Regulátory jalového výkonu z pohledu uživatele (1)

Regulátory jalového výkonu z pohledu uživatele (1)

Účelem tohoto článku je zprostředkovat čtenářům pohled na regulátory jalového výkonu jakožto podstatnou součást kompenzačních rozváděčů, a to očima jejich uživatele. Jsou zde uvedeny zejména užitné vlastnosti – snadnost nastavení a obsluhy, funkce řízení kompenzace, měření parametrů, variabilita způsobů použití apod. – se zaměřením na některé typy vyššího standardu dodávané na český trh.

1. Úvod

Regulátory jalového výkonu představují prostorově (a snad i cenově) nevelkou součást kompenzačních rozváděčů, do značné míry však rozhodují o jejich užitných vlastnostech. Protože moderní typy regulátorů jsou konstruovány na bázi jednočipových mikroprocesorů, je logický jejich prudký technický vývoj. Ten spočívá v rozšiřování a zdokonalování jejich funkčních vlastností, ne však vždy také ve zjednodušování nastavování funkcí a v uživatelsky přívětivější obsluze. Příznivé je, že se technické zdokonalování většinou neodráží v ceně v podobě jejího výrazného zvýšení (po tomto konstatování už dále nebude o cenách zmínka přesto, že toto kritérium je kupujícími někdy až příliš zohledňováno).

V časopise ELEKTRO již byla regulátorům věnována pozornost – viz [1] a [2]. V dalším pojednání bude odhlédnuto od principů konstrukce regulátorů; budou charakterizovány z hlediska uživatele, ať již revizního technika, který je zpravidla oživuje, nebo provozního elektrikáře, energetika, popř. zaškoleného laika, kteří je obsluhují či vykonávají údržbu v provozu. Zde uvedené typy technicky poněkud vyššího standardu jsou z nabídky na českém trhu vybrány náhodně. Jako kritérium tohoto standardu byla zvolena existence funkce měření harmonických. (Autor článku pochopitelně nezískal rozsáhlé provozní zkušenosti se všemi uvedenými regulátory z praxe; každý typ si však prohlédl, pročetl jeho návod, zapojil jej alespoň na simulátoru a krátkodobě si vyzkoušel jeho nastavování a obsluhu.)

2. Vlastnosti jednotlivých typů

2.1 Janitza electronic – Prophi
Je to regulátor, který na první pohled zaujme svou neobvyklostí. Má sice standardní rozměry, ale velmi jednoduchý čelní panel s velkým displejem LCD a se třemi tlačítky (obr. 1). Displej obsahuje kromě velkého čtyřmístného číselného zobrazovače také 34 speciálních pomocných znaků, což umožňuje předat uživateli množství informací o činnosti regulátoru bez nutnosti použít další signálky. Jinou odlišností je pouzdro, vyrobené z masivního plechu, které se sice musí připojovat na ochranný vodič, může však přístroji poskytnout spolehlivou ochranu proti elektromagnetickému rušení. Zajímavé je použití pérových připojovacích svorek, které jsou pevně spojeny s přístrojem, což ztěžuje případnou výměnu regulátoru a nejeví se příliš praktické.

Regulátor patří mezi typy, které mají společné měřicí a pomocné napětí. Je-li třeba regulátorem snímat signál napětí z nadřazené soustavy vysokého napětí, je nutné použít speciální typ regulátoru na napětí 100 V. Jinak to není na závadu – pomocné napětí pro stykače, přivedené na společný potenciál výstupních relé regulátoru, je od pomocného napětí regulátoru odděleno.

Regulátor může být dodán ve verzích se šesti nebo dvanácti výstupy a tyto výstupy mohou být buď klasické reléové nebo bezkontaktní, určené pro bezkontaktně spínané stupně, nebo je použita jejich kombinace. V poslední verzi je doplněna automatická inicializace vstupů i automatické rozpoznávání stupňů. Tento režim je však pokaždé nutné navolit z nabídky funkcí (menu), neděje se tedy automaticky při prvním, popř. každém dalším zapnutí regulátoru. To zmenšuje pohodlnost obsluhy při instalaci i provozování, a je nutné podrobně nastudovat návod, který je k dispozici v kvalitní české verzi.

Programování parametrů regulace je rozděleno do dvou úrovní: základní, v níž se programuje ruční provoz, hodnoty účiníků, automatická inicializace, převod transformátoru proudu a váha stupňů, a rozšířená, v níž se programují všechny ostatní parametry a která je složitěji dostupná. Zařazení některých parametrů je diskutabilní – např. použití dvou hodnot účiníku asi nebude časté, rovněž převod transformátoru proudu a váha stupňů se u většiny regulátorů programují jednou za jejich život, naproti tomu změna časových parametrů regulace je potřeba častěji, ale jejich nastavování je vnořeno v rozšířeném programování a je méně dostupné.

V rámci rozšířeného programování lze aktivovat některé speciální funkce, např. preferenci spínání stupňů podle jejich stupně zatlumení. Tato funkce je zajímavá a u jiných regulátorů se nevyskytuje. Vstup do manuálního provozu, standardního i rozšířeného programování lze chránit heslem. Regulátor dovoluje během své činnosti měřit množství parametrů sítě, souvisejících s kompenzací často jen okrajově: proud a napětí a jejich harmonické, činný, zdánlivý a jalový výkon, jalový výkon a proud stupňů, účiník a kmitočet (vše v minimální, okamžité a maximální hodnotě). Dále je pro každý stupeň registrován počet spínacích cyklů a celková doba jeho provozu, měřena je rovněž vnitřní teplota regulátoru. Takové množství parametrů omezuje možnost přehledně se v nich orientovat; praktičnost systému ukáže až dlouhodobý provoz.

V souvislosti s měřením harmonických je velmi přínosné, že jsou měřeny i harmonické napětí, které jsou pro hodnocení stavu sítě i kompenzace z tohoto hlediska nejlepším měřítkem. Vztažení harmonických proudu k jmenovité hodnotě vstupu 5 A je však zavádějící, protože výsledek je zásadně ovlivněn volbou převodu transformátoru proudu (a co teprve převod na 1 A!).

Regulátor se dodává s jednoznačně určeným jmenovitým měřicím napětím vstupu výhradně pro napětí sdružené, což omezuje možnosti použít jej tam, kde sdružené napětí není k dispozici. Fázový úhel sice lze pro měření účiníku programově korigovat, ale měření trojfázových parametrů, které se počítají ze sdruženého napětí za předpokladu symetrické zátěže, je pak chybné. Podle získaných poznatků není spínací algoritmus stupňů vybaven tzv. plně počítačovým řízením, tzn. že předem určené potřebné stupně se připojí nebo odpojí v jednom kroku téměř současně. To má negativní vliv na počty spínání zejména malých stupňů a také to prodlužuje dobu regulace.

Regulátor má bohatý výběr poruchových hlášení, jejich činnost je však nutné jednotlivě aktivovat. Není jasné, zda se překročení prahové hodnoty harmonických vztahuje k napětí, nebo proudu; pro aktivaci funkce je rozhodující obsah jednotlivých harmonických, přičemž tyto harmonické jsou dány tabulkou pro určité, předem nastavitelné hladiny. Překročení úrovně konkrétní harmonické podle nastavené hladiny hodnot znamená odpojení kompenzace, pokles harmonické pod hodnotu hladiny hodnot o stupeň nižší naopak připojení. Je oprávněná domněnka, že uvedená hystereze není dostatečná a zařízení bude kmitat, neboť pro úroveň harmonických je zapnutí nebo vypnutí kompenzace rozhodující.

Shrnutí: jde o regulátor rozhodně zajímavý, se spoustou funkcí, ale pro posouzení jeho vlastností v praxi by bylo třeba získat zkušenosti z jeho delšího provozu.

2.2 ABB – RVS
Regulátor „umí“ většinu funkcí, jimiž jsou regulátory v současné době vybaveny. Je vestavěn v plastové krabičce standardních rozměrů, s poněkud větší zástavnou hloubkou (obr. 2). Existuje verze se šesti a s dvanácti stupni. Čelní deska zahrnuje čtyřmístný číslicový displej LCD, 36 signalizačních diod LED (pro dvanáctistupňovou verzi) a pět membránových tlačítek. Regulátor se připojuje pomocí pérových svorek, které jsou součástí násuvných lišt. Obsahují napájení a měřicí vstupy, výstupy relé stupňů, kontakty alarmového relé i relé ovládání ventilátoru. Kromě toho jsou na zadním panelu dva speciální konektory pro připojení vnějšího čidla teploty, spínání volby druhé žádané hodnoty účiníku, výstupu na kreslicí zařízení, pro sběrnici RS-232 a pro vnější teplotní čidlo. Dále je zde miniaturní přepínač pro zablokování programovací funkce a zablokování ovládání z panelu.

Regulátor má (stejně jako regulátor Prophi) společné měřicí a pomocné napětí, napětí pro stykače je však rovněž možné oddělit. Standardní připojení počítá s přivedením sdruženého napětí ze dvou fází, a to těch, ze kterých není snímán signál proudu. Zapojení lze za pomoci programu korigovat i na použití fázového napětí, je to však poněkud komplikované. Konkrétní typová varianta je určena jen pro velmi úzký rozsah vstupního napětí (110 V, 230 V a 400 V), což omezuje univerzálnost použití regulátoru.

Při oživování je nutné nastavit počet aktivních výstupů a spínací sekvenci. Žádoucí je rovněž nastavit převod transformátorů proudu, nebo i napětí, popř. modifikovat žádanou hodnotu účiníku. Je také možné aktivovat funkci automatické kontroly připojení vstupů a automatického nastavení citlivosti; to předpokládá správné nastavení váhy jednotlivých stupňů.

Regulátor nabízí uživateli velkou škálu funkcí: během automatické regulace lze kromě měření účiníku měřit také velikost síťového napětí, proudu přívodu, zdánlivého a jalového výkonu, celkového zkreslení napětí a proudu a teploty rozváděče (s připojeným čidlem). Je možné nastavovat četné parametry regulace: kromě dvou hodnot účiníků jsou to samostatně a v širokém rozsahu programovatelné časy zapnutí a vypnutí, spínání stupňů lineární nebo v kruhu, používání normální spínací sekvence (časté spínání menších stupňů během regulačního procesu) nebo „přímé spínání” celé potřebné konfigurace během jedné operace. Možné je také navolit integrační režim, který dovolí redukovat trvalou odchylku účiníku od žádané hodnoty, jež vzniká vlivem spínacího zpoždění (podle dostupných poznatků však není zahrnuta funkce klasického blokování opětovného zapnutí stupně). Dále je možné naprogramovat funkci mnoha alarmů: překročení meze napětí, proudu, zdánlivého a jalového výkonu, zkreslení napětí a proudu, nedodržení prahové hodnoty účiníku, překročení teploty. Některé z těchto alarmů vypínají kondenzátory nebo spínají relé alarmu, většina je však pouze registrována v režimu protokolu a dodatečně lze určit dobu jejich trvání a maximální hodnotu parametru, který překročil meze.

Regulátor umožňuje realizovat některé speciální funkce: vykreslovat průběhy vybraných veličin analogovým zapisovačem, tisknout hlášení a naměřené hodnoty na tiskárně ovládané infračerveným výstupem, přes sériové rozhraní dálkově ovládat regulátor, jeho nastavování, čtení nastavených a změřených hodnot apod.

Z pohledu uživatele je celkový dojem z regulátoru poněkud rozpačitý – možností a funkcí je mnoho, ale orientace v nich není snadná. I připojení regulátoru a jeho zprovoznění vyžaduje podrobné studium návodu, který není k dispozici ve zcela dokonalé české verzi (např. není na první pohled patrné, jak se vrátit ke standardnímu nastavení). Jde tedy o regulátor pro náročné, fundované a trpělivé uživatele.

2.3 Circutor – Computer - 8d-144
Regulátor španělské produkce má standardní rozměry (existuje však i typ s průčelím 96 mm), ale poněkud neobvyklý vzhled (obr. 3): jeho čelní strana není tvořena, jak bývá zvykem, fólií, která kryje displej, signálky i membránová tlačítka, ale je z plastu poněkud vypouklého tvaru, ve spodní části jsou čtyři klasická tlačítka a teprve menší štítek nahoře obsahuje trojmístný displej LCD a patnáct diod LED. Zkoušené provedení je osmistupňové, vyrábí se však i ve verzi čtrnáctistupňové, přičemž u obou těchto modifikací nemusí být osazen plný počet výstupních relé. Připojuje se standardními násuvnými lištami se šroubovými svorkami.

Regulátor má (obdobně jako Prophi a RVS) společné měřicí a pomocné napětí, jehož přívod se připojuje na sdružené napětí sítě. Programováním lze modifikovat standardní způsob připojení, ale i když má regulátor svorku pro 220 V, zapojení na fázové napětí přepojit nelze. Ve své kategorii patří regulátor k jednodušším – nemá např. automatické rozpoznávání připojení ani inicializaci stupňů. Lze jej velmi jednoduše nastavovat i ovládat: po vstupu do režimu programování (zmáčknutí dvou tlačítek během zapnutí regulátoru) je možné bez dlouhého studia návodu nastavit proud primární strany transformátoru a prvního kondenzátorového stupně, způsob připojení vstupů, váhu stupňů volbou ze standardních řad (výběr je poněkud omezený), žádanou hodnotu účiníku, činitel zkreslení proudu harmonickými, při kterém je hlášena porucha, dobu regulace, čas blokování opětovného zapnutí a počet stupňů. Během regulace je využit algoritmus přímého spínání potřebné konfigurace, což šetří stykače malých stupňů, a je měřen účiník, proud přívodu a jeho zkreslení – mezi zobrazovanými veličinami lze přepínat ručně nebo cyklovat. Je možné ručně přidat nebo odpojit stupeň, regulátor však nemá možnost ručního režimu. Poruchou je chyba kompenzace (nedostatečný kompenzační výkon nebo překompenzování), překročení hodnoty proudu, přepětí a překročení zkreslení proudu. Porucha je signalizována (popř. i hlášena) alarmovým relé. Překročení zkreslení proudu způsobí odpojování stupňů až do jeho odeznění, problém hystereze však řešen není.

Celkový dojem je takový, že jde o jednoduchý regulátor s velmi snadnou obsluhou a nastavením, který vyhoví pro většinu běžných aplikací. Některé funkce však budou náročnějšímu uživateli asi chybět.

2.4 Lovato DCRA14
Regulátor je vestavěn ve skříňce obvyklého tvaru i vzhledu (obr. 4). Čelní stranu lze opatřit plombovatelným průhledným víkem (zaručujícím vysoké krytí). Připojuje se standardními šroubovacími svorkami sdruženými do násuvné lišty. Existují varianty pro pět, sedm a čtrnáct stupňů, největší verze má na čelní straně trojmístný displej LCD, 24 diod LED a čtyři membránová tlačítka. Regulátor má oddělené pomocné a měřicí napětí (rozsah 80 V až 750 V). Měřicí vstup je možné připojit na sdružené i fázové napětí, případná chyba polarity je regulátorem korigována. Při prvním zapnutí regulátoru se musí nastavit převod transformátoru proudu, jalový výkon nejmenšího stupně, jmenovité napětí kondenzátorů a sítě, váha jednotlivých výstupů (pro každý výstup samostatně, libovolný výstup lze odstavit, poslední je možné použít jako relé alarmu). Nastavení je jednoduché, proti neoprávněnému přestavení je pojištěno nutností současně stlačit dvě klávesy (je však nutné postupovat podle návodu, protože z popisu na panelu není postup jasný). Regulátor nemá automatickou inicializaci stupňů – je nezbytné správné nastavení vah a nejmenšího stupně. Po přepnutí do automatického režimu je standardně zobrazován účiník, lze však sledovat i proud přívodu a frekvenci. Kdykoliv lze jednoduše měnit nastavený účiník, čas regulace a blokování opětovného zapnutí (což se u posledního parametru jeví jako poněkud riskantní). Dále lze monitorovat (podle postupu popsaného v návodu) zkreslení harmonickými (napětí?), velikost harmonických proudu, činitel výkonu (opravdový účiník), jalový výkon potřebný pro vykompenzování na nastavený účiník, počet výkonových stupňů potřebných pro vykompenzování a průměrnou hodnotu účiníku za posledních sedm dnů (což může být velmi užitečný údaj). Tyto monitorovací funkce jsou poněkud neorganicky vnořeny do ovládacího programu (bez návodu se k nim lze těžko dopracovat). Během regulace regulátor striktně postupuje podle nastavené váhy, program tedy neobsahuje algoritmus pro potlačení kmitání nejmenších stupňů a omezení zbytečného spínání. Je možné přejít do ručního režimu a zapnout potřebné stupně. Po výpadku napětí se regulátor do ručního režimu vrátí a zachová nastavenou konfiguraci stupňů. Regulátor vyhodnocuje alarmy – výpadek měřicího napětí, výpadek měřicího proudu, chybu frekvence sítě a vnitřní chyby regulátoru. Tyto chyby jsou signalizovány na panelu, popř. hlášeny alarmovým relé. Chyba proudu vypíná stupně, tuto funkci nelze odstavit – může zavinit kmitání regulátoru při malých hodnotách činného odběru. Překročení meze harmonických není do alarmů zahrnuto.

Celkově lze říci, že je to jednoduchý regulátor s nepříliš složitou obsluhou. Ve většině standardních aplikací bude asi vyhovovat, nelze však na něj klást zvláštní nároky co se týče speciálních funkcí.

2.5 KBR – BK12
Regulátor standardního vzhledu a rozměrů (obr. 5), ovládací panel obsahuje popisy v češtině, má obvyklý čtyřmístný číslicový displej LCD, 25 diod LED (diody stupňů jsou dokonce tříbarevné) a šestnáct membránových tlačítek. Toto množství tlačítek je dáno tím, že každý ze stupňů má své tlačítko pro možnost volit jeho režim mezi pevně zapnutým, pevně vypnutým a automatickým – přispívá to k přehlednější obsluze a zejména k pohodlnému zkoušení stupňů.

Připojuje se šesti násuvnými šroubovacími svorkovnicemi. Má téměř všechny funkce, které se u regulátorů vyskytují, včetně těch, které vyžadují samostatný vstup, např. měření teploty v rozváděči odděleným čidlem, přepínání dvou hodnot účiníku, relé pro ventilátor, relé pro alarm, samostatný proudový transformátor pro měření proudu kompenzace, proudový vstup 5 A a 1 A, samostatné oddělené měření napětí a samostatný společný pól výstupních relé, výstup pro sériovou sběrnici.

Jak už bylo řečeno, regulátor má oddělené měření napětí, pro které se může použít fázová nebo sdružená hodnota v rozmezí 100 až 690 V. Protože má proudový vstup 5 A a 1 A, patří co do možnosti připojení k nejuniverzálnějším. Co je dosti neobvyklé, je vstup signálu transformátoru proudu kompenzace. Ten má přípustný převod pouze na 1 A a jeho použití je nepovinné, ale rozhodně přispěje k lepší funkci regulátoru – kromě toho, že v regulátoru umožňuje měřit proud kompenzace, zajišťuje daleko přesnější průběh automatického rozpoznávání jednotlivých stupňů (změřená hodnota jejich proudu není ovlivňována kolísáním zátěže) a hlídání velikosti proudů stupňů i jejich obsahu harmonických. Mezi zápory patří potřeba dalšího přístrojového transformátoru, na který nejsou konstruktéři zvyklí.

Před zprovozněním regulátoru je nutné naprogramovat žádanou hodnotu účiníku, popř. také hodnotu účiníku pro alarm a jeho další žádanou hodnotu. Dále se naprogramuje převod transformátoru proudu přívodu, popř. i transformátoru proudu kompenzace, je-li použit. Potom se nastavují parametry regulace – hystereze vypnutí a zapnutí stupně vzhledem k velikosti změny výkonu požadované algoritmem regulace, zpoždění hlášení poruchy a zpoždění dalšího zásahu po dosažení vykompenzovaného stavu.

Regulátor má funkci hlídání celkového zkreslení harmonickými – pravděpodobně jde o napětí. Logičtější se jeví hlídání zkreslení proudu kompenzace. Zvlášť má-li samostatný transformátor, lze volit mezi funkcemi pouhého hlášení překročení mezí nebo vypnutím. Regulátor má automatickou korekci připojení vstupů, lze ji však programovat i ručně. Rovněž tak je možné navolit režim automatického rozpoznávání stupňů, k čemuž se využívá zkušební spínání stupňů, uskutečněné pouze jednou. To bude pravděpodobně dostatečné, jestliže je použit samostatný transformátor proudu kompenzace, zřejmě však nebude dostačovat při rozpoznávání stupňů podle proudu přívodu, kdy vzniká velká chyba vlivem nahodilých změn jalového výkonu. Výkon stupně lze volit také ručně.

V menu rozšířeného programování je možné volit speciální funkce: korigovat fázový úhel, natavit přepnutí na druhou žádanou hodnotu účiníku při zpětné dodávce (generátorový režim), nastavit jmenovité hodnoty měřeného napětí, navolit odpojení kompenzace při překročení meze napětí (to může být pro kompenzační zařízení velmi užitečná funkce) a proudu, nastavit spínací funkce s přímým nebo postupným spínáním. Je rovněž možné nastavit hlídání hodnot jednotlivých harmonických a přestavit dobu blokování opětovného zapnutí stupně (standardně 30 s). Dále lze samostatně naprogramovat hodnotu teploty pro spínání ventilátoru a druhou hodnotu pro havarijní vypnutí od překročení této meze, maximální povolený počet sepnutí stykačů jednotlivých stupňů, po jejichž překročení je hlášena porucha. Jako zvláštní funkci lze naprogramovat spínání tlumivek v provozech, které mají kapacitní charakter odběru a tento stav je z tarifních důvodů nežádoucí. Regulátor rovněž dovoluje zakódovat možnost přestavování parametrů.

Během činnosti lze na regulátoru číst mnoho užitečných (i méně užitečných) hodnot. Kromě aktuální hodnoty účiníku je to aktuální hodnota chybějícího nebo přebývajícího kompenzačního výkonu a v rozváděči chybějící celkový kompenzační výkon, napětí sítě, proud přívodu, proud kompenzace, činný výkon přívodu, síťová frekvence, teplota hlášená čidlem a její nastavené hodnoty, činitel harmonického zkreslení napětí, obsah vyšších harmonických proudu kompenzace, liché harmonické řádu 3 až 13 pro napětí a proud kompenzace, naprogramovaný a skutečně změřený výkon stupně, doba chodu regulátoru a adresa sběrnice. Pro většinu veličin lze zobrazit aktuální a maximální hodnotu, kterou je poté možné vynulovat.

Regulátor nabízí bohatou škálu poruchových hlášení: výpadek měřicího proudu, měřicího napětí a měření vlastního proudu, chyba fáze, chyba naprogramování stupňů, vymizení proudu přívodu při zapojených stupních (při přechodu odběru ze stavu spotřeby do generátorového, např. při využití kogenerace), překročení naprogramované hodnoty harmonických, překročení mezní teploty, překročení meze napětí, překročení meze proudu, pokles nebo úplný výpadek proudu stupně. Programování jednotlivých parametrů není zcela jednoduché, což je dáno i jejich množstvím, a nelze se obejít bez návodu (mnohdy je pracné jej pochopit). Protože existují příslušná tlačítka a signálky jednotlivých stupňů, je jednoduché jejich zkoušení, vřazování a vyřazování z automatické regulace a kontrola jejich parametrů. Sympatická je univerzálnost připojení regulátoru k síti.

Jde tedy o regulátor pro náročnější aplikace a fundované využití. Použít jej např. pro malé nástěnné kompenzační rozváděče se jeví jako neúčelné a komplikující život jak montérovi, tak uživateli.

(pokračování)