Urządzenia dla Energetyki nr 1/2021 by Urządzenia dla Energetyki

ISSN 1732-0216 INDEKS 220272

Nr 1/2021 (129)

w tym cena 16 zł ( 8% VAT )

| www.urzadzeniadlaenergetyki.pl | • Szybka lokalizacja wyładowań koronowych z użyciem kamery ultradźwiękowej Flir Si124 • Bezpieczniki firmy SIBA - zastosowanie w magazynach energii z akumulatorami • Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych • • Sterowniki zabezpieczeniowe e2TANGO firmy Elektrometal Energetyka SA dedykowane dla elektrowni odnawialnych źródeł energii (OZE) •

129

Specjalistyczny magazyn branżowy

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021 (129)

nowości

w-v2g1-wZ-100-n

ds-v2n

jesteśmy na rynku od 35 lat

konstrukcje BAks do montażu paneli fotowoltaicznych konstrukcje BAks dostępne we wszystkich hurtowniAch w polsce

baks.com.pl/konstrukcje_pv I tel.: +48 22 710 81 05 I e-mail: fotowoltaika@baks.com.pl

Nasze bezpieczniki zapewniają bezpieczeństwo ludziom, maszynom, systemom.

SIBA Polska Sp. z o.o. 05-082 Stare Babice, ul. Warszawska 300D tel.: 22 832 14 77, 601 241 236, 603 567 198 e-mail: siba@siba-bezpieczniki.pl www.siba-bezpieczniki.pl

Niezawodnie Nasze zabezpieczenie – Twoja korzyść

OD REDAKCJI

Spis treści n WYDARZENIA I INNOWACJE Nowe zasoby dla najważniejszej elektrowni TAURONA............................5 Fluke Corporation przejął PRÜFTECHNIK, lidera rynku systemów laserowego osiowania i badań nieniszczących..............................................6 n TECHNOLOGIE, PRODUKTY, INFORMACJE FIRMOWE Szybka lokalizacja wyładowań koronowych z użyciem

Wydawca Dom Wydawniczy LIDAAN Sp. z o.o. Adres redakcji 00-241 Warszawa, ul. Długa 44/50 lok. 109 tel./fax: 22 760 31 65 e-mail: redakcja@lidaan.com www.lidaan.com Prezes Zarządu Andrzej Kołodziejczyk, tel. kom.: 502 548 476, e-mail: andrzej@lidaan.com Dyrektor ds. reklamy i marketingu Dariusz Rjatin, tel. kom.: 600 898 082, e-mail: darek@lidaan.com

kamery ultradźwiękowej Flir Si124.........................................................................7

Zespół redakcyjny i współpracownicy Redaktor naczelny: Andrzej Kołodziejczyk, tel. kom.: 502 548 476, e-mail: andrzej@lidaan.com

Bodas-Drive eDA - elektroniczne rozwiązanie

Dr inż. Andrzej Maciej Maciejewski, tel. kom.: 601 991 000, e-mail: andrzej.maciejewski3@neostrada.pl

do hydrostatycznych napędów jezdnych..........................................................9 Sterowniki zabezpieczeniowe e TANGO firmy 2

Sekretarz redakcji: Agata Marcinkiewicz tel. kom.: 505 135 181, e-mail: agata.marcinkiewicz@gmail.com

Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu

Prof. dr hab. inż. Wojciech Żurowski, doc. dr Valentin Dimov (Bułgaria), Inż. Armand Kehiaian (Francja), prof. dr hab. inż. Andrzej Krawczyk, prof. dr hab. inż. Krzysztof Krawczyk, dr inż. Jerzy Mukosiej, prof. dr hab. inż. Andrew Nafalski (Australia), prof. dr hab. inż. Andrzej Rusek, prof. dr inż. Wiesław Seruga, prof. dr hab. Jacek Sosnowski, prof. dr hab. inż. Czesław Waszkiewicz, prof. dr hab. inż. Jerzy Ziółko, mgr Anna Bielska

sprawności silników asynchronicznych........................................................... 16

Redaktor ds. wydawniczych: Dr hab. inż. Gabriel Borowski

Bezpieczniki firmy SIBA - zastosowanie w magazynach

Redaktor Techniczny: Robert Lipski, info@studio2000.pl

energii z akumulatorami............................................................................................ 20

Fotoreporter: Zbigniew Biel

Elektrometal Energetyka SA dedykowane dla elektrowni odnawialnych źródeł energii (OZE)..................................................................... 12

Funkcjonalności systemu nadążające za potrzebami klientów........ 24 System pomiaru napięć rażeniowych z obrazowaniem bezpieczeństwa instalacji uziemiających i funkcją inteligentnej predykcji STE-1................................................................................................................. 33 Nowoczesne technologie i rozwiązania wspierające OZE w produkcji energii elektrycznej oraz sieci dystrybucyjne................... 36 Analiza narażeń cieplnych szyn wielkoprądowych układów prostowniczych dużej mocy – studium przypadku................................. 42 Eksperci Schneider Electric: 7 sposobów pokazujących jak zarządzanie energią pomaga uniknąć nieplanowanych przestojów................................................................................... 47 Sterowanie falownikami mikroinstalacji PV zgodnie ze specyfikacją SunSpec............................................................................................ 49

Opracowanie graficzne: www.studio2000.pl Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń. Redakcja zastrzega sobie prawo przeprowadzania zmian w tekstach, np. adiustowania lub skracania, a także nieodsyłania materiałów nie zakwalifikowanych do druku. Przedruk, a także publikacja w innej formie, np. elektronicznej w internecie, tylko za zgodą wydawcy i właściciela praw autorskich. Prenumerata realizowana przez RUCH S.A: Zamówienia na prenumeratę w wersji papierowej i na e-wydania można składać bezpośrednio na stronie www.prenumerata.ruch.com.pl Ewentualne pytania prosimy kierować na adres e-mail: prenumerata@ruch.com.pl lub kontaktując się z Telefonicznym Biurem Obsługi Klienta pod numerem: 801 800 803 lub 22 717 59 59 – czynne w godzinach 7.00 – 18.00. Koszt połączenia wg taryfy operatora.

Współpraca reklamowa: EURO PRO GROUP...........................................................................I OKŁADKA BAKS.....................................................................................................II OKŁADKA BELOS-PLP....................................................................................... III OKŁADKA MERSEN............................................................................................ IV OKŁADKA

Architektury i wymagania dla budowy nowoczesnych

SIBA........................................................................................................................... 3

oraz deterministycznych sieci komunikacyjnych

ENERGOELEKTRONIKA.PL..............................................................................10

z protokołami IEC 61850............................................................................................ 54

ELEKTROMETAL ENERGETYKA.....................................................................11

Metody ochrony urządzeń elektrycznych w warunkach

CANTONI GROUP...............................................................................................17

występowania atmosfery wybuchowej

ENERGOTEST.......................................................................................................23

w branży energetycznej............................................................................................ 59 Moduł Opłata Mocowa. Obliczanie opłaty mocowej wszystkim kategoriom odbiorców końcowych.......................................... 62 n EKSPLOATACJA I REMONTY Trzy kompaktowe narzędzia HiKOKI................................................................... 66

INSTYTUT ENERGETYKI...................................................................................46 PTPIREE..................................................................................................................52 BITSTREAM...........................................................................................................53 HIKOKI....................................................................................................................65

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

WYDARZENIA I INNOWACJE

Nowe zasoby dla najważniejszej elektrowni TAURONA Strategiczny dla krajowego systemu energetycznego blok w Jaworznie pozyskał nowe źródło, z którego dostarczany jest wysokiej jakości węgiel niezbędny do funkcjonowania jednostki. Nowe złoże Brzezinka daje dostęp do ponad 20 milionów ton niskochlorowego węgla. Pierwsza ściana wydobywcza została już uruchomiona.

asoby operatywne złoża Brzezinka mają powierzchnię około 9 kilometrów kwadratowych i są zlokalizowane pod terenami niezurbanizowanymi. Węgiel trafi między innymi do nowego bloku energetycznego o mocy 910 MW w Jaworznie. - Udostępniliśmy kolejny pokład węgla o parametrach niezbędnych dla bloków energetycznych. Z nowego złoża Brzezinka w ciągu najbliższych dziesięciu lat planujemy pozyskać ponad 20 milionów ton paliwa, spełniającego wyśrubowane wymagania nowoczesnych bloków energetycznych – mówi Jacek Pytel, prezes zarządu TAURON Wydobycie. - Dzięki bliskiej lokalizacji aktywów wytwórczych Grupy TAURON możemy im dostarczać paliwo wysokiej jakości, w zoptymalizowanej cenie – dodaje prezes TAURON Wydobycie. Pierwsza eksploatowana ściana w nowym pokładzie ma 660 metrów wybiegu i 3,5 metra wysokości. - Do pracy w ścianie wykorzystywany jest zmoderni-

zowany kombajn ścianowy wyposażony w organy o średnicy ponad 2 metrów. Dla uruchomienia eksploatacji w przedmiotowej partii kopalnia pozyskała nowe wyposażenie w zakresie przenośników zgrzebłowych ścianowego i podścianowego. Transport urobku ze ściany realizowany jest odstawą taśmową 1200mm, która docelowo w znacznym zakresie służyła będzie również jako środek transportu załogi – mówi Jacek Pytel, prezes zarządu TAURON Wydobycie. Zakład Górniczy Sobieski rozpoczął roboty udostepniające pokład 301 złoża Brzezinka po uzyskaniu koncesji, a sam plan ruchu przed zatwierdzeniem w Okręgowym Urzędzie Górniczym w Katowicach uzyskał pozytywną opinię prezydentów miast Mysłowice i Jaworzno.

Najkrótsze połączenie kolejowe

Zakład Górniczy Sobieski jest połączony z terenem nowego bloku 910 MW najkrótszą w Polsce linią kolejową umożliwiającą dostawy węgla ka-

miennego bezpośrednio z kopalni. To niespełna 4 kilometrowy odcinek toru. Blok 910 MW będzie zużywał rocznie ponad 2 mln ton węgla. Uruchomiona kilka miesięcy temu trasa przewozu przyczynia się do znacznego obniżenia kosztów transportu surowca do aktywów wytwórczych Grupy TAURON. Blok energetyczny o mocy 910 MW w Jaworznie to najnowocześniejsza jednostka tego typu w polskim systemie energetycznym oraz ważny element rynku mocy. Energia z tego miejsca zaopatruje ok. 2,5 mln odbiorców z południa Polski. Zastosowane technologie i instalacje ochrony środowiska wypełniają najbardziej rygorystyczne normy. W porównaniu z wycofywanymi z eksploatacji blokami klasy 120 MW, sprawność nowego bloku jest znacząco wyższa, a emisje SO2 i NOx niższe o ponad 80%, natomiast emisja CO2 niższa o ok. 31%. TAURON Polska Energia S.A. n

Zdj. 1. Wieża szybowa, Zakład Górniczy Sobieski w Jaworznie

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

WYDARZENIA I INNOWACJE

Fluke Corporation przejął PRÜFTECHNIK, lidera rynku systemów laserowego osiowania i badań nieniszczących Fluke Corporation, światowy lider branży instrumentów diagnostycznych i pomiarowych, przejął spółkę PRÜFTECHNIK, lidera rynku produkcji systemów laserowego osiowania i diagnozowania stanu maszyn oraz badań nieniszczących. Zarówno PRÜFTECHNIK jak i FLUKE działają w Polsce, co oznacza, że efekt połączenia firm będzie można wkrótce zaobserwować także na naszym rynku.

luke Corporation, firma założona w 1948 r., jest światowym liderem w sektorze kompaktowych specjalistycznych narzędzi diagnostycznych i oprogramowania służącego do pomiarów i monitorowania stanu maszyn. W gronie klientów Fluke znajdują się m.in. technicy, inżynierowie, elektrycy, kierownicy ds. utrzymania ruchu, oraz metrolodzy, którzy instalują, diagnozują i przeprowadzają konserwację sprzętu elektrycznego i elektronicznego, jak również odpowiadają za procesy kalibracji. PRÜFTECHNIK jest globalnym dostawcą konserwacji maszyn, oferując klientom szeroki zakres produktów, usług i szkoleń dostosowanych do potrzeb specjalistów ds. utrzymania ruchu w zakresie osiowania maszyn, monitorowania ich stanu, jak również badań nieniszczących. Dzięki akwizycji szerokie portfolio rozwiązań przemysłowych Fluke zostanie teraz wzbogacone o rozwiązania specjalistyczne, które pomogą tej firmie wzmocnić swoją ofertę dla klientów przemysłowych, także w Polsce. – Przejęcie firmy PRÜFTECHNIK to dobra wiadomość zarówno dla Fluke, jak i dla naszych klientów. PRÜFTECHNIK specjalizuje się dostarczaniu rozwiązań do precyzyjnych pomiarów, takich jak laserowe osiowanie maszyn, monitoring stanu oraz badaniach nieniszczących materiałów. Dzięki połączeniu wiedzy oraz portfolio naszych firm będziemy w stanie jeszcze lepiej pomóc naszym klientom przemysłowym w szybkim diagnozowaniu nowoczesnych i skomplikowanych

systemów oraz wykrywaniu problemów w utrzymaniu ruchu w ich fabrykach – mówi Krzysztof Stoma, Marketing Manager CEE, Fluke Europe B.V. – Klienci FLUKE od dawna korzystają z szerokiego portfolio multimetrów cyfrowych, analizatorów energii elektrycznej, kamer termowizyjnych, testerów re-

zystancji izolacji, akcesoriów oraz zintegrowanych ręcznych przyrządów diagnostycznych. Teraz, dzięki połączeniu naszych firm oferta ta stanie się jeszcze bardziej kompleksowa, również w Polsce – dodaje Krzysztof Stoma. na www.fluke.pl n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Szybka lokalizacja wyładowań koronowych z użyciem kamery ultradźwiękowej Flir Si124 Wyładowania niezupełne są wskaźnikiem zużycia izolacji, które może prowadzić do uszkodzenia i awarii sieci elektroenergetycznej. Korzyści płynące z pomiarów wyładowań koronowych pozwalają poprawić wskaźniki niezawodności SAIDI I SAIFI.

przypadku tradycyjnych rozwiązań ultradźwiękowych systemy mogą być duże i nieporęczne, a raporty z inspekcji zwykle muszą być analizowane przez inżyniera akustyki, biorąc pod uwagę takie uciążliwości w stosowaniu diagnostyki inspekcje przeprowadzane są rzadko, przez co instalacje jak rozdzielnice i transformatory są podatne na problemy związane z wyładowaniami niezupełnymi. Dzięki zastosowaniu kamery akustycznej FLIR Si 124 może to się zmienić . Niska waga i automatyczna analiza rodzaju uszkodzenia są atutami nowoczesnego rozwiązania firmy Flir. Powierzchniowe wyładowania niezupełne występują na powierzchni elementów izolacyjnych. Najczęstszymi powodami ich powstawania oraz czynnikami zwiększającymi ich aktywność są zanieczyszczenia powierzchni oraz wilgotność. Aktywność powierzchniowych WNZ objawia się poprzez: yy emisję fal elektromagnetycznych (ciepło, światło, fale radiowe), yy emisję fal dźwiękowych (dźwięki słyszalne i ultradźwięki), yy emisję gazów (ozon, tlenki azotu). Niepożądanym efektem działalności powierzchniowych WNZ jest zwęglenie zewnętrznej części izolacji, erozja izolacji i powstanie charakterystycznego drzewienia. Widoczne “ścieżki” drzewienia są przewodzące, co powoduje zmniejszenie efektywnej drogi upływu. Ostateczną konsekwencją narastającego drzewienia jest zmniejszenie drogi upływu, a zatem osłabienie izolacji do momentu, gdy nie będzie ona w stanie pełnić swojej funkcji i nastąpi wyładowanie zupełne, czyli zwarcie. Wyładowania powierzchniowe powodują połączenie pary wodnej z tlenka-

Rys. 1. Pomiary można wykonywać z odległości nawet do100 metrów, zakres regulacji 2 kHz do 31 kHz

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 2. Przykładowy Raport. Dzięki algorytmowi sztucznej inteligencji automatycznie określony jest rodzaj wyładowania koronowego.

mi azotu, tworzy się kwas azotowy, który atakuje metalowe konstrukcje urządzeń i prowadzi do ich zaawansowanej korozji. Kwas azotowy ma również szkodliwe działanie na powierzchnie izolacji, jako że może wzmagać powstawanie drzewienia. Jako część pełnego ekosystemu diagnostycznego, FLIR uzupełnia również

diagnostykę termowizyjną o możliwości obrazowania akustycznego. Kamery do obrazowania akustycznego, takie jak FLIR Si124, oferują zaawansowane rozwiązania oparte na dźwięku do lokalizowania i analizowania usterek przemysłowych, uszkodzeń elementów jakie występują przy wyładowaniach niezupełnych. Stwierdzono, że

anomalie w dźwięku generowanym przez wyładowania niezupełne występują, zanim elementy zaczną się nagrzewać i stają się widoczne dla kamer termowizyjnych. Zapewnia to dodatkową warstwę wcześniejszego powiadamiania o wykrywaniu potencjalnych przyszłych awarii. I chociaż nie jest niczym niezwykłym słyszenie buczenia lub brzęczenia w pobliżu linii energetycznych, WNZ są często niesłyszalne dla ludzkiego słuchu, co sprawia, że są one szczególnie trudne do zlokalizowania, szczególnie w hałaśliwych miejscach pracy z nadmiernym hałasem w tle. Używając ręcznej kamery akustycznej, podobnej do kamery termowizyjnej, użytkownik może przeskanować obszar i zobaczyć lokalizację ultradźwiękowych dźwięków generowanych przez wyładowania niezupełne na cyfrowym obrazie kontrolowanych komponentów - czy są niesłyszalne, czy są zasłonięte przez dźwięk tła Wyposażona w 124 mikrofony kamera Si124 prezentuje precyzyjne obraz akustyczny nawet w głośnym środowisku przemysłowym. Obraz akustyczny jest transponowany w czasie rzeczywistym na obraz z kamery cyfrowej, co pozwala dokładnie wskazać źródło dźwięku. Urządzenie pozwala na przeniesie obrazów bezpośrednio do chmury FLIR Acoustic Camera Viewer gdzie obrazy są przechowywane i mogą być użyte do dokładniejszej analizy. Wbudowany algorytm AI (Artificial intelligence) ocenia typ wyładowania. Więcej informacji o kamerze znajdziesz na bit.ly/si124 lub kontaktuj się z autoryzowanym dystrybutorem kamer FLIR. Miłosz Kałuża-Doradca Techniczy Euro Pro Group ul. Jałowcowa 1, 58-200 Dzierżoniów www.europro.com.pl, tel. 695 763 265 n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Bodas-Drive eDA - elektroniczne rozwiązanie do hydrostatycznych napędów jezdnych Podczas projektowania maszyny mobilnej, konstruktor napotka wiele zagadnień, jakie należy rozwiązać, by takie urządzenie powstało. Jednym z nich jest napęd jazdy.

irma Bosch Rexroth, jako światowy potentat w zakresie hydraulicznych napędów i sterowania, wychodzi naprzeciw oczekiwaniom projektantom nowych i nowoczesnych rozwiązań i oferuje szereg możliwości , które w znaczący sposób ułatwiają pracę. Taką opcja jest pakiet eDA, służący do realizacji elektronicznego sterowania hydrostatycznym układem jazdy. Bodas-Drive eDA jest opcjonalnie dostępny jako całkowicie zaprogramowany lub jako otwarty, rozszerzalny system i jest elektronicznym wariantem hydraulicznego sterowania DA (w zależności od prędkości obrotowej silnika spalinowego), który charakteryzuje się dużym komfortem jazdy i niezawodnością. Pierwszą rzeczą, którą należy określić jest architektura napędu hydrostatycznego. Mamy tutaj do wyboru wiele opcji, takich jak: yy Jedna pompa i jeden silnik (zamontowany na moście napędowym); yy Jedna pompa i silnik zamontowany na przekładni głównej; yy Jedna pompa i silniki zabudowane w kołach; yy Jedna pompa i dwa silniki zabudowane na przekładni sumacyjnej.

Pakiet eDA jest elektronicznym rozwiązaniem, obejmująca elektroniczne sterowanie przekładnią hydrostatyczną (w zależności od prędkości obrotowej silnika spalinowego), który jest w stanie zrealizować pierwszy prostszy wariant architektury napędu hydrostatycznego i jest alternatywą do tradycyjnego hydraulicznego sterowania DA. Nadaje się do maszyn, w których do uzyskania wymaganych parametrów jazdy wystarczy jeden silnik zamontowany na moście napędowym. W przypadku bardziej złożonej architektury napędu jazdy z zarządzaniem przekładniami, konstruktor urządzenia powinien wziąć pod uwagę sprawdzone rozwiązanie sterujące Bodas-Drive DRC. W skład pakietu wchodzi nowej generacji pompa A4VG serii 35 skoordynowana z oprogramowaniem Bodas-Drive eDA. Dzięki zintegrowanym czujnikom nadaje się szczególnie do stosowania w elektronicznych napędach jezdnych. Projekt został zoptymalizowany na podstawie zbiorczych obciążeń dla napędów jezdnych. Rezultatem jest kompaktowa konstrukcja i wysoka gęstość mocy przy ciśnieniu nominalnym 400

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

barów i maksymalnym ciśnieniu 530 barów. W połączeniu ze sprawdzonym silnikiem o zmiennej chłonności A6VM wspiera optymalną konstrukcję układu. Został zoptymalizowany pod względem wydajności, podobnie jak cała seria 71 silników typu A6VM/E firmy Bosch Rexroth i wyposażony w interfejs elektroniczny i zintegrowany czujnik prędkości obrotowej. Elektroniczna jednostka sterująca RC10-10 służy jako centralny interfejs dla oprogramowania i wszystkich komponentów. Można ją elastycznie umieścić w pojeździe i odwzorowuje funkcje jazdy i funkcje dodatkowe. Ponadto funkcje bezpieczeństwa są realizowane w jednostce sterującej zgodnie z normą EN ISO 13849. Pakiet eDA dostarczany jest w dwóch opcjach. Są to eDA Entry i eDA Premium. Pierwsza z nich umożliwia wyposażenie w omawiany pakiet maszyn, które nie muszą posiadać sterownika silnika spalinowego. Wtedy konieczne jest zamontowanie czujnika prędkości obrotowej na pompie hydraulicznej. Oczywiście przy zastosowaniu prostszej wersji nie uzyskamy wszystkich opcji, jakie oferuje pakiet Premium, jed-

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

nakże dostępne będzie już i tak szerokie spektrum funkcjonalności. Korzystając z pakietu eDA oferowanego przez firmę Bosch Rexroth można uzyskać wiele funkcjonalności, które wcześniej nie były łatwe do zaimplementowania na danej maszynie. Graficzny interfejs w połączeniu z praktycznymi informacjami dla użytkownika umożliwia sprawne i łatwe uruchomienie maszyny. Parametryzacja wstępnie zaprogramowanych funkcji opiera się

w miarę możliwości na znanych fizycznych parametrach maszyny. Liczba parametrów dynamicznych została zredukowana do minimum, a struktura oprogramowania minimalizuje wzajemne zależności. System jest przeznaczony do strukturalnej optymalizacji krok po kroku. Klienci mogą łatwo zintegrować specyficzne wymagania, takie jak elementy obsługi lub funkcje w zakresie napędu jezdnego, hydrauliki roboczej lub elektryki pojazdu, lub zlecić ich opracowanie

we współpracy z Rexroth. Rozwiązanie wydaje się być wręcz idealne przy produkcji maszyn takich jak ładowarki kołowe, ładowarki teleskopowe i wózków widłowych, jak również do wszystkich innych maszyn mobilnych, które do tej pory wykorzystywały tradycyjne hydrauliczne sterowanie DA i gdzie do napędu jazdy wystarczy użyć jednego silnika hydraulicznego. www.boschrexroth.pl n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Sterowniki zabezpieczeniowe e2TANGO firmy Elektrometal Energetyka SA dedykowane dla elektrowni odnawialnych źródeł energii (OZE) Źródłami energii OZE w Polsce są wiatr, słońce, woda, biomasa i biogaz. Według danych publikowanych przez Instytut Energetyki Odnawialnej oraz Agencję Rynku Energii, aktualnie łączna moc z odnawialnych źródeł energii to około 12 GW. W sektorze OZE fotowoltaika zajmuje wysokie drugie miejsce. Moc instalacji PV w Polsce przekroczyła 3 GW, a według prognoz do roku 2025 może osiągnąć niemal 10 GW. Znaczna ilość elektrowni fotowoltaicznych PV to instalacje do 1 MW, z czego do tej pory na około 500 takich obiektach zastosowano sterowniki zabezpieczeniowe e2TANGO firmy Elektrometal Energetyka SA.

ozwiązania firmy Elektrometal Energetyka można stosować dla wszystkich instalacji OZE, takich jak: elektrownie wiatrowe, elektrownie fotowoltaiczne, elektrownie wodne, elektrownie na biomasę i biogazownie. Uniwersalność i bogata funkcjonalność sterowników zabezpieczeniowych e2TANGO, powoduje, że w przypadku tych dwóch pierwszych (elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne) e2TANGO znalazły zastosowanie zarówno w niewielkich instalacjach prosumenckich (kilkadziesiąt kW), poprzez instalacje do 1MW, na stacjach wyprowadzenia mocy GPO WN/SN kończąc. Jednostki wytwórcze elektrowni fotowoltaicznej wyposażane są w zestawy zabezpieczeń podstawowych (nn – 0,4kV), realizowanych przez każdy z falowników oraz zestawy zabezpieczeń dodatkowych (SN lub zarówno SN jak i nn) w kontenerowej stacji transformatorowej Wytwórcy, wyposażonej w sterowniki zabezpieczeniowe e2TANGO. Po stronie SN lub zarówno SN jaki i nn transformatora, w zależności od wymagań inwestora i spółki dystrybucyjnej, sterownik zabezpieczeniowy e2TANGO realizuje szereg funkcji zabezpieczeniowych, m.in.:

Rys. 1. Widok sterownika zabezpieczeniowego e2TANGO

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 2. Uproszczony schemat blokowy obiektów WN, SN, nn pokazujący możliwości i miejsca instalacji sterowników zabezpieczeniowych e2TANGO.

yy Zabezpieczenie nadprądowe I>T yy Zabezpieczenie zwarciowe I>>T yy Zabezpieczenie kierunkowe ziemnozwarciowe – kierunek działania linia zasilająca I0>Td yy Zabezpieczenie nadnapięciowe U>T yy Zabezpieczenie podnapięciowe U<T yy Zabezpieczenie nadczęstotliwościowe f>T yy Zabezpieczenie podczęstotliwościowe f<T yy Zabezpieczenie częstotliwościowe df/dt yy Zabezpieczenie zerowonadnapięciowe U0>T yy Zabezpieczenie zwrotnomocowe P>T yy Zabezpieczenie termiczne transformatora yy Automatyka samoczynnego ponownego załączenia po powrocie napięcia zasilania Sterownik e2TANGO poza funkcjami zabezpieczeniowymi umożliwia zdalne wyłączenia i załączenia wyłącznika sprzęgającego SN, z możliwością jego zablokowania i kasowania blokady załączenia na potrzeby zdalnego sterowania spółki dystrybucyjnej, sterowanie urządzeniami pola rozdzielnicy, sygnalizację zdarzeń i stanów oraz komunikację do systemów nadrzędnych (właściciela elektrowni PV oraz OSD). Poza tym umożliwia Inwestorowi zdalne telesterowanie wyłącznikiem nn elektrowni, sygnalizację położenia

styków rozłącznika SN oraz uziemnika w polu zasilającym (rozłącznik zamknięty, uziemnik otwarty, rozłącznik otwarty, uziemnik zamknięty), sygnalizację położenia styków wyłącznika sprzęgającego SN w polu transformatorowym, jak również sygnalizację położenia styków wyłącznika nn. W przypadku instalacji PV, dla których Inwestor (Wytwórca energii elektrycznej) nie dysponuje koncesją na sprzedaż energii elektrycznej (produkuje energię wyłącznie na własne potrzeby), ma możliwość aktywowania w sterowniku zabezpieczeniowym e2TANGO blokady mocy zwrotnej, które aktywuje ograniczenie mocy na sterowniku generatora (falowniku) lub całkowicie odłączy elektrownię od sieci zasilającej. Właściciel elektrowni fotowoltaicznej, a jednocześnie użytkownik sterownika zabezpieczeniowego e2TANGO, ma również nieodpłatny dostęp do oprogramowania inżynierskiego e2TANGO-Studio. Jest to program inżynierski dedykowany do obsługi sterownika i jednocześnie narzędzie konfiguracyjne urządzenia. Program został opracowany i wyposażony w bogaty zestaw funkcjonalności, który w połączeniu z czytelną wizualną konfiguracją widżetów staje się doskonałym wsparciem w codziennej pracy i eksploatacji, umożliwiającym tworzenie projektów dla wielu urządzeń, pól, rozdzielnic czy stacji elektroenergetycznych.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Oprogramowanie inżynierskie e2TANGO-Studio posiada również możliwość rozszerzenia o funkcjonalność „miniSCADA”, która umożliwia użytkownikowi zdalny dostęp do urządzenia, odwzorowanie stanu stacji transformatorowej i rozdzielnicy, z możliwością sterowania łącznikami, podglądem alarmów i zdarzeń oraz odczytem online parametrów sterowników zabezpieczeniowych e2TANGO (np. prądy, napięcia, moc, energia, itp.) zainstalowanych w rozdzielnicy. Funkcjonalność została zaprojektowana tak, aby współdzielić łącze inżynierskie (jeden port komunikacyjny) do zabezpieczeń, co pozwala na optymalizację ceny w postaci uproszczenia okablowania oraz infrastruktury sprzętowej i komunikacyjnej. Niewątpliwą wygodą dla użytkownika jest możliwość obsługi urządzeń e²TANGO poprzez aplikację na telefon. Aplikacja umożliwia właścicielowi elektrowni pełny dostęp do swoich obiektów 24h na dobę, w tym podgląd stanu łączników wraz z możliwością sterowania (załącz/wyłącz), podgląd zdarzeń i alarmów, informacje o bieżącej i historycznej produkcji energii, itp. Rozwiązanie to jest przydatne i wygodne w szczególności, kiedy właściciel obiektu lub służby utrzymania ruchu mają wiele obiektów, bądź obiekt(y) zlokalizowane są w różnych miejscach, z reguły w znacznej odległości od centrum zarządzania nimi.

TI1n

TV6

TI2n

TV1

WnN

WSN

Wyłącznik SN

C3 C4

TI3n

TV3

TV5

Wyłącznik nN

Uz1

Uziemnik

W1 W2 W3 A1 A2

A4 A5 B1 B2

C1 C2

2 2N 3

3Uo

WSN OW1 1

WSN OW2 3N

4 4N

(+)

W (PSU)

5 5N

6 6N 7 7N 8 8N

B (8_OUT)

DiF (TRR)

E (TV)

O - zamknięty

WSN ZW WSN ZW

WnN OW

AW O - otwarty

(+)

WSN - wyłączony

6 6N 7

A (8_IN)

3 3N 4 4N 5 5N 6 6N 7 7N 8 8N

10 11 12 12N

COM1

COM2

COM3

KOMUNIKACJA (CPU)

RJ45

ETH

G, H, I, J - dla J10 G, H, I, J, K, L, M, N - dla J14

e2TANGO

C (12_IN)

WSN - załączony Uz2 otwarty Uz2 zamknięty

WSN ZW

Odłącznik

R - zamknięty

WnN - wyłączony WnN OW

UP Uz1 otwarty

Uz1 - zamknięty

WSN - zazbrojony WSN ZW

R - otwarty

WnN - załączony WnN OW

14 WnN - zazbrojony

3Uo

I G

I 0

Z (PSU)

TU (TRS)

TI (TRS)

SCHEMAT - ZABEZPIECZENIE WYPROWADZENIA MOCY Z FARM FOTOWOLTAICZNYCH

Uz2

TI3

S1 S2

C5 C6

C7 C8

Rozłącznik

Uziemnik

S1 S2

TI2

S1 S2

TI1

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 3. Schemat aplikacyjny sterownika zabezpieczeniowego e2TANGO realizującego funkcje zabezpieczeniowe, pomiary prądu i napięcia, sterowania - zarówno po stronie SN jak i nn transformatora.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 4. Widok okna oprogramowania inżynierskiego e2TANGO-Studio z uruchomioną funkcjonalnością miniSCADA dla elektrowni fotowoltaicznych PV.

Rys. 5. Widok telefonu z uruchomioną aplikacją okna miniSCADA dla elektrowni fotowoltaicznej PV.

Podsumowanie Sterowniki zabezpieczeniowe e2TANGO dzięki swojej uniwersalności, bogatej funkcjonalności, a jednocześnie przejrzystości i przyjazności w codziennym użytkowaniu i eksploatacji, znalazły zastosowanie we wszystkich gałęziach i punktach Systemu Elektro-

energetycznego. Urządzenia oraz ich oprogramowanie, sukcesywnie od kilku lat są rozwijane przez doświadczony zespół R&D, co poprawia ich walory użytkowe, a jednocześnie daje możliwość zaspokojenia potrzeb nawet najbardziej wymagających klientów. Wiele ciekawych i przydatnych funkcjonalności użytkowych sterowników e2TANGO

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

została stworzona i wdrożona dzięki kreatywności i pomysłom naszych klientów, za co serdecznie dziękujemy, jednocześnie zapraszając do dalszej owocnej współpracy. Mariusz Radziszewski, Sebastian Jaworowicz – Elektrometal Energetyka SA n

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych wprowadzanych na rynek Unii Europejskiej – Rozporządzenie Komisji UE 2019/1781

ozwój szeroko pojętego przemysłu nie może odbywać się kosztem środowiska naturalnego. Liczne ograniczenia dotyczące emisji szkodliwych gazów, będących skutkiem ubocznym procesów wytwarzania energii (np. z węgla) są bodźcem do poszukiwania nowych źródeł energii (m.in. źródła odnawialne) oraz ulepszania aktualnie istniejących urządzeń i procesów przemysłowych w celu ograniczenia zużycia produkowanej energii. Dodatkowym czynnikiem determinującym ww. działania jest znaczący wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w stosunku do możliwości wytwórczych. Około 50% energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce wykorzystywane jest przez układy napędo-

Rys. 1. Zależność pomiędzy sprawnością silników a klasami sprawności IE.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE we z silnikami elektrycznymi. Z tego względu zastosowanie energooszczędnych układów napędowych z silnikami elektrycznymi o wysokiej sprawności może przynieść znaczące efekty w ograniczaniu ww. negatywnych skutków rozwoju naszego kraju przy jednoczesnym zapewnieniu wymiernych oszczędności dla użytkownika.

Klasy sprawności silników Podstawową wielkością określającą przewidywane oszczędności wynikające z zastosowania silnika energooszczędnego jest jego sprawność, która powiązana jest z klasą sprawności (rys. 1). Na terenie Unii Europejskiej podział silników elektrycznych pod kątem sprawności odbywa się przy wykorzystaniu klasyfikacji IE (International Efficiency) wg normy EN 60034-30-1:2014 (rys. 1). Przyporządkowanie silnika do danej klasy sprawności następuje przez porównanie sprawności silnika wyznaczonej według ustalonej metody pomiaru (wg normy EN 60034-2-1:2007) z wymaganiami minimalnej sprawności dla danej klasy sprawności IE (rys. 2).

Rys. 2. Przykładowe wymagania sprawności dla poszczególnych klas sprawności silników czterobiegunowych 2p=4 (sprawność wyznaczona wg normy EN 60034-21:2007).

Należy podkreślić, że norma EN 6003430-1:2014, określająca klasy sprawności silników (IE) i powiązane z nimi minimalne wartości sprawności, jak wszystkie inne normy jest dokumentem do dobrowolnego stosowania – wyma-

gania prawne (obligatoryjne) w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników wprowadzanych na rynek UE określone są w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady oraz powiązanych z nią Rozporządzeniach.

Tabela 1. Nowe Rozporządzenie UE 2019/1781 dotyczące minimalnej sprawności silników elektrycznych - zakres obowiązywania Rodzaje silników Napięcie znamionowe Częstotliwość znamionowa Zakres mocy Rodzaj pracy Liczba biegunów Klasy sprawności

yy yy yy yy yy yy yy yy yy yy yy yy

yy ogólnego przeznaczenia yy z przekładnią yy wyposażone w zewnętrzny hamulec yy przeciwwybuchowe 50V ÷ 1000V 50Hz, 60Hz lub 50Hz/60Hz 0,12kW ÷ 1000kW S1, S3≥80 %, S6≥80 % 2p=2, 4, 6, 8 yy IE2 (wysoka) yy IE3 (premium) yy IE4 (super premium) -30°C ÷ +60°C

Temperatura otoczenia Temperatura wody chłodzącej 0°C ÷ +32°C (dla silników o chłodzeniu wodnym) Wysokość zainstalowania do 4000 m n.p.m. Silniki wyłączone z nowego Rozporządzenia wielobiegowe, pierścieniowe i z mechanicznymi komutatorami stanowiące integralną część produktu/urządzenia pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona po wymontowaniu silnika z produktu/urządzenia z zabudowanym przemiennikiem częstotliwości pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona z pominięciem przemiennika częstotliwości z zabudowanym hamulcem pod warunkiem, że hamulec stanowi integralną część konstrukcji silnika (jeżeli hamulec nie może być zdemontowany z silnika na czas badania jego sprawności) zatapialne (zaprojektowane i przeznaczone do pracy przy pełnym zanurzeniu w cieczy) spełniające szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych zdefiniowane w art. 3 dyrektywy Rady 2009/71/EURATOM przeciwwybuchowe zaprojektowane i certyfikowane na potrzeby przemysłu górniczego w urządzeniach bezprzewodowych lub zasilanych za pomocą akumulatorów oraz w przenośnych urządzeniach sterowanych ręcznie, przenoszonych podczas działania w urządzeniach przystosowanych do obsługi ręcznej, których ciężar podczas działania jest podtrzymywany ręką w pełni zabudowane niewentylowane wprowadzone do obrotu przed dniem 2029-07-01 jako zamienniki identycznych silników stanowiących nieodłączną część produktów wprowadzonych do obrotu przed dniem 2022-07-01, wprowadzane do obrotu specjalnie w tym celu zaprojektowane specjalnie na potrzeby elektrycznych pojazdów trakcyjnych

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Tabela 2. Harmonogram wdrożenia nowych wymogów w zakresie sprawności silników.

Typ silnika

Wymagana klasa sprawności

2p = 2, 4, 6, 8 & 0,12kW ÷ <0,75kW od 2021-07-01 2p = 2, 4, 6, 8 & 0,75kW ÷ 1000kW od 2021-07-01 2p = 2, 4, 6 & 75kW ÷ 200kW od 2023-07-01

IE2

3-fazowy

IE3

IE4

1-fazowy

Silniki przeciwwybuchowe z wyłączeniem silników dla przemysłu górniczego

Silniki ogólnego przeznaczenia

Budowy wzmocnionej (Ex eb) 2p = 2, 4, 6, 8 & 0,12kW ÷ 1000kW od 2023-07-01

Pozostałe

nie dotyczy

2p = 2, 4, 6, 8 & 0,75kW ÷ 1000kW od 2021-07-01

nie dotyczy

≥0,12kW od 2023-07-01

IE2

Nowe rozporządzenie KE W październiku 2019 roku Komisja Europejska opublikowała nowe Rozporządzenie 2019/1781 (uchylające dotychczasowe Rozporządzenia 640/2009 i 4/2014) dotyczące minimalnych sprawności silników elektrycznych oraz przemienników częstotliwości wprowadzanych na rynek UE. Przedmiotowe Rozporządzenie związane z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE, określa nie tylko minimalne wartości sprawności i skojarzone z nimi klasy sprawności (zbieżne z klasami sprawności IE zdefiniowanymi w normie EN 60034-30-1:2014), ale również definiuje cechy silników, które podlegają pod to Rozporządzenie (istnieją pewne wykluczenia) – patrz tabela 1. Nowe Rozporządzenie Komisji Europejskiej 2019/1781 wprowadza szereg zmian i nowych wyzwań przed producentami silników elektrycznych oraz ich użytkownikami. Najważniejsze z nich to wymaganie sprawności w klasie IE3 dla silników przeciwwybuchowych (z wyłączeniem silników przeznaczonych dla przemysłu górniczego), określenie minimalnej klasy sprawności IE4 dla silników o mocy od 75kW do 200kW oraz wprowadzenie poziomu IE3 również dla silników zasilanych z przemienników częstotliwości (wykluczenie możliwości wprowadzania na rynek silników w klasie sprawności IE2 do zasilania z przemienników częstotliwości) – szczegóły wymagań wraz z datami obowiązywania podano w tabeli 2. Przedmiotowe Rozporządzenie UE 2019/1781 w zakresie minimalnego poziomu sprawności definiuje rów-

nież wymagania dla Państw członkowskich odnośnie weryfikacji efektywności energetycznej silników dostępnych na rynku oraz wytyczne dla producentów w kwestii dokumentacji technicznej dołączanej do silników. Pełny tekst przedmiotowej Regulacji dostępny jest na stronie Komisji Europejskiej (http://data.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj). Na podstawie analiz przeprowadzonych przez Komisję Europejską, szacuje się, że przedmiotowe nowe wymagania w zakresie sprawności silników (określone w nowym Rozporządzeniu) przyczynią się do ograniczenia rocznego zużycia energii elektrycznej o oko-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

ło 10TWh oraz do zmniejszenia rocznej emisji gazów cieplarnianych o 3Mt ekwiwalentu dwutlenku węgla do roku 2030. CELMA INDUKTA S.A. - Dział Rozwoju mgr inż. Adam Owczarzy n

www.cantonigroup.com

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Bezpieczniki firmy SIBA zastosowanie w magazynach energii z akumulatorami yy Systemy umożliwiające pracę urządzeń w przypadku awarii zasilania są zróżnicowane od małych urządzeń UPS do baterii akumulatorów zapewniających zasilanie całych zakładów. Jest zatem sprawą kluczową, aby systemy zasilania awaryjnego same działały bez zarzutu. Bezpieczniki produkowane przez firmę SIBA zabezpieczają urządzenia, które w przypadku awarii zasilania dostarczają energię kluczowym odbiorom. yy Coraz częściej regulowanie częstotliwości sieci w elektrowniach wykorzystujących energie odnawialne, odbywa się za pomocą stacjonarnych magazynów energii o mocy kilku megawatów, zaprojektowanych tak aby stanowiły rezerwę. Również tutaj niezbędne są aparaty zabezpieczające systemy przed uszkodzeniem. Tę funkcję mogą spełniać bezpieczniki firmy SIBA. yy Zakłady przemysłowe stosują w swoich sieciach urządzenia zasilania rezerwowego z akumulatorami aby sterować połączeniami z publiczną siecią energetyczną. Uszkodzenie takich elementów może mieć negatywne konsekwencje dla procesu produkcji. Można jednak tego uniknąć stosując bezpieczniki firmy SIBA.

Tylko odpowiednio dobrane bezpieczniki spełniają swoją rolę yy O ile dane katalogowe wyraźnie nie dopuszczą takiej możliwości, bezpieczniki zaprojektowane na prąd przemienny nie powinny być stosowane w obwodach prądu stałego. W przypadku awarii zasilania, kiedy system przestawia się na zasilanie z akumulatorów skutkuje to prądami rozładowania, których wartości i charakterystyki czasowe przypominają te, którymi charakteryzują się prądy zwarciowe. Wymaga to zastosowania specjalnych, szybszych bezpieczników. yy Posiadanie dużego doświadczenia w dziedzinie rozwiązań z użyciem bezpieczników ultraszybkich w porównywalnych konfiguracjach technicznych jak np. w energo-

elektronice, umożliwia firmie SIBA zapewnienie skutecznej ochrony również rozbudowanym zestawom akumulatorów, a także głównym obwodom zasilania. yy Nawet standardowa oferta bezpieczników ultraszybkich pełno- i niepełnozakresowych jest tak duża, że SIBA jest w stanie szybko zaproponować odpowiednie rozwiązanie. Nasz dział badawczo-rozwojowy z pewnością pomoże w bardziej skomplikowanych przypadkach.

Cztery kroki do dobrania odpowiedniego bezpiecznika Jako producent bezpieczników topikowych, SIBA posiada rozwijane od dziesięcioleci portfolio, obejmujące różnorodne bezpieczniki do zabezpieczania w przypadku przeciążeń i zwarć w sieciach elektrycznych. Podczas gdy w większości rodzajów instalacji zastosowania bezpieczników zostały znormalizowane, to w przypadku szczególnie wrażliwych obwodów z akumulatorami, urządzenie zabezpieczające jest wciąż jeszcze dobierane na podstawie „ogólnie stosowanej wiedzy”. Odnośnie dobierania bezpieczników najczęściej słyszy się że „wystarczy określić prąd i napięcie znamionowe” Wraz z pojawieniem się technologii fotowoltaicznej, SIBA zaczęła opracowywać specjalne bezpieczniki do obwodów fotowoltaicznych , a także zainteresowała się wymagającymi zabezpieczenia obwodami z akumulatorami . Po technicznych dyskusjach z producentami akumulatorów oraz z pomocą uczelni technicznych zajmujących się tym tematem, SIBA opracowała kryteria doboru, które mogą mieć szerokie zastosowanie do większości obwodów z akumulatorami. Kryteria te pokazują, że oprócz napięcia i prądu roboczego, muszą zostać uwzględnione również inne czynniki, tak aby w razie awarii, prąd zakłóceniowy został wyłączony zanim dojdzie do uszkodzenia instalacji.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Tab. 1: Współczynnik kBatt Cykle ładowania / rozładowania

Współczynnik kBatt Zależnie od cyklu i czasu rozładowania

Zastosowanie w np.

Kilka razy dziennie

0,7

0,6

Magazyn energii instalacji PV

Raz dziennie

0,85

0,7

0,6

Magazyn energii

Raz na tydzień

0,85

0,7

0,6

UPS

Raz na miesiąc lub rzadziej

0,85

0,7

UPS

Czas rozładowania

10 min

30 min

60 min

10 h

20 h

Krok 1: Określenie napięcia znamionowego bezpiecznika Napięcie znamionowe prądu stałego bezpiecznika nie powinno być mniejsze od najwyższego napięcia występującego w obwodzie prądu stałego, tzn. napięcia ładowania akumulatora Uł Unb ≥ Uł

Rys. 1. Uwzględnienie temperatury otoczenia

W kartach katalogowych określa się czy bezpieczniki posiadają zdolność wyłączania prądu przemiennego czy stałego. W przypadku kiedy określono wyłącznie napięcie znamionowe prądu przemiennego, bezpieczniki tylko w wyjątkowych okolicznościach nadają się do stosowania w obwodach prądu stałego. Należy skonsultować się z producentem aby potwierdzić, czy powszechnie znany fakt „znamionowe napięcie prądu stałego = 0,7 znamionowego napięcia przemiennego”, ma w tym przypadku zastosowanie. Producent

Rys. 2. Kategorie użytkowania i charakterystyki czasowo-prądowe

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE powinien wypowiedzieć się również na temat dopuszczalnej stałej czasowej zwartego obwodu. Jednak w większości przypadków nie jest to konieczne, ponieważ w obwodach z akumulatorami można spodziewać się stosunkowo małych stałych czasowych (często krótszych niż 2 ms). Krok 2: Określenie najmniejszego prądu znamionowego bezpiecznika Odpowiednią wartością do określenia najmniejszego prądu znamionowego bezpiecznika In min jest największa wartość prądu występująca w obwodzie rozładowania akumulatora, tzn. prąd rozładowania akumulatora Ie występujący w końcowej fazie procesu rozładowania. Można ją obliczyć korzystając z mocy wejściowej falownika Sn [VA] oraz napięcia w końcowej fazie rozładowania Ue, uwzględniając przy tym współczynnik mocy (np. 0,8) oraz sprawność η (0,85 – 0,97). Ie = Sn cos ф /Ue η In min ≥ Ie Krok 3: Uwzględnienie dodatkowych czynników Przewidywane zastosowanie magazynu energii może mieć taki sam wpływ na wybór prądu znamionowego bezpiecznika jak warunki otoczenia występujące w miejscu umieszczania bezpieczników w obudowach lub szafach sterowniczych. Jak powszechnie wiadomo nie ma JEDNEGO czasu rozładowania, JEDNEGO prądu rozładowania ani JEDNEJ częstości ładowania/rozładowania. Uwzględnia się różne zastosowania opierając się na współczynniku kBatt odnoszącym się do minimalnego prądu znamionowego. Mimo wszystko 30-to minutowy czas rozładowania połączony z pojedynczym cyklem ładowania/rozładowania raz na miesiąc powinien być traktowany zupełnie inaczej, niż sytuacja jaka ma miejsce w magazynie energii instalacji fotowoltaicznej, gdzie takich cykli jest kilka w ciągu dnia. W tabeli 1 podano współczynniki kBatt dla zastosowań w różnych urządzeniach z akumulatorami. Przy stosowaniu tych współczynników, dopuszcza się pewną wymaganą przeciążalność. In ≥ In min / kBatt Temperatura otoczenia znacznie odbiegająca od 30oC również może mieć wpływ na wybór prądu znamionowego. W tym przypadku można posłużyć się standardowym wykresem obniżenia parametrów znamionowych dla wkładek topikowych. In ≥ In min / kBatt kth Jak pokazano na rysunku 1, temperatura otoczenia wynosząca np. 70oC w szafie sterującej, może spowodować konieczność obniżenia prądu znamionowego ze 100 A do 70 A.

Krok 4: Wybór kategorii użytkowania W obwodach ładowania prądu stałego stosowane są bezpieczniki następujących kategorii użytkowania: aR - Wkładki o niepełnozakresowej zdolności wyłączania do zabezpieczania półprzewodników („niepełnozakresowe, ultraszybkie”) gS (gRL) - Wkładki o pełnozakresowej zdolności wyłączania do zabezpieczania półprzewodników i przewodów („pełnozakresowe, szybkie”) gG - Wkładki o pełnozakresowej zdolności wyłączania ogólnego przeznaczenia („pełnozakresowe, zwłoczne”) Wyboru kategorii użytkowania możemy dokonać w oparciu o najdłuższy czas przedłukowy dopuszczalny w przypadku zwarcia. Aby to zrobić, trzeba najpierw obliczyć maksymalny prąd zwarciowy IzB w pełni naładowanego akumulatora, korzystając z napięcia jałowego UB oraz rezystancji wewnętrznej akumulatora RB: IzB = 0,95UB /RB Wartość tę należy nanieść w postaci pionowej linii na charakterystykę czasowo-prądową bezpieczników, powstanie w ten sposób punkt przecięcia z wybranym prądem znamionowym (rysunek 2). Prowadząc linię poziomą z punktu przecięcia naniesionej linii pionowej z charakterystyką czasowo-prądową bezpiecznika na wybrany prąd znamionowy, możemy na osi pionowej odczytać czas przedłukowy. W podobny sposób postępujemy gdy chcemy znać czas przedłukowy dla mniejszych prądów przetężeniowych. W przypadku prądów przetężeniowych przekraczających prąd znamionowy bezpiecznika sześć do dziesięciu razy, można zastosować bezpieczniki niepełnozakresowe; dla prądów przetężeniowych o krotności poniżej tej wartości niezbędne są bezpieczniki pełnozakresowe. Jeżeli prąd przetężeniowy znajduje się w obrębie linii przerywanej na krzywej charakterystyki czasowo-prądowej bezpiecznika niepełnozakresowego, rozwiązanie takie jest niedozwolone. Zatem wybór kategorii użytkowania (gG, aR, gS (gRL)) decyduje o tym jak szybko zostanie wyłączony prąd zwarciowy IzB. Informację o aktualnej ofercie bezpieczników prądu stałego produkcji firmy SIBA do zabezpieczania akumulatorów można uzyskać kontaktując się z oddziałem producenta w Polsce. SIBA Polska Sp. z o.o. Adres strony: www.siba-bezpieczniki.pl Adres e-mail: siba@siba-bezpieczniki.pl Pomimo tego, że w niniejszym artykule opisujemy metodę czteroetapowego doboru odpowiedniego zabezpieczenia obwodów z akumulatorami, to zależności między złożonymi systemami magazynowania energii nie zawsze są łatwe do zrozumienia, a wprowadzane do obliczeń wartości nie zawsze łatwe do określenia. Nasz profesjonalny zespół doradczy odpowie na Państwa pytania. Zachęcamy do skontaktowania się z zespołem SIBY w przypadku jakichkolwiek wątpliwości odnośnie obliczeń. n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Funkcjonalności systemu nadążające za potrzebami klientów Streszczenie

na świecie, głównie GE, Schneider Electric, Siemens, Wonderware i Askom. Od 2013 roku Energotest jest członkiem Referat zawiera opis nowych funkcjonalności systemu ECON- programu partnerskiego austriackiej firmy Copa-Data – TROLplus, które pojawiają się dzięki temu, że technologie roz- producenta platform Zenon i Straton, na których oparty wijane do tej pory w innych obszarach biznesowych, mogą jest system ECONTROLplus. Dzięki zawiązanej współpracy być coraz szerzej zaadaptowane do przemysłowego Systemu korzystamy ze światowego doświadczenia, jakie posiadaSterowania i Nadzoru. Ich zastosowanie ułatwia nadzór nad ją inżynierowie naszego Partnera. Mamy również realny rozbudowanymi systemami, jak również daje narzędzia do wpływ na rozwój kolejnych wersji produktu. Pozwala to na optymalizacji procesu w mniejszych zakładach. dostarczanie naszym klientom innowacyjnych rozwiązań • Dzięki otwartości na zewnętrzne bazy danych, Analyzer pozwala na używanie danych pochodzących na najwyższym światowym poziomie. nie tylko z systemu ECONTROLplus. 1. Wstęp Równolegle Energotest rozwija też własne rozwiązania, dobrym przykładem jest system SmartLoad zasto• Gotowe szablony raportów, które mogą być personalizowane, wspierają wiele branż mający pod kątem sowanie zużycie w zakładach przemysłowych, Energotest jest firmą inżynierską działającą na polskim rynku mediów, analizy procesów produkcyjnych, np.: zużycie na sztukę, koszt naktórego sztukę,głównym analiza zadaniem jest kontrolowane przejście do pracy wyspowej od 20 lat.wydajności, System ECONTROL, początku istnieanalizarozwijany maszynyodi linii, analiza alarmów. nia firmy, jest używany do sterowania i nadzoru największych w przypadku zewnętrznej awarii zasilania, oraz bezpiecz• Raporty zgodne z ISO 50001: krzywa czasu ne obciążenia, krzywa obciążenia, Sankey, zużycie powrotne połączenie z Krajową Siecią Energetyczną i najbardziej skomplikowanych obiektów energetycznych mediów, koszty mediów. w Polsce, między innymi w Elektrowniach w Bełchatowie, po usunięciu awarii. niniejszym chcielibyśmy się skupić na przybliKozienicach, Łaziskach, Ostrołęce, Dolnej Odrze,i Skawinie, • Prosta i elastyczna parametryzacja modyfikacjaWnie wymagareferacie umiejętności programowania. a także w Elektrociepłowniach Warszawa – Żerań, Gdynia żeniu kilku nowych funkcjonalności i narzędzi dostępnych • Elastyczna, rozszerzalna architektura – możliwość raportowania z kilku lokalizacji. oraz PKN Orlen, Elektrowni Wodnej Włocławek i wielu in- w Systemie, a po krótce są to: • również Raporty dostępne poziomu przeglądarki internetowej, email lub zapisywane na dysku Analizawysyłane danychmaarchiwalnych daje możliwość nych, spoza branży zenergetycznej. W przeciągu tych dwóch dekad, programiści tworzący sys- zaawansowanej analiz y gromadzonych danych sieciowym. tem• ECONTROL pracowali przy użyciu platform narzędzi w postaci przejrzystych raportów, których przygotoGeneracja raportu automatyczna lubi ręczna. największych firm tworzących oprogramowanie SCADA wanie jest dostępne dla pracowników zakładu. Zestaw

Rys. 1. Interfejs programu Zenon Analyzer Management Studio Rys. 1. Interfejs programu Zenon Analyzer Management Studio

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Rys. 1. Interfejs programu Zenon Analyzer Management Studio

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 2. Przykładowe raporty – wykresRys. Sankeya 2. Przykładowe raporty – wykres Sankeya

14.2

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

Rys. 3. Przykładowy raport, zużycie i koszty energii

gotowych szablonów ułatwia stworzenie wykresów Zarządzanie obciążeniem pozwala na optymalizację 3. Integracja z usługą chmury dedykowanych konkretnym obszarom (np. elektrow- kosztów korzystania z energii elektrycznej, poprzez automanie wodne, cyfryzacja farmy wiatrowe, wykresyczyli Gantta, tycznestosowanie zarządzanie urządzeniami jak i produkuTrwająca produkcji, m.in.Sankeya). powszechne systemów odbiorczymi, SCADA, MES, DCS Rozwiązania takie jak integracja usługą chmury,na lubszeroką jącymiskalę, energięumożliwiła na potrzebyzbieranie własne. i archiwizowanie oraz inteligentnych urządzeń zelektronicznych przedstawienie informacji systemowych na cyfrowej Sekwencja komend ułatwia iobsłudze przeprowadzenie ogromnej ilości danych procesowych. Jednak mnogość stosowanych urządzeń systemów komplikuje mapie geograficznej (GIS) dają obsłudze szerszy obraz tezłożonych sekwencji sterujących w sposób kontrolowany analizę zebranych informacji w szerokim zakresie. go, co w czasie rzeczywistym dzieje się na obiekcie. Ponadto i powtarzalny. Przemysłzebranie 4.0 i towarzyszące mu systemów rozwiązania ze świataInteligentny informatycznego na- łatwiejszą analizę umożliwia danych z różnych w jednym systempozwalają pomiarowy we współpracy z noinformacji gromadzonych miejscu, celem dalszej analizy. przez SSiN. woczesnymi licznikami energii, system zbiera dane z dowolAby szerzej zobrazować to, co dzieje się na obiekcie na podstawie zebranych danych, konieczne jest zgromadzenie ich w jednym miejscu, natomiast do opracowania takiej ilości danych niezbędna jest potężna moc obliczeniowa. Oba te problemy można rozwiązać poprzez zastosowanie chmury obliczeniowej, która 25 URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021 może bez problemu przechowywać, oraz przeliczać ogromne ilości danych. System ECONTROLplus posiada mechanizmy niezbędne do wymiany danych z chmurą Microsoft Azure,

serwerowni, oraz zapewnia ciągłość pracy systemu, polegając na największym na świecie dostawcy usług TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE chmurowych, firmie Microsoft.

Rys. 4. Przykładowy schemat współpracy systemu ECONTROLplus z chmurą MS Azure Rys. 4. Przykładowy schemat współpracy systemu ECONTROLplus z chmurą MS Azure

nego Informacje obszaru, pozwala na ich archiwizację i prowadzenie 3. Integracja z usługą chmury 4. systemowe na mapie geograficznej (GIS)

okresowych analiz zużycia energii elektrycznej za pomocą Zarówno przypadku obiektów rozproszonych dużej cyfryzacja przestrzeni, jak iczyli mniejszych zakładów czytelnych w raportów. Możliwe jest również śledzenie zu- naTrwająca produkcji, m.in. powszechne stozorganizowanych na niewielkim obszarze, znajomość umiejscowienia poszczególnych układów, maszyn życia energii w czasie rzeczywistym, stworzenie Strażnika sowanie systemów SCADA, MES, DCS oraz inteligentnych iMocy linii zasilania jest kluczowa dla sprawnego nadzoru nad procesem. lub progów alarmowych. urządzeń elektronicznych na szeroką skalę, umożliwiła zbieranie i archiwizowanie ogromnej danych procesoEkran GIS pozwala umiejscowić obszary, obiekty, urządzenia i linie zasilające na ilości mapach cyfrowych. 2. Analiza danych archiwalnych (Zenon wych. Jednak mnogość stosowanych urządzeń i systemów Ułatwia nawigację po terenie zakładu lub dojazd do oddalonej lokalizacji osobom nie mającym na co dzień Analyzer)z systemem (ekipy serwisowe), oraz umożliwia komplikuje analizę zebranychprac informacji w szerokim zakrekontaktu sprawną koordynację wszystkich zespołów sie. Przemysł 4.0 i towarzyszące mu rozwiązania ze świata przebywających w zakładzie poprzez przeniesienie schematów jednokreskowych na rzeczywiste mapy Zenon Analyzer to narzędzie, które umożliwia tworzenie informatycznego pozwalają na łatwiejszą analizę informacji terenu bądź budynku,danych bez konieczności przeszukiwania dokumentacji. raportów na podstawie zgromadzonych przez sys- gromadzonych przez SSiN. temy pracujące na obiekcie. Dzięki intuicyjnemu oprogra- Aby szerzej zobrazować to, co dzieje się na obiekcie na podmowaniu zarządzającemu, którewizualizacji oparte jest na koncepcji stawie zebranych danych, konieczne jest zgromadzenie ich Przygotowanie tego rodzaju składa się z następujących kroków: parametryzacji zamiast programowania, przygotowanie w jednym miejscu, natomiast do opracowania takiej ilości • stworzenie (rys. 5) zawierającym topologiiOba sieci raportów jest łatwe ekranu i szybkie.ze schematem jednokreskowym danych niezbędna jest potężnaelementy moc obliczeniowa. te (łączniki, transformatory, generatory) skonfigurowane pod kątem obsługi funkcji ALC (automatyczne yy Integracja z Microsoft Azure umożliwia uruchomienie problemy można rozwiązać poprzez zastosowanie chmury kolorowanie serwera Analyzer wlinii), chmurze, dzięki czemu dostęp do obliczeniowej, która może bez problemu przechowywać, raportów jest możliwy z dowolnego miejsca na świeoraz przeliczać ogromne ilości danych. Umiejscowienie • stworzenie warstw mapy cyfrowej, które odzwierciedlają schemat jednokreskowy. cie.. linii zasilających i obszarów zasilania na mapie wSystem ECONTROLplus posiada ich rzeczywistym położeniumechanizmy (rys. 6), niezbędne do yy Dzięki otwartości na zewnętrzne bazy danych, Analyzer wymiany danych z chmurą Microsoft Azure, takie jak: •pozwala powiązanie stworzonych linii i obszarów mapie z obiektami schematu na używanie danych pochodzących niena tylko yycyfrowej oprogramowanie Process Gatewayjednokreskowego, – możliwość eksporopcjonalnie dodanie funkcji wywoływanych z menu dlakolejki danego z systemu ECONTROLplus. tu kontekstowego danych zarówno do jak i obszaru/elementu do centrum zdarzeń yy Gotowe MS Azure, (rys.szablony 7 i 8). raportów, które mogą być personalizowane, wspierają wiele branż pod kątem analizy pro- yy SQL export – wpisywanie danych do kolejki archiwum. cesów produkcyjnych, np.: zużycie mediów, zużycie na Dane zostają przeniesione do bazy SQL w chmurze MS sztukę, koszt na sztukę, analiza wydajności, analiza maAzure, z której mogą być potem odczytane, szyny i linii, analiza alarmów. yy Zenon Analyzer – narzędzie do przygotowywania raporyy Raporty zgodne z ISO 50001: krzywa czasu obciążenia, tów na podstawie danych przechowywanych w bazie krzywa obciążenia, Sankey, zużycie mediów, koszty mechmurowej, która może być zasilana z różnych źródeł, diów. z wielu lokalizacji. yy Prosta i elastyczna parametryzacja i modyfikacja nie Dodatkowo, dane zgromadzone w chmurze MS Azure mowymaga umiejętności programowania. gą być wykorzystane do implementacji rozwiązań chmuyy Elastyczna, rozszerzalna architektura – możliwość ra- rowych opartych na funkcjach oferowanych przez firmę portowania z kilku lokalizacji. Microsoft, takich jak np. uczenie maszynowe, lub analiza yy Raporty dostępne z poziomu przeglądarki interneto- predykcyjna. wej, wysyłane ma email lub zapisywane na dysku sie- Maszyny wirtualne obsługujące system ECONTROLplus, ciowym. które zastępują fizyczne serwery również mogą zostać yy Generacja raportu automatyczna lub ręczna. umieszczone w chmurze. Takie rozwiązanie niweluje po-

14.4

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14 DLA ENERGETYKI 1/2021 URZĄDZENIA

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 5. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni - schemat jednokreskowy Rys. 5. Prosty, przykładowy układprzykładowy zasilania kampusu - schemat jednokreskowy Rys. 5. Prosty, układuczelni zasilania kampusu uczelni - schemat jednokreskowy

Rys. 6. Prosty, układ zasilaniaukład kampusu uczelnikampusu – obiekty i uczelni linie naniesione na mapę linie kolorowane Rys.przykładowy 6. Prosty, przykładowy zasilania – obiekty i liniecyfrową, naniesione na mapę zgodnie z poziomem napięcia cyfrową, linie kolorowane zgodnie z poziomem napięcia

Rys. 6. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni – obiekty i linie naniesione na mapę cyfrową, linie kolorowane z poziomem napięcia trzebę tworzenia i utrzymywania serwerowni, oraz zapew-zgodnie sprawnego nadzoru nad procesem. Ekran GIS pozwala nia ciągłość pracy systemu, polegając na największym na umiejscowić obszary, obiekty, urządzenia i linie zasilające świecie dostawcy usług chmurowych, firmie Microsoft. na mapach cyfrowych. Ułatwia nawigację po terenie zakładu lub dojazd do oddalonej lokalizacji osobom nie mają4. Informacje systemowe na mapie cym na co dzień kontaktu z systemem (ekipy serwisowe), geograficznej (GIS) oraz umożliwia sprawną koordynację prac wszystkich zespołów przebywających w zakładzie poprzez przeniesienie scheZarówno w przypadku obiektów rozproszonych na dużej matów jednokreskowych na rzeczywiste mapy terenu bądź przestrzeni, jak i mniejszych zakładów zorganizowanych na budynku, bez konieczności przeszukiwania dokumentacji. niewielkim obszarze, znajomość umiejscowienia poszcze- Przygotowanie tego rodzaju wizualizacji składa się z nastęgólnych układów, maszyn i linii zasilania jest kluczowa dla pujących kroków: XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

14.5

14.527

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 7. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni – powiązanie linii z ALC, widok kampusu przybliżony, wywołanie stacyjki z pomiarami Rys. 7. Prosty, przykładowy układprzykładowy zasilania uczelni – powiązanie liniiuczelni z ALC, widok przybliżony,linii wywołanie Rys. 7. Prosty, układ zasilania kampusu – powiązanie z ALC, stacyjki z pomiarami widok przybliżony, wywołanie stacyjki z pomiarami

Rys. 8. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni – powiązanie linii z ALC, widok przybliżony, wywołanie stacyjki z alarmami Rys. 8. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni – powiązanie linii z ALC,

widok przybliżony, wywołanie stacyjki z alarmami Rys. 8. Prosty, przykładowy układ zasilania kampusu uczelni – powiązanie linii z ALC, widok przybliżony, wywołanie stacyjki z alarmami yy Dodatkowo, stworzenie ekranu ze schematem jednokreskowym yy powiązanie stworzonych linii i obszarów mapie cyna ekranach typu GIS możliwe jest wyświetlanie schematu na dowolnej mapienacyfrowej (rys. 5) zawierającym elementy topologii sieci (łączfrowej z obiektami schematu jednokreskowego, opcjoz licencją wolnego oprogramowania (np. mapy topograficzne, satelitarne, plany) od różnych dostawców. Dodatkowo, na ekranach typuskonfigurowane GIS możliwe jest wyświetlanie schematu nawywoływanych dowolnej mapie cyfrowej niki, transformatory, generatory) pod nalnie dodanie funkcji z menu kontekWybór wyświetlanej mapy jest dostępny z poziomu uruchomionej aplikacji. z licencją wolnego (np. mapy topograficzne, satelitarne, plany) od różnych dostawców. kątem obsługi funkcjioprogramowania ALC (automatyczne kolorowanie stowego dla danego obszaru/elementu (rys. 7 i 8). Wybór wyświetlanej mapy jest dostępny z poziomu uruchomionej linii), Dodatkowo,aplikacji. na ekranach typu GIS możliwe jest wyświetlayy stworzenie warstw mapy cyfrowej, które odzwiercie- nie schematu na dowolnej mapie cyfrowej z licencją woldlają schemat jednokreskowy. Umiejscowienie linii zanego oprogramowania (np. mapy topograficzne, satelisilających i obszarów zasilania na mapie w ich rzeczy- tarne, plany) od różnych dostawców. Wybór wyświetlanej wistym położeniu (rys. 6), mapy jest dostępny z poziomu uruchomionej aplikacji. 14.6

2814.6

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14 XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

obszarze. Na podstawie zgromadzonych danych jest prognozowany szacunkowy pobór do końca interwału rozliczeniowego (przedstawiony w postaci wykresu funkcji mocy chwilowej w czasie – rys. 9). Zarządzanie obciążeniem odbywa się poprzez odpowiednio wczesne reagowanie na nadchodzące gwałtowne wzrosty bądź spadki poboru i wyłączanie urządzeń obciążających (jeżeli jest taka możliwość), lub załączanie TECHNOLOGIE, generatorów rezerwowych (np. agregaty prądotwórcze).PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 9. Wykres chwilowego poboru mocy czynnej dlamocy 15-minutowego okresu rozliczeniowego, z prognozą Rys. 9. Wykres chwilowego poboru czynnej dla 15-minutowego okresu rozliczeniowego,

Rys. 10. Reakcje systemu SmartLoad z prognozą

5. Zarządzanie obciążeniem (Load management)

Sekwencja komend

Dwie podstawowe funkcje modułu zarządzania Optymalizacja poboru energii elektrycznej przez zakład obciążeniem: jest Moduł sekwencji komend sterujących (Command Sequencer) stanowi rozszerzenie funkcji przetwarzania • prognoza krótkoterminowa – zapobiega obciążeniom szczytowym poprzez automatyczne zrzucanie prostą i skuteczną metodą obniżenia kosztów produkcji. komend (Command Processing), dotychczas używanego w systemie ECONTROLplus. obciążenia, Zarówno moc czynna jak i bierna może być kontrolowana w sposób, który pozwala na jej Bazując zdefiniowanych w edytorzewykorzystanie pojedynczych sterujących, funkcjonalność • na optymalizacja – maksymalne maksymalne wykorzystanie komendach średniego zużycia energiirozszerza dla danego okresu w rozliczeniowych. W obu przypadkach, moduł w okresach następujący sposób: rozliczeniowego w celu ograniczenia kosztów związanych z zakupem energii. zarządzania obciążeniem monitoruje chwilowy pobór mocy urządzenia, którymi moduł zarządzania mogą być sparametryzowane • Dodatkowo, przygotowanie sekwencji sterujących w edytorzeobciążeniem graficznym steruje, dostępnym z poziomu aplikacji na stacji w zdefiniowanym obszarze. Na podstawie zgromadzonych pod kątem priorytetu pracy, okresów pracy koniecznej, minimalnego wymaganego czasy pracy pomiędzy operatorskiej/inżynierskiej (Runtime), danych jest prognozowany szacunkowy pobór do końca inprzełączeniami. terwału rozliczeniowego (przedstawiony w postaci wykresu • możliwość testowania przygotowanych sekwencji przed ich wykonaniem w trybie symulacji, obciążeniem współpracować z opracowanym przez Energotest systemem funkcjiModuł mocy zarządzania chwilowej w czasie – rys. 9). może Zarządzanie ob• SmartLoad. uruchomienie sekwencji w sposób ręczny lub automatyczny (za pomocą funkcji), Jego głównym on zastosowanie w zakładach posiadających własne źródła wytwórcze. ciążeniem odbywa Ma się poprzez odpowiednio wczesne rezadaniem jest kontrolowane przejście do pracy wyspowej w przypadku zewnętrznej awarii zasilania, oraz • kontrolowanie kroków wykonywanej sekwencji agowanie na nadchodzące gwałtowne wzrosty bądź spadki w czasie rzeczywistym, bezpieczne powrotne połączenie z KSE po usunięciu awarii. Rys. 10. Reakcje systemu SmartLoad poboru i wyłączanietworzenia urządzeń obciążających (jeżeli jest taka 10. Reakcje systemu SmartLoad • możliwość gałęzi równoległych (wiele Rys. sekwencji wykonywanych jednocześnie), System SmartLoad możliwość), lub załączanieumożliwia: generatorów rezerwowych (np. • możliwość „uczenia” sekwencji poprzez ręczne wykonanie w trybie symulacji, agregaty 6. Sekwencja komend •prądotwórcze). bardzo szybkie wykrywanie obszarowych zaburzeń w KSE, Dwie podstawowe funkcje modułu zarządzania obciążeniem: y y optymalizacja – maksymalne wykorzystanie średniego Moduł sekwencji sterujących (Command Sequencer) stanowi rozszerzenie funkcji przetwarzania • możliwość tworzenia sekwencji przełączeń bez konieczności programowania sterownika PLC. • błyskawiczne wyłączenia części odbiorów, orazkomend w razie potrzeby odłączenie zakładu od KSE, komend (Command Processing), dotychczas używanego w systemie ECONTROLplus. yy prognoza krótkoterminowa – zapobiega obciążeniom zużycia energii dla danego okresu rozliczeniowego w ce• utrzymanie pracy wyspowej zakładu, w której moc pozostawionych odbiorów równoważy się z mocą Bazując na zdefiniowanych w edytorze kosztów pojedynczych komendachz sterujących, rozszerza funkcjonalność szczytowym poprzez automatyczne zrzucanie obciążenia, lu ograniczenia związanych zakupem energii.

w następujący sposób: generatora. • przygotowanie sekwencji sterujących w edytorze graficznym dostępnym z poziomu aplikacji na stacji System SmartLoad reaguje na wychwycone awarie w czasie do 200 ms. operatorskiej/inżynierskiej (Runtime), •

możliwość testowania przygotowanych sekwencji przed ich wykonaniem w trybie symulacji,

•

uruchomienie sekwencji w sposób ręczny lub automatyczny (za pomocą funkcji),

•

kontrolowanie kroków wykonywanej sekwencji w czasie rzeczywistym,

•

możliwość tworzenia gałęzi równoległych (wiele sekwencji wykonywanych jednocześnie),

•

możliwość „uczenia” sekwencji poprzez ręczne wykonanie w trybie symulacji,

•

możliwość tworzenia sekwencji przełączeń bez konieczności programowania sterownika PLC.

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

14.7

Rys. 11. Przykładowa, złożona sekwencja komend z gałęziami równoległymi - tryb edycji

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

14.8

Rys. 11. Przykładowa, złożona sekwencja komend z gałęziami równoległymi - tryb edycji

XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

szeregową. Trzy pierwsze zostały wykonane poprawnie, o czym informuje ciemnozielony kolor, oraz brak statusu. Status widoczny przy czwartej komendzie mówi o tym, że oczekiwana jest akcja operatora (np. potwierdzenie blokad).

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 12. Przykładowa, prosta sekwencja komend - tryb wykonywania, oczekiwanie na reakcję operatora. Druga w kolejności komenda na rysunku 13 jest tą aktualnie wykonywaną, jej status świadczy o trwającym wpisywaniu wartości (sterowaniu). Rys. 12. Przykładowa, prosta komend - tryb wykonywania, reakcję operatora. Rys. sekwencja 12. Przykładowa, prosta sekwencjaoczekiwanie komend -na tryb wykonywania, oczekiwanie na reakcję operatora. Druga w kolejności komenda na rysunku 13 jest tą aktualnie wykonywaną, jej status świadczy o trwającym wpisywaniu wartości (sterowaniu).

Rys. 13. Przykładowa, prosta sekwencja komend - tryb wykonywania, trwa wpisywanie wartości.

Rys. 13. Przykładowa, prosta sekwencja komend - tryb wykonywania, trwa wpisywanie wartości. Dodatkowo, urządzenia, którymi moduł zarządzania obciąże- 6. Sekwencja komend niem steruje, mogą być sparametryzowane pod kątem priorytetu pracy, okresów pracy koniecznej, minimalnego wyma- Moduł sekwencji komend sterujących (Command Sequganego czasy pracy pomiędzy przełączeniami. Moduł zarzą- encer) stanowi rozszerzenie funkcji przetwarzania komend Rys.współpracować 13. Przykładowa, prosta sekwencja komend - tryb wykonywania, dzania obciążeniem może z opracowanym (Command Processing), dotychczas używanego w systemie przez Energotest systemem SmartLoad. Ma on zastosowaECONTROLplus. trwa wpisywanie wartości. nie w zakładach posiadających własne źródła wytwórcze. Je- Bazując na zdefiniowanych w edytorze pojedynczych kogo głównym zadaniem jest kontrolowane przejście doENERGOTESTU pra- mendach-sterujących, rozszerza funkcjonalność w następuXXIII KONFERENCJA REFERAT NR 14 cy wyspowej w przypadku zewnętrznej awarii zasilania, oraz jący sposób: 14.9 bezpieczne powrotne połączenie z KSE po usunięciu awarii. yy przygotowanie sekwencji sterujących w edytorze graficzSystem SmartLoad umożliwia: nym dostępnym z poziomu aplikacji na stacji operatoryy bardzo szybkie wykrywanie obszarowych zaburzeń w KSE, skiej/inżynierskiej (Runtime), yy błyskawiczne wyłączenia części odbiorów, oraz w razie yy możliwość testowania przygotowanych sekwencji przed potrzeby odłączenie zakładuXXIII od KSE, ich wykonaniem trybie KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERATwNR 14 symulacji, yy utrzymanie pracy wyspowej zakładu, w której moc pozo- yy uruchomienie sekwencji w sposób ręczny lub automa14.9 stawionych odbiorów równoważy się z mocą generatora. tyczny (za pomocą funkcji), yy System SmartLoad reaguje na wychwycone awarie w cza- yy kontrolowanie kroków wykonywanej sekwencji w czasie sie do 200 ms. rzeczywistym,

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Kolor czerwony trzeciej komendy widocznej na rysunku 14 oznacza, że nie została ona wykonana poprawnie – sekwencja została wstrzymana.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 14. Przykładowa, prosta sekwencja komend - tryb wykonywania, sekwencja wstrzymana

Dzięki zapisanym sekwencjom sterującym obsługa nie popełni błędu wykonując skomplikowane, ale powtarzalne przełączenia, oszczędzi czas na przygotowanie do koniecznego przełączenia w przypadku awarii, przyspieszy wykonywanie rutynowych przełączeń. Dodatkowo, dzięki trybowi symulacji, możliwe jest przetestowanie nowych sekwencji sterujących przed wykonaniem na rzeczywistych układach.

Inteligentny system pomiarowy (smart metering)

ECONTROLplus dzięki swej elastyczności w zakresie komunikacji cyfrowej umożliwia zintegrowanie mniejszych, dedykowanych systemów do obsługi urządzeń pomiarowych w obrębie jednego, spójnego systemu. Takie rozwiązanie pozwala zebrać dane z urządzeń różnych producentów, upraszcza obsługę i niesie oszczędności poprzez łatwiejsze rozbudowywanie pojedynczego systemu. Nowoczesne liczniki energii i przetworniki pomiarowe wyposażone w ujednolicone i powszechne protokoły komunikacyjne, dzięki integracji z funkcjonalnością systemu ECONTROLplus mogą stworzyć narzędzie do monitorowania i zarządzania dowolnym obszarem, pod kątem zużycia energii. Tak przygotowany system daje możliwość: •

monitorowania i archiwizowania pomiarów z urządzeń końcowych rozmieszczonych na dowolnym obszarze, dzięki integracji z usługami chmurowymi,

•

reakcji na nagłe zmiany w czasie rzeczywistym, dzięki wizualizacji aktualnego stanu sieci,

•

alarmowania o nadchodzących skokach/spadkach obciążenia dzięki analizie predykcyjnej

Rys. 15. Przykładowy schemat Inteligentnego systemu pomiarowego opartego na ECONTROLplus archiwizowanych danych,

Rys. 15. Przykładowy schemat Inteligentnego systemu pomiarowego opartego na ECONTROLplus • automatycznego reagowania na zmiany obciążenia oraz optymalizację kosztów zużycia energii,

dzięki modułowi zarządzania obciążeniem, yy możliwość tworzenia gałęzi równoległych (wiele sekwen- na poprawnie – sekwencja została wstrzymana. Dzięki zapianalizy danych archiwalnych w postaci urządzeń czytelnych raportów okresowych, lub jednorazowych jednocześnie), sanym sekwencjom sterującym obsługa nie popełnisystemu błędu Takiecji•wykonywanych połączenie możliwości nowoczesnych pomiarowych z funkcjonalnością dostępnych z każdego miejsca w internecie, dzięki usłudze Analyzer umieszonej w chmurze. y y możliwość „uczenia” sekwencji poprzez ręczne wykonawykonując skomplikowane, ale powtarzalne przełączenia, ECONTROLplus składa się na Inteligentny system pomiarowy. nie w trybie symulacji, oszczędzi czas na przygotowanie do koniecznego przełąyy możliwość tworzenia sekwencji przełączeń bez koniecz- czenia w przypadku awarii, przyspieszy wykonywanie rutyności programowania sterownika PLC. nowych przełączeń. Dodatkowo, dzięki trybowi symulacji, W trybie wykonywania, uruchomiona sekwencja w sposób możliwe jest przetestowanie nowych sekwencji sterujących graficzny informuje operatora o tym, w jakim stanie aktual- przed wykonaniem na rzeczywistych układach. nie się znajduje. Na rysunku 12 widoczne są cztery komendy ułożone w prostą sekwencję szeregową. Trzy pierwsze zo- 7. Inteligentny system pomiarowy (smart stały wykonane poprawnie, o czym informuje ciemnozie- metering) lony kolor, oraz brak statusu. Status widoczny przy czwartej komendzie mówi o tym, że oczekiwana jest akcja operatora ECONTROLplus dzięki swej elastyczności w zakresie komu(np. potwierdzenie blokad). nikacji cyfrowej umożliwia zintegrowanie mniejszych, deDruga w kolejności komenda na rysunku 13 jest tą aktualnie dykowanych systemów do obsługi urządzeń pomiarowych wykonywaną, jej status świadczy o trwającym wpisywaniu w obrębie jednego, spójnego systemu. Takie rozwiązanie wartości (sterowaniu). Kolor czerwony trzeciej komendy wi- pozwala zebrać dane z urządzeń różnych producentów, docznej na rysunku 14 oznacza,XXIII że nie została ona wykonaupraszcza- REFERAT obsługę i niesie oszczędności poprzez łatwiejsze KONFERENCJA ENERGOTESTU NR 14 14.10

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Rys. 15. Przykładowy schemat Inteligentnego systemu pomiarowego opartego na ECONTROLplus Takie połączenie możliwości nowoczesnych urządzeń pomiarowych TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE ECONTROLplus składa się na Inteligentny system pomiarowy.

z funkcjonalnością systemu

Rys. 16.zużycia Raportenergii dotyczący zużycia całkowitej, oraz z podziałem na obszary Rys. 16. Raport dotyczący całkowitej, oraz energii z podziałem na obszary XXIII KONFERENCJA ENERGOTESTU - REFERAT NR 14

rozbudowywanie pojedynczego systemu. Nowoczesne liczniki energii i przetworniki pomiarowe wyposażone w ujednolicone i powszechne protokoły komunikacyjne, dzięki integracji z funkcjonalnością systemu ECONTROLplus mogą stworzyć narzędzie do monitorowania i zarządzania dowolnym obszarem, pod kątem zużycia energii. Tak przygotowany system daje możliwość: yy monitorowania i archiwizowania pomiarów z urządzeń końcowych rozmieszczonych na dowolnym obszarze, dzięki integracji z usługami chmurowymi, yy reakcji na nagłe zmiany w czasie rzeczywistym, dzięki wizualizacji aktualnego stanu sieci, yy alarmowania o nadchodzących skokach/spadkach obciążenia dzięki analizie predykcyjnej archiwizowanych danych, yy automatycznego reagowania na zmiany obciążenia oraz optymalizację kosztów zużycia energii, dzięki modułowi zarządzania obciążeniem, yy analizy danych archiwalnych w postaci czytelnych raportów okresowych, lub jednorazowych dostępnych z każdego miejsca w internecie, dzięki usłudze Analyzer umieszonej w chmurze. Takie połączenie możliwości nowoczesnych urządzeń pomiarowych z funkcjonalnością systemu ECONTROLplus składa się na Inteligentny system pomiarowy.

8. Podsumowanie

14.11

System Sterowania i Nadzoru ECONTROLplus od lat stanowi istotne wsparcie dla obsługi na wielu obiektach w Polsce. Rozszerzając funkcjonalność systemu o technologie oparte na najnowocześniejszych rozwiązaniach wchodzących do świata przemysłu, Energotest gwarantuje rozwój istniejących instalacji nadążający za potrzebami swoich wieloletnich klientów, oraz oferuje ciekawe rozwiązania sprawdzające się w wielu branżach przemysłowych, mając nadzieję na zainteresowanie swoim produktem nowych nabywców. Adam Kowalski – Energotest n

Literatura [1] Prezentacje: Mazurek K., Copa-data (2020), Zenon Analyzer [2] Materiały promocyjne i informacyjne: Copadata, Zenon 8.1 manual (2019), Command sequencer, Load management, MS Azure. Energotest.com.pl (2019), SmartLoad

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

System pomiaru napięć rażeniowych z obrazowaniem bezpieczeństwa instalacji uziemiających i funkcją inteligentnej predykcji STE-1 Wstęp

Powszechnie wykorzystywana energia elektryczna wymaga złożonego systemu jej dostarczania do odbiorców. W takim systemie znajduje się wiele miejsc, w których może wystąpić awaria: od elektrowni, poprzez linie przesyłowe i GPZ, po linie i stacje średniego napięcia. Spośród stanów niepożądanych zdecydowanie najniebezpieczniejsze są zwarcia: powodują one powstanie prądów ziemnozwarciowych o wartości uzależnionej od parametrów sieci i rezystancji uziemienia, w której takie uszkodzenie wystąpiło. Osoby lub zwierzęta, znajdujące się w bezpośredniej bliskości takiego miejsca, ryzykują zetknięcie się z napięciem rażenia lub napięciem krokowym, co może stanowić bezpośrednie zagrożenie zdrowia lub życia. Powoduje to konieczność kontroli i badań w celu określenia poziomu niebezpieczeństwa.

Spodziewane napięcie dotykowe oraz dotykowe rażeniowe

Na rys. 1 przedstawiony jest stan uszkodzenia, gdzie przez uziemione elementy metalowe (np. podstacji lub konstrukcję słupa) zamyka się prąd uszkodzeniowy. W prezentowanym przypadku zjawiskiem niebezpiecznym jest różnica potencjałów występująca pomiędzy poszczególnymi punktami, które mogą być dotknięte jednocześnie przez człowieka na drodze noga-noga, ręka-noga lub ręka-ręka. yy Różnica potencjałów między elementem metalowym a ziemią to spodziewane napięcie dotykowe. yy Napięcie odkładające się na impedancji ciała człowieka to napięcie rażeniowe. yy Napięcie pomiędzy nogami osoby zbliżającej się do obiektu (krok w granicach ok. 80 cm…1 m) to napięcie krokowe. Rozkład powstających potencjałów jest zbliżony kształtem do stożka, a obszar jego oddziaływania zależy od prądu doziemnego Iu, rezystancji uziemienia RE oraz od budowy systemu uziemiającego, jego układu geometrycznego i fizycznych rozmiarów. W warunkach normalnej eksploatacji w celu zbadania, czy poziomy wymienionych napięć nie będą przekraczały wartości dopuszczalnych, w przypadku wystąpienia uszkodzeń wymusza się prąd pomiarowy. Jest on generowany w obwodzie badanego obiektu, mianowicie między punktem uziemienia a pomocniczą sondą prądową, umieszczoną w odpowiedniej odległości od miejsca pomiaru. Badanie polega na zmierzeniu napięcia pomiędzy metalową konstrukcją a ziemią, a więc miejscami, które mogą zostać jednocześnie dotknięte przez człowieka lub zwierzę. W skład układu pomiarowego wchodzi woltomierz odpowiedniej klasy oraz sondy pomiarowe. Aby zmierzyć napięcie

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Rys. 1. Rozkład potencjałów wokół metalowej konstrukcji na skutek przepływu prądu uszkodzeniowego UR – Napięcie dotykowe rażeniowe UK – Napięcie krokowe IU – Prąd uszkodzeniowy RE – Rezystancja uziemienia elementów przewodzących IU

rażeniowe, do obwodu woltomierza dołączamy impedancję 1 kΩ, symulującą impedancję ciała ludzkiego. Do wymuszania prądu stosowane są transformatory potrzeb własnych lub specjalne wymuszalniki prądowe. Na rynku dostępne są rozwiązania, które mogą być wykorzystane do tego typu pomiarów. Ich wspólną cechą jest to, że zwracają wyłącznie wartości mierzonych napięć. Niektóre narzędzia pozwalają również na mierzenie rezystancji uziemienia. Uzyskiwane w ten sposób wartości dotyczą jednak ściśle określonych warunków środowiskowych (temperatura, wilgotność, rezystywność gruntu). Nowe rozwiązanie w tym zakresie oferuje system STE-1 firmy SONEL S.A. Cechuje się wygodnym sposobem obrazowania i dokumentowania pomiarów oraz predykcją zmian mierzonych parametrów ze względu na zmiany właściwości przewodzących gruntu.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE System do pomiaru napięć rażeniowych i krokowych STE-1

Firma SONEL S.A w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, zaprojektowała zestaw umożliwiający przeprowadzenie kompleksowych badań w opisanym wyżej zakresie. System składa się z dwóch głównych elementów: miernika STE-1M oraz zadajnika prądowego STE-1Z, które komunikują się ze sobą dwustronnie w systemie LoRa. W ramach rozwijania systemu STE trwają prace nad inteligentnym oprogramowaniem, które w przyszłości będzie przewidywać możliwe zmiany w czasie zmierzonych parametrów. Zadaniem zadajnika STE-1Z jest wymuszanie dużego prądu pomiarowego przy napięciu do 400 V. STE-1Z może być wykorzystywany nie tylko podczas pomiarów napięć rażeniowych i krokowych, ale również do kontroli rezystancji uziemienia jako źródło prądowe o bardzo dużej mocy. Pozwala to na badanie uziemień wszędzie tam, gdzie ze względu na wysoką rezystywność gruntu byłoby to utrudnione lub wręcz niemożliwe do wykonania, gdyby bazować na przyrządach klasycznych. Należy podkreślić, że dzięki nowoczesnym rozwiązaniom technicznym udało się obniżyć wagę zadajnika do kilkunastu kilogramów (ok. 15 kg), co stanowi znaczne udogodnienie w warunkach terenowych. Miernik STE-1M umożliwia pomiar zarówno spodziewanych napięć dotykowych, dotykowych rażeniowych oraz krokowych, jak i kontrolę rezystancji uziemienia metodą: yy trójprzewodową, yy czteroprzewodową, yy trójprzewodową z cęgami i cewką Rogowskiego z zaimplementowaną metodą pomiaru słupów kratowych. Ponadto jako jeden z niewielu przyrządów na świecie umożliwia pomiar rezystywności gruntu aż trzema metodami: Wennera, Schlumbergera oraz dipolową. STE-1M pracuje w zestawie z STE-1Z, jak również całkowicie autonomicznie. Posiada wbudowany GPS. Tak szeroki zakres diagnostyczny miernika stwarza nowe możliwości w ocenianiu bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych; możliwości dotąd niedostępne w obszarze przewidywania stop-

nia zmian zagrożenia porażeniem. Zwłaszcza gdy w ramy działania urządzenia włączy się tomografię elektrooporową. Sposoby wykonywania badań napięć rażenia oraz ich metodyka są powszechnie znane. W niewielkim stopniu mogą się różnić – decyduje o tym zastosowany sprzęt pomiarowy. Dlatego warto przede wszystkim przedstawić sposób, w jaki zebrane dane mogą poprawić skuteczność oceny zagrożeń, oraz sposób ich prezentacji.

System prezentacji pomiarów

W rozległych systemach zasilania pomiary napięć rażeniowych i krokowych oraz rezystancji uziemienia dostarczają wielu danych, które w formie tabelarycznej przedstawiają pewien stan faktyczny. Trudno jednak sobie wyobrazić, jak to koresponduje z rzeczywistym układem topograficznym w miejscach przeprowadzonych badań. Obecne rozwiązania techniczne, zastosowane również w mierniku STE-1, skutkują przedstawieniem tych danych w formie obrazowej, co daje również możliwość na systematyzowanie i inwentaryzowanie infrastruktury energoelektrycznej. Każde badanie kończące się zapisem do pamięci jest skorelowane z pozycją GPS. Oprogramowanie STE wykorzystuje te informacje do prezentacji wyników (rys. 2). Na rysunku 2 przedstawiony jest przykład prezentacji danych z pomiaru rezystancji uziemienia. Widać tu pozycję samego badanego obiektu (słup) oraz układ pomiarowy. Ten sposób może zapobiegać nieporozumieniom pojawiającym się podczas kontroli, gdy zespół sprawdzający w inny sposób rozmieści sondy pomocnicze (dotyczy niewłaściwych odległości lub kierunku rozmieszczenia sond). Podobnie możemy obrazować dane z pomiarów napięć rażeniowych. Korzyści wynikające z takiego sposobu dokumentowania danych są niewątpliwie nie do przecenienia. Analogicznie przedstawiane są równie pozostałe dane – oczywiście z dostępem do wszystkich informacji składowych (poszczególne pomiary, współrzędne GPS). Niemniej tym, co wyróżnia system STE-1, jest możliwość przewidywania zmian mierzonych parametrów w czasie, które to zmiany są uzależnione m.in. od sezonowych zmian rezystywności gruntu.

Rys. 2. Prezentacja danych

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Predykcja i obrazowanie napięć rażeniowych i krokowych

Jak już wcześniej zaznaczono, poziom zagrożenia spowodowany napięciami rażeniowymi będzie wynikał bezpośrednio z wartości prądu uszkodzeniowego, pojawiającego się w badanym obwodzie. Wartość ta jest determinowana rezystancją uziemienia danego obiektu. Rozkład napięć to również wynik konstrukcji uziemienia, jego rozmiarów, sposobu pogrążenia itp. Najważniejszym czynnikiem decydującym o rezystancji uziemienia jest rezystywność gruntu. Zmienia się ona w zależności od ilości elektrolitu w gruncie, co z kolei wynika głównie z wpływu czynników atmosferycznych. Na rys. 3 przedstawiono wyniki prowadzonych w 2018 oraz 2019 roku badań zmienności rezystywności gruntu w czasie. Wyniki badań, mimo prowadzenia ich dla jednej, określonej budowy geologicznej gruntu, pozwalają na wyciągnięcie wniosku, iż największe spodziewane zmiany dotyczą uziemień ułożonych/pogrążonych na małych głębokościach (uziemienie otokowe, uziemienie pionowe pojedyncze). Po tym, jak użytkownik wprowadzi do systemu odpowiednie dane (rezystywność gruntu, budowa systemu uziomowego, stan gruntu), STE-1 stosując odpowiednie algorytmy predykcji będzie przewidywał maksymalne i minimalne wartości rezystancji uziemienia, napięcia rażeniowego i krokowego dla badanego obiektu. Algorytm uwzględnia różnorodne właściwości wielu rodzajów gleb i miejsc występowania na-

pięć rażeniowych. Będzie on udoskonalany wraz ze zwiększaniem się zasobów próbek i danych. Właśnie z tego powodu oprogramowanie zostanie udostępnione dopiero po zebraniu wystarczającej ilości danych niezbędnych do predykcji. Wynikiem badań i predykcji będzie raport jak na rys. 4. Po tym, jak użytkownik uzupełni dane, prezentacja z rys. 4 zostanie wzbogacona o przewidywane wartości maksymalne i minimalne napięć. Istnieje wszakże pełna dowolność, w jakim zakresie wykorzystać system STE-1 – pomiarowiec nie jest w żaden sposób zmuszany do wykonywania kompletu badań. Jednak w takim przypadku program będzie jedynie obrazował wyniki bez predykcji. Roman Domański SONEL S.A. n

Firma SONEL S.A. realizuje projekt pn. „System pomiaru napięć rażeniowych z obrazowanie bezpieczeństwa instalacji uziemiających i funkcją inteligentnej produkcji”. Zgodnie z umową nr:POIR.01.01.01-00-1091/17-00 podpisaną dnia 27.06.2018 roku w ramach Działania 1.1.1. Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Rys. 3. Rozkład rezystywności gruntu w trzech warstwach. Od góry: 80 cm, ok. 4,5 m i 10 m

Rys. 4. Rozkład napięć krokowych wokół słupa kratowego w rastrze 1 m

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

[źródło: pixabay.com]

Nowoczesne technologie i rozwiązania wspierające OZE w produkcji energii elektrycznej oraz sieci dystrybucyjne Głównym problemem odnawialnych źródeł energii (OZE, ang. Renewable Energy Storage) jest nadprodukcja lub niedobór energii podczas zmiennych warunków pogodowych wywołanych zjawiskami atmosferycznymi, cyklem dobowym oraz porami roku. Rozwój nowoczesnych magazynów energii, mogących przechowywać nadwyżki i w razie potrzeby, oddających ją do sieci, jest niezbędny, aby można było zwiększyć udział OZE w produkcji energii elektrycznej i dostosować jego skalę do aktualnych potrzeb gospodarki.

ystemy dystrybucji energii elektrycznej we współpracy z odnawialnymi źródłami energii mierzą się z takimi problemami jak równoważenie wytwarzania i zapotrzebowania energii elektrycznej, poprawa jakości energii elektrycznej, zapewnienie ciągłości zasobów odnawialnych, ochrona sieci przed przeciążeniem oraz świadczenia usług pomocniczych, takich jak częstotliwość oraz regulacja napięcia. Naprzeciw wyzwaniom wychodzą najnowocześniejsze technologie magazynowania energii w rozwiązaniach klasycznych jak i hybrydowych. Magazyny hybrydowe pozwalają osiągnąć pożądaną efektywność łącząc odpowiednie funkcje różnych technologii. Hybrydowe systemy magazynowania energii (ang. Hybrid Energy Storage System, HESS) charakteryzują się połączeniem dwóch lub więcej technologii magazynowania energii elektrycznej, dobranych w celu zapewnienia parametrów całego systemu magazynowania energii pod względem żywotności, kosztów, wartości energii, gęstości mocy i dynamicznej reakcji.

Światowe agencje zajmujące się polityką energetyczną przewidują obecnie wzrost emisji CO2 o 30% oraz zwiększenie zużycia ropy naftowej o 70% do 2050 r., co przełoży się na wzrost średniej globalnej temperatury o 6°. Spełnienie tej prognozy spowodowałoby globalną katastrofę ekologiczną i zanik znacznych obszarów naszej cywilizcji. Wg światowych raportów [1] odnawialne źródła energii stanowią najlepsze rozwiązanie, aby można było temu przeciwdziałać. Energia słoneczna i wiatrowa są szeroko stosowane do wytwarzania energii elektrycznej. Na początku 2018 globalna moc zainstalowanych elektrowni wiatrowych wyniosła ok. 550 GW, a fotowoltaicznych w 2017 r. przekroczyła 400 GW [2]. W Polsce również coraz więcej budowanych jest nowoczesnych instalacji OZE. Wg Urzędu Regulacji Energetyki w Polsce na koniec 2019 r. zainstalowano łącznie 9 GW instalacji OZE, w tym 6 GW elektrowni wiatrowych, ok.1 GW hydroelektrowni oraz ok. 500 MW elektrowni fotowoltaicznych. Należy podkreślić, że w stosunku do 2010 r. największy wzrost insta-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 1. Podział technologii magazynowania energii.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 2. Schemat blokowy modułowego magazynu energii zapewniającego osiągnięcie większej mocy i energii magazynu.

lacji odnotowano w przypadku elektrowni fotowoltaicznych oraz wiatrowych. W Polsce prowadzone są jednocześnie prace w celu wspierania OZE najnowszymi rozwiązaniami technologicznymi. Inwestycje finansowane są głównie ze środków europejskich jak również pochodzą od inwestorów zewnętrznych. W ostatnich latach firma Energa Wytwarzanie S.A. we współpracy z Polskimi Sieciami Elektroenergetycznymi oraz firmą Hitachi podjęła realizację hybrydowego magazynu energii o mocy 0.75 MW i pojemności 1.5 MWh w pobliżu Pucka jak również jednego z największych przedsięwzięć w postaci hybrydowego magazynu energii o mocy 6 MW i pojemności 27 MWh w pobliżu farmy wiatrowej Bystra [3]. Głównym celem tych przedsięwzięć jest sprawdzenie ochrony sieci przesyłowej i sieci dystrybucyjnych HV przed przeciążeniem oraz bilansowanie niedoborów lub nadmiaru wyprodukowanej energii elektrycznej. Budowę magazynów podjęły również inne koncerny energetyczne. W 2018 r. Tauron rozpoczął budowę magazynu energii o mocy 3MW i pojemności 0.7 MWh w Cieszanowicach gminie Kamiennik. Głównym celem tego projektu jest poprawa jakości i niezawodności dostaw energii elektrycznej. Prace nad budową magazynu energii na górze Żar rozpoczęła również Polska Grupa Energetyczna, gdzie powstaje magazyn o mocy 0.5 MW i pojemności 0.75 MWh, farma fotowoltaiczna o mocy 0.6 MW oraz elektrownia szczytowo-pompowa. Głównym celem tego projektu jest przygotowanie i sprawdzenie funkcjonalności usług systemowych służących stabilizacji i regulacji parametrów pracy sieci dystrybucyjnych SN w oparciu o magazyn energii wykonany w technologii ogniw litowo-jonowych [4]. Jak wspomniano na początku, nowoczesne technologie wspierają OZE w produkcji energii elektrycznej, poprzez łączenie odpowiednich elementów o różnych właściwościach. Dostępne na świecie technologie magazynowania energii można podzielić na cztery grupy. Są to technologie elektryczne (magnetyczne i elektrostatyczne), mechaniczne

(potencjalne i kinetyczne), elektrochemiczne oraz chemiczne (rys.1, [5]). Warto podkreślić, ze obecnie występujące na świecie technologie magazynowania energii elektrycznej nie zapewniają jednocześnie upakowania dużych gęstości mocy i pojemności, co wynika z ograniczeń technologicznych. Stąd odpowiednio dobrane rozwiązania technologiczne pozwalają na uzupełnienie parametrów docelowej aplikacji systemowej pod względem żywotności, kosztów, energii, gęstości mocy i dynamicznej reakcji. W ciągu ostatnich kilku lat zwiększenie zainstalowanej mocy OZE oraz jednoczesny wzrost wymagań dotyczących jakości energii elektrycznej powoduje konieczność prowadzenia działań dotyczących modernizacji infrastruktury sieci elektroenergetycznej, które obejmują nowe transformatory, nowe połączenia sieciowe, urządzenia przełączające i kompensacyjne. Z drugiej strony taki sam efekt w porównaniu z tymi standardowymi rozwiązaniami może być osiągnięty przez zastosowanie systemów magazynowania energii z szerokim zakresem funkcjonalności [5-7]. Rozwój powyższych instalacji jest szczególnie ważny dla operatorów systemów elektroenergetycznych, a także wrażliwych konsumentów notujących znaczne straty mocy wynikające z niskiej jakości parametrów sieci. Duże firmy przemysłowe również odnotowują znaczne straty finansowe spowodowane niską jakością energii elektrycznej. Jak wspomniano powyżej, instalacje magazynów energii wraz z OZE oferują wiele możliwości. Po pierwsze umożliwiają magazynowanie energii, działając jako rezerwa mocy dla równoważenia okresowo występujących potrzeb w tym zakresie, zapewniają równocześnie wyższą pojemność energetyczną systemu elektroenergetycznego, a także umożliwiając zwiększone dostawy energii przy dużym jej zapotrzebowaniu na przykład w ciągu dnia. Po drugie, minimalizuje dynamiczny wpływ OZE na system elektroenergetyczny, szczególnie w odniesieniu do źródeł ze zmiennym generowaniem mocy (elektrownie wiatrowe). Magazyny mogą równocześnie stanowić element poprawy

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

być to zrealizowane na kilka sposobów. W pierwszym przypadku przedstawiono połączenie równoległe bloków, gdzie każdy moduł może działać niezależnie (rys. 3). Zwiększa to niezawodność całego systemu, TECHNOLOGIE, pozwala na niezależne zarządzanie–energią, wdrażanieFIRMOWE PRODUKTY INFORMACJE różnych funkcji i działanie z różnymi zasobnikami energii elektrycznej. AC n

DC DC

n 2

DC DC

ZASOBNIK ENERGII ZASOBNIK

ENERGII ZASOBNIK ENERGII

DC ZASOBNIK ENERGII ZASOBNIK

Rys. 3 Modułowe rozwiązanie magazynu w celu osiągnięcia większej mocy ZASOBNIK 1 osiągnięcia Rys. 3. Modułowe rozwiązanie magazynu w celu większej mocy i energii magazynu. DC AC

magazynu.

ENERGII

i energii

ENERGII

n Zwiększenie pojemności magazynowanej energii elektrycznej możeZASOBNIK być uzyskane przez Rys. 4 Modułowe rozwiązanie magazynu zapewniające DCwiększą energię magazynu i ENERGII integracjępołączenie różnych technologii zasobników energii. równoległe przetwornic DC /2DC w sposób, który został przedstawiony na rys. 4. ZASOBNIK DC DC AC Dzięki temu rozwiązaniu możliwość łączenia różnych zasobników energii ENERGII Osiągnięcie większej mocy mamy magazynu energii1można zrealizować poprzez technologii równoległe ZASOBNIK DC połączenie przekształtników sieciowych AC/DC (rys.5) To rozwiązanie niesie za systemu. sobą równieżPrzy minimalnych do wspólnego obwodu mocy, jak również zmienną konfigurację ENERGII pozytywne skutki ekonomiczne iDC funkcjonalne. Większość DC kosztów magazynu energii kosztach, bez konieczności projektowania i budowy kolejnego magazynu energii i całej stanowi zasobnik magazynujący energię, a dodanie kolejnego przekształtnika sieciowego AC jest podłączony Kolejne rozwiązanie to aspekt topologie półaktywne, gdzie jeden ztozasobników infrastruktury. Kolejny ekonomiczny tegobez rozwiązania niższe koszty utrzymania. / DC daje możliwość implementacji dodatkowych funkcji istotnego zwiększenia kosztów Rys. 4. Modułowe rozwiązanie magazynu zapewniające większą energię magazynu i integrację różnych technologii bezpośrednio do obwodów silnoprądowych prądu stałego a drugi dołączony jest pomocą Rys. 4 Modułowe rozwiązanie magazynu zapewniające większą energię magazynu i za zasobników energii. magazynu. integrację różnych przekształtnika technologii zasobników energii. To rozwiązanie zapewnia lepsze, niż dwukierunkowego prądu stałego.

AC rozwiązanie pasywne, wykorzystanie parametrów zastosowanych technologii jak również w Osiągnięcie większej mocy magazynu energii można zrealizować poprzez równoległe n większym zakresie pozwalaAC na regulację pracy zasobnika. Ostatnie rozwiązanie zakłada połączenie przekształtników sieciowych AC/DC (rys.5) To rozwiązanie niesie za sobą również DCpoprzez dwukierunkowe przekształtniki prądu stałego. połączenie każdego zasobnika energii pozytywne2 skutki ekonomiczne i funkcjonalne. DCWiększość kosztów magazynu energii AC Jest to rozwiązanie najmniej ekonomiczne, ale zdecydowanie najbardziej efektywne punktu ZASOBNIK stanowi1 zasobnik magazynujący energię, a dodanie kolejnego przekształtnika sieciowegozAC DC widzenia kontroli procesów ładowaniafunkcji i rozładowania zasobników, elastycznego ENERGII / DC dajeaktywnej możliwość implementacji dodatkowych bez istotnego zwiększenia kosztów DC DC wykorzystania parametrów zastosowanych technologii, zwiększenia wydajności sytemu oraz magazynu. wydłużenia ich żywotności. Naenergii rys. energii 6zapewniające przedstawiono różne topologie hybrydowego magazynu Rys. 5 Modułowe rozwiązanie magazynu zapewniające uzyskanie większej Rys. 5. Modułowe rozwiązanie magazynu uzyskanie większej mocy mocy magazynu. magazynu. energii. AC Powyżej przedstawionoOBWÓD sposoby zwiększania mocy i energii magazynu, co bezpośrednio OBWÓD OBWÓD przekłada się na możliwośćDCrealizacji wymaganych funkcji jak równieżDC zdolność współprac DC DC DC ZASOBNIK ZASOBNIK zasobników energii o różnych technologiach. Rozwiązania te znajdują zastosowanieZASOBNIK nie tylko ENERGII ENERGII w sieciach typu microgrid, ale również w tradycyjnej sieci elektroenergetycznej. Jak ENERGII TYP 1 TYP 1 TYP 1 DC DC wspomniano na początku, w przypadku zastosowania co najmniej dwóch różnych technologii mamy do czynienia z hybrydowym magazynem energii. Taki magazyn może być podłączony DC ZASOBNIK ZASOBNIK ZASOBNIK do sieci elektroenergetycznej za pomocąENERGII sprzęgów o różnych topologiach. Zgodnie z ENERGII ENERGII literaturą topologie łączenia zasobników energii TYP 2 klasyfikowane są jako pasywne, półaktywne TYP 2 TYP 2 DC i aktywne. Topologie te znajdują zastosowanie szczególnie w odniesieniu do sieci microgrid, a) b) c) gdzie przede wszystkim elementem łączącym jest obwód prądu stałego. W pierwszym a) b) c) przypadku różne technologie zasobników podłączone są bezpośrednio do obwodu głównego Rys. 6. Topologie łączenia zasobników energii, a) pasywna, b) półaktywna, c) aktywna. Rys. 65Topologie łączenia zasobników energii, a)zapewniające pasywna, b) półaktywna, c) aktywna. Rys. Modułowe magazynu energii większej mocy prądu stałego, co rozwiązanie jest rozwiązaniem najprostszym i ekonomicznym, chociaż z uzyskanie punktu widzenia regulacji i wykorzystania parametrów technologii nie jest to najlepsze rozwiązanie. magazynu.

ZASOBNIK ENERGII

W świetle sięspadków technologii w produkcji energii elektrycznej jakości energii,rozwijających przez kompensację napięcia,wspierających zmian kształtnikOZE sieciowy AC / DC, który zamienia energię z sieczęstotliwości, mocy biernej oraz zapewnie ciągłości dostaw ci prądu przemiennego na prąd stały, przekształtnik oraz sieci przedstawiono dystrybucyjne sposoby należy podkreślić, Łukasiewicz – Instytut Elektrotechniki Powyżej zwiększaniażemocy i energii magazynu, co bezpośrednio(Ł-IEL)prądu w przypadku awarii generatora . stałego DC / DC, odpowiedzialny za regulację parametrów przekłada się na możliwość realizacji wymaganych funkcjiładowania jak również zdolność współprac przez ostatnie lata zrealizował i wdrożył wiele systemów przetwarzania i magazynowania Przykładowy schemat blokowy modułowego magazynu podczas i rozładowywania magazynu. Każdy blok energii przedstawiono na rys. 2. Na rysunku przedstawiono mocy nadzorowany i sterowany jest w układzie master-slave. zasobników energii o systemu. różnych Rozwiązania te znajdują zastosowanie nie tylko energii elektrycznej. 2018Składa r.technologiach. w wyniku realizacji projektu dofinansowanego z NCBiR główne elementy składoweW się on z obwoNajczęściej główny sterownik realizuje założone funkcje oraz w sieciach typu microgrid, ale również w tradycyjnej sieci elektroenergetycznej. Jak dów wejściowych, które obejmują rozdzielnicę, aparaturę łąodpowiedzialny jest za pomiary parametrów sieci, opracowano system zasilania dużej mocy i średniego napięcia (15kV, 6MW, 50/60Hz), analizę czeniową, elementy zabezpieczeniowe, oraz filtry od strony mocy oraz komunikację z operatorem systemu. Jednoczewspomniano nanapoczątku, w przypadku zastosowania co najmniej dwóch różnych technologii pozwalającego realizację instalacji/obiektów poprzez sieci elektroenergetycznej. Każdy blokzasilania mocy zawiera prze- śnie może on zadawać zastosowanie wybrane parametry procesów regumamy do czynienia z hybrydowymenergoelektronicznych, magazynem energii. Takizapewniających magazyn może być podłączony nowoczesnych przekształtników podniesienie do sieci elektroenergetycznej za pomocą sprzęgów o różnych topologiach. Zgodnie z funkcjonalności systemu jak również możliwości dystrybucji energii elektrycznej (rys. 7a). literaturą topologie łączenia1/2021 zasobników energii klasyfikowane są jako pasywne, półaktywne 39 URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI Poprzez konfigurację różnych połączeń systemu przetwarzania energii elektrycznej możliwe i aktywne. Topologie te znajdują zastosowanie szczególnie w odniesieniu do sieci microgrid,

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE a)

Rys. 7. a) System zasilania dużej mocy i średniego napięcia, b) system kompensacji zaników i zapadów średniego napięcia.

Rys. 8. Stacjonarne superkondensatorowe magazyny energii elektrycznej.

lacji, kontroluje także każdy moduł w celu osiągnięcia założonej funkcjonalności. Sterowniki modułów mocy najczęściej odpowiadają za komunikację z głównym sterownikiem oraz kontrolowanie parametrów wszystkich przekształtników mocy za pomocą odpowiedniej modulacji szerokości impulsów. W celu dopasowania rozwiązań do potrzeb sieci dystrybucyjnych oraz osiągnięcia skalowalności systemu z punktu widzenia mocy i pojemności zmagazynowanej energii może być to zrealizowane na kilka sposobów. W pierwszym przypadku przedstawiono połączenie równoległe bloków, gdzie każdy moduł może działać niezależnie (rys. 3). Zwiększa to niezawodność całego systemu, pozwala na niezależne zarządzanie energią, wdrażanie różnych funkcji i działanie z różnymi zasobnikami energii elektrycznej. Zwiększenie pojemności magazynowanej energii elektrycznej może być uzyskane przez równoległe połączenie przetwornic DC / DC w sposób, który został przedstawiony na rys. 4. Dzięki temu rozwiązaniu mamy możliwość łączenia różnych technologii zasobników energii do wspólnego obwodu mocy, jak również zmienną konfigurację systemu. Przy minimalnych kosztach, bez konieczności projektowania i budowy kolejnego magazynu energii i całej infrastruktury. Kolejny aspekt ekonomiczny tego rozwiązania to niższe koszty utrzymania. Osiągnięcie większej mocy magazynu energii można zrealizować poprzez równoległe połączenie przekształtników sie-

ciowych AC/DC (rys.5) To rozwiązanie niesie za sobą również pozytywne skutki ekonomiczne i funkcjonalne. Większość kosztów magazynu energii stanowi zasobnik magazynujący energię, a dodanie kolejnego przekształtnika sieciowego AC / DC daje możliwość implementacji dodatkowych funkcji bez istotnego zwiększenia kosztów magazynu. Powyżej przedstawiono sposoby zwiększania mocy i energii magazynu, co bezpośrednio przekłada się na możliwość realizacji wymaganych funkcji jak również zdolność współprac zasobników energii o różnych technologiach. Rozwiązania te znajdują zastosowanie nie tylko w sieciach typu microgrid, ale również w tradycyjnej sieci elektroenergetycznej. Jak wspomniano na początku, w przypadku zastosowania co najmniej dwóch różnych technologii mamy do czynienia z hybrydowym magazynem energii. Taki magazyn może być podłączony do sieci elektroenergetycznej za pomocą sprzęgów o różnych topologiach. Zgodnie z literaturą topologie łączenia zasobników energii klasyfikowane są jako pasywne, półaktywne i aktywne. Topologie te znajdują zastosowanie szczególnie w odniesieniu do sieci microgrid, gdzie przede wszystkim elementem łączącym jest obwód prądu stałego. W pierwszym przypadku różne technologie zasobników podłączone są bezpośrednio do obwodu głównego prądu stałego, co jest rozwiązaniem najprostszym i ekonomicznym, chociaż z punktu widzenia regulacji i wykorzystania parametrów technologii nie jest to najlepsze rozwiązanie. Kolejne

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE a)

Rys. 9 Widok elementów systemu magazynowania energii elektrycznej z elektrownią fotowoltaiczną zainstalowaną w siedzibie w Ł-IEL, a) panele fotowoltaiczne, b) miejsce zainstalowania magazynu energii (Laboratorium Energoelektroniki i Transportu Elektrycznego) .

rozwiązanie to topologie półaktywne, gdzie jeden z zasobników jest podłączony bezpośrednio do obwodów silnoprądowych prądu stałego a drugi dołączony jest za pomocą dwukierunkowego przekształtnika prądu stałego. To rozwiązanie zapewnia lepsze, niż rozwiązanie pasywne, wykorzystanie parametrów zastosowanych technologii jak również w większym zakresie pozwala na regulację pracy zasobnika. Ostatnie rozwiązanie zakłada połączenie każdego zasobnika energii poprzez dwukierunkowe przekształtniki prądu stałego. Jest to rozwiązanie najmniej ekonomiczne, ale zdecydowanie najbardziej efektywne z punktu widzenia aktywnej kontroli procesów ładowania i rozładowania zasobników, elastycznego wykorzystania parametrów zastosowanych technologii, zwiększenia wydajności sytemu oraz wydłużenia ich żywotności. Na rys. 6 przedstawiono różne topologie hybrydowego magazynu energii. W świetle rozwijających się technologii wspierających OZE w produkcji energii elektrycznej oraz sieci dystrybucyjne należy podkreślić, że Łukasiewicz – Instytut Elektrotechniki (Ł-IEL) przez ostatnie lata zrealizował i wdrożył wiele systemów przetwarzania i magazynowania energii elektrycznej. W 2018 r. w wyniku realizacji projektu dofinansowanego z NCBiR opracowano system zasilania dużej mocy i średniego napięcia (15kV, 6MW, 50/60Hz), pozwalającego na realizację zasilania instalacji/obiektów poprzez zastosowanie nowoczesnych przekształtników energoelektronicznych, zapewniających podniesienie funkcjonalności systemu jak również możliwości dystrybucji energii elektrycznej (rys. 7a). Poprzez konfigurację różnych połączeń systemu przetwarzania energii elektrycznej możliwe jest dopasowanie go do indywidu-

Literatura: [1] Global and Wind Reports [2]. S Hajiaghasi, A.Salemnia, M.Hamzeh, Hybrid energy storage system for microgrids applications: a review, Journal of Energy Storage 21 (2019), pp.543-570, 2019. [3] Aktualności Energa Wytwarzanie S.A. [4] wg Polska Grupa Energetyczna [5]. A. Di Giorgio, F. Liberati, A. Lanna, Electric energy storage systems integration in distribution grids, 2015 IEEE 15th

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

alnych potrzeb aplikacyjnych. W 2017 r. opracowano kompensator zaników i zapadów średniego napięcia (napięcie znamionowe 6,3 kV, 0.25 MW, czas podtrzymania 4s), z superkondensatorowym magazynem energii (rys. 7b). Działanie systemu polega na ciągłym monitorowaniu sieci zasilającej w miejscu przyłączenia odbiornika. Każde odchylenie od znamionowych parametrów napięcia, czyli jego zapad lub zanik jest natychmiast wykrywany, co powoduje zastąpienie zasilania z sieci elektroenergetycznej zasilaniem z baterii superkondensatorów. W latach 2011 -2013 Łukasiewicz – Instytut Elektrotechniki opracował stacjonarne superkondensatorowe magazyny energii elektrycznej, które badane były na podstacjach trakcyjnych trakcji tramwajowej i trolejbusowej (rys. 8). Magazyny Umożliwiają stabilizację napięcia zasilającego pojazdy trakcyjne dzięki akumulowaniu energii pochodzącej z hamowania odzyskowego realizowanego przez tramwaje lub trolejbusy oraz dostarczaniu jej w momencie rozruchu pojazdu. Dzięki takiemu rozwiązaniu można zmniejszyć zużycie energii elektrycznej oraz emisję CO2. W 2011 r. Łukasiewicz – Instytut Elektrotechniki opracował i wdrożył we własnej siedzibie bateryjny magazyn energii z elektrownią fotowoltaiczną o mocy 4 kW (rys. 9). Głównym celem projektu była integracja elektrowni fotowoltaicznej z bateryjnym magazynem energii elektrycznej oraz współpraca z siecią elektroenergetyczną. Dr inż. Marcin Parchomiuk Z-ca Dyrektora Instytutu ds. Badań i Rozwoju Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki n International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), pp. 1279-1284, 2015. [6]. S.O.Amrouche, D.Rekioa, T. Rekioa, Overview of energy storage in renewable energy systems, 2015 3rd International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), pp.1-6, 2015. [7]. T.M.Masaudd, K.Lee, P.K.Sen, An overview of energy storage technologies in electric power systems: What is the future? IEEE Conference publications, North American Power Symposium 2010, pp.1-6, 2010.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Analiza narażeń cieplnych szyn wielkoprądowych układów prostowniczych dużej mocy – studium przypadku Streszczenie

Wysokoprądowe systemy szynowe szczególnie chętnie stosowane są w różnych dziedzinach przemysłu i energetyki, w których wymagany jest przesył prądu o stosunkowo dużych wartościach, np. w: elektrochemii, kolejnictwie, układach wzbudzenia wielkich generatorów. Szerokie stosowanie tego typu rozwiązań oraz upowszechnienie nowoczesnych technik obliczeniowych opartych o metodę elementów skończonych MES (ang. Finite Element Method FEM) sprawia, że możliwa i celowa jest optymalizacja tradycyjnych systemów szynowych. Dla zilustrowania możliwości wykorzystania analizy numerycznej przedstawiono studium przypadku zagrożeń występujących w moście szynowym zasilającym zespół prostowników wielkiej mocy.

Tabela 1. Dane znamionowe transformatora Parametr moc

Wartość 30 MVA

napięcie strony GN

30 kV

napięcie strony DN

0,5 kV

częstotliwość

50 Hz

liczba faz grupa połączeń

3 YN/Y/y/y YN/Y/y/d

napięcie zwarcia

9,98%

straty jałowe

59,58 kW

straty obciążeniowe

251,49 kW

Wstęp

W energetyce zawodowej i licznych gałęziach przemysłu przesył prądu o dużych wartościach realizowany jest z wykorzystaniem wysokoprądowych systemów szynowych. Szybki rozwój energetyki odnawialnej oraz magazynów energii powodują, że należy spodziewać się coraz szerszego stosowania tego typu rozwiązań. Istotnym problemem technicznym na etapie konstrukcji i eksploatacji układów szynowych jest zagadnienie nadmiernego nagrzewania się toru prądowego. Zadanie optymalizacji przekroju i rozmieszczenia przestrzennego szyn jest zatem ekonomicznie uzasadnione. Dla układu rzeczywistego o złożonej geometrii rozwiązanie metodami analitycznymi nie jest możliwe. Analizę jakościową przebiegu zjawiska można natomiast przeprowadzić metodą symulacji komputerowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz obliczeń numerycznych przepływu ciepła w przykładowym systemie szyn wielkoprądowych układu prostowniczego dużej mocy. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych z zastosowaniem oprogramowania Ansys. Wyniki analizy numerycznej porównano z wynikami badań eksperymentalnych.

Opis obiektu

Rozpatrzono przypadek systemu szyn wielkoprądowych w układzie zasilania prostownika 12-pulsowego sterowane-go o prądzie znamionowym IDC = 47 kA (rys. 1). Prostownik zasilany jest za pośrednictwem transformatora o danych znamionowych przedstawionych w tabeli 1. Spodziewana wartość skuteczna prądu fazowego uzwojeń transformatora IRMS, a tym samym każdej fazowej szyny zasilającej, wynika z szacunkowej zależności: IRMS = 0,41 IDC (1) gdzie: IDC - wartość skuteczna w obwodzie prądu stałego zespołu prostownika zasilanego z transformatora

Rys. 1. Schemat zastępczy zasilania analizowanego prostownika 12-pulsowego

Dla nominalnej wartości prądu zespołu prostowników (IDC = 47 kA) wartość skuteczna zasilającego prądu fazowego IRMS wynosi około 20 kA. Ze względu na spodziewany prąd IRMS i dopuszczalną gęstość prądu (Jdop = 1,75 A/mm2) wyznaczono minimalną wymaganą liczbę szyn 160x10 mm, n = 7. Fotografię mostu szynowego w układzie płaskim przedstawiono na rysunku 2. W przedstawionej konfiguracji mostu (rys. 2) zaobserwowano nadmierne nagrzewanie szyn. Przy obciążeniu zespołu prostownika prądem znamionowym zarejestrowano temperaturę 170 °C w temperaturze otoczenia wynoszącej 30 °C. Zmierzone wartości temperatury powierzchni szyn fazy środkowej były o 50 °C wyższe w stosunku do szyn faz skrajnych. Niepomijalną przyczyną nierównomiernego nagrzewania szyn jest zjawisko zbliżenia i naskórkowości. Prądy płynące w fazach poszczególnych uzwojeń oddziałują na siebie, wywołują wypieranie prądu fazy sąsiedniej i tym samym zwiększanie realnej rezystancji szyn tej fazy. Stopień intensywności

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

strefa MES

Rys. 2. Fotografia mostu szynowego AC zasilającego zespół prostownikowy

Rys. 3. Fotografia przekonstruowanego mostu szynowego AC

Tabela 2. Dane materiałowe w analizie pola elektromagnetycznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], σ – konduktywność [MS/m], ασ – temperaturowy współczynnik rezystancji [1/K], µr – względna przenikalność magnetyczna ośrodka [-]

Tabela 3. Dane materiałowe w analizie pola termicznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], cp – ciepło właściwe [J/kg-K], λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/m-K], ε – współczynnik emisyjności [-]

Rodzaj σ [MS/m] ασ [1/K] µr [-] ρ [kg/m3] materiału układu płaskiego. Wówczas asymetria rozkładu gęstości miedź 8 900 56 0,004 0,99

Rodzaj λ [W/m-K] cp [J/kg-K] ε [-] ρ [kg/m3] materiału Przyjęto, że układ zasilany jest prądem przemiennym miedź 8 900 350 400 0,76

ści szyn wskutek wytworzenia równomiernego pola magnetycznego oddziaływania faz. W omawianym przypadku zasilania układu prostownika w celu zmniejszenia narażeń cieplnych przekonstruowano strefa MES układ szyn do postaci z rys. 3. Proponowany system szyn w obszarze oznaczonym jako „strefa MES” poddano weryfi30 Rys. 4. Model mostu szynowego kacji numerycznej metodą elementów skończonych.

170

160

prądu w szynach fazy środkowej jest wyższa niż w szynach trójfazowym o wartości skutecznej 20 kA. Założono powietrze 1,225 0 0 1,00 powietrze 1,225 0,024 faz sąsiednich, co wywołuje wyższy przyrost temperatury. temperaturę zewnętrzną początkową w1000 wysokości 22 °C. W związku z powyższym podjęto prace nad opracoPrzyjęto standardowe wartości materiałowe (tabela 2-3). waniem nowej konfiguracji mostu szynowego zasilającego oddziaływania zmienia się wraz zewarunków zmianą geometrii układu prostownik. Przyjęto, że poprawę cieplnych L1 L2 L3 i jest szczególnie w przypadku układu płaskiego. możnaszyn uzyskać prowadzącsilny szyny w układzie trójkątnym. rozkładu igęstości prądu w szynach Mimo Wówczas trudnościasymetria wykonawczych konstrukcyjnych rozwią-fazy jestkorzystne wyższa niżze w szynach co wyzanie środkowej przyjęto za względu faz nasąsiednich, spodziewany wołuje wyższy przyrost wzrostu obciążalności szyn temperatury. wskutek wytworzenia równomiernego pola magnetycznego oddziaływania faz. W związku z powyższym podjęto prace nad opracowaniem W nowej omawianym przypadku układu prostownika konfiguracji mostu zasilania szynowego zasilającego prostoww celunik. zmniejszenia narażeń warunków cieplnych przekonstruowano Przyjęto, że poprawę cieplnych można uzyukład skać szynprowadząc do postaciszyny z rys. 3. Proponowany system w układzie trójkątnym. Mimoszyn trudnow obszarze oznaczonym jako „strefarozwiązanie MES” poddano ści wykonawczych i konstrukcyjnych przyjęto za weryfikacji numerycznej metodą elementów wzrostu skończonych. korzystne ze względu na spodziewany obciążalno-

Rys. 4. Model mostu szynowego

Tabela 2. Dane materiałowe w analizie pola elektromagnetycznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], σ – konduktywność [MS/m], ασ – Założono, że szyny prądowe w układzie z rysunku 3 wykona- temperaturowy współczynnik rezystancji [1/K], µ – względna r no z miedzi, a system znajduje się w otoczeniu swobodnego przenikalność się mechanizmem przewodzenia, magnetyczna ośrodka [-] a w powietrzu mechani3 powietrza. Rozpatrzono dwa modele fizyczne analizowane- Rodzaj zmem przewodzenia i konwekcji. Uwzględniono udział promateriału ρ [kg/m ] σ [MS/m] ασ [1/K] µr [-] go przypadku: mieniowania cieplnego ciepła. miedź 8 900w przepływie 56 0,004 0,99 yy model A – analiza pola elektromagnetycznego i pola tem- powietrze 1,225 0 0 1,00

Model fizyczny

peratury oparta o mechanizm przewodzenia ciepła, Model numeryczny 3. Dane materiałowe w analiziedla pola termicznego, gdzie: ρ yy model B – analiza sprzężonych pól: elektromagnetyczne- Tabela Model numeryczny wykonano „strefy MES” (fragment 3 ], cp – ramką ciepło właściwe [J/kg-K], – współczynnik go i termicznego z uwzględnieniem dynamiki ruchu po- – gęstość mostu [kg/m oznaczona na rysunku 3). Plikiλ źródłowe opraprzewodnictwa cieplnego [W/m-K], ε – współczynnik emisyjności [-] wietrza otaczającego system szyn. cowano w laboratorium zaawansowanych technik symulaRodzaj materiału ρ [kg/m3] λ [W/m-K] cp [J/kg-K] ε [-] W analizie elektromagnetycznej uwzględniono wpływ zjawi- miedź cyjnych RTDS Instytutu 8 900Energetyki 350 Oddziału 400Gdańsk. 0,76Analinaskórkowości i zbliżenia namostu rozkład gęstości prądu zę polową przeprowadzono w geometrii 2D. Przyjęto rzeRys. 3.ska Fotografia przekonstruowanego szynowego AC w szypowietrze 1,225 0,024 1000 nach. Na potrzeby analizy termicznej przyjęto, że powietrze czywiste wymiary geometryczne toru prądowego: przekrój Modelspełnia fizyczny termodynamiczne równanie gazu doskonałego nie- Analiza szyn równy 160x10 mm, liczba faz równa 3, liczba szyn na wyników Założono, że szyny prądowe w układzie rysunku 3 ściśliwego. Założono, że transport ciepła wzszynach odbywa fazę równa 7. Fragment na rys. 4. Rozkład gęstości prądu w modelu szynachprzedstawiono w przypadku zasilania

wykonano z miedzi, a system znajduje się w otoczeniu swobodnego powietrza. Rozpatrzono dwa modele fizyczne analizowanego przypadku: • model A – analiza elektromagnetycznego i pola URZĄDZENIA DLApola ENERGETYKI 1/2021 temperatury oparta o mechanizm przewodzenia ciepła, • model B – analiza sprzężonych pól: elektromag-

prądem przemiennym jest silnie niejednorodny, a dla wymuszenia stałoprądowego jest symetryczny. Rozkład pola magnetycznego w układzie szyn zasilanych prądem stałym i prądem przemiennym przedstawiono na rysunkach, 43 odpowiednio: 5a i 5b. Rozkład strat Joule’a w moście szynowym w modelu A

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Tabela 4. Moc strat w przewodach mostu szynowego nr szyny nr szyny nr szyny ∆P [W/m] ∆P [W/m] ∆P [W/m] fazy L1 fazy L2 fazy L3 L1_1 108 L2_1 116 L3_1 109 L1_2

105

L2_2

118

L3_2

105

L1_3

105

L2_3

119

L3_3

105 105

L1_4

105

L2_4

119

L3_4

L1_5

105

L2_5

119

L3_5

105

L1_6

105

L2_6

118

L3_6

105

L1_7

108

L2_7

116

L3_7

109

Rys. 5. Rozkład indukcji magnetycznej w modelu A: a) układ zasilany prądem stałym, b) układ zasilany prądem przemiennym

Rys. 6. Model uproszczony mostu szynowego (model A): a) rozkład strat obciążeniowych [W/m], b) rozkład pola temperatury [°C]

Przyjęto, że układ zasilany jest prądem przemiennym trójfazowym o wartości skutecznej 20 kA. Założono temperaturę zewnętrzną początkową w wysokości 22 °C. Przyjęto standardowe wartości materiałowe (tabela 2-3).

w układzie wynosi 38,7 °C i występuje w szynach fazy drugiej. Najniższa temperatura wynosi 36,1 °C i obecna jest w fazie pierwszej. Przedstawiony rozkład pola temperatury otrzymano w analizie nieuwzględniającej ruchu powietrza i konwekcyjnej wymiany ciepła. Otrzymane wartości temperatury są w związku z tym zaniżone. Uwzględnienie wpływu ośrodka gazowego (powietrza), w którym znajduje się układ szyn, możliwe jest w ramach analizy CFD. Korzystając z oprogramowania polowego Ansys Fluent wykonano obliczenia związane z dynamiką ruchu gazu i konwekcyjną wymianą ciepła między szynami prądowymi, a sąsiadującym powietrzem. Rozkład temperatury otrzymany w analizie pól sprzężonych (model B) pokazano na rys. 7. Najwyższa temperatura w układzie modelowym wynosi 75,2 °C i występuje w szynach fazy drugiej. Najniższa temperatura wynosi 53,1 °C i obecna jest w szynach fazy pierwszej. Temperatura otoczenia to 22,0 °C. W tabeli 5 zestawiono wartości temperatury w szynach fazy L2.

Analiza wyników

Rozkład gęstości prądu w szynach w przypadku zasilania prądem przemiennym jest silnie niejednorodny, a dla wymuszenia stałoprądowego jest symetryczny. Rozkład pola magnetycznego w układzie szyn zasilanych prądem stałym i prądem przemiennym przedstawiono na rysunkach, odpowiednio: 5a i 5b. Rozkład strat Joule’a w moście szynowym w modelu A przedstawiono na rys. 6a. Moc strat jest w tym przypadku wyższa niż dla zasilania prądem stałym i wynosi 2300 W. W tabeli 4 podano wysokość strat w poszczególnych szynach mostu. Rozkład pola temperatury w analizie uproszczonej (model A) zilustrowano na rys. 6b. Najwyższa temperatura

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Tabela 5. Wartości temperatury w fazie L2 układu szyn nr szyny fazy L2 L2_1

T [°C] 56

L2_2

L2_3

L2_4

L2_5

L2_6

L2_7

Rys. 8. Fotografia rozkładu temperatury w moście szynowym w pomiarze kamerą termowizyjną Ti29

Rys. 9. Rozkład temperatury w moście szynowym w punktowym pomiarze temperatury urządzeniem HIOKI HiTester 3444

Rys. 7. Rozkład temperatury w układzie szyn wielkoprądowych w modelu pól sprzężonych (model B)

Badania eksperymentalne

Pomiar temperatury wykonano na powierzchni elementów systemu szynoprzewodów. W czasie pomiarów każdy z prostowników zespołu obciążony był prądem o wartości około 19 kA. W czasie pomiaru temperatura otoczenia wynosiła 28°C. Wyniki pomiarów termograficznych otrzymanych przy zastosowaniu kamery Ti29 zilustrowano na rysunku. 8. Na podstawie przedstawionego obrazu termograficznego można odczytać, że przybliżone wartości temperatury w kolejnych

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

szynach fazy L2 w obszarze przyjętym do obliczeń (fragment układu oznaczony na rys. 3 jako „strefa MES”) zawierają się w przedziale od około 58 °C do około 73 °C. Dla przedstawionej konfiguracji mostu szynowego wykonano punktowy pomiar temperatury urządzeniem HIOKI HiTester 3444. Zestawienie otrzymanych wyników zaprezentowano na rys. 9. Wyniki z rysunku 9 w obszarze „strefy MES” wskazują na zgodność z wartościami temperatury z rysunku 8. Uzasadnionym jest przyjęcie otrzymanych wartości za wystarczająco dokładne. Porównanie wyników badań eksperymentalnych z wynikami obliczeń modelowych w modelu B wskazuje na dużą zgodność w obszarze przyjętym do obliczeń.

Podsumowanie

W niniejszej pracy omówiono wyniki analizy narażeń cieplnych szyn wielkoprądowych układu prostowniczego dużej mocy. Metody analityczne obliczania rozkładu gęstości prądu, strat Joule’a i rozpływu ciepła w systemach szyn o złożonej geometrii nie znajdują praktycznego zastosowania w warunkach przemysłowych. Wyniki jakościowe o zadowalającej dokładności można otrzymać z wykorzystaniem technik symulacji komputerowej. Przedstawione w pracy wyniki otrzymano metodą elementów skończonych MES. Zaprezentowane modele opracowano przy zastosowaniu oprogramowania Ansys.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Jak pokazano, rozkłady analizowanych wielkości fizycznych w przyjętym do obliczeń układzie szyn są silnie niejednorodne. Najwyższe straty Joule’a występują w fazie drugiej L2 w szynach: L2_3, L2_4, L2_5 (rys. 6a, tabela 4). W modelu uproszczonym nieuwzględniającym opływu szyn ciepłym powietrzem (model A) przyrost temperatury w poszczególnych elementach układu (rys. 6b) wynika wprost z rozkładu strat obciążeniowych czynnych (rys. 6a). Wykazano, że wyniki otrzymane w modelu uproszczonym istotnie odbiegają od wyników badań eksperymentalnych (rys. 8-9). Wystarczającą dokładność obliczeń numerycznych można otrzymać w analizie pól sprzężonych CHT (ang. Conjugate Heat Transfer) uwzględniającej dynamikę ruchu powietrza CFD (ang. Computational Fluid Dynamics). Wyniki obliczeń symulacyjnych z rys. 7 w zadowalającym stopniu odpowiadają wynikom punktowego pomiaru temperatury urządzeniem HIOKI HiTester 3444 (rys. 9). Prace nad przedstawionym problemem technicznym mają wysoki potencjał rozwojowy. Autorzy pracy kontynuują prace obliczeniowe i doświadczalne w zakresie opracowania optymalnej konstrukcji systemu szynoprzewodów wielkoprądowych z uwagi na dystrybucję ciepła w układzie i zwiększenie realnej obciążalności prądowej mostu szynowego. „Obliczenia wykonano na komputerach Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej” (Calculations were carried out at the Centre of Informatics Tricity Academic Supercomputer & Network)

Autorzy: mgr inż. Henryk Koseda, Instytut Energetyki Oddział w Gdańsku, ul. M. Reja 27, 80-870 Gdańsk, e-mail: h.koseda@ien.gda.pl, dr inż. Mateusz Flis, Instytut Energetyki Oddział w Gdańsku, ul. M. Reja 27, 80-870 Gdańsk, email: m.flis@ien.gda.pl. n LITERATURA [1] Flis M., Energy efficiency analysis of railway turnout heating system with a melting snow model heated by classic and contactless heating method, Arch.E.Eng., 68 (2019), p. 511–20 [2] Wołoszyn M., Jakubiuk K., Flis M., Analysis of distribution of current density and temperature in busbars, Acta Energetica (2015), p. 72-72 [3] Cengel Y., Ghajar A., Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications, 5th Edition, McGraw-Hill Education, 2020 [4] Flis M., Contactless turnouts’ heating for energy consumption optimization, Arch. Electr. Eng., 69 (2020), p. 133–145 [5] Wołoszyn M.; Jakubiuk K.; Flis M., Analysis of resistive and inductive heating of railway turnouts, Przegląd Elektrotechniczny, 4 (2016), p. 52–55

INSTYTUT ENERGETYKI INSTYTUT BADAWCZY

ODDZIAŁ GDAŃSK ul. Mikołaja Reja 27, 80-870 Gdańsk; tel.: 58 34 98 200; fax: 58 34 17 685; e-mail: ien@ien.gda.pl; http://www.ien.gda.pl NIP: 5250008761; Regon: 000020586-00046; KRS: 0000088963; BDO: 000114140

Laboratorium: Laboratorium Badań Symulacyjnych w Instytucie Energetyki Oddział Gdańsk jest wyposażone w nowoczesny, jedyny tej klasy w Polsce, Cyfrowy Symulator Czasu Rzeczywistego RTDS (Real Time Digital Simulator), który pozwala na symulację złożonego systemu elektroenergetycznego w celu szybkiego, dokładnego i opłacalnego badania współpracujących z nim układów w technice Hardware-In-the-Loop.

Możliwości badawcze: Systemy zabezpieczeń, Automatyka stacyjna, WAMS i PMU, Układy regulacji, Mikrosieci, Układy Smart Grid i OZE.

Korzyści: Walidacja działania zabezpieczeń w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, Testy w układzie zamkniętym z protokołem IEC 61850, Symulacje działania PMU i testowanie koncentratorów PDC, Testy i parametryzacja układów regulacji z symulowanym otoczeniem sieciowym, Testy kontrolerów i zabezpieczeń dla mikrosieci i Lokalnych Obszarów Bilansowania, Poszerzanie kompetencji dla operatorów systemów dystrybucyjnych i przesyłowych oraz wytwarzania.

PN-EN ISO 9001:2015-10 Certyfikat nr J - 368/8/2018 w PCBC S.A.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Eksperci Schneider Electric: 7 sposobów pokazujących jak zarządzanie energią pomaga uniknąć nieplanowanych przestojów yy Przestoje z powodu awarii zasilania są niezwykle kosztowne: awaria na lotnisku Atlanta kosztowała jedną z linii lotniczych ponad 25 mln USD. yy Dane statystyczne wskazują, że jedna godzina przestoju w przemyśle może kosztować nawet 100 000 USD. yy W przypadku szpitali, straty wynoszą nawet 8 662 USD na minutę!

ilka lat temu, awaria zasilania na największym lotnisku świata – Hartsfield-Jackson Atlanta International – kosztowała Delta Air Lines utratę dochodów rzędu 25–50 mln USD z powodu konieczności odwołania około 1400 lotów. Ten przykład podkreśla ryzyko i koszty związane z nieplanowanymi przestojami. Co zrobić, by poprawić dostępność i niezawodność zasilania w różnorodnych obiektach. W jaki sposób technologia może pomóc w zarządzaniu energią? Jakie są związane z tym najlepsze praktyki? Przestoje zdarzają się nie tylko na lotniskach, ale dotykają również innych typów obiektów, generując gigantyczne straty. Interbit Data szacuje, że średni koszt przestoju w szpitalach wynosi 8 662 USD na minutę, podczas gdy ITIC podało, że 98% firm twierdzi, że jedna godzina przestoju kosztuje ponad 100 000 USD. Duże budynki i obiekty krytyczne są szczególnie zależne od niezawodnego zasilania, a problemy z nim

związane są coraz bardziej powszechne. Jest ku temu wiele powodów. Najczęstsze z nich to niepożądane poważne zjawiska pogodowe, starzejące się sieci przesyłowe i coraz więcej zdecentralizowanych źródeł energii dodawanych przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej. Wszystkie te czynniki mogą powodować problemy ze stabilnością i dostępnością energii elektrycznej, docierającej do fabryk, szpitali, hoteli itd. Dodatkowo, sieci elektryczne wewnątrz poszczególnych obiektów stają się coraz bardziej złożone. Coraz większa ilość energoelektroniki – takiej jak, np. sterowniki PLC – może generować „zanieczyszczenia” w systemie zasilania, które wpływa na niezawodność sprzętu. Jeśli do tego dołożyć wyzwania stawiane przez ogólnoświatowe czynniki, takie jak pandemia, oczywiste staje się, że infrastruktura energetyczna musi być bardziej odporna na zakłócenia niż kiedykolwiek wcześniej. Kluczem do sukcesu jest digitalizacja syste-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

mu dystrybucji energii elektrycznej. Cyfrowy system pomoże uzyskać lepszą widoczność, wgląd w dane analityczne i wsparcie decyzji. W ten sposób rozwiązania cyfrowe pomagają odnaleźć problemy związane z jakością energii, które mogą mieć wpływ na operacje i żywotność krytycznych zasobów. Oto 7 sposobów pokazujących jak zarządzanie energią pomaga w utrzymaniu niezawodnej pracy dowolnego obiektu:

1. Monitorowanie sieci dystrybucji energii elektrycznej i alarmowanie

System zarządzania energią zapewnia pracownikom odpowiedzialnym za obsługę i konserwację wgląd w stan całego systemu elektrycznego. Pomaga w monitorowaniu i prowadzeniu raportów o stanach takich jak szczytowe zapotrzebowanie i obciążenie urządzeń. Może informować o funkcjonowaniu wyłączników, UPS-ów, trans-

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE formatorów, generatorów itp. Zespół odpowiedzialny za utrzymanie obiektu będzie otrzymywać alarmy w przypadku wystąpienia wszelkich nietypowych warunków lub zdarzeń, co pozwoli im zobaczyć, przeanalizować i zrozumieć, skąd pochodzą awarie pojawiające się w sieci dystrybucji energii elektrycznej. System zarządzania zasilaniem zapewnia pracownikom obsługi i konserwacji wgląd w stan całego systemu elektrycznego, pomagając w monitorowaniu i prowadzeniu raportów o stanach takich jak szczytowe zapotrzebowanie i obciążenie urządzeń, takich jak wyłączniki, UPS-y, transformatory, generatory itp. Twój zespół będzie otrzymywał alarmy o wszelkich nietypowych stanach lub zdarzeniach, co pozwoli Ci zobaczyć, przeanalizować i zrozumieć, skąd pochodzą awarie sieci elektrycznej.

2. Monitorowanie ustawień bezpiecznika

Zarządzający obiektem muszą mieć pewność, że elektryczne urządzenia zabezpieczające są w stanie spełnić swoją funkcję, współdziałając z systemami ochrony, których zadaniem jest zminimalizowanie skutków awarii. System zarządzania energią pomaga regularnie sprawdzać konfigurację wyłączników, aby zapobiec problemom wynikającym z jego niewłaściwych ustawień. 3. Zarządzanie pojemnością sieci. Narzędzia do zarządzania energią pomogą zrozumieć potrzeby w zakresie przepustowości infrastruktury dystrybucji energii elektrycznej, w tym zaplanować jej rozbudowę lub modyfikacje zasilania obiektu. Zarządzający muszą mieć pewność, że wszelkie wprowadzane modernizacje na terenie obiektu nie będą przekraczać mocy przyłączeniowej budynku czy zakładu. Pomoże to złagodzić potencjalne zagrożenia dla infrastruktury elektrycznej, takie jak uciążliwe wyzwalanie wyłączników zabezpieczających czy przegrzewanie, które może spowodować pożar.

4. Testowanie zasilania rezerwowego

Ciągłość działalności zakładów zależy od krytycznych zasobów, takich jak silniki, transformatory i rezerwowe systemy zasilania. Jednak według czołowych ekspertów branży takich jak Arshad Mansoor, starszy wiceprezes Electric Power Research Institute, „generatory zapasowe nie będą działać w 2030% przypadków”. Zarządzający muszą zapewnić niezawodność i dostępność systemów zasilania rezerwowego na wypadek nieoczekiwanych przerw

w zasilaniu. Może w tym pomóc system zarządzania energią, wykorzystujący dokładne dane płynące z systemu dystrybucji energii. Zautomatyzowane procedury umożliwiają rutynowe testowanie generatorów, pomagają zaoszczędzić czas, poprawiając tym samym wydajność i zapewniając precyzję całego procesu testowania i jego dokumentowanie zgodnie z normami lub zaleceniami producenta. „O dostępności zasilania, poza sprzętem, decydują również procedury operacyjne, które mogą być wspomagane odpowiednim oprogramowaniem. Przykładowo, w ośrodkach Data Center oprogramowanie służące do zarządzania infrastrukturą (DCIM – Data Center Infrastructure Management) umożliwia zdefiniowanie i harmonogramowanie na kilka lat w przód wszystkich wymaganych dokumentacją techniczno-ruchową i procedurami Inwestora przeglądów i testów.” – dodaje Sebastian Zasina, Data Center Solution Architect w Schneider Electric Polska.

5. Monitorowanie i poprawa jakości zasilania

Problemy z jakością zasilania mogą pozostać niezauważone i mieć istotny wpływ na operacje i procesy, prowadząc do uszkodzenia sprzętu, skrócenia okresu jego eksploatacji lub nieplanowanego przestoju. Te ukryte problemy są bardziej powszechne niż można by się spodziewać – szacuje się, że 15% zakładów funkcjonuje korzystając z energii elektrycznej o problematycznej jakości. 70% zakłóceń jakości energii elektrycznej pochodzi z samych obiektów, do których jest dostarczana i powoduje 30-40% wynikających z nich zdarzeń związanych z przestojami. System zarządzania energią elektryczną posiada narzędzia analityczne, które pomagają zrozumieć, jakie problemy związane z jakością zasilania mogą mieć negatywny wpływ na pracę budynku, linii produkcyjnej czy zakładu. Dzięki monitorowaniu i analizowaniu utrzymujących się zakłóceń można zdefiniować konieczne do ich usunięcia działania. Może to obejmować instalację urządzeń do korekcji jakości zasilania, takich jak np. filtry harmoniczne. Sebastian Zasina podkreśla, że „W Schneider Electric wypracowaliśmy metodologię związaną z optymalizacją jakości zasilania, na którą się składają 3 etapy: Measure > Understand > Act. W skrócie, gdy kluczowe miejsca instalacji są opomiarowane (mówimy tu zarówno o licznikach, jak i np. wykonaniu

audytu), na podstawie analizy zebranych danych, możemy zdefiniować odpowiednie środki dla właściwego i optymalnego rozwiązania eliminującego problemy związane z jakością energii.”

6. Sterowanie zasilaniem i automatyzacja

Systemy zarządzania energią i mocą oferują możliwość ręcznego i automatycznego zdalnego sterowania obciążeniami. Może to uprościć selektywne wyłączanie obciążenia na potrzeby regulowania popytu lub strategii reagowania na aktualne zapotrzebowanie na energię elektryczną. Schematy automatycznego sterowania mogą być również używane do przenoszenia źródła zasilania. Mogą wspierać rekonfigurację samonaprawiającej się sieci w celu szybkiego odizolowania usterki i przywrócenia zasilania.

7. Analiza zdarzeń zasilania

Gdy w sieci elektrycznej wystąpi potencjalnie szkodliwe zdarzenie związane z zasilaniem, należy szybko je odizolować. Systemy zarządzania energią zapewniają zaawansowane narzędzia, które obejmują poetyzację alarmów, analizę sekwencji zdarzeń i wykrywanie kierunku zakłóceń, które pomagają w skutecznym wskazywaniu przyczyn źródłowych. Uzbrojony w te informacje zespół może natychmiastowo podejmować właściwe decyzje, korzystając ze wskazówek prezentowanych na urządzeniach mobilnych, szybko przywrócić zasilanie i wykonywać działania zapobiegawcze w celu uniknięcia podobnych zdarzeń w przyszłości. Szczególnie teraz, w wymagającym czasie pandemii, zarządzający infrastrukturą elektryczną w różnorakich obiektach muszą skupić się na dostępności zasilania i jego niezawodności. W przeciwnym razie ryzykują wystąpieniem nieplanowanych przestojów, wysoce nieefektywnych operacji elektrycznych i częstszych awarii sprzętu. Wszystko to prowadzi do podniesienia kosztów operacyjnych i, w niektórych przypadkach, poważnych strat finansowych. Zdigitalizowana sieć dystrybucji i narzędzia do zarządzania energią oferowane przez Schneider Electric pomagają analizować i optymalizować stan dystrybucji energii. Firmom, które nie dysponują zasobami lub wiedzą ekspercką pozwalającą na pełne wykorzystanie tych narzędzi, Schneider Electric oferuje również swoje usługi doradcze. Schneider Electric n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Sterowanie falownikami mikroinstalacji PV zgodnie ze specyfikacją SunSpec Masowe instalowanie źródeł odnawialnych w sieci niskiego napięcia powoduje powstawanie zjawisk, które mogą prowadzić do zakłóceń jakości dostaw energii elektrycznej do odbiorców.

o najczęściej występujących problemów związanych ze znacznym udziałem źrodeł fotowoltaicznych w sieci nn należą m.in: yy przekroczenia dopuszczalnych poziomów napięć fazowych podczas generowania mocy czynnej, yy wyłączanie, a następnie włączanie się falowników w mikroinstalacjach PV w sposób spontaniczny i niekontrolowany, co powoduje okresowe wzrosty i spadki napięcia, yy niesymetria napięć i znaczna wartość prądu w przewodzie neutralnym. Środkami zaradczymi może być m.in. zwiększenie przekroju przewodów poprzez ich wymianę, zastosowanie transformatora SN/nn z podobciążeniowym przełącznikiem zaczepów (OLTC) i automatyką jego działania na podstawie pomiarów w głębi sieci lub też aktywne oddziaływanie na falowniki w mikroinstalacjach. Ten ostatni sposób wymaga zapewnienia skutecznych możliwości realizacji zarówno od strony prawnej, jak i technicznej. W niniejszym artykule przedstawiono uwarunkowania prawne i techniczne zmierzające do zapewnienia skutecznego zarządzania mikroinstalacjami PV, a tym samym minimalizacji ich niekorzystnego wpływu na jakość dostaw energii elektrycznej. W zakresie rozwiązań technicznych opisano komunikację z tymi źrodłami w sposob zgodny ze specyfikacją SunSpec.

Stan prawny wymagań dla mikroinstalacji PV Mikroinstalacje PV obecnie przyłączane do sieci powinny być zgodne z kodeksem sieciowym NC RfG (Network Codes – Request for Generators) ustanowionym rozporządzeniem UE

2016/631 z dnia 14.04.2016 roku, określającym wymogi w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci. Od 27 kwietnia 2019 roku państwa członkowskie UE wymagają spełnienia tych wymogow (w rożnych formach), chociaż część z nich nadal pracuje nad określeniem własnych, bardziej szczegółowych wymagań. Będą one oparte na normach europejskich EN 50549-1 oraz EN 505492, które w Polsce zostały wprowadzone jako: yy PN-EN 50549-1:2019-02 – w dniu 22 lutego 2019 roku w odniesieniu do sieci dystrybucyjnej nn, yy PN-EN 50549-2:2019-04 – w dniu 12 kwietnia 2019 roku w odniesieniu do sieci dystrybucyjnej SN. Pierwsza z w/w norm zastępuje dotychczas stosowaną normę PN-EN 50438:2014. Porownanie norm PN-EN 50549-1 i PN-EN 50549-2 z wymogami NC RfG dostępne jest na stronach PTPiREE. W naszym kraju do 27 kwietnia 2021 roku dopuszczalne jest zadeklarowanie zgodności z NC RfG, natomiast po tej dacie wymagana będzie zgodność z NC RfG potwierdzona certyfikatem wydanym przez autoryzowaną jednostkę certyfikującą. Krajowi operatorzy sieci dystrybucyjnej opublikowali w 2020 roku swoje wymagania dotyczące modułów wytwarzania energii typu A (tj. o mocy od 0,8 kW do 200 kW) pt. ,,Zbiór wymagań dla modułów wytwarzania energii typu A, w tym mikroinstalacji’’. W zakresie zarządzania tymi modułami (jednostkami wytwórczymi) konieczna jest możliwość: yy zaprzestania generacji mocy czynnej w ciągu pięciu sekund od przyjęcia polecenia w porcie wejściowym, yy przyjęcia od OSD polecenia ograniczenia generacji mocy czynnej do sieci elektroenergetycznej oraz po-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

lecenia zaprzestania generacji mocy czynnej do sieci elektroenergetycznej – w odniesieniu do mikroinstalacji o mocy większej niż 10 kW. Spełnienie tych wymagań obwarowane jest dostarczeniem przez OSD urządzenia sterującego oraz wyposażeniem instalacji PV – a dokładnie falownika – w port wejściowy RS485 umożliwiający sterowanie zgodnie z protokołem SunSpec.

Interfejs komunikacyjny w falownikach PV Aktywne zarządzanie generacją PV od strony technicznej sprowadza się do monitorowania i sterowania pracą falowników, co pozwala m.in. na: yy maksymalizację generowanej mocy czynnej w segmencie sieci przy zachowaniu dopuszczalnego poziomu napięć w sieci nn, yy zwiększenie możliwości przyłączania mikroźródeł PV bez kosztownych inwestycji w rozbudowę sieci – głównie zwiększenie przekrojów przewodów, yy minimalizację konieczności okresowego wyłączania instalacji PV wskutek skoków napięcia w sieci nn ponad dopuszczalny poziom, yy zmniejszenie strat przesyłowych w sieci dystrybucyjnej SN dzięki maksymalizacji lokalnej generacji energii, yy pozyskiwanie wielu istotnych dla zarządzania siecią informacji, takich jak wartości napięć fazowych czy też natężenia promieniowania słonecznego, wykorzystywanego w obliczeniach związanych z dynamiczną obciążalnością linii napowietrznych, yy rozbudowę instalacji PV o lokalne magazyny energii zmniejszające zużycie energii w szczycie.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Celowe jest wykorzystanie specjalizowanego protokołu umożliwiającego realizację wymienionych funkcji, niezależnie od producenta danego falownika, o ile będzie on zgodny z tym protokołem. W odniesieniu do falowników PV taki protokół to SunSpec, opracowany i rozwijany przez organizację SunSpec Alliance. Monitorowanie i sterowanie pracą falowników jest realizowane poprzez interfejs komunikacyjny, w który wyposażony został falownik. Obecnie producenci stosują różne rozwiązania tych interfejsów, zarówno pod względem fizycznym, jak i logicznym. Różnorodność interfejsów pod względem fizycznym dotyczy takich cech jak: yy Typ portu komunikacyjnego. Do najczęściej spotykanych należą RS485, Ethernet, WiFi, USB. yy Zasilanie urządzenia komunikacyjnego dołączanego do portu komunikacyjnego. Spotykane rozwiązania (lub ich brak) to np. okrągła wtyczka czteropinowa (RS485 A, RS485 B, 0V, +5V), gniazdo RJ45 z naprzemiennieułożonymi pinami RS485 A i RS485 B, złącze DB9 zgodne z RS232 z pinem zasilającym (pin 9, +5V). Występują także producenckie, niestandardowe złącza. Różnorodność interfejsów pod względem logicznym dotyczy takich cech jak: yy Typ dostępnego na danym interfejsie protokołu komunikacyjnego Modbus, tzn. TCP w przypadku złącz Ethernet, RTU dla złącz szeregowych – najczęściej z prędkościami 9600 lub 115200. yy Sposób dostępu do rejestrów Modbus, tj. wykorzystanie funkcji tego

protokołu, takich jak typowo stosowane 0x3 (Read Holding Registers), 0x4 (Read Input Registers), 0x5 (Write Single Coil), 0x6 (Write Single Holding Register). Model danych falownika dostępny poprzez protokół Modbus może być zgodny ze specyfikacją SunSpec poprzez unormowane bloki danych, jednakże równie często spotykane są modele danych arbitralnie opracowane przez danego producenta – takie falowniki są wówczas niezgodne z protokołem SunSpec. Dla zapewnienia komunikacji systemu centralnego z danym falownikiem konieczne jest zastosowanie zewnętrznego urządzenia komunikacyjnego zgodnego od strony fizycznej i logicznej z interfejsem falownika. Urządzenie to wymaga zasilania – albo z sieci 230 V, albo bezpośrednio z falownika (o ile jest dostępne) oraz modułu komunikacyjnego umożliwiającego łączność z systemem centralnym, monitorującym i zarządzającym pracą danej instalacji fotowoltaicznej. Najczęściej stosowane jest urządzenie komunikacyjne wykorzystujące połączenie WiFi z lokalnym punktem dostępowym, z wyjściem do Internetu; spotykane są także rozwiązania wykorzystujące sieć komórkową lub komunikację PLC. Interesujące i technicznie uzasadnione jest aktywne zarządzanie generacją PV z wykorzystaniem techniki PLC. Urządzenie komunikacyjne jest widziane przez koncentrator danych systemu AMI jako kolejny węzeł PLC, z którym możliwa jest komunikacja – czyli odczyt i zapis określonych obiektów COSEM (urządzenia zgodne z PRIME, G3-PLC)

lub tabel ANSI C12 (urządzenia zgodne z OSGP). Istotną zaletą wykorzystania PLC do łączności z falownikami jest całkowity brak kosztów bieżących związanych z transmisją danych, ponieważ jest ona realizowana bezpośrednio za pośrednictwem linii energetycznej.

Specyfikacja SunSpec Specyfikacja SunSpec definiuje protokół komunikacji wysokiego poziomu, który realizuje określone funkcje sterowania falownikami, a także magazynami energii. Wybrane komendy specyfikacji SunSpec dotyczące sterowania falownikami oraz magazynami energii przedstawiono na rysunku 1. Do najczęściej implementowanych w falownikach komendach SunSpec należą: yy INV1 – całkowite wyłączenie/włączenie generacji mocy czynnej, yy INV2 – zmiana poziomu generowanej mocy czynnej, yy INV3 – sterowanie generacją mocybiernej. Aby dane funkcje mogły być wykonane, konieczne jest odwzorowanie tego protokołu na protokół niższego poziomu, specyficzny dla danego falownika. Najczęściej jest nim przemysłowy protokół komunikacyjny Modbus. Specyfikacja Modbus nie określa, które dane znajdują się pod konkretnymi rejestrami. Obszary danych muszą być zdefiniowane dla konkretnego urządzenia w profilach Modbus. Dzięki znajomości takiego profilu Modbus, specyficznego dla danego urządzenia, klient Modbus TECHNIKA I TECHNOLOGIE

Rysunek 1. Wybrane komendy specyfikacji SunSpec dotyczące sterowania falownikami i magazynami energii Rysunek 1. Wybrane komendy specyfikacji SunSpec dotyczące sterowania falownikami i magazynami energii

Spełnienie tych wymagań obwarowane jest dostarczeniem przez OSD urządzenia sterującego oraz wyposażeniem instalacji PV – a dokładnie falownika – w port wejściowy RS485

jak wartości napięć fazowych czy też natężenia promieniowania słonecznego, wykorzystywanego w obliczeniach związanych z dynamiczną obciążalnością linii napowietrznych,

(lub ich brak) to np. okrągła wtyczka czteropinowa (RS485 A, RS485 B, 0V, +5V), gniazdoDLA RJ45 zENERGETYKI naprzemiennie URZĄDZENIA ułożonymi pinami RS485 A i RS485 B, złącze DB9 zgodne z RS232 z pinem

1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Tabela 1. Przykład odwzorowania danych wymaganych specyfikacją SunSpec na rejestry Modbus Adres Rozmiar 40001

Nazwa

Typ

C_SunSpec_ID

uint32

Wartość = ”SunS” (0x53756e53) – SunSpec ID – początek bloku danych SunSpec

Opis

40003

C_SunSpec_DID

uint16

Wartość = 1 – Model ID – identyfikator bloku danych ‘Common Model’

40004

C_SunSpec_Length

uint16

Wartość = 65 - długość bloku danych

40005

C_Manufacturer

String (32) Łańcuch znaków - nazwa producenta falownika

40021

C_Model

String (32) Łańcuch znaków – model falownika

40045

C_Version

String (16) Łańcuch znaków – wersja falownika

40053

C_Serial Number

40069

C_DeviceAddress

String (32) Łańcuch znaków – numer seryjny uint16

(ang. Modbus slave) – czyli np. system sterujący – może uzyskać dostęp do danych udostępnianych przez dany falownik pełniący rolę serwera (ang. Modbus master). Organizacja modelu danych falownika, czyli rejestrów zawierających określone dane, jest w gestii producenta. Rysunek 2 przedstawia odwzorowanie niewielkiego fragmentu danych wymaganych specyfikacją SunSpec na rejestry Modbus przykładowego falownika – zgodnie z dokumentacją opublikowaną przez producenta. SunSpec Alliance publikuje – oprócz samej specyfikacji protokołu SunSpec – zestaw przypadków testowych umożliwiających sprawdzenie zgodności danego falownika ze standardem w zadanym zakresie. Procedurę testową badającą zgodność danego falownika ze specyfikacją SunSpec można przeprowadzić za pomocą oprogramowania SunSpec Validation Platform lub innych wyspecjalizowanych narzędzi. Na rynku dostępnych jest kilkadziesiąt modeli falowników PV z certyfikatem zgodności ze specyfikacją SunSpec. Zgodność ze specyfikacją SunSpec jest deklarowana przez producenta w dokumencie PICS (Protocol Implementation Conformance Statement). PICS określa szczegóły konkretnej implementacji i służy do weryfikacji zgodności ze specyfikacją SunSpec poprzez odpowiednie przeprowadzenie procedury testowej.

Cyberbezpieczeństwo falowników Oferowane obecnie przez producentów falowników rozwiązania umożliwiające monitorowanie instalacji wykorzystują typowo urządzenia komunikacyjne dołączane do falowników i instalowane w sieci lokalnej klientów. Komunikują się one z serwerami producentów falowników, przesyłając dane dotyczące funkcjonowania falownika oraz jednocześnie dane do-

Adres (identyfikator) Modbus

tyczące sieci elektroenergetycznej. Typowo urządzenia dołączane do falowników nie mają żadnych certyfikatów bezpieczeństwa i nie zostały poddane audytowi bezpieczeństwa – a mimo to instalowane są bezpośrednio w sieciach lokalnych klientów, będąc de facto zupełnie obcym urządzeniem zainstalowanym za firewallem chroniącym taką sieć, tj. wewnątrz sieci domowej lub firmowej. Podłączając producenckie urządzenie do monitorowania pracy falownika ujawniamy następujące informacje: yy SSID oraz hasło do WiFi – w przypadku wykorzystania urządzenia monitorującego z interfejsem WiFi, yy adresacja IP sieci wewnętrznej, adres routera/firewalla, yy dane o sieci elektroenergetycznej – napięcia fazowe w sieci, aktualną częstotliwość sieci, yy informację o niezawodności sieci nn poprzez monitorowanie wyłączenia/włączenia zasilania AC – możliwe oszacowanie SAIDI i SAIFI, yy dane pogodowe – profile natężenia promieniowanie słonecznego w miejscu instalacji poprzez przeliczenie prądów w łańcuchach (stringach) DC proporcjonalnych do natężenia tego promieniowania, yy współrzędnie miejsca instalacji GPS (o ile użytkownik je podał lub nastąpiło ,,podanie domyślne’’) – można je także zgrubnie pozyskać za pomocą adresacji IP i serwisu typu IP2Geo. Zagrożenie bezpieczeństwa informatycznego należy wiązać z faktem, że urządzenie monitorujące może aktywnie nawiązać połączenie szyfrowane VPN na zaprogramowany adres – nawet zza firewalla prosumenta, stając się w pełni sterowalnym urządzeniem, które np. umożliwia: yy skanowanie sieci wewnętrznej, yy przełamy wanie zabezpieczeń urządzeń w sieci LAN, takich jak

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

przełączniki sieciowe i drukarki – typowo wykorzystujące hasła domyślne, yy przełamywanie zabezpieczeń lokalnych komputerów, w tym serwerów – np. ekstrakcja plików z folderów sieciowych i wysłanie na zadany adres, yy realizację ataków DDoS na cele wewnętrzne lub zewnętrzne poprzez funkcjonalne zagregowanie wielu urządzeń monitorujących, yy inne ataki w zależności od celu i poziomu wiedzy hakerów. Praktycznie wszystkie falowniki realizują komendę włącz/wyłącz (connect/ disconnect), czyli SunSpec INV1 (lub ekwiwalent funkcjonalny) poprzez interfejs RS485 (ewentualnie Ethernet/WiFi/USB). Do tego samego interfejsu jest podłączane urządzenie monitorujące, a zatem może ono być wykorzystane do ataku mającego na celu wyłączenie falownika lub zmianę jego nastaw. Zmasowane, skoordynowane wyłączenie falowników stanowi istotne zagrożenie dla stabilności sieci elektroenergetycznej. Stan zagrożenia blackoutem dla systemu elektroenergetycznego zaczyna się przy spadku częstotliwości poniżej 49,80 Hz. Spadek taki może być spowodowany przez nagły ubytek mocy w systemie o około 2500 MW. Szacowana łączna moc krajowych instalacji fotowoltaicznych na koniec 2020 roku wyniosła blisko 3500 MW – wzrost o 150 proc. w stosunku do końca 2019. W szczytowym momencie, 12 sierpnia 2020 roku, generacja PV wynosiła 1609 MW, osiągając około 71 proc. zainstalowanej wówczas łącznej mocy PV. Uwzględniając fakt, że mikroinstalacje stanowią obecnie 70 proc. całkowitej mocy PV, skoordynowane zaburzenie ich pracy – a zwłaszcza jednoczesne wyłączenie – może istotnie naruszyć stabilność Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, zwłaszcza w obliczu dalszego dynamicznego rozwoju energetyki słonecznej.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Wnioski Zwiększenie liczby generacji PV na sieci niskiego napięcia wymagać będzie wdrożenia adekwatnych rozwiązań umożliwiających działanie prosumenckich instalacji PV bez nadmiernych perturbacji – zwłaszcza czasowego odłączenia od sieci wskutek ponadnormatywnego wzrostu napięcia. W celu ograniczenia występowania takich zjawisk, w odniesieniu do falowników PV stosowane są rozwiązania o różnym poziomie zaawansowania:

yy Działające autonomicznie – przede wszystkim odpowiednie charakterystyki napięciowo-mocowe lub częstotliwościowo-mocowe, zgodnie z którymi działają falowniki. yy Autonomiczne, ale z możliwością okresowych zdalnych lub lokalnych zmian charakterystyk i nastaw falowników – np. poprzez aktualizację oprogramowania systemowego danego falownika lub zmianę ustawień z poziomu lokalnego interfejsu użytkownika.

yy Centralnie koordynowane umożliwiające monitorowanie i sterowanie pracą falowników, na trzy podstawowe sposoby przewidziane w specyfikacji SunSpec, tzn. chwilowe całkowite wstrzymanie generacji mocy czynnej (komenda INV1), ograniczenie jej poziomu (INV2), rozpoczęcie generowania mocy biernej (INV3). ALEKSANDER BABŚ Advant Sp. z o.o. n

Źródła

1. https://www.operator.enea.pl/grupaenea/o_grupie/materialy-enea-operator/zbior-wytycznych.pdf 2. https://www.mschoeffler.de/2019/11/02/sunspec-tutorial-part-i-modbus/ 3. SunSpec specifications http://www.sunspec.org 4. Johnson J., Ablinger R., Bruendlinger R., Fox B., Flicker J. (2017) Interconnection Standard Grid-Support Function Evaluations using an Automated Hardware-in-the-Loop Testbed, IEEE PVSC, Washington. 5. Brundlinger R., Ablinger R., Miletic Z. (2016) AIT Smart Grid Converter (SGC) controller featuring SunSpec protocol support utilizing Hardware-in-the-Loop (HIL) technology, SunSpec Meeting. 6. Design of a Prototype for Inverter Monitoring with SunSpec Modbus Protocol, Ulysse Boudier, Master of Science Thesis, KTH School of Industrial Engineering and Management, 2018. 7. Johnson J., Brundlinger R., Urrego C., Alonso R. (2014) Collaborative development of automated advanced interoperability certification test protocols for PV smart grid integration. EU PVSEC, Amsterdam, Netherlands. 8. Porównanie norm PN-EN 50549-1 i PN-EN 50549-2 z wymogami NC RfG, Warszawa, wrzesień 2019. 9. SunSpec Modbus Interface, SunSpec Alliance. 10. SunSpec Technology Overview, SunSpec Alliance Interoperability Specification. 11. SunSpec Information Model Specification, SunSpec Alliance Interoperability Specification. 12. SunSpec Inverter Models, SunSpec Alliance Interoperability Specification.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Architektury i wymagania dla budowy nowoczesnych oraz deterministycznych sieci komunikacyjnych z protokołami IEC 61850 Streszczenie Dynamiczna zmiana w obszarze generacji energii elektrycznej wynikająca z dodania do scentralizowanej generacji opartej na źródłach kopalnych, energii z rozproszonych źródeł odnawialnych, powoduje znaczne zwiększenie dynamiki niekorzystnych zjawisk w sieci elektroenergetycznej. W celu utrzymania stabilności i niezawodności systemu oraz wymaganej jakości dostarczanej energii elektrycznej, konieczna staje się niezwłoczna modernizacja elementów monitorujących i zabezpieczających stan pracy sieci na takie, które będą zdolne odwzorować, monitorować i przekazywać informacje o zmianach z odpowiednią dynamiką. Wykorzystanie wymaganych do realizacji tego celu, technologii zdefiniowanych w zbiorze norm IEC 61850 takich jak SV (Sampled Values), GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events), czy też rozwiązań PMU (Phasor Measurement Unit) obliguje do zmiany technologicznych sieci transmisji danych z dotychczas używanych na zsynchronizowane, deterministyczne i szybkie sieci Ethernet.

1. Wstęp Proces zmian w obrębie generacji energii elektrycznej, polegający na znacznym zwiększeniu udziału w wytwarzanej energii odnawialnych źródeł rozproszonych geograficznie, zmienia zakres i rodzaj problemów, z którymi muszą się mierzyć zespoły zaangażowane w projektowanie, nadzór i utrzymanie sytemu elektroenergetycznego. Zasięg tych zmian nie będzie dotyczył tylko spółek dystrybucyjnych ale również podmiotów odpowiedzialnych za przesyłanie energii. Utrzymanie sieci

elektroenergetycznej na wymaganym i coraz wyższym poziomie niezawodności oraz dostarczanie energii elektrycznej o gwarantowanych odbiorcy parametrach wymagać będzie niezwłocznej transformacji stosowanych rozwiązań. Poprzez transformacje, możemy rozumieć tu zmiany zarówno rozwiązań w obrębie automatyki stacyjnej, metod i protokołów, ale również ewolucję w służbach odpowiadających za łączność, zarówno na poziomie technologicznym jak również na poziomie sieci IT. Wymagane technologie są już są już gotowe do wdrożenia, a ich funkcjonalność oparta została na mechanizmach zdefiniowanych w zbiorze norm IEC 61850 oraz standardach z nią powiązanych. Należy jednak stwierdzić, że z doświadczeń krajów opartych na energetyce odnawialnej, wprowadzenie tych zmian wymaga pogłębionej świadomości, wiedzy oraz korelacji działań w całej strukturze. Skupiając się na infrastrukturze komunikacyjnej, dział IT musi patrzeć szerzej i rozumieć wymagania płynące z zastosowanych technologii, które nie pozwalają patrzeć na zastosowane rozwiązania teleinformatyczne w sposób szablonowy. Osoby odpowiedzialne za infrastrukturę technologiczną sieci komunikacyjnej, prócz wymagań stawianych przez zastosowane technologie powinny rozumieć aspekty bezpieczeństwa. Służby odpowiedzialne za automatykę stacyjną powinny umieć zdefiniować wymagania dla sieci technologicznej pod kątem jej determinizmu i przepustowości tak aby była możliwa realizacja obecnych i przyszłych aplikacji. W publikacji zostaną przybliżone technologie wpływające na determinizm sieci transmisji danych oraz podane przykłady rozwiązań komunikacji i synchronizacji pozwalających na spełnienie wymagań normy IEC 61850.

2. Technologie determinujące wymagania dla sieci transmisji danych na stacji i pomiędzy stacjami elektroenergetycznymi Spośród technologii zdefiniowanych dla cyfrowych stacji elektroenergetycznych, zmieniających w sposób istotny możliwości oceny zdarzeń ich predykcji oraz zapobiegania, można wymienić dwie najbardziej istotne tj. SV (Sampled Values) specyfikowaną przez IEC 61850-9-2 i jej najczęściej implementowaną wersję IEC 61850-9-2LE oraz technologię synchrofazorową tj. PMU (Phasor Measurement Unit) specyfikowaną przez normy IEEE C37.118 oraz IEC 61850-90-5. Cechą charakterystyczną obu jest próbkowanie wartości napięć i prądów oraz fazy sygnałów i podawanie tych próbek w odniesieniu do precyzyjnego czasu uniwersalnego do jakiego muszą być zsynchronizowane urządzenia realizujące próbkowanie. W przypadku SV urządzeniem realizującym próbkowanie i generację wartości w formie pakietowej jest MU (Merging Unit) określana jako „SV publisher”. Jak wspomniano jednostka MU musi być synchronizowana z precyzyjnym czasem uniwersalnym ze względu na to, że początek wysyłania próbek jest wyznaczany przez start impulsu sekundowego i każda próbka musi wyjść z urządzenia publikującego w enumerowanej sekwencji z interwałem wynikającym z ustawionej liczby próbek na sekundę. Ponadto, zostaje opatrzona znacznikiem czasu precyzyjnego „timestamp”. Dokładność czasu dostarczonego do urządzeń obsługujących SV nie powinna być gorsza niż +/-1us. We wczesnych rozwiązaniach wbudowywano serwer czasu synchronizowany z GNSS (Global Navigation Satellite Systems) bezpośrednio do urządze-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE nia. Takie rozwiązanie ma jednak wiele wad i obecne rozwiązania posiadają możliwość synchronizowania z sieci Ethernet poprzez porty światłowodowe z wykorzystaniem protokołu IEEE1588 PTP (Precision Time Protocol) w wersji przeznaczonej dla zastosowań w energetyce tj. Power Profile specyfikowany przez IEC 61850-9-3 lub IEEE C37.238. Jest to o tyle istotne, że różni się on zasadniczo trybem pracy od najczęściej spotykanego profilu telekomunikacyjnego nagłówkami oraz częstotliwością komunikatów informacyjnych i synchronizujących. Synchronizacja ta musi być również dostarczona do urządzenia wykonawczego „SV subscriber” np. wyłącznika. W takim przypadku, urządzenie wie kiedy może oczekiwać próbek i jeśli nawet one zostaną przesunięte poprzez urządzenia sieciowe urządzenie może je wyrównywać. Nie mniej jednak przesunięcie nie może wynieść więcej niż 3ms dla danej próbki. Istotną cechą rozwiązania SV jest to, że wysyłanie próbek odbywa się w warstwie drugiej bez możliwości repetycji. Każda utrata pakietu to utrata cennych informacji o stanie sieci. Opracowano zatem rozwiązania bezstratnej redundancji w sieci Ethernet specyfikowanej w standardzie IEC 62439-3 jako PRP (Parallel Redundancy Protection) i HSR (High-availability Seamless Redundancy). PRP stosowane jest w architekturze punkt-punkt. HSR natomiast w strukturze pierścienia. W obu rozwiązaniach cechą istotną z punktu widzenia równomiernego rozłożenia próbek jest zerowe opóźnienie przełączania na protekcję. Zastosowanie rozwiązania cyfrowych wartości próbkowanych na stacji w miejsce metod analogowych ma następujące zalety: yy znaczną redukcję okablowania w stacji elektroenergetycznej, yy zaawansowaną odporność na zakłócenia elektromagnetyczne transmisji danych, yy zapewnienie izolacji galwanicznej obwodów, yy zaawansowaną niezawodność transmisji danych (kontrola dostępności kanału komunikacyjnego i integralności danych), yy zwiększoną dokładność pomiarów, yy możliwość zastosowania nowoczesnych metod pomiarowych. Jednocześnie powstały pewne wyzwania przyczyniające się do spowalniania rozwoju aplikacji SV, dziś już nie stanowiące przeszkód, takich jak: yy duże zapotrzebowanie na moc obliczeniową urządzeń zabezpieczeniowych i sterujących IED do

przetwarzania danych wejściowych i względnie duży ruch generowanych pakietów, yy konieczność posiadania precyzyjnej synchronizacji czasu na stacji elektroenergetycznej. Urządzenia PMU tworzą „fazory”w miejscu instalacji, których metoda wyznaczania została określona w specyfikacji IEEE C37.118.1. Fazor składa się z iloczynu modułu wartości mierzonej oraz operatora kątowego w postaci zespolonej wyznaczanego na podstawie odniesienia do precyzyjnego czasu UTC. Pojawia się zatem znowu konieczność dostarczenia precyzyjnej synchronizacji czasu w miejsce instalacji urządzenia z dokładnością nie gorszą niż +/-1us. Wymóg ten jest związany bezpośrednio z parametrem total vector error (TVE). Błąd TVE nie może przekraczać 1% amplitudy i 1% błędu fazy co daje 0.573º przesunięcia kąta wektora względem wektora idealnego. Ponadto, format prezentacji danych z PMU wyspecyfikowany we standardzie IEEE C37.118.2 wymaga podobnie jak w przypadku SV, precyzyjnego znacznika czasu wygenerowanej próbki. Podobnie, rownież jak w przypadku urządzeń MU dotychczas stosowane były bezpośrednio odbiorniki sygnału GNSS. Obecnie standardem jest już pobieranie synchronizacji z interfejsu sieciowego z wykorzystaniem protokołu PTP w konfiguracji Power Profile. Stosując w sieci jednostki PMU wzdłuż linii przesyłowych pozyskujemy dane, które stwarzają następujące możliwości: yy monitorowanie kąta fazowego, yy wykrywanie i monitorowanie oscylacji (przeciwdziałanie „blackout”, pracy wyspowej, etc), yy monitorowanie stabilności napięcia (problematyka pracy z OZE), yy predykcja zdarzeń, zarządzanie i przywracanie, yy wykrywanie problemów sprzętowych (zmniejszenie czasu niedostępności) , yy rozszerzenie świadomości związanej ze zdarzeniami w sieci i ich korelacją z przyczynami, yy możliwości uczenia się na systemie i jego zachowaniach, yy walidacja i kalibracja modelu, yy analiza po zdarzeniach np. dla algorytmów sztucznej inteligencji, yy integracja źródeł odnawialnych, yy szkolenie operatorów. Do wyżej omówionych dwóch rozwiązań zmieniających jakościowo możliwości automatyzacji oceny stanu i podejmowania decyzji należy dołączyć GOOSE, który jest systemem komunikatów

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

używanym przez urządzenia IED (Intelligent Electronic Devices) i aplikacje krytyczne do informowania o zdarzeniach w stacji elektroenergetycznej, wysyłania poleceń, alarmów, itp. Typowe zastosowania to np. wyzwalanie, uruchamianie rejestratorów zakłóceń, komunikacja dla telezabezpieczeń. Protokół zdefiniowany jest dla warstwy drugiej i trzeciej modelu OSI. GOOSE pracuje w czasie rzeczywistym w sieci Ethernet i służy do szybkiej i niezawodnej dystrybucji danych. Podobnie jak w przypadku SV wykorzystywana jest metoda publisher-subscriber. Publisher IED wysyła komunikat, który może być odczytany przez wiele odbiorników. Reakcja każdego odbiornika zależy od jego funkcjonalności i konfiguracji. Na przykład komunikat informuje o położeniu wyłącznika (otwarty, zamknięty, pośredni). Protokół nie ma potwierdzeń ale wiadomości są powtarzane cyklicznie. Gdy komunikat GOOSE jest generowany przez IED, używa on warstwy L2 multicast do wysłania zdarzenia w sieć. Urządzenia odbierające, tj. subskrybenci, zapisują się na adres multicastowy wiadomości, aby móc szybko przefiltrować informacje i wykonać wymagane zadanie. Wymagania dotyczące niektórych wiadomości GOOSE są rygorystyczne - nie może upłynąć więcej niż 4 ms od momentu wystąpienia zdarzenia do momentu odebrania komunikatu co nakłada wymagania na parametr opóźnienia w sieci. Podsumowując wykorzystanie rozwiązań SV, PMU i GOOSE definiuje nam wymagania na sieć transmisji danych tj. maksymalne opóźnienie, packet jitter oraz jakość synchronizacji czasu, którą musimy dostarczyć do urządzeń. Dodatkowo zdefiniowane w wymienionych standardach zostały warstwy modelu OSI/ISO, dla których jest realizowana komunikacja ww. rozwiązań aby osiągnąć wymagane kryteria jakościowe. Podsumowanie parametrów determinujących poprawna pracę zostały przedstawione w poniższych Tabelach 1,2,3.

3. Struktura sieci transmisji danych na stacji elektroenergetycznej Analizując wymagania stawiane przez urządzenia na stacji, ich położenie i funkcjonalność zdecydowano się podzielić strukturę komunikacji na stacji na dwa obszary. Obszar magistrali procesowej i obszar magistrali stacyjnej. Umowną strukturę sieci na stacji i urządzenia pracujące w jej obrębie przedstawiono na Rysunku 1. Magistrala procesowa łączy głów-

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE ne urządzenia pomiarowe i sterujące z urządzeniami IED, np. przekaźnikami zabezpieczającymi. Magistrala procesowa zazwyczaj przenosi wartości próbkowane SV, polecenia wyzwalania GOOSE, sterowanie MMS oraz nieodzowną synchronizację IEC 61850-9-3 lub IEEE C37.238. Jak wspomniano na magistrali procesowej standardem jest wykorzystanie metod redundancji bezstratnej PRP, HSR w adekwatnych topologiach gwiazdy lub pierścienia. Jak to zostało omówione wcześniej istnieją wysokie wymagania wydajnościowe i jakościowe dla tej komunikacji w czasie rzeczywistym w odniesieniu do czasu transferu czasu transmisji (opóźnienia), synchronizacji czasu, integralności danych, niezawodności i dostępności. Zwykły Ethernet zapewnia priorytetyzację ruchu w oparciu o Class of Service, ale nie zapewnia możliwości rezerwacji zasobów, szczególnie pasma łącza. Skutkiem tego jest że ruch o wysokim i niskim priorytecie dzieli pasmo łącza na zasadzie „wąskich drzwi”. Ruch o wysokim i niskim priorytecie zakłóca się wzajemnie na wspólnych łączach, a stopień interferencji zazwyczaj wzrasta wraz z poziomem zajętości pasma łącza. To zjawisko jest łagodzone poprzez ograniczanie średniego ruchu lub, innymi słowy, poprzez pozostawienie wystarczającej ilości wolnego pasma do nominalnej przepustowości łącza przepustowości łącza. Osiąga się to na przykład przez ograniczenie liczby urządzeń w pierścieniach Ethernet oraz poprzez fizyczną separację ruchu. To ostatnie oznacza, że np. ruch danych procesowych z jednej strony, a ruch inżynierski i zarządzający z drugiej strony jest czasami przenoszony przez oddzielne sieci Ethernet LAN, do których urządzenia IED są podłączone za pomocą oddzielnych interfejsów. Powoduje to zwiększenie liczby komponentów sieciowych oraz zwiększenie nakładów na okablowanie i zarządzanie siecią. Obecnie istnieją już jednak na tyle wydajne rozwiązania przełączników sieciowych o szybkościach interfejsów optycznych 1Gbit/s 2,5Gbit/s, czy nawet 10Gbit/s dedykowanych dla stacji IEC61850-3, że problem ten jest łatwy do wyeliminowania poprzez dobór odpowiedniego rozwiązania. Magistrala stacyjna łączy całą stację i zapewnia łączność ze SCADA oraz pomiędzy centralną inżynierią i zarządzaniem stacji z jednej strony, a poszczególnymi polami i ich urządzeniami IED z drugiej. Stosowane są topologie pierścieniowe, gwiaździste oraz kraty. W dużych stacjach magistrala stacji jest zorganizowana hierarchicznie i podzielona na seg-

Tabela 1 – Opóźnienie linii transmisyjnej – klasyfikacja dla aplikacji IEC TR61850-90-1 Klasa opóźnienia

Maksymalne opóźnienie [ms]

Klasa transferu wg IEC61850-5

Przykład aplikacji

TR1

<3ms

TT6

Trip, blocking

TR2

<10ms

TT5

Releases, status changing

TR3

<15ms

(TT5)

Trip analog

TT4

Fast automatic interactions

TR4

<20ms

Tabela 2 – Wymagana dokładność synchronizacji czasu IEC TR61850-5 Klasa synchronizacji

Maksymalne opóźnienie [ms]

Dokładność detekcji fazy 50Hz[stopień]

Warstwa transmisji

Przykład aplikacji

0,02

SV, PMU SV, PMU

0,1

<25

0,5

L2/L3

GOOSE

<100

1,8

L3/L3

OTHERS

Tabela 3 – Maksymalne opóźnienie przełączania protekcji – klasyfikacja dla aplikacji Klasa opóźnienia

Maksymalne opóźnienie

Metoda protekcji

Przykład aplikacji SV, PMU, TRIP

TR0

przełączenia [ms]

PRP, HSR

TR50

G.8032 EPRS

GOOSE

TR500

<50

RSTP

IP traffic

Rysunek 1. Struktura komunikacji na stacji elektroenergetycznej z zaznaczonymi przykładami wymiany komunikatów.

menty. Łączy ona wiele urządzeń IED, stacji roboczych i innych urządzeń (np. telefony VoIP, kamery monitoringu, itp). Wykorzystanie pasma na łączach centralnych może być odpowiednio wysokie. Magistrala stacyjna przenosi typowy ruch oparty o TCP/IP i UDP/IP (IEC 608705-104, MMS, HTTPS, NTP, SNMP, FTP, ),

IEC 61850-9-3 PTP, komunikaty sterujące protokołem, a także GOOSE i SV dla niektórych aplikacji z mniejszymi w porównaniu do magistrali procesowej wymaganiami odnośnie wymagań wydajnościowych. Oddziaływanie pomiędzy aplikacjami może być zredukowane przez fizyczną i wirtualną segmentację

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE sieci (VLAN), przycinanie ruchu, filtrowanie multicastów, priorytetyzację ruchu w oparciu o Class of Service, ograniczenie liczby urządzeń na segment oraz nadmiar przepustowości łącza. Staranne projektowanie sieci w oparciu o zasady i doświadczenia jest bardzo ważne. Jak wspomniano, istnieją urządzenia IED z aplikacjami czasu rzeczywistego, takie jak MU czy PMU w stacjach, które komunikują się przez sieć WAN z odpowiednikami w innych podstacjach lub centrach sterowania w oparciu o IEEE C37.118.1 lub IEC TR61850-90-5. Te urządzenia IED zazwyczaj nie były podłączone do routerów brzegowych w magistralę stacji, ponieważ routery nie były w stanie spełnić wysokich wymagań wymaganiom tych aplikacji. Obecnie jednak dla wysokowydajnych przełączników nie jest to już istotna przeszkoda. Wysokie wymagania dotyczące niezawodności i dostępności komunikacji również osiąga się poprzez zastosowanie protokołów PRP i HSR. Nie mniej jednak stosuje się dalej mechanizmy redundancji RSTP, ITU-T G.8032 czy też DHP (Dual Homing Protocol). Rysunek 2 przedstawia architekturę sieci na stacji z wykorzystaniem wysoko wydajnych przełączników firmy BITSTREAM rodziny HYPERION 500 dedykowanych do zastosowań w architekturach sieci opartych na IEC 61850 i spełniających wszystkie wymogi dotyczące synchronizacji, opóźnień, zdolności przełączania ruchu a przede wszystkim synchronizacji czasu precyzyjnego PTP. W przedstawionym przykładzie w części magistrali stacyjnej został umieszczony przełącznik HYPERION-500 z wbudowanym serwerem czasu precyzyjnego GNSS. Jest to rekomendowane rozwiązanie aby umieszczać serwer czasu bezpośrednio na stacji ze względu na wymaganą precyzję synchronizacji, która ma być dostarczona do urządzeń IED nie gorszą niż +/-1us. Umieszczenie serwera czasu w lokalizacji poza stacją, może uniemożliwić spełnienie warunku. Przy rozważaniach należy pamiętać, że dla konfiguracji P2P (peer to peer) PTP Power profile, każdy przełącznik umieszczony pomiędzy serwerem czasu a IED będzie wnosił niedokładność zależnie od konfiguracji do 200ns dla trybu pracy PTP BC (Boundary Clock) i do 50ns dla trybu pracy (TC) Transparent Clock. Wystarczy, więc zaledwie 4 węzły BC aby być blisko limitu. Można stosować tryb pracy TC w przełącznikach ale należy pamiętać, że w długich łańcuchach pozbawiamy się możliwości śledzenia stanu synchronizacji na węzłach. W przypadku konieczności poszukiwania problemów z synchronizacją, będziemy

Rysunek 2. Przykładowa architektura sieci transmisji danych na stacji elektroenergetycznej.

mieli bardzo utrudnione zadanie i może zaistnieć konieczność użycia wyspecjalizowanych sond lub testerów. W rozwiązaniu z urządzeniem HYPERION 500 możemy wspomóc tryb pracy BC synchronizacją poprzez Synchroniczny Ethernet (SyncE). Zmniejsza to istotnie niedokładność w trybie pracy BC. Drugi przełącznik w szynie stacyjnej realizuje redundancje sprzętową, rozszerza liczbę przyłączonych urządzeń i jest zdolny przyjąć synchronizację PTP z sąsiednich stacji w przypadku zaniku synchronizacji na stacji lokalnej. Zwiększa to odporność na ataki typu „jamming” czy „spoofing”. Urządzenia na szynie stacyjnej są podłączone do magistrali PRP zwiększającej niezawodność połączeń poprzez funkcjonalność REDBOX dostępną w urządzeniu. Łączność pomiędzy częścią stacyjną i procesową realizowana jest przez połączenia 2,5Gbit/s co eliminuje problemy opóźnień i packet jitter wspomniane wcześniej. Szyna procesowa zawiera podobny schemat redundancji sprzętowej i połączeniowej PRP, korzystając z precyzyjnego czasu przekazywanego przez protokół PTP. W przedstawionej architekturze dokładność czasu osiągana przez jednostki zainstalowane na szynie procesowej może sięgać +/-300ns, co daje znakomitą zdolność detekcji zmiany fazy dla jednostek PMU. Jako, że protokoły synchronizacji czasu, SV, GOOSE są definiowane dla warstwy drugiej, w celach bezpieczeństwa, istnieje możliwość zaszyfrowania danych pomiędzy węzłami i połączeniami wychodzącymi np. poza obręb stacji

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

w wykorzystaniem szyfrowania MACsec L2 256 bit specyfikowanego przez IEEE 802.1ae. Jest to ważna funkcja przełącznika HYPERION 500 podnoszona w najnowszej wersji standardu PTP IEEE 1588 v.2 :2019. Przedstawioną konfiguracje można swobodnie rozszerzać w ramach rozrostu stacji wykorzystując zapas przepustowości (10Gbit/s na polaczeniach międzystacyjnych), margines synchronizacji jak również poprzez modularność urządzenia umożliwiającego skalowalność portów i technologii.

4. Struktura sieci transmisji danych pomiędzy stacjami elektroenergetycznymi Architektura połączeń między stacyjnych, w praktyce może być realizowana w technikach mieszanych (hybrydowych) zawierających poprzednio stosowane rozwiązania SDH i EoSDH (Ethernet over SDH), Carrier Ethernet jak również, techniki optycznego zwielokrotnienia falowego xWDM (Wavelength Division Multiplexing). W węzłach mogą pojawiać się routery lub przełączniki ze wsparciem dla warstwy L3. Coraz częściej pojawiają się natomiast urządzenia ze wsparciem MPLS (Mutli-Protocol Label Switching). Odpowiedź na pytanie jaka technika powinna być preferowana, można udzielić przez rozważenie ograniczeń. Komunikacja zrealizowana w technikach EoSDH ma dwa podstawowe ograniczenia. Pierwsze to nie transparentność dla protokołu PTP.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Druga to stosunkowo duże i w pewnych warunkach zmienne opóźnienie wnoszone przez węzły z racji zastosowanej enkapsulacji GFP (Generic Frame Procedure) i LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme). Problematyczne więc staje się wykorzystanie tego typu łączy do opisanych zastosowań. W przypadku aplikacji routerów, na ogół te wysokowydajne stosowane w telekomunikacji mają problem z profilami energetycznymi PTP i wspierają nie przydatne profile telekomunikacyjne. Wymagane będzie stosowanie zabiegów adaptacyjnych. Pojawią się problemy z dostępnością zapasowego źródła synchronizacji czasu na stacji i w konsekwencji konieczne będzie stosowanie podwójnych serwery czasu precyzyjnego, co znacząco zwiększa koszty implementacji i nie likwiduje problemów z atakiem typu „jamming”. Z tego punktu widzenia wydaje się rozsądnym zastosowanie w węzłach szybkich przełączników Carrier Ethernet z funkcją routowania L3 oraz możliwością zestawiania tuneli MPLS-TP (Multiprotocol Label Switching - Transport Profile). Tego typu rozwiązania wspierają protokoły synchronizacji czasu PTP Power Profile wraz ze wsparciem technik Synchronicznego Ethernet (SyncE). Wykorzystanie MPLS-TP umożliwia tunelowanie usług z odpowiednim CoS, co wpływa korzystnie na parametr opóźnienia i packet jitter. Przykład takiego rozwiązania został przedstawiony na Rysunku 3. Dotychczas istniejące systemy SDH mogą zostać pozostawione dla celów usług głosowych i transmisji starych protokołów IEC 60870-5-103, 104, DNP 3.0, MODBUS. Zaletą przedstawionego rozwiązania jest możliwość wzajemnej redundancji serwerów czasu rozlokowanych geograficznie. Funkcja ta istotnie podnosi bezpieczeństwo precyzyjnej synchronizacji czasu PTP. Ponadto, redukuje koszt zegara stacyjnego ze względu na niższe wymagania na podtrzymanie (holdover). Ważnym jest żeby zapasowy zegar nie był oddalony o zbyt dużą liczbę węzłów. Z tej przyczyny w urządzeniach HYPERION-500 stosowane są opracowane algorytmy wyboru zegara najbliższego. Istotnym elementem rozważań jest bezpieczeństwo komunikacji stacyjnej i między stacyjnej a także komunikacji poza stacją dla generacji rozproszonej. Niektóre możliwe do zastosowania mechanizmy zostały wymienione w prezentowanym artykule. Rekomendacje dotyczące bezpieczeństwa

Rysunek 3. Przykładowa architektura komunikacji na stacji elektroenergetycznej i pomiędzy stacjami elektroenergetycznymi.

opisuje zbiór dokumentów IEC TS 62351 “Power systems management and associated information exchange – Data and communications security”.

Ze względu na obszerność zagadnień jest to przedmiot osobnych rozważań. Bitstream sp. z o.o. n

LITERATURA 1. IEC 61850-9-2 LE (Lite Edition). Implementation Guideline for Digital Interface to Instrument Transformers using IEC 61850-9-2. 2. IEC 62439-3 (International Standard). Industrial Communication Networks – High Availability Automation Networks – Part 3: Parallel Redundancy Protocol (PRP) and High-availability Seamless Redundancy (HSR). 3. IEEE Std C37.238™-2017, IEEE Standard Profile for Use of IEEE 1588™ Precision Time Protocol in Power System Applications 4. IEC TR 61850-90-12 :2020 Communication networks and systems for power utility automation - Part 90-12: Wide area network engineering guidelines 5. IEEE 1588-2019 - IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems 6. IEC TR 61850-90-5:2012 Communication networks and systems for power utility automation - Part 90-5: Use of IEC 61850 to transmit synchrophasor information according to IEEE C37.118 7. Practical aspects of IEC 61850-9-2 implementation in microprocessor-based protection and control IEDs 8. WP-IEC-61850-Architectures – 2021 9. IEC 61850-5:2013 - Communication requirements for functions and device models

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Metody ochrony urządzeń elektrycznych w warunkach występowania atmosfery wybuchowej w branży energetycznej

agrożenie wybuchowe definiowane jest jako zdolność palnych gazów, oparów palnych cieczy lub palnych pyłów do tworzenia z utleniaczem - którym najczęściej jest powietrze - mieszanek, które pod wpływem tzw. efektywnego źródła zapłonu mogą doprowadzić do wybuchu. Tym ostatnim czynnikiem jest według statystyk w zdecydowanej większości iskra wywołana mechanicznie. Przyjmuje się, że przemysł procesowy charakteryzuje się występowaniem, stosowaniem, przerobem i magazynowaniem dużych ilości substancji chemicznych i/lub energii. W tych procesach substancje te podlegają transformacji ze względu na ich stan, skład i właściwości uzyskują cechy produktów użytecznych do dalszego wykorzystania. Cała problematyka została obszernie opisana od strony przemian fizykochemicznych i bezpieczeństwa procesowego, jednak ze względu na fakt, że różne branże mają różną specyfikę to w rzeczywistości każda z nich wymaga indywidualnego podejścia. Nie inaczej jest z energetyką.

Substancje wybuchowe w energetyce W większości polskich elektrowni od początku lat 2000 oprócz spalania czystej biomasy, realizowano także tzw. współspalanie, czyli spalanie węgla z dodatkiem biomasy, co wymaga odpowiedniej wentylacji linii technologicznych. Rozpoznanie właściwości wybuchowych mieszanin pyłowo-powietrznych ma bardzo duże znaczenie dla zapewnienia właściwego poziomu bezpieczeństwa w prowadzonych procesach przemysłowych. Oznaczenie podstawowych parametrów wybuchowości określonego pyłu pozwala ocenić ryzyko wytwarzania wyrobu oraz dobrać niezbędne środki przeciwdziałające zagrożeniom w wybranych warstwach zabezpieczeń w zakładzie. W przypadku energetyki i zagrożenia wybuchowego najczęściej poruszana jest kwestia pyłu węglowego oraz biomasy. Ogólnie rzecz biorąc, w zakładach pracy, w których wykonuje

Zdj. 1. Biomasa jako biodegradowalna frakcja odpadów i pozostałości z produkcji rolnej.

się operacje z materiałami stałymi oraz prowadzi się obróbkę fizyczną tych materiałów (szlifowanie, mielenie, przesiewanie, transport pneumatyczny etc.) zawsze istnieje możliwość zagrożenia wybuchem pyłowym. Cząstki pyłu osadzają się najczęściej w pobliżu źródła ich uwolnienia: na powierzchniach poziomych lub nachylonych pod pewnym kątem np. na częściach maszyn, ich obudowach lub w kanałach wentylacyjnych i aspiracyjnych. Może także dochodzić do stałego utrzymywania się atmosfery wybuchowej w instalacji, w której pył występuje stale. Pyły mogą stwarzać zagrożenie wybuchowe w dwojaki sposób: 1) Poprzez tworzenie się mieszaniny pyłowo-powietrznej w wyniku uwalniania się pyłów podczas procesów produkcji bądź składowania. 2) Poprzez osadzanie się warstwy pyłu, który w wyniku samonagrzewania bądź pobierania ciepła z maszyn/elementów może ulec zapłonowi, a następnie przyczynić się do powstania kolejnych zapłonów, tzw. wybuchów wtórnych. Jednak aby mówić o wybuchu, mieszanka pyłowa musi otrzymać odpowiednie źródło zapłonu.

Tabela 1. Podstawowa klasyfikacja stref zagrożonych wybuchem palnych pyłów. Strefa

Występowanie atmosfery zagrożonej wybuchem pyłu W sposób ciągły, przez długi czas, często

Poziom zabezpieczenia urządzenia

Kategoria urządzenia

Certyfikacja obowiązkowa

Bardzo wysoki

Tak

Tymczasowo

Wysoki

Tak

Rzadko i przez krótki czas

Normalny

Nie

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE Źródła zapłonu Tematyka przeciwwybuchowa sprowadza się do trzech fundamentalnych aspektów, które przyświecają zarówno projektantom instalacji, jak i producentom urządzeń czy osobom odpowiedzialnym za bezpieczeństwo. W celu zapobiegania możliwości powstawania atmosfer wybuchowych, właściciel zakładu powinien podjąć działania organizacyjne i techniczne aby zapewnić bezpieczne warunki pracy. Obowiązkiem pracodawcy jest: 1) Zapobieganie tworzeniu atmosfer wybuchowych 2) W przypadku gdy (1) jest niemożliwe, dążyć do wyeliminowania źródeł zapłonu 3) Stosowanie środków zmniejszających skutki wybuchu w celu zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony zdrowia osób pracujących ( w rozumieniu dyrektywy ATEX) Zgodnie z normą PN-EN 1127-1:2011 wyszczególniono 13 źródeł zapłonu: yy Gorące powierzchnie yy Płomienie i gorące gazy yy Iskry mechaniczne yy Urządzenia elektryczne yy Prądy błądzące yy Wyładowania elektrostatyczne np. koronowe, snopiaste, stożkowe etc. yy Wyładowania atmosferyczne yy Fale elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej (RF) od 104 do 3x1012 Hz yy Fale elektromagnetyczne od 3x1011 do 3x1015 Hz yy Promieniowanie jonizujące yy Ultradźwięki yy Sprężanie adiabatyczne yy Reakcje egzotermiczne łącznie z samozapłonem pyłów Różnią się one między sobą zasadniczo, a ryzyko ich wystąpienia uzależnione jest od wielu parametrów jak rodzaj prowadzonego procesu, obowiązujące przepisy BHP i ich przestrzeganie, kultura bezpieczeństwa w zakładzie czy obecność określonych urządzeń. O rodzaju zastosowanego zabezpieczenia przeciwwybuchowego w większości przypadków decyduje producent urządzenia, choć istnieją sytuacje kiedy daną maszynę bądź podzespół wystarczy tylko „dobezpieczyć” dając mu tym samym możliwość pracy w strefie zagrożonej wybuchem bez konieczności zakupu nowego egzemplarza z certyfikatem ATEX.

zamykanie lub otwieranie obwodów), jak i w przypadku pojedynczego lub wielokrotnego uszkodzenia (np. zwarć, przerw w obwodzie), nie mogły spowodować zapalenia otaczającej urządzenie mieszaniny wybuchowej. Ochronę obwodów iskrobezpiecznych od innych obwodów elektrycznych zapewnia się przez: a) oddzielenie obwodów iskrobezpiecznych od innych obwodów poprzez zastosowanie ochrony obwodów iskrobezpiecznych przed dopływem z zewnątrz energii mogącej zniszczyć ich iskrobezpieczeństwo (np. bariery ochronne); b) bariery ochronne – urządzenia stanowiące połączenie (nie galwaniczne) pomiędzy iskrobezpieczną częścią obwodu elektrycznego i iskroniebezpieczną jego częścią lub mogącą stać się jego częścią iskroniebezpieczną. Zadaniem bariery ochronnej jest ograniczenie:

Zdj. 2. Kaseta sterownicza w wykonaniu iskrobezpiecznym i wzmocnionym.

Ochrona urządzeń elektrycznych Urządzenia zasilane elektrycznie – niezależnie od tego czy mowa jest o zasilaczu 12/24V, zasilaniu sieciowym 230V czy innym - niejako z definicji uznaje się za takie, które w czasie swojej normalnej pracy mogą wytworzyć iskrę. W warunkach występowania atmosfery wybuchowej jest to sytuacja niedopuszczalna. Konsekwencją tego jest konieczność zastosowania konstrukcji zabezpieczającej urządzenie przed możliwością zapalenia otaczającej je mieszaniny wybuchowej i to zarówno w czasie normalnej pracy, jak również podczas awarii. Poniżej przedstawiono trzy najpopularniejsze metody ochrony.

Iskrobezpieczeństwo (EX i) Zgodnie z normą PN-EN 60079-11:2012 – Atmosfery wybuchowe — Część 11: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa „i” – polega na dobraniu elementów tak, aby iskry elektryczne lub zjawiska termiczne, które mogą powstać zarówno w czasie normalnej pracy urządzenia (np.

Zdj. 3. Szafa sterownicza w wykonaniu ognioszczelnym.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE yy napięcia z obwodu zewnętrznego do strefy zagrożenia wybuchem, yy prądu w obwodzie lub yy energii uszkodzonego źródła zasilania; Bariery ochronne Instaluje się w obwodzie w miejscu jego wejścia do strefy zagrożonej wybuchem. Jeżeli bariery ochronne zawierają obwody iskrobezpieczne, to instaluje się je najczęściej w przestrzeni bezpiecznej lub niekiedy w strefie 2 zagrożenia wybuchem, pod warunkiem zastosowania dodatkowej ochrony przeciwwybuchowej np. osłony ognioszczelnej; c) separację galwaniczną – skutecznie oddziela obwody iskrobezpieczne od obwodów iskroniebezpiecznych. Zapewnia oddzielenie galwaniczne poszczególnych obwodów separatora od źródła zasilania. Ze względu na zagrożenia zapalenia mieszaniny wybuchowej spowodowane przez uszkodzenia lub obecność prądów przejściowych w systemach wyrównywania potencjałów, preferowane jest oddzielenie galwaniczne obwodów przy połączeniach siłowych i sygnałowych z urządzeniami.

Ognioszczelność (EX d) Zabezpieczenie urządzeń za pomocą osłon ognioszczelnych „d” polega na umieszczeniu wszystkich części mogących wywołać zapalenie otaczającej mieszaniny wybuchowej w osłonie ognioszczelnej tzn. takiej, która bez uszkodzenia wytrzymuje ciśnienie wybuchu powstałego w jej wnętrzu i skutecznie zapobiega przeniesieniu wybuchu z jej wnętrza do otaczającej urządzenie elektryczne przestrzeni zawierającej mieszaninę wybuchową. Ognioszczelność osłony uzyskiwana jest przez zastosowanie szczelin gaszących o odpowiednich prześwitach. Osłona ognioszczelna może być stosowana do większości urządzeń elektrycznych np. do silników elektrycznych, skrzynek rozdzielczych, łączników, osprzętu instalacyjnego czy elementów opraw oświetleniowych. Skrzynki zaciskowe silników elektrycznych z osłoną ognioszczelną powinny być również ognioszczelne. Dopuszcza się stosowanie skrzynek zaciskowych o budowie wzmocnionej. Urządzenia elektryczne w osłonach ognioszczelnych przewidziane są do instalowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem. Konstrukcja osłon uzależniona jest w dużym stopniu od rodzaju urządzenia oraz jego przeznaczenia w myśl intuicyjnej zasady „im groźniejsze warunki pracy, tym wyższe wymagania wobec urządzenia”. Często spotykanymi rozwiązaniami jest dobór odpowiednich materiałów na obudowy, tworzenie sekcji/sektorów na poszczególne podzespoły czy stosowanie odpowiednich odległości pomiędzy elementami.

Ochrona ciśnieniowa (EX p) Zabezpieczenie urządzeń za pomocą osłon gazowych z nadciśnieniem „p” polega na umieszczeniu części, które w czasie pracy mogą iskrzyć lub nagrzewać się, w zamkniętej obudowie wypełnionej powietrzem lub innym gazem niepalnym pozostającym pod stałym nadciśnieniem. Stosowane jest także określenie „gaz inertny” w sensie obojętny. Osłony gazowe z nadciśnieniem stosuje się najczęściej do ochrony silników elektrycznych dużej mocy zwłaszcza wysokiego napięcia oraz szaf rozdzielczych i sterowniczych. Urządzenia w osłonie gazowej przystosowane są do instalowania w strefach 1 i 2 zagrożenia wybuchem.

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Zdj. 4. Zespół urządzeń pomiarowych przeznaczonych do stref pyłowych w obudowie ciśnieniowej.

Starsze rozwiązania, jako jeden z początkowych etapów uruchomienia systemu ochrony ciśnieniowej, przewidywały proces przewietrzania. Stąd dawna nazwa - ochrona przewietrzana. Polegał on na uruchomieniu odpowiedniej automatyki, która wspólnie z zestawem zaworów, wydmuchiwała atmosferę wybuchową z wnętrza obudowy. Nowsze rozwiązania odeszły od tego czasochłonnego procesu na rzecz szybszego stworzenia nadciśnienia w obudowie, które samoczynnie „wypycha” atmosferę wybuchową na zewnątrz. Ze względu na obecność pyłu węglowego i/lub biomasy, część przemysłu energetycznego - szczególnie związanego z wytwarzaniem energii elektrycznej - należy uznać za obszary potencjalnie zagrożone wybuchem. Nie jest powiedziane, że na każdym z nich konieczne jest wyznaczenie stref zagrożonych wybuchem, ale zgodnie z obowiązującymi przepisami powinno się dokonać analizy i oceny ryzyka związanego z występowaniem substancji klasyfikowanych jako palne i/ lub wybuchowe, aby móc to jednoznacznie stwierdzić. Zarówno pył węglowy, jak i biomasa są w określonych warunkach substancjami wybuchowymi, toteż niezbędne jest podjęcie działań mających na celu zwiększenie poziomu bezpieczeństwa. Dominik Radosław Kowalczyk Specjalista ds. ATEX DACPOL Sp. z o.o. n

Nowoczesny monitoring parametrów

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJEpoboru FIRMOWEenergii elektrycznej.

Moduł OPŁATA MOCOWA Obliczanie opłaty mocowej wszystkim kategoriom Moduł Opłata Mocowa odbiorców końcowych.

Obliczanie opłaty mocowej wszystkim kategoriom odbiorców końcowych

Wprowadzenie opłaty mocowej jeszcze bardziej uwydatniło potrzebę zarządzania oraz analizy i bieżącego monitorowania parametrów poboru energii elektrycznej.

NUMERON to polski producent oprogramowania, który od 25 lat wspomaga uczestników rynku energii w codziennym zarządzaniu zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Program ENERGIA4 to kompleksowe rozwiązanie IT wspierające przemysłowych odbiorców energii w zakresie: pozyskiwania, przetwarzania, archiwizowania, analizowania oraz udostępniania danych pomiarowych.

Wprowadzenie opłaty mocowej jeszcze bardziej uwydatniło potrzebę zarządzania oraz analizy bieżącego monitorowania parametrów poboru Na potrzeby użytkowników, powstał iModuł dedykowany podmiotom zainteresowanym prowadzeniem analiz własnego poboru w godzinach obowiązywania opłaty mocowej, a także podmiotom zobowiązanym do naliczania opłaty odbiorcom energii elektrycznej. końcowym.

Zgodność i bezpieczeństwo UMERON ztoprawem polski producent oprogramowania, użytkowania tycznych. Posiada rozwiniętą bibliotekę raportów, wykresów

który od 25 lat wspomaga uczestników rynku ener-

i zestawień - wiedzy, koniecznej do podejmowania decyzji

Dynamika oraz otoczenia prawnego wymagają elastycznego podejścia do wsparcia Użytkownika. Obecnie oferowana gii wrynku codziennym zarządzaniu zapotrzebowaniem biznesowych i ułatwia osiągnięcie korzyści ekonomicznych wersja oprogramowania jest zgodna z obowiązującym prawem, iaekologicznych, planowane zmiany są na bieżącoefektywności monitorowane. na energię elektryczną. Program ENERGIA4 to kompleksopoprzez poprawę energetyczCo więcej, istnieją szerokie możliwości modyfikacji produktu pod potrzeby Zamawiającego. we rozwiązanie IT wspierające przemysłowych odbiorców nejindywidualne przedsiębiorstwa.

energii w zakresie: pozyskiwania, przetwarzania, archiwizowania, analizowania oraz udostępniania danych pomiaFunkcjonalności dedykowane Opłacie Mocowej Dopasowanie do potrzeb rowych. Moduł Programowy Oplata Mocowa jest dostępny w kilku Program jest użytkowników, zbudowany z modułów które mogą działać niezależnie od siebie. Każdy użytkownik może Na potrzeby powstałfunkconalnych, Moduł dedykowany wariantach odpowiadajacych potrzebom użytkowników. skonfigurować system w wersji,prowadzeniem która najbardziej odpowiada jego potrzebom. Dzięki temu, oprogramowanie generuje podmiotom zainteresowanym analiz wła- Pakiet OSDn dedykowany jest podmiotom zobowiązanym informacje o znaczeniu adekwatnym dla danego obszaru snego poboru w godzinach obowiązywania opłaty biznesu. mo- do naliczania opłaty mocowej odbiorcom końcowym. Umożcowej, a także podmiotom zobowiązanym do naliczania liwia naliczanie opłaty w dwóch podstawowych modelach Jest to oprogramowanie uniwersalne, ktore bazuje na posiadanej tj. infrastrukturze Posiada możliwość komunikacji opłaty odbiorcom końcowym. ryczałtowympomiarowej. (stawka miesięczna, zależną od rocznego z większością urządzeń pomiarowych i standardów komunikacyjnych dostępnych na polskim rynku. zużycia energii elektrycznej, płatna za punkt poboru energii Gwarantuje łatwą integrację z innymi rozwiązaniami IT z obszaru ERP, BI, IoT, Zgodnośćtakże z prawem elektrycznej0 orazIIoT dlaitd. pozostałych odbiorców (iloczyn SOM Jako system centralny, łatwo je połączyć z podsystemami wielu rozproszonych użytkowników, i bezpieczeństwo użytkowania oraz ilości energii elektrycznej pobranej z sieci wnajemców; wybranych obiektów/lokalizacji (hotele, oddziały przedsiębiorstwa, sieci handlowe, biurowce, itp.). strefach doby dla OM). Dynamika rynku oraz otoczenia prawnego wymagają ela- Dodatkowo dostępne są eksporty zestawień masowych do Od momentu powstania jest to produkt dedykowany podmiotom, które chcą obniżyć i kontrolować koszty związane ze stycznego podejścia do wsparcia Użytkownika. Obecnie programów Billingowych uzytkownika z miesiąca rozliczezużyciem mediów energetycznych. Posiada rozwiniętą bibliotekę raportów, wykresów i zestawień - wiedzy, koniecznej do oferowana wersja oprogramowania jest zgodna z obo- niowego lub też ujęcie opłaty mocowej w Module Billingi podejmowania decyzji biznesowych i ułatwia osiągnięcie korzyści ekonomicznych i ekologicznych, poprzez poprawę wiązującym prawem, a planowane zmiany są na bieżą- ENERGIA4. efektywności energetycznej przedsiębiorstwa. co monitorowane. Co więcej, istnieją szerokie możliwości Pakiet obsluguje także sprawozdawczość URE dot. opłamodyfikacji produktu pod indywidualne potrzeby Zama- ty mocowej w zakresie ilościowym oraz finansowym. wiającego. Pakiet PRZEMYSŁ, dedykowany odbiorcom końcowym, Funkcjonalności dedykowane Opłacie Mocowej oferuje funkcjonalność polegającą na samokontroli zużycia Dopasowanie do potrzeb energii oraz weryfikacji wysokości opłaty mocowej naliczoModuł Programowy Oplata Mocowa jest dostępny w kilku wariantach odpowiadajacych potrzebom użytkowników. nej przez Płatnika (kontrfaktura). Dzięki dostępowi do danych Program jest dedykowany zbudowany jest z modułów funkconalnych, któo poborze energii w godzinach szczytowego zapotrzebowaPakiet OSDn podmiotom zobowiązanym do naliczania opłaty mocowej odbiorcom końcowym. Umożliwia naliczanie opłaty wniezależnie dwóch podstawowych modelach tj. ryczałtowym zależną od rocznego procesy zużycia energii re mogą działać od siebie. Każdy użytkownik nia (stawka na moc,miesięczna, Odbiorca może optymalizować technoelektrycznej, płatna za punkt poboru energii elektrycznej0 oraz dla pozostałych odbiorców (iloczyn SOM na oraz ilości energii może skonfigurować system w wersji, która najbardziej logiczne tj. przesunąć zapotrzebowanie godziny pozaszelektrycznej pobranej z sieci w wybranych strefach doby dla OM). czytowe, tym samym obniżyć opłatę. Dostępny jest raport odpowiada jego potrzebom. Dzięki temu, oprogramoDodatkowo dostępne są eksporty zestawieńadekwatnym masowych dodla programów Billingowych uzytkownika z miesiąca wanie generuje informacje o znaczeniu masowy - Ilość energii w strefach doby dlarozliczeniowego OM oraz raport lub też ujęcie opłatybiznesu. mocowejJest w Module Billingi ENERGIA4. danego obszaru to oprogramowanie uni- finansowy - Wysokość należnej OM. Pakiet obsluguje sprawozdawczość URE dot. opłaty pomocowej w zakresie ilościowym oraz finansowym. wersalne, ktore także bazuje na posiadanej infrastrukturze miarowej. Posiada możliwość komunikacji z większością Standardowe funkcjonalności Moduł CORE Pakiet PRZEMYSŁ, dedykowany odbiorcom końcowym, oferuje funkcjonalność polegającą na samokontroli zużycia energii urządzeń pomiarowych i standardów komunikacyjnych oraz weryfikacji opłatyGwarantuje mocowej naliczonej przezinPłatnika (kontrfaktura). dostępnych na wysokości polskim rynku. także łatwą Użytkowanie oprogramowania ENERGIA4 daje dostęp do szeDzięki dostępowi do danych o poborze energii w godzinach szczytowego na moc, Odbiorca może tegrację z innymi rozwiązaniami IT z obszaru ERP, BI, IoT, rokiego zestawuzapotrzebowania standardowych funkcjonalnosci systemu tj.: optymalizować procesy technologiczne tj. przesunąć zapotrzebowanie na godziny pozaszczytowe, tym samym obniżyć opłatę. IIoT itd. Jako system centralny, łatwo je połączyć z podsys- yy Przechowywanie informacji o wszystkich urządzeniach Dostępnywielu jest raport masowy - Ilość energii w strefach doby dla OM oraz raport finansowy - Wysokość należnej OM.pomiarowe. temami rozproszonych użytkowników, najemców; pomiarowych, z których pobierane są dane obiektów/lokalizacji (hotele, oddziały przedsiębiorstwa, Odwzorowanie układu pomiarowego w postaci punktów sieci handlowe, biurowce, itp.). Od momentu powstania pomiarowych zgrupowanych hierarchicznie. jest to produkt dedykowany podmiotom, które chcą obniżyć yy Opcja ręcznego wprowadzania stanów liczydeł oraz dziei kontrolować koszty związane ze zużyciem mediów energesięciu mocy maksymalnych. Możliwość automatyzacji te-

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 1. Karta odczytowa dla obiektu: Punkt Pomiarowy

Rys. 2. Energia w strefach, globalnie, z profilu obciążenia

yy yy

go procesu poprzez ustandaryzowany format pliku xlsx lub csv. Edytor profilu obciążenia dla urządzenia PIL (Profil ILościowy). Monitorowanie kompletności i wiarygodności pozyskiwanych danych pomiarowych profilowych wg zadanych kryteriów. Interpretacja danych z urządzeń pomiarowych, standaryzacja danych (sprowadzanie ich do standardu OBIS) i zapis w bazie danych. Przechowywanie parametrów takich jak: wartości przekładni prądowych, napięciowych, mocy umownych i innych parametrów właściwych dla danego medium energetycznego. Do punktu pomiarowego można przypisać liczniki wielu mediów. Definiowanie specjalnego kanału punktu pomiarowego, w którym dane są obliczane wg zadanej formuły z innych punktów-kanałów pomiarowych np. wirtualny sumator/ udział procentowy/kanał tangensa (stosunek energii biernej pobranej do czynnej pobranej). Grupowanie punktów pomiarowych w logiczne struktury umożliwiające wykonywanie obliczeń, np. bilansów obszarowych. Zestaw obliczeniowy jest zbiorem kanałów punktów pomiarowych ułożonych hierarchicznie i pogrupowanych wg kryteriów. Graficzna prezentacja danych ułożonych chronologicznie. Możliwość prezentacji kilkunastu serii danych na jednym wykresie wraz z legendą i tabelaryczną prezentacją danych. Umożliwia elastyczny wybór przedziału czasowego

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

Rys. 3. Energia w strefach, hierarchicznie, z profilu obciążenia

do prezentacji serii danych. Istnieje możliwość wygenerowania wykresu w postaci pliku graficznego, również metodą kopiuj-wklej oraz jego wydruk. yy Tabelaryczna prezentacja stanów liczydeł urządzeń pomiarowych. Możliwość przeniesienia tabel do arkusza Excel. Możliwosć opracowania lub modyfikacji dowolnego raportu/eksportu/importu celem dostosowania do bieżących potrzeb. yy Możliwosć konfiguracji automatycznego uruchamiania zadań np. zdalnego odczytu, generowania raportów oraz eksportów danych. Działania mogą być uruchamiane jako usługa systemu Windows (bez konieczności logowania użytkownika). yy Możliwość nadawania indywidualnych cech obiektom w systemie (urządzenia, punkty pomiarowe, zestawy obliczeniowe). Wszystkie obiekty, które posiadają atrybuty, mogą być grupowane wg ich wartości – nawet hierarchicznie.

Opłata mocowa w Raportach Do Punktu Pomiarowego lub Zestawu obliczeniowego zostaje przypisany kalendarz zawierający skonfigurowaną opłatę mocową (zastosowano elastyczny podział czasu na strefy nie tylko dla miesięcy, ale nawet dla pojedynczych dni w roku). W wygenerowanych Raportach widoczna jest kolumna dla opłaty mocowej wraz z ilościami energii.

TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE

Rys. 4. Definiowanie Umów przypisanych do Odbiorców z uwzględnieniem stawek OM

Rys. 5. Przykładowe rozliczenie Odbiorcy z uwzględnieniem OM

Standardowe funkcjonalności Moduł Umowy i Koszty Mediów Moduł stanowi bazę do prowadzenia rozliczeń odbiorców końcowych energii elektrycznej. Użytkowanie Modułu daje dostęp do szerokiego zestawu standardowych funkcjonalnosci tj.: yy Możliwość definiowanie kontrahentów, umów, słowników produktów taryfowych ze zmiennymi w czasie cennikami i algorytmami obliczeń (kalkulatorami), wzorów umów, elastyczne przypisywanie umów do punktów pomiarowych jak, i zestawów obliczeniowych. yy Generowanie raportów kosztowych z danych pomiarowych według wybranego przez Użytkownika kryterium, z uwzględnieniem relacji wielkościowych (np. kW,kWh) oraz finansowych (PLN). yy Generowanie nieformalnych faktur (raportów zawierających składniki FV) bez interakcji z systemami trzecimi, Przekazywanie danych do zewnętrznych systemów fakturujących (załączniki do FV). yy Kontrfaktura - weryfikacja poprawności FV wystawianych przez OSD. yy Księgowanie kosztów zakładu/wydziałowych/linii produkcyjnych tuż po zakończeniu okresu rozliczeniowego. Ewidencja kontrahentów. Przechowywanie nazw pełnych, skrótów, kodów, danych adresowych, odnotowywanie zmian.

yy Ewidencja umów. Przechowywanie informacji o stronach umowy (dostawca, odbiorca, płatnik), okresie obowiązywania, produktach taryfowych, cenach i sposobach obliczania. yy Definiowanie wzorców taryf. Mechanizm odzwierciedlania standardowych taryf dystrybutorów oraz kreowania taryf własnych (dowolnych). Kategoryzacja składników taryf na dystrybucyjne, obrotowe i inne dowolne zdefiniowane przez użytkownika. Prowadzenie historii cen dla poszczególnych produktów.

Naliczanie Opłaty Mocowej Odbiorcom Końcowym Moduł stanowi bazę do prowadzenia rozliczeń odbiorców końcowych, w tym do naliczania należnej opłaty mocowej. Wprowadza możliwość definiowania Umów przypisanych do Odbiorców z uwzględnieniem stawek miesięcznych, zależnych odrocznego zużycia energii elektrycznej. Stawka dla danego Odbiorcy zostaje określona we właściwościach Umowy, a następnie na tej podstawie wykonane jest Rozliczenie.

www.numeron.pl n

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

NOWOŚĆ

Nasze najbardziej kompaktowe rozwiązanie Nowe akumulatorowe 18 V wkrętarki

Silniki bezszczotkowe Szybkie i efektywne Kompaktowe i lekkie Wiertarki akumulatorowe DS18DD, DV18DD i zakrętarka WH18DD. Przedstawiamy naszą nową serię wiertarek akumulatorowych w klasie 18 V. Wiertarka DS18DD, wiertarka udarowa DV18DD i zakrętarka udarowa WH18DD są wyposażone w nasze wysoce wydajne i trwałe silniki bezszczotkowe. To sprawia, że są jeszcze mocniejsze i trwalsze. Są również kompaktowe i wygodniejsze w pracy w wąskich przestrzeniach.

Rozwijamy innowacyjne japońskie technologie od 1948 roku.

EKSPLOATACJA I REMONTY

Trzy kompaktowe narzędzia HiKOKI Przedstawiamy nową serię bezszczotkowych wkrętarek akumulatorowych 18 V firmy HiKOKI: wiertarko-wkrętarka DS18DD, udarowa wiertarko-wkrętarka DV18DD oraz zakrętarka udarowa WH18DD.

iKOKI rozszerza swój asortyment o trzy kompaktowe wiertarko-wkrętarki akumulatorowe w klasie 18 V, dając użytkownikom dużą moc w małych, poręcznych narzędziach. Dzięki maksymalnemu momentowi obrotowemu 55 Nm, zarówno wiertarko-wkrętarka akumulatorowa DS18DD, jak i udarowa akumulatorowa wkrętarko-wkrętarka DV18DD należą do najpotężniejszych narzędzi w swojej klasie, co znacznie ułatwia pracę. Akumulatorowa zakrętarka udarowa WH18DD ma maksymalny moment obrotowy 140 Nm, dzięki czemu nawet stosunkowo duże rozmiary śrub można wkręcać szybko i precyzyjnie. Dzięki połączeniu kompaktowych wymiarów i wysokiej wydajności nowe wiertarko-wkrętarki akumulatorowe HiKOKI są szczególnie atrakcyjne dla stolarzy lub elektryków, którzy często pracują tego typu narzędziami w wąskich, ciasnych przestrzeniach.

Bezszczotkowa technologia silnika

DS18DD, DV18DD i WH18DD mają silnik bezszczotkowy. Ta nowoczesna technologia oferuje użytkownikowi wiele korzyści. Na przykład dzięki temu nowe akumulatorowe wiertarko-wkrętarki HiKOKI 18 V są lekkie i kompaktowe. Ponadto jednostka sterująca zapewnia efektywny postęp prac podczas wiercenia i wkręcania bez przeciążania silnika, mechaniki czy uchwytu. Dzięki wysokiej sprawności silnika możliwa jest praktycznie praca non stop. Kolejny bardzo pozytywny aspekt silnika bezszczotkowego - jest bezobsługowy, ponieważ nie ma szczotek, które się zużywają i trzeba je wymienić. Dodatkowo obudowa jest zamknięta - pył nie może dostać się do wnętrza przestrzeni silnikowej.

Praktyczne i poręczne

Wbudowane światła LED zapewniają dobrą widoczność w każdej sytuacji. Umożliwia to precyzyjną pracę nawet w wąskich i ciemnych przestrzeniach. Krótka obudowa narzędzi jest dodatkowym plusem: DS18DD ma tylko 157 milimetrów, a DV18DD to 170 milimetry to najmniejsze wiertarko-wkrętarki w swoim segmencie rynku. Przy 134 milimetrach WH18DD jest również jednym z najmniejszych w swojej klasie. Akumulatorowa wkrętarko-wkrętarka DS18DD i udarowa akumulatorowa wkrętarko-wkrętarka DV18DD są dostępne od stycznia 2021, a akumulatorowa wkrętarko-wkrętarka WH18DD od grudnia 2020 r. Do kupienia w sieci dealerskiej HiKOKI. Informacja nt. sieci dealerskiej znajduje się na naszej stronie: www.hikoki-narzedzia.pl/lista-dealerow. Hikoki n

Tabela. 1. Dane techniczne. Wiertarko-wkrętarka akumulatorowa 18 V - DS18DD Wiercenie

13 mm w stali 36 mm w drewnie

Wkręcanie wkrętów do drewna

6 x 75 mm

Śruby maszynowe Prędkość obrotowa Maks. moment obrotowy Sprzęgło

6 mm 0 do 440 min-1 (niska) 0 do 1700 min-1 (wysoka) 26 Nm (miękki) 55 Nm (twardy) 0,6 do 4,0 Nm

Uchwyt wiertarski o średnicy od

2 do 13 mm

Wymiary DxSxW

157 x 238 x 58 mm

Waga wraz z akumulatorem 1,2 kg BSL1830C Wiertarko-wkrętarka udarowa 18 V - DV18DD Wiercenie

13 mm w cegle 13 mm ze stali 36 mm w drewnie

Wkręcanie wkrętów do drewna

6 x 75 mm

Śruby maszynowe Prędkość obrotowa Maks. udarów Maks. moment obrotowy Sprzęgło

6 mm 0 do 440 min-1 (niska) 0 do 1700 min-1 (wysoka) 0 do 6600 min-1 (niski) 0 do 25 500 min-1 (wysoka) 25 Nm (miękki) 55 Nm (twardy) 0,6 do 4,0 Nm

Uchwyt wiertarski o średnicy od

2 do 13 mm

Wymiary DxSxW

170 x 238 x 58 mm

Waga wraz z akumulatorem 1,3 kg BSL1830C Zakrętarka udarowa 18 v - WH18DD Śruby maszynowe

od 4 do 8 mm

Zwykłe śruby

M5 do M14

Śruby o dużej wytrzymałości

M5 do M12

Maks. moment dokręcania

140 Nm

Prędkość bez obciążenia

0 do 3200 min-1

Współczynnik uderzeń

0 do 4000 min-1

Wymiary dł. x wys.

134 x 237 mm

Waga (z akumulatorem BSL1830C)

1,3 kg

Więcej w tym zakres dostawy znajdują się na naszej stronie: https://hikoki-narzedzia.pl/dd-nowa-seria-urzadzen

URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2021

NEW MULTIVERT® I-XTENSIO IoT READY

Nowa wersja w standardowych wymiarach Łatwy montaż przekładników pomiarowych

SMART MODBUS MONITORING

E P. M E R S E N .CO M

- 10521 - 02-2021 - Mersen property

NO WY M U LT I V E R T ® I -X T E N S I O ROZŁĄCZNIK BEZPIECZNIKOWY NH W E R S J A SM A R T

Urządzenia dla Energetyki nr 1/2021

Articles inside

Sterowanie falownikami mikroinstalacji PV zgodnie ze specyfikacją SunSpec

Eksperci Schneider Electric: 7 sposobów pokazujących jak zarządzanie energią pomaga uniknąć nieplanowanych przestojów

Moduł Opłata Mocowa. Obliczanie opłaty mocowej wszystkim kategoriom odbiorców końcowych

Analiza narażeń cieplnych szyn wielkoprądowych układów prostowniczych dużej mocy – studium przypadku

Funkcjonalności systemu nadążające za potrzebami klientów

System pomiaru napięć rażeniowych z obrazowaniem bezpieczeństwa instalacji uziemiających i funkcją inteligentnej predykcji STE-1

Nowoczesne technologie i rozwiązania wspierające OZE w produkcji energii elektrycznej oraz sieci dystrybucyjne

Bezpieczniki firmy SIBA - zastosowanie w magazynach energii z akumulatorami

Fluke Corporation przejął PRÜFTECHNIK, lidera rynku systemów laserowego osiowania i badań nieniszczących

Szybka lokalizacja wyładowań koronowych z użyciem kamery ultradźwiękowej Flir Si124

Nowe zasoby dla najważniejszej elektrowni TAURONA

Bodas-Drive eDA - elektroniczne rozwiązanie do hydrostatycznych napędów jezdnych