Analizator ND1 – jakość energii elektrycznej pod kontrolą

Wraz z postępującą komercjalizacją dostaw energii elektrycznej powstaje jednocześnie uzasadniona potrzeba pozyskiwania takiej informacji użytecznej, która z jednej strony będzie dostarczona i przedstawiona w sposób powszechny i łatwy, a z drugiej będzie niosła ze sobą konkretne aspekty ekonomiczne i wagi finansowe transakcji dostaw oraz odbiorów energii elektrycznej pomiędzy jej dostawcą a odbiorcą. W związku z tym, oprócz informacji ilościowej, bardziej istotne stają się obserwacje jakości dostaw i odbioru energii w okresach rozrachunkowych. Przez jakość energii elektrycznej rozumiany jest zbiór charakterystyk i parametrów napięć zasilających, których większość została zebrana w normach takich jak EN 50160 i IEC 61000.

W ostatnich dwóch latach zaobserwowano znaczny wzrost cen energii elektrycznej dla odbiorców przemysłowych w stosunku do okresu wcześniejszego. Spowodowane to było m.in. uwolnieniem cen energii dla tej grupy odbiorców. Oznacza to, że kontrola parametrów jakościowych będzie kluczowym instrumentem w optymalizacji procesów produkcyjnych w taki sposób, aby zużycie i jakość energii były dopasowane do stosowanych technologii energochłonnych u poszczególnych producentów i miało bezpośrednie przełożenie na możliwość obniżenia kosztów produkcji, a dalej kosztów wytworzenia produktów.

Wysokość opłat za energię elektryczną dla odbiorców przemysłowych wynika nie tylko z jej zużycia, ale także z ilości zamówionej mocy. Opłata za jej przekraczanie oraz zaburzenia wprowadzane do sieci energetycznej przez odbiorców (opłata za przekraczanie współczynnika mocy biernej tgφ) przełożyły się na znaczny wzrost cen dla odbiorców przemysłowych głównie w ostatnich dwóch latach.

Istotnym zjawiskiem przy dostawach i odbiorach energii są również zaburzenia energii elektrycznej (zarówno w samych dostawach energii, jak i jej jakości), które mają odzwierciedlenie nie tylko w wysokościach opłat za dostawy energii, ale także w kosztach związanych z remontami maszyn, stratami produkcyjnymi związanymi z nieplanowanymi zatrzymaniami ciągów produkcyjnych, stratami materiału i jakością wytwarzanych produktów.

Rys. 1. Koszty energii elektrycznej dla odbiorców przemysłowych
w latach 2000–2009

Szacuje się, że problemy związane z jakością zasilania kosztują przemysł i handel w Unii Europejskiej około 100 miliardów euro rocznie, gdy tymczasem nakłady na środki zapobiegające powstawaniu tych problemów są mniejsze niż 5% tych kosztów. Szczegółowe zagadnienia jakości energii zostały zebrane w normie EN-PN 50160 definiującej jednoznacznie parametry opisujące napięcie zasilające sieci niskiego (NN) i średniego napięcia (SN) oraz określającej ich dopuszczalne odchylenia od wartości nominalnych.

Przemysłowe urządzenia pomiarowe czy stosowane urządzenia rozliczeniowe zużycia energii dostarczają informacji jedynie o wartościach chwilowych lub o wartościach za okres o poszczególnych parametrach energii elektrycznej. Dla potrzeb wiedzy chwilowej rozwiązania te są w zupełności wystarczające. Aby jednak uzyskać pełny obraz zjawisk zachodzących w procesie dostaw energii oraz jej efektywnego wykorzystania potrzebna jest szersza analiza wielu parametrów jakościowych i parametrów ilościowych energii w czasie. Istotna jest więc ocena danych w pewnych okresach - np. w ciągu zmiany produkcyjnej, doby, tygodnia lub miesiąca czy cyklu produkcyjnego. Dotyczy to m.in. zużycia energii elektrycznej, profilu obciążenia (mocy 15-minutowej), wartości współczynnika mocy (cosφ) lub - częściej - zawartego w umowach z dostawcą energii tgφ.

Rys. 2. Funkcjonalność analizatora ND1

Powszechnie stosowane zasilacze impulsowe, układy przekształcające napięcie, urządzenia tyrystorowe są doskonałymi źródłami zaburzeń. Dlatego oprócz informacji o wartościach napięcia, prądu, mocy czy energii, równie ważna jest informacja o analizie rozkładu harmonicznych, wykrytych oraz zarejestrowanych zapadach i zanikach napięcia czy badanie występowania asymetrii napięcia zasilającego. Parametry te mają bezpośredni wpływ na prawidłową pracę i żywotność maszyn. Wyłączenia maszyn i ciągów technologicznych oraz skrócenie ich cyklu eksploatacyjnego powoduje nieodwracalne straty ekonomiczne związane ze stratą materiału, czasem ponownego uruchomienia ciągów produkcyjnych oraz koniecznością częstszych przeglądów i napraw parku maszynowego. W związku z tym w przemysłowych zakładach produkcyjnych bardzo istotne jest, aby monitorowanie parametrów jakościowych i ilościowych energii elektrycznej w dziedzinie czasu odbywało się w sposób ciągły dla osiągnięcia wymiernych dodatnio, optymalnych warunków odbioru.

Dlatego też, wychodząc naprzeciw potrzebom wynikającym z pozyskania wiarygodnej, użytecznej informacji ilościowej i jakościowej o energii elektrycznej oraz dla implementacji koniecznych procesów optymalizacji kosztów zużycia energii, w L.Z.A.E. Lumel S.A. opracowano i wprowadzono do oferty analizator- rejestrator parametrów energii elektrycznej typu ND1 spełniający wszystkie kryteria tego typu pomiarów i analiz energii elektrycznej.

W ND1 zastosowano nowatorskie rozwiązania szybkich układów pomiarowych umożliwiających jednoczesny pomiar i rejestrację parametrów oraz wykonywanie zaawansowanych obliczeń w czasie rzeczywistym.

W analizatorze ND1 dane zapisywane są na karcie CompactFlash o dużej, jak na urządzenia przemysłowe, pojemności 4GB. Pozwala to rejestrować zdarzenia w pracy systemu energetycznego i wartości chwilowe wielu parametrów energii elektrycznej. Dzięki temu możliwa jest późniejsza analiza wartości poszczególnych parametrów w czasie. Graficzny ekran dotykowy zapewnia intuicyjną i prostą obsługę urządzenia, co jest cechą unikatową w tego typu produktach. Urządzenie ma wbudowany interfejs Ethernet 10/100Mb oraz oprogramowanie serwera HTTP. Dzięki temu po podłączeniu urządzenia do sieci Ethernet bieżące i archiwalne dane są dostępne zdalnie z poziomu przeglądarki internetowej.

Funkcjonalność analizatora ND1 zapewnia m.in.:

• rejestrację parametrów jakości energii zgodnie z normą EN-PN50160 - urządzenie ma predefiniowane poziomy kontroli poszczególnych parametrów; użytkownik może również modyfikować wszelkie nastawy zgodnie z własnymi potrzebami lub lokalnymi regulacjami prawnymi,
• pomiar prądu w przewodzie neutralnym (parametr ważny w przypadku wystąpienia asymetrii napięcia trójfazowego),
• analizę harmonicznych prądów i napięć do 51.,
• zliczanie energii w 4 strefach taryfowych,
• rejestrację parametrów jakości energii oraz wartości chwilowych wybranych parametrów (w tym profilu mocy),
• rejestrację zdarzeń w stacjach rozdzielczych, przyłączach energetycznych i procesach produkcyjnych oraz stanu innych urządzeń i maszyn poprzez 12 wejść binarnych,
• rejestrację do 24 parametrów z innych urządzeń poprzez interfejs RS485 z protokołem Modbus,
• kontrolę mocy zamówionej (funkcja strażnika mocy),
• kontrolę wybranych parametrów oraz sygnalizację przekroczeń dopuszczalnych wartości przez wyjścia alarmowe,
• retransmisję wybranych parametrów do układów analogowej telemechaniki poprzez wyjścia analogowe.

Duże możliwości pomiarowe oraz oferowane zasoby sprzętowe analizatora ND1 dają użytkownikowi szerokie spektrum zastosowania urządzenia. ND1 pełni funkcję pięciu urządzeń:

• analizatora parametrów sieci energetycznej,
• przetwornika tych parametrów,
• rejestratora,
• przemysłowego serwera HTTP zapewniającego zdalny dostęp do danych,
• kontrolera wybranych wartości mierzonych - np. mocy zamówionej czy regulatora mocy biernej.

Ponadto zdalny dostęp do danych pomiarowych poprzez interfejs Ethernet pozwala w tani sposób nadzorować jakość energii w obiektach rozproszonych.

Rys. 3. Przykłady wizualizacji danych w analizatorze ND1

ND1 oprócz bardzo dobrych technicznych parametrów metrologicznych charakteryzuje się znakomitymi możliwościami prezentacji danych na ekranie LCD. Należą do nich prezentacje wskaźnikowe, układy bargrafów, zestawienia tabelaryczne, diagramy wektorowe (unikalna funkcjonalność!), pełne rozkłady harmonicznych napięć i prądów dla poszczególnych faz i wiele innych. Wybrane przykłady prezentacji danych w urządzeniu ND1 przedstawiono poniżej.

Wraz z analizatorem-rejestratorem ND1 dostarczane jest oprogramowanie ND Archiwizacja do zarządzania danymi zarejestrowanymi na karcie CompactFlash. Możliwe jest tworzenie zestawień tabelarycznych i wykresów oraz raportu zestawiającego parametry jakości energii. Dzięki temu przygotowanie raportów i analiz nie wymaga stosowania zaawansowanych systemów komputerowych. ND Archiwizacja umożliwia między innymi filtrowanie danych wg różnych kryteriów czasowo-wartościowych, sporządzania gotowych raportów i wykresów. Przykłady przedstawiono na rys. 4.

Wybrane dane można zapisać do pliku w formacie csv, xls lub html w celu dokumentacji lub dalszego przetwarzania, jak również do celów nadzorowania procesu zużycia energii elektrycznej.

Rys. 4. Program ND Archiwizacja - analiza danych w układzie
tabelarycznym i na wykresie

Bogate funkcje pomiarowe analizatora ND1 oraz możliwość rejestracji dużej ilości wartości chwilowych i zdarzeń pozwalają na wnikliwą analizę zapotrzebowania na energię elektryczną w poszczególnych procesach produkcyjnych czy całych zakładach produkcyjnych. Pozyskane za pomocą ND1 informacje stają się informacjami użytecznymi, na podstawie których można rozpocząć i skutecznie prowadzić proces optymalizacji kosztów energii i dalej kosztów wytworzenia, co ma istotne znaczenie w procesach energochłonnych.

Dlatego też nowy analizator-rejestrator ND1 oferowany przez Lumel S.A. jest odpowiedzią na potrzeby postępującej komercjalizacji towaru, jakim jest energia elektryczna oraz jest podstawowym narzędziem pozyskania informacji użytecznej, która wykorzystana we właściwy sposób dostarczy wymiernych korzyści finansowych dla przemysłowych odbiorców energii elektrycznej.

Innowacyjność i użyteczność ND1 została potwierdzona przez gremium eksperckie i naukowe, między innymi poprzez przyznanie wyróżnienia analizatorowi-rejestratorowi ND1 podczas Międzynarodowych Targów Energetycznych Energetab w Bielsku- Białej, a także przyznanie Medalu Europejskiego - nagrody Business Centre Club i Urzędu Komitetu Integracji Europejskiej.

W celu uzyskania więcej szczegółów o nowym analizatorze ND1 prosimy o kontakt z Działem Sprzedaży L.Z.A.E. Lumel S.A. lub/i odwiedzenia strony internetowej www.lumel.com.pl

Sławomir Kowalczyk,
Krzysztof Pyszyński

Lumel S.A.