Chytré sítě předpokládají chytrá řešení – MEg44PAN

Změny v energetice i rozvoj elektrotechniky umožňují vývoj a výrobu měřicích přístrojů sdružujících měřicí i komunikační funkce při zachování standardizovaných rozměrů, snížení napájecího příkonu, zvýšení odolnosti EMC a v současné době potřebné bezpečnosti při dálkové komunikaci. Příkladem je monitor kvality napětí navržený pro hladinu nn.

Úvod

Monitor MEg44PAN integruje funkci zobrazení, funkci on-line měření pro nn dispečink, funkci záznamníku pro dlouhodobý záznam průběhů elektrických veličin, funkci měření elektrické energie činné i jalové ve čtyřech kvadrantech, funkci měření a statistického týdenního hodnocení průběžných parametrů kvality napětí, funkci dlouhodobého záznamu napěťových jevů i událostí na proudech včetně osciloskopických záznamů a funkci monitorování signálu HDO s příjmem telegramů HDO.

V komunikační oblasti má MEg44PAN vedle standardního rozhraní USB i rozhraní pro dálkovou komunikaci RS-485 a ETH. Při dálkové komunikaci podporuje bezpečný přenos dat charakterizovaný funkcí IPsec na síťové komunikační vrstvě a uživatelsky otevřenou a zabezpečenou vzdálenou správu nastavení VPN.

Panelový PQ monitor MEg44PAN nebo ekvivalentní řešení v konstrukci pro lištu DIN MEg44DIN lze použít v energetických provozech, na předávacích místech, v distribučních nn sítích i v nejnáročnějším prostředí trafostanic s bezpečností a spolehlivostí vyjádřenou CAT IV 300 V a třídou II. To umožňuje i jeho použití na vzdálených bezobslužných místech měření při vytváření geograficky rozložených měřicích systémů a sítí.

Obr. 1. Příklady zobrazení změřených dat na displeji MEg44PAN 
a) spektrum harmonických složek frekvence,
b) fázový diagram měřených fázových napětí a fázových proudů,
c) naměřené hodnoty činných a jalových energií

Popis funkcí PQ monitoru MEg44PAN

Příklady zobrazení měřených veličin na displeji MEg44PAN jsou na obr. 1. V části obr. 1a je zobrazeno frekvenční spektrum harmonických složek fázového napětí U1 do řádu 40, požadovaného standardem. Pro prvních 25 složek jsou stanoveny směrné hodnoty, jejichž překročení je označeno červeně, modré značení ukazuje naměřenou velikost dané složky, jestliže vyhovuje standardu a šedé pozadí vyznačuje standardem specifikovanou směrnou hodnotu. Je zde rovněž uvedeno celkové tvarové zkreslení THD napětí U1 v % a dovolená limitní hodnota. Další zobrazení na obr. 1b ukazuje fázový diagram měřených fázových napětí a fázových proudů. Na obr. 1c je na prvních dvou řádcích zobrazena činná elektrická energie při odběru a při dodávce, změřená od začátku měření. Na dalších čtyřech řádcích jsou hodnoty indukční jalové energie při odběru a při dodávce činné energie a kapacitní jalové energie při odběru a při dodávce činné energie.

Funkce on-line měření napětí, proudů, výkonů a dalších elektrických veličin je při místní instalaci realizována přes rozhraní RS-485 např. protokolem MODBUS a při dálkovém přenosu sítí GSM připojením monitoru MEg44PAN přes RS-485 např. na GSM komunikační jednotku MEg202.5, která vedle spojení GPRS nebo LTE realizuje ve svém procesoru i změnový a prioritní přenos změřených veličin včetně řízení komunikace a parametrizace monitoru MEg44PAN. Obousměrnou zabezpečenou komunikaci lze v MEg44PAN zajistit také přes rozhraní ETH s rychlostí 10/100Mbps/IEEE802.3 vedle standardních protokolů i protokolem IEC 60870-5-104.

Funkci záznamníku lze nastavit s intervalem od 1 s do 15 min. I data této funkce lze přenášet místně nebo dálkově, aniž by byla narušena kontinuita měření. Organizaci přenosu a návaznost ukládání změřených dat do datového souboru zajišťuje komunikační SW nadstavba. Ta se stará i o přenosy dat z více měřicích přístrojů současně.

Příklad vyhodnocení funkce záznamníku je vidět na obr. 2, kde je doba zpracovaných naměřených dat od 23. 7. do 1. 8. 2019. Interval záznamu změřených dat je každých 10 s. Průměrná fázová napětí jsou 234,3 V, 236,5 V a 236,8 V. To ukazuje na dobré nastavení transformace vn/nn a dobrou shodu třífázového napájecího vedení i zátěže. Rozptyl mezi největší i nejmenší desetisekundovou hodnotou napětí první fáze je 239,5 a 228,3 V, tj. 11,2 V, což představuje 4,9 % jmenovitého napětí. Pro uvedená desetisekundová extrémní napětí je v tabulce uveden i čas výskytu. Maximum bylo v sobotu v poledne dne 27. 7. a minimum v úterý ráno 30. 7. , kdy se rozjížděla ranní směna. Ve vyhodnocení jsou i nejvyšší a nejnižší desetiperiodová (tj. 200 ms) napětí. Pro fázi L1 je to 240,7 V; tato hodnota není příliš vzdálená desetisekundovému maximu. Minimální desetiperiodová hodnota napětí ve fázi L1 je 188,7 V, což je výrazně nižší než desetisekundové minimum. Dále bude ukázána situace, při které došlo k naměření této hodnoty.

Obr. 2. Tabulkové zpracování dat změřených funkcí záznamník

Podobně je vyhodnoceno měření fázových proudů. I zde je vidět souměrné průměrné zatížení jednotlivých fází a to: 546,9, 561,6 a 593,9 A. Maxima a minima desetisekundových proudů za celou dobu záznamu jsou přibližně od 100 do 850 A. Maximální desetiperiodové (200 ms) hodnoty proudů se pohybují kolem 1 000 A. V poslední části tabulkového zpracování jsou energie jednotlivých fází a souhrnného trojfázového připojení. V grafickém vyhodnocení v dolní části obr. 2 je vidět průměrné a maximální zatížení transformátoru vn/nn. V průměru je to kolem 60 % a v maximu kolem 90 % jmenovitého výkonu transformátoru. Vpravo je znázornění fázorů činného a jalového výkonu po celou dobu měření.

Obr. 3 ukazuje průběhy průměrných a extrémních napětí i proudů fáze L1 v době od 23. 7. do 1. 8. 2019. Dne 28. 7. 2019 z důvodu bouřky byla zaznamenána skupina napěťových jevů, nejhlubší měl 188,3 V. Napěťové jevy se zřejmě z důvodu obnovování provozu objevovaly i následující den, tj. 29. 7. 2019. Maximální proud o velikosti 1 003 A byl zaznamenán dne 24. 7. 2019.

Obr. 3. Záznam průběhů průměrných a extrémní napětí a proudů fáze L1

Detail záznamu napěťového jevu a odpovídající události na proudu fáze L1 je vidět na obr. 4. Zde je minimální desetiperiodové napětí 188,66 V, avšak podle standardu specifikované zbytkové napětí U_RMS1/2 fáze L1 je 130,96 V. Uvedený napěťový jev neměl výrazný dopad na odebíraný proud zřejmě proto, že odběratel preventivně při přechodu bouře snížil odebíraný proud ze 650 A na 100 A. Doba trvání napěťového jevu je 108 ms. Z toho lze usuzovat, že se jednalo o poruchu až na hladině 400 kV. Obr. 4 ukazuje i osciloskopický záznam začátku události včetně harmonické analýzy napětí i proudu fáze L1. Třetí harmonická fázového napětí L1 má velikost 10 % základní harmonické a třetí harmonická fázového proudu L1 má velikost 100 %, což znamená, že je v této situaci stejně velká jako základní (50 Hz) složka proudu. Na oscilogramu napětí U1 je zřetelně vidět vysokofrekvenční charakter poruchy.

Obr. 4. Průběh napětí a proudu při vybraném napěťovém jevu, oscilografický záznam jeho začátku a frekvenční analýza

Vyhodnocení průběžných parametrů kvality napětí, pro které standard ČSN EN 50160, ed. 3 stanovuje limitní 95% percentily, se uskutečnilo pro týden s bouřkou od 22. 7. do 1. 8. 2019. Všechny požadované parametry kvality nn napětí v místě měření byly splněny s výjimkou 11. a 15. harmonické napětí fáze L3. Při podrobnější analýze odebíraných proudů se ukázalo, že překročení dovolených hranic uvedených harmonických napětí je způsobeno mimořádným tvarovým zkreslením odebíraných proudů. Závěr je, že spotřebiče odběratele mají nestandardní parametry. Za uvedenou nekvalitu je zodpovědný odběratel.

Závěry

Analýza měření na hladině nn PQ monitorem MEg44PAN umožňuje detailní posouzení všech elektrických veličin v místě instalace. Jsou to i deformační výkony a výkony nesymetrie, frekvence, flikr, tvarová zkreslení, průběhy napětí HDO včetně vyhodnocení telegramů atd.

V minulosti byly třeba k měření jednotlivých veličin samostatné přístroje, nyní jsou všechny měřicí funkce integrovány v jednom PQ monitoru. Technika tedy udělala velký pokrok, nicméně úkol zpracování naměřených dat a jejich analýza stojí před provozovateli energetik a distribučních sítí. Určitý posun je možné pozorovat ve zpracování dat o elektrické energii, podle nichž je uskutečňována fakturace, ale nevěnuje se patřičná pozornost analýze ztrát a poruchových jevů při provozování spotřebičů a sítí, které se samozřejmě zprostředkovaně projeví v ekonomické rovině. Přirovnáme-li situaci k onomu pověstnému ledovci, řeší se jen ta viditelná část, ale část ukrytá pod vodou jako by neexistovala. A přitom by se jednalo o vysoce rentabilní činnost, v současné době technicky realizovatelnou.

Doc. Ing. Ladislav Pospíchal, CSc.,
MEgA – Měřící Energetické Aparáty, a. s.

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 10/2019 na straně 20. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.