Měření kvality elektrické energie

Měření kvality elektrické energie

Společnost LEM je přední světový výrobce elektronických komponent a měřicích přístrojů pro energetiku. V segmentu měřicí techniky je zmíněná skupina závodů rozdělena na tyto základní organizační složky, které spolu spolupracují při vývoji a výrobě:

• LEM NORMA (Rakousko) – multimetry, revizní přístroje, analyzátory výkonu a sítí,
• LEM HEME (Velká Británie) – proudové sondy a klešťové multimetry,
• LEM ELMES (Švýcarsko) – analyzátory sítě Memobox a software CODAM,
• LEM ELSIS (Belgie) – vývoj systémů permanentního monitorování kvality QIS a BEN.

Historie firmy LEM

• 1972 – založení společnosti LEM (Liaisons Electroniques-Mecaniques, LEM SA), výroba proudových sond a komponent,

• 1989 – nákup 80 % akcií britské firmy HEME International Ltd. (HEME – Hall Effect Measurement Equipment),

• 1993 – převzetí ELMES-Staub AG (Švýcarsko) s produkty: síťové analyzátory Memobox a software,

• 1995 – převzetí NGI NORMA GOERZ Instruments ve Wiener Neudorfu (Rakousko) s produkty: digitální multimetry, revizní přístroje, zapisovače, výkonové analyzátory,

• 1998 – převzetí firmy Dr. Werner Mühlegger F&E GmbH a integrace do LEM NORMA GmbH; produkt: PQ analyzátor Topas,

• 2001 – převzetí společnosti DFR (Digital Fault Recorder) a integrace do LEM ELSIS; produkt: digitální zapisovač chyb BEN;

• 2001 – integrace společnosti ACTLEM do LEM ELSIS; produkt: analyzátor QWave a software QIS.

Sortiment přístrojů pro měření parametrů kvality elektrické energie lze rozdělit do tří hlavních kategorií.

1. Přenosné analyzátory kvality elektrické energie

Jedná se o klasické přenosné přístroje pro měření a záznam parametrů kvality, ke kterým patří analyzátory řady Memobox a Topas. Vzhledem k tomu, že přístroje jsou určeny k dlouhodobějšímu měření, jejich kompletní ovládání a nastavení je řešeno pomocí počítače. V poslední době lze trend vývoje v této skupině rozdělit do dvou samostatných částí:

1.1 Hardware
Sem patří základní přístroj s měřicími vstupy a pamětí pro záznam měření, kterých před dvěma lety jen v řadě Memobox 600 existovalo asi deset typů. Postupně však byly všechny nahrazeny dvěma základními řadami – 800 a 300 (obr. 1). U nich lze při stejném hardwarovém základu volit několik verzí s rozdílnými funkcemi. Unifikací hardwaru pro různé aplikace bylo oproti starším typům přístrojů dosaženo i výrazného snížení ceny při rozšíření počtu funkcí. U přístroje Memobox 300 a jeho budoucích verzí se ještě silněji projevuje snaha o minimální koncovou cenu, jejímž důsledkem je absence displeje, pevné připojení měřicích kabelů a proudových sond. Tato koncepce má dvě výhody. Nejenže jsou tyto přístroje při srovnatelné užitné hodnotě výrazně levnější, ale svým jednoduchým průmyslovým designem na sebe zbytečně neupozorňují. Tato umírněnost v designu byla z důvodu častých krádeží vyžadována uživateli z Latinské Ameriky, ale jiště nebude na škodu i u nás.

1.2 Software
Programové vybavení je určeno k definování měření, nastavení měřicích rozsahů napěťových a proudových vstupů a k vyhodnocení dat. V poslední době jsou funkce rozšířeny o možnost aktualizace softwaru a firmwaru stažením novější verze z webových stránek výrobce. To výrobci i uživateli umožňuje průběžnou modernizaci analyzátoru bez nutnosti servisního zásahu do samotného přístroje. Tak tedy lze měření a funkce přístroje upravovat podle změn v normách, v požadavcích uživatelů, ale i odstranit případné chyby v samotném programu. U některých typů přístrojů je také možné dodatečně změnit nastavitelné parametry (nominální a limitní hodnoty, převodový poměr atd.) u dříve vykonaných měření. Tak lze odstranit případné chyby v nastavení měření bez nutnosti jeho opakování. I přes rostoucí počet funkcí a objem naměřených dat si obslužný software zachovává jednoduché a intuitivní ovládání. Vyhodnocení naměřených údajů se zjednodušuje automaticky generovanými grafickými přehledy, tabulkami a reporty o kvalitě.

2. Ruční testery kvality

V této kategorii jsou zastoupeny nejjednodušší přístroje pro základní měření. Jedná se o nejmladší kategorii přístrojů PQ (Power Quality), ve které jsou většinou obsaženy nedávno představené novinky. Hlavní snahou při jejich vývoji bylo vytvořit přístroje, které oproti analyzátorům umožní obsluze okamžitě získat základní přehled o úrovni jednotlivých parametrů kvality, a to velmi jednoduše a levně. Tato skupina zahrnuje rozsáhlou škálu různých přístrojů od paměťových multimetrů, přes měřicí zásuvkový adaptér pro sledování kvality (podle EN 50160) v kancelářích a domácnostech až po třífázový analyzátor s velkým grafickým displejem s funkcí osciloskopu a zobrazením harmonických napětí a proudu (obr. 2).

3. Permanentní systémy monitorování kvality

V nabídce firmy LEM je spolu se systémem monitorování poruch (BEN) v sítích vvn, systém monitorování kvality QIS (Quality Information System). Systém QIS (obr. 3) umožňuje monitorovat kvalitu celé elektrické sítě, od výroby, přes přenos až po distribuci nn. První funkční systém QIS byl vyvinut před asi deseti lety pro belgickou společnost Electrabel (aplikace v Electrabelu nyní zahrnuje asi 300 měřicích přístrojů na všech napěťových úrovních, toto číslo se však neustále zvyšuje). Při liberalizaci trhu s elektrickou energií roste i význam měření kvality dodávané elektrické energie. To přispělo k rychlému tempu rozšiřování uvedených systémů nejen v západní Evropě. Zmíněný systém se skládá z obslužného softwaru QIS 3 a široké škály měřicích přístrojů. Při vývoji nových verzí softwaru a typů přístrojů firma velmi těsně spolupracuje s uživateli systému, přičemž klade důraz na jejich skutečné provozní požadavky.

3.1 Měřicí přístroje systému QIS
Firma LEM vyrábí pro systém QIS velké množství měřicích přístrojů QWave – od levného přístroje pro kontrolu kvality napětí u odběratele QWave Light až po špičkový a velmi přesný analyzátor QWave Premium. Tím je umožněn výběr co nejvhodnějšího přístroje podle potřeby jednotlivých měřicích míst. Otevřenost systému k měřicím přístrojům je dále podpořena použitým protokolem pro komunikaci PQDIF (zkratka pro Power Quality Data Interchange Format – všeobecně používaná ve vztahu ke standardu (návrh) IEEE P1159.3).

Cílem tohoto standardu (návrhu) je navrhnout společný formát souboru, který by mohli přijmout prodejci zařízení a softwaru PQ, aby zajistili kompatibilitu jimi naměřených údajů. Výhoda pro uživatele je zřejmá: jediný softwarový nástroj potřebný pro práci se zařízeními různých výrobců.

Systém kompatibilní s PQDIF umožňuje:

• integrovat data z existujícího zařízení,
• zůstat nadále volný při volbě nejvhodnějšího zařízení a prodejce,
• zpracovat data ze zařízení různých prodejců stejným způsobem.

Ve firmě LEM se rozhodli přijmout pravidla PQDIF, přičemž jsou ochotni být otevření směrem k jiným výrobcům zařízení Power Quality a vyrábět zařízení kompatibilní s jejich produkty. LEM je prvním evropským výrobcem, jehož software je s PQDIF již kompatibilní. K tomuto kroku také nezanedbatelně přispělo budování systému QIS pro francouzskou společnost EDF, která používala již stovky starších přístrojů Qualimetr a Ewon a jedním z jejích požadavků byla i jejich integrace do nového systému sledování kvality.

Vývoj systému monitorování kvality QIS jde ruku v ruce s vývojem v oblasti komunikačních a informačních technologií a s požadavky na měření kvality. Zásadní vliv na tento proces mají uživatelé. Ti přicházejí s podněty a připomínkami, které jsou dále zahrnovány do nových verzí.

3.2 Software QIS 3
Jedná se o soubor softwarových aplikací potřebných ke shromažďování dat a k řízení přístrojů pro měření kvality. Je dostupný v několika volitelných provedeních. QIS byl primárně vyvinut pro společnou práci s přístroji Qwave (určené pro měření parametrů kvality sítě), ale díky standardu PQDIF může také spolupracovat s třetí skupinou přístrojů. Aby vyhovoval všem typům aplikací, vyrábí se ve třech různých verzích:

Software QIS BA (standardní přístup)
doporučený pro relativně malé měřicí skupiny, nejlépe v kombinaci s 30 přístroji.

Vlastnosti:

• datový prohlížeč + filtr,
• konfigurační nástroj pro QWave^®,
• grafické vyhodnocení a podávání zpráv,
• řízení databází,
• automatické připojení QWave^® (jednou za čas),
• nahrávání a stahování dat z QWave^® nebo do něj.

Software QIS RO (pouze čtení)
má stejné vlastnosti jako QIS BA kromě oprávnění k rekonfiguraci nebo smazání dat z QWave®. QIS RO byl speciálně vyvinut pro uživatele, kteří chtějí instalovat QWave v průmyslové síti a chtějí, aby jejich zákazníci měli k datům přístup. V tomto případě tedy neexistuje riziko smazání dat nebo změny nastavení instalovaného přístroje.

Software QIS CS (klientský server)
má stejné vlastnosti jako QIS BA, ale je určen pro mnohem větší aplikace.

Jeho využití rozšiřují další vlastnosti:

• automatizované a konfigurace schopné nahrávání dat podle rozvrhu a sdílení modemů,
• rozsáhlý přístup klientů k síti (100 připojení a 20 klientů),
• možnost současně probíhajícího připojení několika aplikací QWave^® díky řízenému sdílení modemů,
• databázový řídicí systém MS SQL.

4. Zobrazení parametrů

QIS umožňuje různé cesty pro zobrazení parametrů kvality.

4.1 Databáze událostí
Událost je vlastně záznam charakterizující přesah limitu daných parametrů. Limit je obvykle definován pomocí standardů (EN50160). Událost je charakterizována prostřednictvím těchto údajů:

• název Qwave;
• datum/čas události;
• typ události (přepětí, podpětí atd.)
• fáze, kde se vyskytne:
  – celková délka trvání,
  – důležitost.

4.2 Databáze záznamů
Všechny údaje zaznamenané přístrojem (rychlé tranzienty, RMS, dlouhodobá analýza apod.) mohou být zobrazeny současně. Flexibilita QIS dovoluje na jedné obrazovce zobrazit data přicházející z různých přístrojů (monitorování různých sítí), nebo dokonce synchronizovat data zaznamenaná v různých okamžicích. V tomto případě lze na obrazovku navrstvit opakované podpětí pro hloubkovou analýzu. Všechna grafická zobrazení mohou být vytištěna a exportována do dalších aplikací (např. Excel aj.).

4.3 Statistická databáze
Přístroje QWave nabízejí unikátní metodu redukce množství dat, a to využitím statistického zpracování. Na konci dne se pro všechny měřené parametry automaticky nahrávají průměrné, minimální a maximální hodnoty. QIS pak používá tato data k co nejlepšímu zobrazení.

4.4 Standardní databáze
Přístroje QWave samy neustále automaticky ověřují, zda dodávaná elektrická energie splňuje standardní parametry kvality podle EN 50160. Zprávy o splnění jsou automaticky k dispozici na konci každé měřicí kampaně, obvykle jednotýdenní. Přístroje QWave lze také nastavit na limitní hodnoty definované uživatelem

Všechny záznamy v databázi lze filtrovat podle několika měřítek. Filtr umožňuje výběr kritérií podle:

• jednotlivých přístrojů nebo skupin přístrojů,
• předem stanoveného časového rozmezí (od datum/čas do datum/čas),
• typu proměnné (napětí, proud, harmonická atd.).

Odděleně lze prohlížet:

• databázi událostí,
• databázi záznamů,
• EN50160/databázi standardu.

Systém umožňuje po zadání údaje časového intervalu a přístroje nebo skupiny přístrojů automatické generování zpráv např. o napěťových událostech, o vyhovění parametrů EN 50160. Kromě standardních zpráv lze díky ODBC (databázi v systému Windows) upravovat a vyvíjet vlastní aplikace a formát vydávání zpráv.

Pro snadnou orientaci mezi jednotlivými přístroji nebo skupinami přístrojů nabízí systém QIS pokročilý nástroj k vytvoření různých typů rozdělení přístrojů podle jejich organizace (topologie), tj. zařazovat přístroje pomocí skupin nebo podskupin, např. podle:

• geografických sektorů,
• úrovní napětí,
• odběratele.

Topologie umožňuje zobrazovat, měnit, vytvářet a mazat naměřená data z měřicích přístrojů. K identifikaci každého přístroje v topologii slouží jméno a sériové číslo. Každý přístroj má své vlastní okno, v němž lze upravovat dodatečné údaje – umístění, nastavení měření, připojení atd. Počet topologií přístrojů nebo skupin není limitován.

Zastoupení LEM v České republice:
UTES Instruments, s. r. o.
Srbská 53
612 00 Brno
tel./fax: 541 589 211
e-mail: prodej@utes.cz
http://www.utes.cz