Środa, 29 stycznia 2020

APARATURA POMIAROWA jest najważniejszym wsparciem w pracy inżyniera

Znaczenie rynkowe mierników energetycznych rośnie wraz z tym jak wzrasta znaczenie energii elektrycznej we współczesnej gospodarce. Bez względu na obszar aplikacyjny i grupę produktową widać, że urządzeń elektrycznych jest coraz więcej. Nowoczesne systemy sterowania, napędy, maszyny, systemy HVAC, obojętnie czy w przemyśle, czy w sprzęcie konsumenckim, bazują na energii elektrycznej i jej zużycie z roku na rok rośnie. Im więcej odbiorników, tym instalacje elektryczne stają się coraz bardziej złożone, przez co liczba miejsc, które trzeba kontrolować, się zwiększa, gdyż im bardziej złożony system dystrybucji, tym niestety ryzyko uszkodzeń prowadzących do utraty możliwości bezpiecznego korzystania z prądu się zwiększa.

APARATURA POMIAROWA jest najważniejszym wsparciem w pracy inżyniera

Mierniki energetyczne, tablicowe i aparatura na szynę zapewniają bezpieczeństwo i oszczędności

Zagadnienia związane z bezpieczeństwem użytkowania instalacji elektrycznych i kontrolą prawidłowego wykonania inwestycji są coraz istotniejsze. Wynika to z wymagań prawnych, które narzucają okresowe kontrole, jak też potrzeby minimalizacji ryzyka odpowiedzialności. Wymagania bezpieczeństwa wymuszają odpowiednią jakość wykonania sieci, instalacji i stopień ich zabezpieczenia oraz precyzują konieczność regularnych badań stanu technicznego. Do takich badań trzeba mieć mierniki. Liczy też się ogólnie rozumiana jakość, czyli dążenie do tego, aby produkty i usługi nabywane od kontrahentów i oferowane klientom były jak najdoskonalsze.

Energia elektryczna jest coraz droższa, bo ciągle przybywa w jej cenie podatków i opłat, przez co potrzeba rynkowa w zakresie minimalizacji strat jest znacznie wyraźniej zarysowana niż kiedyś. Mierniki energetyczne pozwalają na ocenę staniu instalacji i urządzeń pod tym kątem, a także na ciągłe monitorowanie zużycia. W tym drugim obszarze przyrządy te stają się źródłem danych do analiz, a w dalszej kolejności do decyzji o modernizacji, inwestycji lub też do zarządzania odbiornikami.

Zapotrzebowanie na aparaturę pomiarową w obszarze energetyki ciągnie też w górę znaczenie jakości energii, a więc to, aby miała ona oczekiwane parametry. Napięcie, częstotliwość są oczywiście tutaj podstawą, niemniej kryterium jakości definiuje znacznie więcej parametrów będących podstawą oczekiwań konsumenckich. Przykładowo z punktu widzenia odbiorców przemysłowych istotny jest kształt napięcia, a więc poziom harmonicznych, losowe anomalie i zakłócenia, które mogą prowadzić do zaburzeń w ciągłych procesach przemysłowych. Od kiedy prąd stał się towarem i możliwość zmiana dostawcy jest gwarantowana prawnie, jakość staje się bardzo istotna, zwłaszcza gdy w grę wchodzą rozliczenia dużych odbiorców. Wówczas składników kosztów jest jeszcze więcej, np. pojawiają się kary za wprowadzania mocy biernej do sieci, dlatego kontrola jakości staje się elementem codziennej pracy.

Jakie znaczenie dla biznesu firmy ma sprzęt pomiarowy?
 
Dla dostawców mierników energetycznych i aparatury tablicowej urządzenia te zwykle są jedną z wielu pozycji w ofercie. Czyli ilościowo przeważają na rynku dostawcy o szerokim profilu i asortymencie, a więc tacy, dla których specjalizacją jest „aparatura pomiarowa” bez wskazywania dokładnie jaka (40%). W większości grup produktów ta część jest największa i pokazany wykres nie tworzy wyjątku, bo rozwój dużej części dostawców ma charakter poziomy, a więc poprzez poszerzanie asortymentu. Co trzecia firma ma nieco większą specjalizację i omawiana aparatura jest dla niej ważną pozycją w ofercie. Pozostała jedna trzecia to z kolei dostawcy specjalizowani, dla których mierniki energetyczne są najważniejsze. Ta grupa w porównaniu do innych naszych zestawień jest tutaj relatywnie duża, dzięki czemu mierniki energetyczne są na tyle wartościowe, że umożliwiają specjalizację w biznesie.

W kolejce na debiut czeka elektryczna motoryzacja, czyli w omawianym zakresie są to stacje ładowania pojazdów. Muszą zostać podłączone do sieci, a ich działanie okresowo kontrolowane i serwisowane, dlatego dla energetyki i przyrządów pomiarowych dziedzina ta wydaje się kolejnym perspektywicznym obszarem zastosowań. To samo dotyczy źródeł OZE, zwłaszcza tych małych przydomowych, które już są widoczne w kraju i bezsprzecznie będą jeszcze popularniejsze. Takie instalacje i źródła trzeba kontrolować, bo nierzadko pracują w niesprzyjających warunkach środowiskowych i są użytkowane przez osoby o małej świadomości w zakresie bezpieczeństwa.

JAKOŚĆ ENERGII – TEMAT NA CZASIE

Problemy z jakością energii w dużej mierze wynikają z jej coraz większego znaczenia w gospodarce. To, że odbiorników jest coraz więcej, nikogo nie zaskakuje, niemniej faktem jest, że wiele z nich jest nieliniowych. Prostowniki diodowe z pojemnościowym układem filtrującym, jakie są częścią większości aplikacji małej i średniej mocy, regulatory fazowe, napędy silników, inwerterowe systemy spawalnicze i grzewcze, to tylko kilka wybranych przykładów popularnych aplikacji, które pobierają prąd z sieci nieliniowo, emitują duże zaburzenia i w efekcie psują jakość energii, bo wprowadzają harmoniczne, generują moc bierną i utrudniają zarządzanie mocą.

Falowniki do silników, zasilacze stabilizowane i regulatory fazowe zapewniają wielu urządzeniom stabilne zasilanie, niemniej z punktu widzenia energetyki ich działanie jest nierzadko źródłem kłopotów, bo przy wahaniach napięcia wymuszają one zmianę prądu, która kompensuje spadek napięcia. Aby utrzymać stałą moc wyjściową na spadek napięcia w sieci, takie urządzenia reagują wzrostem poboru prądu i odwrotnie, co utrudnia stabilizację i zwiększa wahania obciążenia. Takie zjawiska także psują jakość energii w sieci, bo nasilają wahania parametrów.

Wraz z popularyzacją transportu opartego na pojazdach elektrycznych zapotrzebowanie na energię cały czas będzie rosło, a duża liczba urządzeń (plus źródła OZE) pogłębia ich wpływ na działanie sieci. Problem z jakością energii będzie zatem dyżurnym problemem energetyków, co musi się przełożyć na zapotrzebowanie na analizatory.

Im większa moc pobierana z sieci, tym niestety znaczenie jakości jest większe. Przy niewielkiej mocy koszt zapewnienia zasilania gwarantowanego nie jest jeszcze duży i na rynku jest wiele typów zasilaczy UPS, ale powyżej kilku kilowatów zasilanie gwarantowane robi się już poważnym zagadnieniem, którego zastosowanie musi mieć wyraźne uzasadnienie. Stąd jedynym rozsądnym wyjściem (i najtańszym) jest kontrolowanie jakości energii i wymaganie jej zapewnienia od dostawcy.

Na koniec należy wspomnieć o tym, że jakość energii byłaby bardzo abstrakcyjnym i nieostrym pojęciem, gdyby nie była opisana w normach, a obowiązki dostawców energii nie miały oparcia w ustawach prawa energetycznego.

Najważniejsze cechy aparatury od strony technicznej
 
Powyższy wykres to z kolei ocena, jakie oczekiwania techniczne w zakresie możliwości pomiarowych mają nabywcy mierników energetycznych. Pierwsze dwa miejsca przypadły na wiele funkcji pomiarowych w jednym mierniku oraz komunikacji z komputerem. Wyraźnie wskazuje to, że chodzi o to, aby mieć jeden miernik do wszystkiego, który po dokonaniu pomiarów w terenie można podłączyć do peceta po to, aby przygotować dokumenty. Podobne znaczenie ma automatyka pomiarów i obróbki wyników, pozwalająca operatorowi dokonać badań za pomocą naciśnięcia pojedynczego klawisza, który wywołuje wykonanie całej procedury i zapisanie wyników pamięci. Taka wygoda podczas pracy w terenie jest bardzo pożądana.

Wysoka rozdzielczość i dokładność pomiarów to z kolei podstawowe wymaganie, jakie można mieć w zakresie metrologicznym i wydaje się ono oczekiwaniem, jakie stawia się w stosunku do wszystkich przyrządów.

POTRZEBA OSZCZĘDNOŚCI

Energia elektryczna jest kosztowna, stąd oszczędzanie staje się koniecznością i to nie tylko w przemyśle. Wnikliwie przyglądanie się kosztom produkcji staje się dzisiaj normalne, bo konkurencja jest coraz silniejsza. Na zmianę postrzegania kosztów ma też wpływ urynkowienie zakupów energii elektrycznej i możliwość zmiany dostawcy. Do analizy zużycia wykorzystuje się analizatory jakości energii oraz rejestratory pozwalające prowadzić monitoring poboru mocy w długim czasie. Niemniej poza taką złożoną aparaturą na rynku jest coraz więcej wąsko specjalizowanych urządzeń, na przykład liczniki energii montowane na szynie DIN, mierniki z komunikacją bezprzewodową montowane na przewodach lub w sąsiedztwie odbiorników, które przesyłają dane o pobieranej mocy do centralnego komputera i dostarczają dane do szczegółowych analiz.

PRODUKTY Z OBSZARU MIERNIKÓW ENERGETYCZNYCH

Mierniki energetyczne służą do kontroli instalacji elektrycznych pod kątem bezpieczeństwa. Zagadnienie to obejmuje pomiary rezystancji izolacji za pomocą wysokiego napięcia pomiarowego, sprawdzanie działania, pomiar czasu i prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych (RCD). W dalszej kolejności są to pomiary rezystancji uziemienia oraz wyznaczanie rezystywności gruntu. Pomiarem ochronnym jest również sprawdzenie impedancji i rezystancji pętli zwarcia. Na podstawie otrzymanego wyniku obliczany jest prąd zwarciowy, a pomiar może odbywać się bez wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych. Aparatura do pomiaru parametrów pętli zasilającej podaje również składowe impedancji, czyli reaktancję, rezystancję i kąt fazowy pętli zwarcia. Mierniki tej grupy sprawdzają także ciągłość przewodu PE przed pomiarem oraz mierzą spodziewaną wartość napięcia dotykowego. Mniej popularne funkcje obejmują sprawdzenie kolejności faz, pomiar małych rezystancji prądem stałym, pomiar prądów upływu oraz monitoring pobieranej z sieci energii, a nawet bezdotykowe wskaźniki napięcia. Do tego wszystkiego dochodzą mierniki wielofunkcyjne oraz rozwiązania specjalizowane, np. rejestratory.

Z kolei analizatory jakości energii pozwalają badać długoterminową stabilność wartości napięcia, wahania, zniekształcenia, zmiany częstotliwości lub przerwy w dostawach. Analizatory rejestrują i analizują parametry dla 3-fazowych systemów zasilania i mierzą napięcia, prądy, moc, współczynnik mocy, energię, analizują harmoniczne, dokonują analizy statystycznej, migotania i anomalii.

Kategoria mierniki energetyczne kryje całkiem spory asortyment aparatury, który na dodatek poszerza się o nowe konstrukcje dopasowane do zmieniających się wymagań metrologicznych, norm lub wymagań użytkowników.

Główne trendy w aparaturze dla energetyki
 
Zestawienie głównych trendów zmieniających rynek aparatury dla energetyki otwiera kategoria "prostota obsługi i ergonomia", ale kolejne dwie pozycje, a więc "przyrządy wszystko w jednym" oraz "komunikacja bezprzewodowa", mają minimalnie mniej wskazań. Wykres dobrze opisuje kierunek zmian, który innymi słowy sprowadza się do tego, aby mieć jeden miernik zapewniający proste korzystanie na miejscu i możliwość wygodnego przetwarzania danych po pracy na obiekcie. Odnotowania wymaga to, że także w miernikach energetycznych wiele konstrukcji umożliwia definiowanie funkcjonalności przez oprogramowanie, co pozwala utrzymać przydatność miernika w dłuższym czasie, dzięki aktualizacjom.

APARATURA TABLICOWA I MONTOWANA NA SZYNIE

Aparatura tablicowa to grupa mierników, której cechą charakterystyczną jest to, że jest montowana w płytach czołowych urządzeń przemysłowych, pulpitach sterowniczych, rozdzielniach i tablicach monitorujących stan procesów w przemyśle. Podstawowym zadaniem takich urządzeń jest to, aby obsługa techniczna miała łatwy i ciągły wgląd w kluczowe dla procesu parametry. W takim obszarze nie wymaga się zwykle wielkiej dokładności ani rozdzielczości, ale za to istotna jest czytelność z większej odległości, trwałość itp.

Dawniej były to po prostu wskazówkowe mierniki, takie jak woltomierze i amperomierze, dzisiaj asortyment jest znacznie szerszy, m.in. mierniki temperatury, regulatory, rejestratory, liczniki i podobne. Analogowe wskazówki w wielu miejscach zastąpiły wyświetlacze LCD lub LED, ale te analogowe wersje dalej są w sprzedaży, bo wiele osób ceni je za prostotę i łatwość kontroli stanu. Zaawansowane konstrukcje bazują na mikrokontrolerach, pozwalają na konfigurowanie prezentowanej informacji, ustawienie alarmów. Mają też one kilka wyświetlaczy, dzięki czemu jeden miernik jest w stanie pokazać kilka mierzonych wielkości jednocześnie. Są też jednostki pozwalające na bezpośrednie podłączenie do miernika czujnika, np. termopary. Jest to znak, że aparatura tablicowa ma szeroki zakres zastosowań, nierzadko wykraczający poza podstawowy zakres monitoringu parametrów procesów przemysłowych.

Aparatura montowana na szynie DIN ma podobną funkcjonalność i zastosowanie jak tablicowa, niemniej z uwagi na miejsce instalacji jej funkcje pomiarowe są znacznie węższe i ograniczają się w dużej mierze do kontroli parametrów sieci energetycznej.