Configurarea, Parametrizarea Si Testarea Unui Analizor de Calitate a Energiei Electrice

„ Dezvoltarea pieței de energie electrică și creșterea gradului de deschidere a pieței pentru consumatorii care își pot alege furnizorul (consumatori eligibili) determină ca problemele legate de calitatea energiei electrice livrată consumatorilor să devină deosebit de importantă pe piața concurențială. Calitatea energiei electrice, cuprinzând atât calitatea produsului (energie electrică) cât și calitatea serviciului realizat (siguranța și continuitatea alimentării) reprezintă criterii importante în alegerea furnizorului de energie electrică, în special pentru consumatorii care utilizează în procesul de producție tehnologii moderne, bazate pe sisteme de control automat, flux tehnologic dezvoltat, reglare adaptivă utilizând convertoare statice de putere.”

„ Dată fiind importanța problemei și efectele ei tehnico-economice complexe, în prezent s-a trecut la o etapă, de monitorizare permanentă a calității energiei electrice, de condiționare a racordării consumatorilor la rețea de respectarea unor cote de perturbație admisibile, fixate de furnizorul de energie electrică, care urmărește respectarea nivelurilor de perturbație în punctele comune de conectare a consumatorilor (PCC). Pe baza studiilor efectuate de către specialiștii români și în concordanță cu normativele internaționale, ANRE a introdus cerințe de performanță și calitate atât pentru furnizorii de energie electrică participanți la piața de energie cât și consumatorilor industriali și similari racordați la rețelele publice.”

„Având în vedere forma specifică a curbei de sarcină a fiecărui consumator apare necesară monitorizarea pe intervale mari de timp (uzual o săptămână) și o prelucarre statistică a datelor achiziționate. Informațiile obținute permit evaluarea consumatorilor din punctul de vedere al încadrării, cu o anumită probabilitate (de obicei 95%), pe durata de monitorizare, în limitele admise privind nivelul de perturbații transmise în rețeaua electrică de alimentare.”

Capitolul I

Noțiuni generale despre monitorizarea calității energiei electrice

1.1 Standardul EN 50160

„EN 50160 dă principalii parametrii ai tensiunii și banda de abatere admisibilă în punctul comun de conectare al unui consumator cuplat la o rețele de distribuție publice de joasă tensiune (JT) și medie tensiune (MT), în condiții normale de funcționare. În acest context, JT înseamnă că valoarea efectivă nominală a tensiunii între faze nu trebuie să depășească 1000 V și MT înseamnă că valoarea efectivă nominală a tensiunii între faze este între 1 kV și 35 kV. EN 50160 dă numai limite generale, care sunt tehnic și economic posibil să fie meținute de furnizor într-un sistem de distribuție publică. Când se cer condiții mai riguroase, trebuie negociată o înțelegere separată între furnizor și consumator.”

„Funcționarea corectă a echipamentelor electrice necesită o tensiune de alimentare cât mai aproape de cea nominală. Chiar și abateri relativ mici de la valoarea nominală pot produce o funcționare sub-optimală a echipamentelor, adică o funcționare cu o eficiență redusă sau un consum mărit de putere cu pierderi suplimentare și reducerea duratei de viață. Uneori funcționarea cu abateri pe durate prelungite poate determina funcționarea dispozitivelor de protecție, rezultând daune. Evident, corecta funcționare a echipamentului depinde și de mai mulți alți factori, precum condițiile de mediu și corecta selectare și instalare.

„Cerințele din EN 50160 nu sunt greu de îndeplinit de furnizorii de energie electrică. Parametrii tensiunii de alimentare trebuie să fie în anumite limite timp de 95 % din perioada de testare, în timp ce pentru restul perioadei de 5 % abaterile permise sunt mult mai mari. De exemplu, valoarea medie pentru 95 % din timp trebuie să fie între 90 % și 110 % din tensiunea nominală. Asta înseamnă că într-un caz extrem, consumatorii pot fi alimentați continuu la 90 % din tensiunea nominală, iar, pentru 5 % din timp, tensiunea poate fi mult mai mică. Dacă, într-o astfel de situație limită, alți parametri sunt la limita permisă în standard, ca de exemplu tensiunile armonice sau nesimetria de tensiuni, echipamentul va funcționa probabil necorespunzător.”

Capitolul II

Perturbații în sistemele de alimentare cu energie electrică

2.1 Principalele componente ale calității energiei

Principalele componente ale calității energiei electrice și perturbațiile electromagnetice care pot afecta calitatea energiei electrice în sistemele electroenergetice sunt prezentate în figură

Fig. Componente ale calității energiei electrice.

2.2 Variații

2.2.1 Variații de scrtă durată

Variațiile de scurta durată sunt de trei categorii: supratensiuni, întreruperi și goluri de tensiune

a) supratensiune b) întrerupere

c) gol de tensiune

Fig. Semnale perturbatoare de scurtă durată

Funcționarea lentă a sistemelor automate de protecție, supraîncarcarea circuitelor, conectarea si deconectarea consumatorilor mari și defectiunile sistemului de alimentare sunt cauzele principale pentru intreruperi si goluri de tensiune, la acestea adăugandu-se și traznetele pentru supratensiuni.

După forma de undă, golurile de tensiune se împart în goluri de tensiune dreptunghiulare, exponențiale sau complexe

a) dreptunghiular b) exponențial

c) complex

fig. Goluri de tensiune

2.2.2 Variații de lungă durată

Variațiile de lungă durată sunt mai lungi de un minut si pot fi variații lente de tensiune sau întreruperi. Acestea pot fi cauza unor defecte care necesită intervenția personalului de mentenanță.

2.2.3 Variații lente de tensiune

Variațiile lente de tensiune, determinate în special de variațiile de sarcină, pot conduce, în rețelele de joasă sau medie tensiune la valori ale nivelului de tensiune în afara valorilor admise. Aceste fenomene sunt larg întâlnite în cazul rețelelor rurale, de medie sau de joasă tensiune, de lungime mare astfel că în orele de vârf de sarcină tensiunea scade sub nivelul minim admis (uneori sub 180 V, în rețelele de joasă tensiune).

Pentru asigurarea unui nivel corespunzător al tensiunii la bornele echipamentelor utilizatorilor finali au fost adoptate unele soluții care pot asigura menținerea nivelului de tensiune în limitele admise (±10% față de tensiunea normată)

− creșterea secțiunii conductoarelor liniilor electrice de alimentare;

− creșterea tensiunii rețelei de distribuție (există soluții de alimentare cu tensiunea de 690 V sau cu tensiunea de 1000 V);

− alimentarea la medie tensiune a utilizatorilor dispersați;

− utilizarea de echipamente stabilizatoare de tensiune.

În special în localitățile amplasate pe văile unor râuri, soluția de alimentare la medie tensiune (fig. ) poate determina importante avantaje atât din punct de vedere al investiției cât și din punct de vedere al calității energiei electrice furnizată utilizatorilor.

fig. Conectarea unui utilizator monofazat (a) sau a unui utilizator trifazat (b) la rețeaua de medie tensiune tratată cu rezistor.

2.3 Regimul deformat

Regimul deformat se datorează urmatoarelor distorsiuni: zgomot, armonici, comutarea dispozitivelor electronice de putere, interarmonici; și se referă la abaterea formei de undă față de forma de undă sinusoidală ideală.

Fig. Semnal sinusoidal care conține armonici

2.4 Variația frecvenței

Variația frecvenței rețelei constă în abateri de la valoarea nominală a frecvenței fundamentale în sistemul de alimentare. În rețelele de alimentare mari, variația frecvenței este lentă datorită inerției acestora, dar în rețelele mici pot să apară variații rapide.

Fig. Semnal sinusoidal conținând o porțiune cu frecvență variabilă

2.5 Nesimetria în rețelele electrice

Noțiunea de nesimetrie bazată pe descompunerea în componente simetrice Fortesque se referă la mărimi sinusoidale:

Pe baza descompunerii în componente pozitivă, negativă și zero sunt definiți factorii de nesimetrie pozitivă și zero:

Având în vedere faptul că în rețeaua electrică nu mai sunt mărimi sinusoidale, evaluarea aproximativă pe baza relațiilor de mai sus ar putea fi luată în considerație doar pentru curbele de tensiune care, în multe cazuri, au o formă apropiată de sinusoidă. În mod obișnuit, în cazul curbelor de curent electric, utilizarea definițiilor de mai sus poate conduce la informații distorsionate.

Capitolul III

APARATUL DE MĂSURĂ ȘI MONITORIZARE

A-PLUS

Schema generală a unui sistem local de monitorizare

Aparatul de măsură A-PLUS

A-PLUS este o nouă unitate pentru măsurarea, monitorizarea și analiza puterii in retelele electrice. Aparatul este folosit pentru aplicații în distribuția puterii în medii industriale deformate și în automatizarea clădirilor. Datorită performanțelor sale mari este deasemenea calificat pentruoperații grele în standurile de test. Conexiunea procesului ambiental este posibilă prin interfața de comunicare „Modbus”, prin „digital I/O” sau prin ieșiri analoage.

A-Plus oferă utilizatorului posibilitatea să colecteze date de la unul sau mai multe echipamente cărora li se transmit un set de instrucțiuni de comandă.

Instrumentele digitale de măsură au urmatoarele avantaje:

– elimină erorile de citire;

– prezintă o precizie de măsurare foarte mare;

– prezintă o viteza mare de măsurare;

– posibilitatea înregistrării rapide și precise a rezultatelor;

– posibilitatea automatizării procesului de masurare;

– comutarea domeniilor de măsură este facută automat;

– transmiterea la distantă a măsurătorilor;

Aparatul are putine dezavantaje, acestea fiind legate de configurarea meniului, sau citirea textelor personalizate din meniu.

Datorită performanțelor, A-PLUS este utilizat in următoarele scopuri:

– măsurători de precizie in laboratoare;

– măsurări in procesele industriale de automatizare si alimentare cu energie electrică;

– măsurători cu transmiterea rezultatelor la distanță;

– măsurători cu înregistrare a datelor pe o perioadă mai lungă de timp, fără intervenția operatorului, cu ajutorul unui card SD;

A-PLUS este un instrument inteligent pentru măsurarea universală, monitorizarea și analiza energiei in sistemele de putere. Aparatul se adaptează ușor și repede pentru măsurători prin intermediul software-ului CB-Manager. Sistemul universal de măsurare al aparatului face ca acesta să poată fi utilizat direct la orice sistem de putere, de la o singură fază până la patru linii de rețea, fără a fi nevoie de modificări ale aparatului.

Date tehnice ale aparatului A-PLUS:

Elementele display-ului:

Display-ul și elementele aferente:

Utilizarea aparatului A-PLUS

Meniul aparatului se acceseaza prin apăsarea butonului „Menu” pentru mai mult de două secunde. Meniul este format din cinci submeniuri: „Display mode” (de unde se modifică modul de afișare pe ecran) ; „Configuration” (de unde se modofică rata de comunicare între aparat și calculator, data și timpul aparatului, configurarea intrărilor de putere și a protocolului de comunicare RS485) ; „Data logger” (unde se setează opțiunile cardului de date) ; „Limit values” (unde se modifică valorile maxime și minime între care se execută monitorizările) ; „Device info” (unde sunt prezentate datele oferite de producător).

Meniul se acceseaza cu ajutorul săgeților, iar schimbarea configurațiilor prin apăsarea scurtă a butonului meniu. Ieșirea din meniu se face prin apăsarea butonului „ESC”.

Instalarea și configurarea software-ului CB-Manager

Parametrii CB-Manager

Prin intermediul software-ului CB-Manager se obține o parametrizare completă a aparatului.El permite de asemenea citirea si vizualizarea datelor măsurate.

Software-ul CB-Manager reprezintă o facilitate în utilizarea aparatului A-PLUS, care descrie modul de funcționare si setările parametrilor de funcționare.

Configurația dispozitivului este imparțita in registre, care contin diferite funcții ale aparatului, ca de exemplu: „intrare”, „modul logic”, „ecran”, etc. Cea mai simplă modalitate de operare, este aceea ca fiecare registru să fie luat in considerare foarte atent:

– Device:

– Input:

– Logic module:

Verificarea conexiunii

Vizualizare valori instantanee:

Vizualizare armonici:

-Armonici de tensiune

-Armonici de curent

CAPITOLUL IV

LUCRAREA PRACTICĂ

4.1 Citirea datelor cu ajutorul CB-Analyzer

4.1.1 Parametrizare data logger

Mean values: Toate valorile medii configurate în registrul „mean values” pot fi selectate pentru depozitare periodică în logger.

Metter logger: Se efectuează o citire în intervalul selectat, care apoi este stocată în logger.

Alarm and event list: În aceste liste de evenimente definite în modulul logic de utilizator va fi înregistrată atât apariția, precum și scăderea evenimentelor și vor fi înregistrate în listele corespunzătoare cu ora și data.

Operator list : În această listă apariția unor evenimente in sistem va fi înregistrată cu data si ora.

Disturbance recorder : Până la 500 de seturi de date de până la 12 cantități măsurate pot fi înregistrate atunci când se produce un eveniment care poate fi definit.

4.1.2 Logger status

Pornirea, oprirea și resetarea de părți ale logger-ului se fac prin intermediul meniului aparatului în CB-Manager:

Starea actuală a logger-ului poate fi solicitată prin CB-Manager

Pentru A-plus se poate opri, porni sau reseta fiecare măsuratoare individual

Setarea interfeței de conexiune

Căutarea device-ului

Citirea datelor

Importul datelor: Importul de date logger poate fi direct efectuat de pe cardul SD sau prin depozitarea intermediară într-un director de pe PC.

Analiza rapoartelor: Această analiză se realizează pe baza datelor din baza de date. Niciun dispozitiv nu trebuie să fie conectat.

Dacă unul sau mai multe tipuri de rapoarte sunt afișate în gri și nu poate fi selectat, atunci listele corespunzătoare sunt încă goale și nu conțin intrări.

Înainte de a se afișează rapoarte puteți selecta intervalul de timp pentru a analiza.

Prin click-dreapta pe raport, va fi afișat un meniu care permite exportul în Excel, PDF sau fișier Word.

4.1.3 Analiza datelor grafice

Această analiză se realizează pe baza datelor din baza de date. Niciun dispozitiv nu trebuie să fie conectat.

1- la primul pas, trebuie să se adauge functia de analiză

2- Selectarea dispozitivului de măsurare.

3- Selectarea unui tip de mărime

4- Selectarea unei mărimi

5- Pentru analiza grafică poate fi definit un timp de pornire și de oprire

6- Odată ce funcția este completat acesta poate fi salvat pe disc.

Manipularea de afișare a datelor

Există o mulțime de funcții și opțiuni pentru a ajusta afișarea

Diagrama: așa cum se arată mai sus

Tabel: informațiile din diagrama sub formă de listă

Valorile min / max: Pentru fiecare mărime este prezentat minimul absolut și valoarea maximă în intervalul de timp selectat

Alarme / evenimente: Dacă, evenimentele existente au avut loc în intervalul de timp selectat va fi afișat sub forma unui tabel.

Setări: Permite schimbarea parametrilor de afișare sau de copiere a graficului afișat în clipboard.

Pentru fiecare măsurătoare individuală ecranul poate fi pornit sau oprit.Culoarea fiecărei curbe poate fi modificată prin selectarea dreptunghiul colorat. Precum și forma de afișare poate fi selectat prin alegerea tipul preferat din listă.

Afișare măsurare:

În funcție de timp, scalarea poate avea zece-mii de puncte de date care urmează să fie afișate. Prin urmare tipurile de monitor de măsurare pot fi selectate:

Prezentare generală (overview): Această setare ar trebui activată în timpul căutării unor părți de interes.

Valorile măsurate (measured values): Toate măsurătorile în intervalul de timp selectat vor fi afișate.

Diferența între două valori consecutive (Difference between two consecutive values): Această selecție poate fi utilizată pentru a vizualiza trepte de măsură

Valorile medii(mean values): Valoarea de măsurători existente va fi redusă prin crearea de valori medii

4.1.4 Prezentarea standului de lucru

Fig. Prezentarea standului de lucru

Standul este realizat în cadrul Universității „1 Decembrie 1918” în laboratorul de componente. Măsurătorile sunt făcute la rețeaua monofazică a universității. Standul de măsură este format din urmatoarele elemente:

Laptop, pentru programele dedicate aparatului A-Plus, CB-Manager și CB-Analyzer;

Autotransformator monofazic reglabil 0 – 250V pentru simularea perturbațiilor

Convertor RS232-485 pentru comunicarea A-Plus – laptop

Aparatul de monitorizare A-Plus

Clește de curent 1000A~/1A~, 30Hz – 5kHz

4.2 Rezultate măsuratori experimentale cu un consumator conectat la autotransformator

Vizualizarea tensiunii U:

fig. Diagrama de tensiune

Valori maxime și minime ale tensiunii U:

fig. Tabel valore minimă și maximă a tensiunii

Vizualizarea curentului I:

fig. Diagrama de curent

Valori minime și maxime ale curentului:

fig. Tabel valore minimă și maximă a curentului

4.3 Analiza energiei electrice într-o firidă

4.3.1 Prezentarea standului

fig. Prezentarea standului de lucru

4.3.2 Măsurători

Diagrama tensiunii U:

fig. Diagrama tensiune

Minimul și maximul tensiunii U:

fig. Minimul si maximul tensiunii

Umax= 234.824V la ora 08:27:30, iar Umin= 229.979V la ora 08:12:20

Tabel tensiune la diferite momente ale măsurătorii:

fig. Tabel tensiune

Diagramă curent I:

fig. Diagramă curent

Minimul și maximul curentului I:

fig. Minimul și maximul curentului

Imax= 47.247A la ora 08:28:39, iar Imin= 24.655 la ora 08:20:19

Tabel curent la diferite momente ale măsurătorii:

fig. Tabel curent

Diagramă frecvență F:

fig. Diagramă frecvență

Minimul și maximul frecvenței F

fig. Minimul și maximul frecvenței

Fmax= 50.012Hz la ora 08:24:53, iar Fmin= 49.968 la ora 08:26:58

Tabel frecvență la diferite momente ale măsurătorii:

fig. Tabel frecvență

Diagramă putere activă P:

fig. Putere activă

Minimul și maximul puterii active:

fig. Minimul și maximul puterii active

Pmax= 8.286kW la ora 08:37:25, iar Pmin= 4.909kW la ora 08:27:00

Tabel putere activă la diferite momente ale măsurătorii:

fig. Tabel putere activă

Diagramă putere reactivă Q:

fig. Diagramă putere reactivă

Minimul și maximul puterii reactive:

fig. Minimul si maximul puterii reactive

Qmax= 6.809Var la ora 08:28:39, iar Qmin= 2.966kVar la ora 08:20:19

Tabel putere reactivă la diferite momente ale măsurătorii:

fig. Tabel putere reactiva

Diagramă cosφ:

fig. Diagrama cosφ

Minim și maxim cosφ:

fig. minim si maxim cosφ

cosφ max=1 la ora 08:39:32, iar cosφ min= 0.785 la ora 08:18:42

Tabel cosφ la diferite momente ale măsurătorii:

Tabel cosφ