDO může mít modul dvojici přepínacích relé pro spínání výkonové zátěže (bojler, akumulační kamna atd.).

LONEL xx-A-IN
Tento modul je koncipován jako „centrální měřicí jednotka pro domácnost“. Kromě funkčnosti modulu LONEL xx-A má dva impulsní čítačové vstupy pro snímání signálů z externích měřičů, jako jsou plynoměry a vodoměry. Uvedené vstupy jsou zpracovány externím procesorem s extrémně malým příkonem, který je zálohován z baterie, takže tento obvod je funkční po dobu asi čtyř až šesti hodin i bez dodávky elektrické energie.

LONEL RS-485
Komunikační převodník na fyzickou vrstvu RS-485 není určen pro sběrnici LonWorks®, a není tedy osazen neuronovým čipem. Komunikační protokol je totožný s protokolem pro přístroj s optickým rozhraním (ČSN EN 61107). Na komunikační sběrnici je možné připojit až 32 uzlů. Jedná se o nejlevnější a nejjednodušší modul pro malé aplikace.

Řada B pro jednofázové elektroměry

LONEL FT-B
Tento druh modulu je funkčně shodný s modulem LONEL xx-A, avšak je implementován do jednofázového elektroměru ZPA EMU100.4L. Modul může být vybaven dvojicí přepínacích relé pro spínání výkonové zátěže (bojler, akumulační kamna atd.).

Přijímače HDO
Systém hromadného dálkového ovládání (HDO) již více než čtyřicet let slouží k systémovému řízení odběru elektrické energie a tím přispívá k rovnoměrnějšímu a úspornějšímu hospodaření s tímto médiem.

Na základě centrálně vysílaných pulsů do sítě vn a vvn ovládají přijímače HDO zapínání spotřebičů podle sazeb a současně s tím i přepínání sazeb v elektroměru. Signály pro ovládání přijímačů HDO (tzv. telegramy) se transformují a šíří po vedeních nn a spínají spotřebiče v celých oblastech. Systém HDO se používá např. k dálkovému přepínání tarifů (zapínání akumulačních kamen a elektrických přímotopných těles), k blokování skupin spotřebičů, k dálkovému zapínání veřejného osvětlení nebo k signalizačním účelům.

Obdobně jako u elektroměrů přinesla modernizace přijímačů HDO rozšíření užitných vlastností přístroje.

Současná perspektivní řada přijímačů s označením FMX 5xx je mimo jiné vybavena moderním mikroprocesorem a pamětí EEPROM. K osazování desek součástkami je použita technologie SMT (plošná montáž součástek).

Přijímače HDO řady FMX 5xx umožňují programové nastavení kmitočtu a citlivosti na přijímací ovládací telegram, účinnou filtraci rušení ovládacího telegramu, odolnost proti atmosférickým vlivům, dovolují realizaci různých časových funkcí ve spojení s PC (např. monitorování přijímaných signálů), dálkovou parametrizaci, různé spínací programy, učicí funkce, odloučenou inteligenci, využití různých protokolů dálkové parametrizace apod.

Přijímaný signál HDO je zpracován digitálním filtrem, jehož parametry lze v širokých mezích měnit. Vyhodnocování přijímaných signálů a řízení všech funkcí zabezpečuje mikropočítač, jehož chování může být modifikováno změnou dat v paměti EEPROM.

Přijímač může zpracovávat libovolný známý povelový kód. Uživatel přijímače může v širokých mezích volit parametry zpracovávaných povelových kódů, ovládací frekvenci a šířku filtru, citlivost, různé časové funkce i reakci na výpadek a opětovný náběh napájecího napětí. Přijímač se programuje pomocí komunikačního adaptéru (buď galvanicky oddělené kontaktní rozhraní, nebo optické rozhraní) a počítače PC s operačním systémem Windows 3.1 až 95/98. V paměti EEPROM každého přijímače řady FMX 500 jsou uložena data, jež jsou určena k modifikaci jeho chování, i data identifikační a informativní.

Možnosti, které současné přijímače HDO nabízejí:

• nastavení počtu spínacích programů, počtu změn pro jeden program, časových kroků (min/s) a způsobu jejich aktivace; spínací program lze modifikovat učicí funkcí;

• naprogramování vlastností signálu, které je přijímač schopen se naučit (učicí funkce), a možnosti zadání podmínek k aktivaci naučené sekvence (tuto funkci přijímače je možné volit jako zálohu tam, kde hrozí výpadky vysílacích signálů na základě minulých povelů v určeném časovém intervalu, např. ovládání veřejného osvětlení apod.);

• použití přijímače jako spínacích hodin (v okamžiku, kdy je zahájeno vysílání signálu HDO, je „přijímač probuzen ze spánku“ a může se začít chovat jako běžný přijímač);

• naprogramování přijímače na možnost reakce na tři různé vysílací systémy HDO, které jsou provozovány na stejné frekvenci v časovém multiplexu (tzn. možnost vícefunkčního přepínaní);

• současné provozování klasického systému HDO a systému s dálkovou parametrizací dat s možností je vzájemně blokovat;

• okamžité vykonání jednotlivých povelů nebo jejich uskutečnění s individuálním zpožděním – pevným nebo proměnným (vyloučení proudových nárazů);

• nastavení relé do požadované polohy při výpadku a obnovení napájecího napětí a ovládaní časových funkcí (zastavení, obnovení, spuštění apod.);

• zálohování reálného času i při výpadku síťového napětí podle typu až 64 h;

• zvolení počtu osazených a výměnných relé, velikosti paměti EEPROM a doby zálohování;

• softwarové nastavení a modifikování chování přijímače, včetně tvaru kmitočtové charakteristiky vstupního filtru a citlivosti přijímače a povelových kódů;

• účinné filtrování rušivých impulsů v ovládacím signálu s (programově) nastavitelnými parametry;

• snadné vykonání různých časových a ovládacích funkcí (s možností tyto funkce spouštět, zastavovat nebo synchronizovat libovolným povelem); každé relé může pracovat např. jako impulsátor s nastavitelnou dobou setrvání v jednotlivých polohách, jeho činnost je ovládána zvolenými povelovými kódy, popř. jako spínací hodiny apod.;

• synchronizování všech časových funkcí kmitočtem krystalového oscilátoru;

• volitelné potvrzení polohy výstupních relé; i při vnějším nedovoleném překlopení relé se samočinně obnoví jeho správná poloha nejpozději do 12 min;

• ve spojení s počítačem samočinné monitorování přijímaných telegramů a společně s časovými údaji uložení na disk k pozdějšímu rozboru;

• ověření funkce přijímače spuštěním sady vlastních testů;

• využití programovatelné funkce tlačítka TEST;

• volitelné zaznamenání stavů přijímače do vnitřní paměti EEPROM;

• přerušení příjmu telegramu po přijetí výkonného impulsu;

• programovatelné zpoždění u každého povelu;

• dodatečné vykonání dalších funkcí podle požadavků zákazníka, včetně dálkové parametrizace.

Do řady přijímačů HDO FMX 5xx dále patří přijímače FMX 591 (1× 1 přepínací kontakt výstupního relé) a FMX 592 (2× 1 zapínací kontakt – obr. 2), které se liší od přijímačů FMX 500 až 509 svým miniaturním provedením. Tyto typy tak mohou rozměrově i funkčně přímo nahradit spínací hodiny SPHQ. Ostatní funkce jsou stejné jako u přijímačů řady FMX 5xx. Pro úplnost – přijímač typu FMX 552 je určen jako modul do trojfázového elektroměru ZPA EMU 300.4U.

Příkladem použití přijímačů HDO pro menší aplikace (v okruhu jednoho distribučního transformátoru) je jejich začlenění do systému Sudos, který umožňuje regulaci čtvrthodinového maxima, řízení spotřeby elektrické energie a dálkové ovládání spotřebičů.

Závěr

Rostoucí ceny elektrické energie, liberalizace trhu s elektrickou energií, ekologická hlediska, úspora energií, blížící se vstup do Evropské unie a další vnější vlivy – to jsou faktory, na které musí reagovat podnikatel v odvětví elektrotechnické výroby zaměřené na produkty v oboru měření a řízení odběru elektrické energie. Přijímače HDO a statické elektroměry tvoří hlavní výrobní program společnosti ZPA CZ Trutnov s. r. o. Tento výrobní program navazuje na tradiční aktivity firmy a je trvale rozvíjen. Snahou firmy ZPA CZ s. r. o. Trutnov zůstává, aby maximum domácností, chat a dalších objektů bylo vybaveno elektroměry a přijímači HDO její výroby.

(firemní článek ZPA Trutnov)