Monitorování kvality elektřiny

 

Pojem kvalita elektrické energie je často nahrazován pojmem kvalita elektřiny, ale nejméně kontroverzní je pojem kvalita napětí. Všechny uvedené pojmy popisují tytéž fenomény, stejně jako jejich anglické verze power quality nebo voltage quality. Předmětem tohoto článku není polemika o tom, který pojem je jediný správný.

 

Ve smluvních vztazích mezi dodavateli a odběrateli elektrické energie je důležitá nejen kvantita, ale i kvalita dodávané elektrické energie, která je definována v normě ČSN EN 50160 (Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané z veřejné distribuční sítě). Kvalita je charakteristika elektrické energie v daném bodě elektrické sítě vyhodnocená vzhledem k souboru referenčních technických parametrů. Nedodržení kvality elektické energie může způsobit ztráty v technologických procesech. Velikost ztrát je závislá na charakteru výroby; jiný dopad má krátkodobý pokles napětí na žíhací pec a jiný na pohon papírenského stroje.

 

Mezinárodní norma ČSN EN 61000-4-30 (Elektromagnetická kompatibilita – Část 4-30: Zkušební a měřicí technika – Metody měření kvality energie) definuje metody měření kvality elektrické energie tak, jak mají být implementovány v analyzátorech kvality. Aktuálně platné vydání normy ČSN EN 61000-4-30 z roku 2003 definuje dvě třídy vykonávání měření – třídu A a třídu B. Pouze analyzátory třídy A mohou být používány ke zjišťování kvality danému smluvními vztahy mezi dodavateli a odběrateli. Důsledně definované požadavky na vyhodnocení jednotlivých parametrů kvality elektřiny zaručují, že přístroje třídy A od různých výrobců, které jsou připojeny na stejné signály, dojdou ke shodným výsledkům (v rámci nejistoty měření), a to opakovatelně.

 

Požadavky ČSN EN 61000-4-30 na vyhodnocení mnoha parametrů kvality elektřiny pro třídu vykonávání měření B jsou natolik neurčité, že v připravovaném druhém vydání ČSN EN 61000-4-30 lze nalézt tento text: „Třída B je primárně uváděna, aby se mnoho existujících přístrojů nestalo zastaralými.“ Tato citace z připravovaného druhého vydání normy napovídá mnohé o charakteru řady přístrojů třídy B. Připravované druhé vydání ČSN EN 61000-4-30 stále zachovává definice třídy vykonávání měření A a nově zavádí třídu vykonávání měření S, která klade na přístrojovou techniku menší požadavky ve srovnání s třídou A. Avšak všechny požadavky jsou precizně definovány a bez neurčitostí typických pro popis třídy B.

 

První vydání normy (které je stále platné) poskytlo výrobcům přístrojů třídy B takovou volnost ve způsobu vyhodnocování parametrů kvality elektřiny, že tyto přístroje byly degradovány na úroveň jakýchsi indikátorů – něco se s nimi naměří, ale na výsledky se nelze zcela spolehnout. Přílišná vágnost mnoha definic pro třídu B dala velký prostor pro zjednodušení algoritmů a konstrukce přístrojů; to sice umožní výrazné zlevnění výrobku, avšak to zase jde na úkor přesnosti a reprodukovatelnosti výsledků.

 

Veškeré modely analyzátorů kvality BK-Elcom vyráběné od roku 2005 splňují požadavky normy ČSN EN 61000-4-30 na třídu vykonávání měření A.

 

Na rozdíl od mnoha jiných přístrojů tohoto určení splňují analyzátory BK-Elcom kromě požadavků mezinárodních norem i požadavky na vyhodnocování podle závazných národních dokumentů platných pouze v ČR, jako jsou např. pravidla provozování distribučních soustav (PPDS), příloha 5, a podniková norma PNE 33 3430-7. Tyto dokumenty rozšiřují některé požadavky mezinárodních standardů na analyzátory kvality elektřiny. Při přednákupním ověřování, zda zvolený přístroj vyhodnocuje všechny potřebné parametry přístrojové techniky pro monitorování kvality, bývají často dokumenty PPDS a PNE opomíjeny. Dále bývá opomíjeno vyžadování trvalého vyhodnocování všech meziharmonických a rychlých napěťových změn. Mnoho výrobců tyto parametry nevyhodnocuje, přestože jsou mezinárodními normami i PPDS a PNE vyžadovány. Důvod je jednoduchý – přístroje jsou jednodušší a levnější. Nákup těchto ochuzených přístrojů však nelze doporučit.

 

Současně s monitorováním kvality dovoluje moderní koncepce přístrojů současně vyhodnocovat mnoho dalších parametrů i simultánní běh jak zapisovače tranzientních dějů se vzorkovací frekvencí až 38 kS/s na každý analogový a digitální kanál, tak zapisovače poruch, který zaznamenává veličiny každou půlperiodu. Mnoho funkcí a vlastností bylo doplněno na základě přání uživatelů přístrojů.

 

Všechny analyzátory kvality elektřiny BK-Elcom používají již více než dvanáct let techniku měřicích přístrojů postavenou na bázi osobního počítače, který je ukryt v útrobách přístroje. Toto řešení využívá stále více významných výrobců měřicí techniky. V analyzátorech BK-Elcom jsou použity měřicí karty National Instruments s kvalitní softwarovou podporou pro vývojové prostředí LabView a jazyk C. To umožňuje snadno změnit vlastnosti přístroje při vyvinutí jiné softwarové aplikace. Potřeba měnit vlastnosti přístroje může být vynucena např. přijetím změn v ČSN nebo specifickými potřebami uživatele.

Nezanedbatelnou výhodou analyzátorů kvality elektřiny BK-Elcom je firmware se stejným uživatelským rozhraním a stejným formátem datových souborů pro všechny modely. Tím je zaručena plná kompatibilita dat mezi různými modely přístrojů, což dovoluje použít jednotný software pro zpracování dat a popř. jednotný replikátor pro ukládání dat do databáze.

 

Pevně instalované analyzátory (někdy také nazývané jako stacionární analyzátory) jsou určeny pro trvalé monitorování kvality elektřiny např. v rozvodnách mezi předávací a distribuční soustavou. Na rozdíl od přenosných analyzátorů nedisponují velkým počtem rozsahů na napěťových a proudových vstupech a proud obvykle není měřen proudovými kleštěmi. Konstrukce je podřízena montáži do rozváděče. Tyto analyzátory jsou většinou vybaveny napěťovými vstupy 57,7/100 V a přímými proudovými vstupy 1/5 A.

 

Stacionární analyzátory kvality elektřiny BK-Elcom , široce používají nejvýznamnější distributoři elektrické energie v rámci celé ČR a prostřednictvím zahraničního partnera i v desítkách instalací v Rakousku. Řada stacionárních analyzátorů kvality elektřiny BK-Elcom má označení ENA400. Její velkou konkurenční výhodou je monitorování volitelného počtu třífázových soustav jediným přístrojem, což kromě mnoha výhod technického charakteru výrazně snižuje také cenu na jeden monitorovaný systém. Maximální počet napěťových a proudových vstupů jediného přístroje je třicet dva. Jsou-li třeba pouze napěťové vstupy, umožňuje ENA400 monitorovat deset třífázových přípojnic jediným přístrojem. Jsou-li měřeny kromě napětí i proudy, je možné jediným přístrojem ENA400 monitorovat pět třífázových přípojnic.

 

Volitelně se záznamem přechodových jevů na vstupech U+I lze synchronně zaznamenávat až šedesát čtyři digitálních vstupů se vzorkovací frekvencí až 38 kS/s na každý analogový nebo digitální kanál. Záznam je možné spustit od řady vyhodnocovaných elektrických veličin nebo od editovatelného logického výrazu pro digitální vstupy. Specifikem modelu ENA400 je volitelné vyhodnocování synchronních fázorů a synchronizace měřených vzorků dat vzdálených přístrojů prostřednictvím GPS s přesností na stovky mikrosekund.

 

Dalšími modely pevně instalovaných analyzátorů jsou ENA440 a ENA450. Model ENA440 je menší variantou modelu ENA400 s maximálním počtem vstupů pro napěťové a proudové signály sníženým na šestnáct. Všechny ostatní parametry jsou shodné s ENA400. Model ENA450 je novinka velmi malých rozměrů 180 × 88 × 90 mm (š × v × h), širokým rozsahem pracovních teplot –40 až +70 °C a příkonem do 10 V·A. Vzhledem k nízkému příkonu lze přístroj napájet i z měřených signálů 57,7/100 V a zabezpečit i fungování do pěti minut po ztrátě napájení.

 

Přenosné analyzátory kvality elektřiny jsou určeny pro časté používání na různých místech distribuční soustavy na všech napěťových hladinách. Přenosné analyzátory mají velký počet rozsahů na napěťových a proudových vstupech. Proudy se měří proudovými kleštěmi v klasickém provedení s magnetickým obvodem nebo prostřednictvím Rogowského cívky. Někteří výrobci analyzátorů kvality umožňují připojit Rogowského cívky s externím zesilovačem – lze snížit náklady na samotný přístroj vzhledem k vysokým cenám příslušenství. Přenosné analyzátory kvality BK-Elcom standardně nabízejí interní zesilovače pro Rogowského cívky a při nákupu příslušenství lze tyto cívky použít bez zesilovače za příznivější cenu.

 

Podobně jako u analyzátorů pro pevnou instalaci poskytují varianty analyzátoru ENA500 možnost monitorovat volitelný počet třífázových soustav jediným přístrojem, což kromě mnoha výhod technického charakteru výrazně snižuje cenu na jeden monitorovaný systém. Maximální počet napěťových a proudových vstupů jediného přístroje je šestnáct. Vyráběné varianty jsou 4U+4I, 4U+12I, 8U+8I. Modely ENA500 umožňují připojit externí box se šestnácti nebo dvaatřiceti digitálními vstupy. Stav digitálních vstupů současně se signály U+I může být zaznamenáván v modulu tranzientního zapisovače se vzorkovací frekvencí až 38 kS/s na každý analogový nebo digitální kanál. Záznam lze spustit od řady vyhodnocovaných elektrických veličin nebo od editovatelného logického výrazu pro digitální vstupy.

 

Společnost Elcom , a. s., představila v roce 2007 novou generaci přenosných přístrojů pro monitorování kvality elektřiny. Jde o kompaktní přenosné analyzátory BK-Elcom s označením ENA300 a ENA330. Ve srovnání s modely ENA500 byly výrazně zmenšeny jejich rozměry na 66 × 308 × 257 (v × š × h) a rovněž hmotnost – na 1,5 kg. Toho všeho bylo dosaženo při zachování plné funkčnosti a přesnosti přístrojů. Navíc model ENA330 obsahuje funkci zálohování napětí pro několik desítek sekund provozu po ztrátě napájecího napětí. ENA300 je odlehčenou školní variantou analyzátoru, která neobsahuje vestavěný procesor, a tak je nutné mít analyzátor trvale připojen k notebooku nebo stolnímu počítači, na kterém běží firmware.

 

Od počátku vývoje analyzátorů BK-Elcom je využívána nejmodernější koncepce virtuální instrumentace. Konstrukce hardwaru a implementace firmwaru plně respektují platné mezinárodní normy a další dokumenty platné pouze v ČR (PPDS a PNE). Od roku 2005 splňují veškeré modely analyzátorů kvality BK-Elcom požadavky normy ČSN EN 61000-4-30 na třídu vykonávání měření A. Všechny modely analyzátorů umožňují ukládání dat do databáze MS SQL nebo Oracle. Další vývoj vede ke zmenšování rozměrů i hmotnosti a snižování příkonu při zachování přesnosti, a dokonce rozšiřování funkčnosti a užitné hodnoty.

 

Divize Virtuální instrumentace

Technologická 374/6

708 00 Ostrava-Pustkovec

tel.: 558 279 910

fax: 558 279 901