SISTEME De MONITORIZARE A ENERGIEI

Ágoston Katalin

Universitatea “Petru Maior” Tg.Mures

De unde apare necesitatea introducerii unui sistem de monitorizare a energiei?

•Reducerea consumurilor de energie

•Aplatizarea curbei de sarcină

•Decontarea pe baza consumurilor reale

a energiei consumate

•Prevenirea situaţiilor de depăşire accidentala

a consumurilor contractate pe intervalele

Elemente de implementare a sistemului

•Sisteme de achiziţie a datelor•Contori de energie electrică•RTU –uri de monitorizare a consumurilor energetice

(unităţi de calcul în timp real)•Concentratori de informaţie•Staţii centrale de contorizare/monitorizare •Software de optimizare/monitorizare consumuri

de energie

Sisteme De Achiziţii De Date

Fenomen: -tensiune -curent -putere (P, Q, S, D) -factor de putere (cos ) -energie * electrică

* termică (măsurarea temperaturii)

Senzori: -traductor de tensiune -traductor de curent -traductor de temperatură

Prelucrarea semnalelor: -adaptare de nivel şi de impedanţă -multiplexare -efectuarea unor operaţii matematice

(calculul valorii efective, înmulţire, împărţire, extragere de radical – cu circuite specializate integrate)

Elemente de execuţie: -contactor, comutator - motoare, generatoare, condensatoare-ventile

Procesare comenzi: -conversie digital-analog -demultiplexare -amplificare -realizarea circuitelor de putere

Calculator, P, C: -leagă şi comandă toate elementele sistemului de măsurare

-conţine generatorul de tact, ceas, baza de timp -prelucrare numerică a semnalelor -afişarea datelor, semnalelor de avertizare -transmiterea şi/sau recepţionarea datelor -trimiterea comenzilor

Senzori de Tensiune

Caracterizat prin: *puterea nominală secundară*clasa de precizie*supradimensionat pentru solicitări termice*funcţionează în gol (Rv f. mare)

Divizoare de tensiune rezistive

Divizoare de tensiune inductive

Senzori de Curent

1. Transformator de măsură de curent2. Sesizare magnetică cu senzor Hall3. Convertor curent-tensiune4. Sesizare rezistivă

•căderea rezistivă de tensiune •câmpul magnetic generat

Transformator de curent2211 NiNi

•Supradimensionat pentru solicitări termice şi de curent •Funcţionează în scurtcircuit•Nu are voie să funcţioneze în gol•Fenomenul de saturaţie mai mic decât în c.c.

Sesizare magnetică cu senzor Halld

IB

2

0Izolare galvanică

Senzor magnetorezistenţă gigant – GMR pentru cablaje imprimate sensibil pentru câmpuri parazite

g

IBRUU HHallout

Convertor curent-tensiune pentru curenţi mici (pA)

Sesizare rezistivăR

UI

•Căderea de tensiune pe rezistenţa•Puterea disipată P=I2·R •Rezistenţa parazită serie

•Scurgeri de curent la R mari•Autoâncălzire – neliniaritate•Efecte dinamice – dependenţă de frecvenţă

Senzori de Temperatură

Termorezistenţe -T coeficient de variaţie a rezistivităţii mare

-R0 rezistenţa nominală mare

-liniaritate bună a caracteristicii -stabilitate în timp şi la agenţi chimici

00 1 TTRR T

Pt100 şi Pt1000 •rezistivitate: 0,1mm2m. •domeniu de temperatură -200C +850C •etaloane de temperatură 0 600C

Pt100 R=100 la 0CR=138,4 la 100CR=0,384 T=1CT0,00385C

Circuite de măsurare cu termorezisteţe

Metoda de punte (tip Wheatstone ) -echilibrat-dezechilibrat:

021

2

T

T

T

R

R

REU

IEX -generator de curent constant

V -voltmetru sau circuit electronic (amplificator) RL -rezistenţele firelor de legătură

Termocupluri

...321

22121 TTcTTbTTaE

efectul termoelectric direct sau

efectul Seebeck

Proprietăţi: •sensibilitate, stabilitate în timp•nu prezintă tensiuni de offset•domeniu de utilizare mare care depinde de materialele uilizate•tensiune de ieşire f. mică (V,mV)•sensibilitatea scade la temp. mici•temp. joncţiunii reci f. constant•fire de legătură prea lungi produc căderi suplimentare de tensiune•teaca de protecţie scade sensib. şi măreşte timpul de răspuns•func. nu este infl. de factori externi doar de zgomote termice interne

Utilizarea, construcţia termocuplurilor se face pe baza unor legi: 1 Legea circuitului omogen: într-un circuit omogen (conductoare de aceeaşi natură) nu apare tensiune electromotoare, indiferent de diferenţa de temperatură dintre diferite puncte. Acesta permite utilizarea unor conductoare de legătură2  Legea metalelor intermediare: într-un circuit izoterm (T=ct.) nu se generează tensiune termoelectromotoare indiferent de natura elementelor care formează circuitul. Aceasta permite ca lipirea conductoarelor să se facă cu un alt material, respectiv ca joncţiunea rece să fie formată şi din circuitul de măsurare, cu condiţia ca elementele să fie la aceeaşi temperatură. 3. Legea metalelor succesive: tensiunea termoelectromotoare generată de un termo- cuplu format din conductoarele A şi B este egală cu diferenţa tensiunilor termoelectromotoare generate de termocuplele formate din conductoarele A şi C respectiv C şi B, cu condiţia ca diferenţa de temperatură a joncţiunilor să fie aceeaşi. Pe baza acestei legi se face etalonarea termocuplurilor. 4. Legea temperaturilor intermediare: tensiunea termoelectromotoare obţinută pentru diferenţa de temperatură T2 – T1 este egală cu suma tensiunilor termoelectromo-

toare obţinute pentru diferenţele de temperatură T2 – T3 şi T3 – T1 .

Aceasta permite realizarea corecţiilor la schimbarea temperaturilor de referinţă. T2 – T1 =(T2 – T3)+(T3 – T1).

LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT

Depinde de: *natura metalelor componente *distanţa dintre punctul de măsurare circuitul de prelucrare *modul de menţinere şi sesizarea temperaturii joncţiunii reci

0101 TTETTETTE mm

1.Dacă aparatul se află la d2m şi T=ct. firele se prelungesc: din aceeaşi material, sau din materiale de mare conductivitate

Termostatarea se face la: 0C apă-gheaţă20C ulei

2.Dacă distanţa până la aparatul de măsură este mare se folosesc fire de extensie.

3.Utilizarea unui termocuplu identic

4. Utilizarea unei termorezistenţe sau a unui termistor

432

421 RRRR

RREU

T

T

010121 TTkTTTTkUUU aaTCT

CONTOARE STATICE•Permit decontarea comercială a consumului

de energie electrică•Asigură funcţiuni auxiliare de taxare, avertizare

a limitelor de consum prestabilite•Permit teletransmisia datelor prin protocoale

standard: M-BUS, IEC870-5-102(STOM), DLMS, •Prezintă clase de precizie bune, stabilitate ridicată,

o durată de viată garantată până la 20 de ani

CONTOARE STATICEProcesor de semnal DSP (Digital Signal Procesor):•convertoare A-D•memorii RAM şi ROM•soft minimal pentru prelucrarea seriilor de date, aplicarea transformatei FourierAvantaje: *modularitate

*posibilitate de autocalibrare *flexibilitate, posibilităţi de dezvoltare

FACILITĂŢILE CONTOARELOR STATICE

HARD•DSP destinat calculelor de P şi E•programare din exterior•interfeţe de măsurare în patru cadrane•măsurare simultană a P,Q,S, WP,WQ,WS

•comenzi•posibilităţi de extindere

SOFT•programare a sezoanelor, tarifelor•programarea constantelor•afişare multiplă şi în buclă închisă a diferitelor mărimi•afişarea mărimilor de control•protecţie împotriva efracţiei

FUNCŢIONAREA CONTOARELOR STATICE

2

1

t

t

PdtW

T

efef

TT

dttItUT

dttituT

dttpT

P000

sin2sin2111

tIUIUP efefefef 2coscos

sinefef IUQ

jQPIUS *

În regim deformant – curent distorsionat – armonici de curent – putere deformantă

222 QPSD

STRUCTURA CONTOARELOR STATICE

Cu multiplicare analogică

tIUIUktU efefefefmm 2coscos

PKdttpknT

kdttUnT

kU F

nT

mF

nT

mF 00

0

11

Structura contoarelor statice cu multiplicare analogică

Convertorul A/D este de tipul tensiune-frecvenţă

PkPKkUkf cFCADCADx 0

Numărătorul totalizează impulsurile transmise într-un interval de timp

WkPdtkdtfN c

t

t

c

t

t

x 2

1

2

1

Multiplicatorul: - cu efect de Hall- cu transconductanţă- cu modulare durată-amplitudine- circuite integrate specializate

Circuite de multiplicare 1

titukg

IBRUtU mHHallm

Circuite de multiplicare cu efect Hall

tUktukI

tIktikB

efuu

efii

sin2

sin2

Circuite de multiplicare 2

Circuite de multiplicare durată-amplitudine

aa

T

am UdtUT

dtUT

U 00

11

tu

tiU a

Circuite de multiplicare 3

Multiplicator analogic cu circuit integrat specializat

Structura contoarelor statice cu multiplicare numerică 1

Structura contoarelor statice cu multiplicare numerică 2

iiinst titutdttptWt – interval de eşantionareN – numărul de eşantioane

1

0

1

0

4cos

2cos

22sin

2sin

4 N

i

N

iinst k

iUI

kUIN

kk

i

k

iUI

ktW

Contoarele ALPHA

TIPURI: *A1D - energie activă şi putere activă maximă *A1T - energie activă şi putere activă maximă cu multitarifare *A1R - A1T + energia reactivă şi Q maximă *A1K - A1T + energie aparentă şi S maximă

Plăci suplimentare - mărimi suplimentare de măsurare - funcţii complexe - contorizare în patru cadrane - înregistrarea curbei de sarcină - diagramă fazorială

Opţiuni: - plăci cu relee (pt. cuplare, decuplare, avertizare, furnizare impulsuri)- interfaţă pentru citire sau reprogramare de la distanţă

AFIŞAJ

•Afişarea mărimilor măsurate – 6 cifre•Indentificatori numerici ai cantităţilor afişate – 3 cifre•Indicatori Alpha•Indicatori ai modului de operare: - normal

- alternat - test - contorului fără modific. datelor

•Indicatori de prezenţă tensiune pe faze•Indicatori de impulsuri pentru sensul energiei•Indicatori de sfârşit de interval de integrare a puterii

Autodiagnosticare – rutină internă de diagnoză – generează coduri de eroare şi de atenţionare

Citirea, programarea contorului prin soft - EMFPLUS

•Nr. de identificare a contorului•Constantele•Data citirii•Nr. căderilor de tensiune şi durata ultimei•Toate datele măsurate pe zone de tarifare•Date din citirile anterioare•Sensul indicatorilor Alpha şi a identificatorilor numerici•Date programate: divizarea zonelor de tarifare, a sezoanelor, modul de memorare, modul de apariţie a datelor la citire

Cuplor optic + portul serial RS232

Legarea contoruluim=3 faze, n=2 elemente

3332111221 coscos IUIUPPPtot

P

Qtg

PPQ

123

2

1

2

1

t

t

r

t

t

tot

QdtW

dtPW

Legarea contoruluim=4 faze, n=3 elemente

333022201110 coscoscos IUIUIUP

*

330*220

*110321

*330

*220

*110321

ImIm

ReRe

IUIUIUSSSQ

IUIUIUSSSP

Prin 3 transformatoare de curent şi direct pe tensiune

Transmitere la distanţă

Contoarele tip ZxD

Interfete integrate Module interschimbabile

ZMD310CR/ARZFD4xxCR/ARZMD4xxCR/AR

ZMD310CT/ATZFD4xxCT/ATZMD4xxCT/AT

Date tehnice ale contorilor familiei ZxD4YY

Domeniul de tensiuni si curentiZFD405...

ZFD410...

ZMD405...

ZMD310...

3x40

0V

3x22

0V

3x10

0V

3x23

0/40

0V

3x12

7/22

0V

3x58

/100

V

ZMD410...

5 (1

20)A

5//1

A

5 (1

0)A

1 (2

)A

(Numai Seria 2 )

2 (4

)A

Do

men

iul d

e te

nsi

un

i

Posibilitati de comunicare

RS485 Interface

RS232 Interface

CS Interface

2 Pulse Inputs S0

A4

A2

A1

c3c2c1

M-Bus

D2

PSTN Module *

GSM Module

G5

G4

G3

G2

G1

M4

M2

M1

B4

B2

B1

A5

Interfete integrate (Meter-Type R)

Module interschimbabile (Meter-Type T)

* /V22b, V34b

ZMD405CR44.0257.xx ZMD405CT44.0257.xx

Structura interna a contorului

Ut

U1U2U3N

I1I2I3

Control

Inputs

MeasurementSystem

Power supply

VoltageSupervision

MemoryLoad-Profile

Microprocessor

Signalprocessing

SignalUtilization

TariffControl

Datafor

Billing

Time Switch

Display Keys

Calendar Clock

Reset

A/D Calibra-tion

ExtensionBoardInputs

OutputsRCR

Add. PS

A/D

CommunicationUnit with

Impulse-Inputs

LCD-Display

Optical Interface

Test Diodes

Output Contacts

InterfaceBoard

Principiul de procesare

DigitalValues

Ix

AnalogueInput

Signals

A/DConverter

Ixi

Ux

u

u, i: calibrated instantaneous values for voltage and current

Px

p: instantaneous active powerq: instantaneous reactive poweru*: voltage displaced by 90°tn: zero passage time

Qx

u-i

fn

tn

Ux

DigitalFilter

Calibra-tion i

A/DConverter

DigitalFilter

Calibra-tion u

u

2i

2u

iup *

iup

Form

ati

on

of

mean

valu

es

per

seco

nd

RTU-uri pentru controlul sistemului şi monitorizarea consumurilor

Sistemul SIMEAS P:Utilizat pentru consumatori echilibrati /dezechilibrati Protocoale m-bus sau Profibus-DPIn configuratia standard dispune de 2 relee pentru iesirea in impulsuri/ respectiv pentru semnalizarea depasirii limitelor setateTensiunea rms /fazaCurentul rms / fazaPuterea activa/ reactiva / aparenta precum si factorul d eputere / faza, precum si cel globalFactorul de distorsiuni: THD

Structura unui sistem de măsurare şi monitorizare

Trad Trad Trad… Trad Trad Trad…

Contor Contor

Trad Trad Trad…

Contor Contor

Zona decontare cu ELECTRICA

RTUPSE

RS485

RS485

Aplicatie energeticaSiemens PSE

(PC cu Win2000)

RTU comenzi manual / automat

RTU comenzi manual / automat

Alimentare sectie Alimentare sectie