Высокая степень доступности через Измерение 3 в 1

Измерение 3 в 1 для безопасности и эффективности

   Не удивительно, что со всеми этими установками, спрос на безопасное электроснабжение приходит до повсеместной энергетической эффективности. Постоянный контроль с соответствующим интегрированным измерительным оборудованием для управления энергопотреблением, качеством электроэнергии и контроля за остаточным током соответствует этому требованию; он подходит для обеих целей. В то же время контроль за остаточным током также способствует улучшению противопожарной защиты. Однако на практике очень сложно выявлять, оценивать и записывать все данные измерений. Все это должно происходить очень быстро, например, если вы хотите обнаружить только что возникшую неисправность в изоляции до сбоя в системе.

  Janitza - специалист по цифровым измерительным технологиям и системам контроля в области энергоснабжения - специально разработала новые UMG 512-PRO, UMG 96RM-E и UMG 20CM для осуществления контроля на трех уровнях (смотри раздел “Решения по контролю на практике”). Вместе с ПО GridVis® и встроенным управлением сигналами тревоги решения для трех областей объединяются в общую системную среду и остается всего лишь один измерительный прибор в точке измерения:

Измерение 3 в 1

• Энергоменеджмент согласно ISO 50001 (регистрация В, A, Гц, кВтч, кВт, кВАр·ч, квар...)
• Контроль качества электроэнергии (высшие гармоники, фликер, падение напряжения, переходные процессы и т.д.)
• Контроль за остаточным током (сокращенно RCM)

Это совмещение трех различных функций в рамках одного измерительного прибора имеет главное преимущество: сборка, монтаж, а также установка остальной инфраструктуры (трансформатор тока, линии связи и оборудование, база данных, программное обеспечение, инструменты анализа и программное обеспечение для составление отчетности, и т. д.) требуется только один раз. Кроме того, все данные регистрируются централизованно в базе данных и могут быть обработаны одним программным обеспечением, что очень удобно. Это не только сокращает прямые затраты при покупке, но и упрощает интеграцию: Никаких интерфейсов между различными системами не требуется - так как есть только одна система. Это также уменьшает объем учебных мероприятий и введений в должность, что, в свою очередь, увеличивает одобрение ответственных за это инженеров-электриков.

Сигнал перед сбоем

 Значительным преимуществом этого интегрированного сбора данных является его скорость и всесторонний обзор всех данных. Это облегчает обнаружение ошибок, которые могут быть частично выявлены или вовсе полностью упущены одной системой. Таким образом, пользователь сможет среагировать, прежде чем предохранители или устройства остаточного тока (RCD) выключат поломанные системы или гнезда энергетических сетей. Это относится, в частности, к небольшому увеличению остаточных токов (например, вызванных неисправностью изоляции), чрезмерно высоким рабочим токам и любой другой перегрузке деталей и нагрузок системы (изображение 1).

Универсальное устройство контроля дифференциального тока: Повышенная безопасность, повышенная доступность системы, снижение риска пожара

 Как уже упоминалось ранее, RCM играет все более важную роль при высокой доступности источников питания, которые сейчас встречаются почти во всех сегментах рынка. Постоянные процессы и специальные применения, такие как в компьютерных центрах, больницах и заводах полупроводниковых приборов, в частности зависят от контроля остаточного тока. Кроме того, контроль дифференциального тока является хорошей альтернативой во всех областях, где невозможно использовать измерения сопротивления изоляции и устройства остаточного тока из-за локальных или эксплуатационных условий. Описанный «предусмотрительный» мониторинг также помогает уменьшить сигналы тревоги по мере необходимости, как это требуется, например, при управлении тревогами в соответствии с EEMUA 191 или NAMUR NA 102.

RCM - функциональность

   Основные возможности принципа работы остаточного тока показана на изображении 2. Здесь фазовый и нулевой провод защищенного выхода проходит через трансформатор суммарного тока, провод заземления не учитывается. Изображение обеспечивает лучший обзор благодаря очень упрощенной проводке. С практической точки зрения все три фазы и нулевой проводник проходят через трансформатор суммарного тока. Если система находится в исправном состоянии, ток суммирования равен нулю или близок к нулю (в допустимом диапазоне), что означает, что ток, индуцированный во вторичной цепи, также равен нулю или близок к нулю. Однако, если остаточный ток вытекает на землю в связи с неисправностью, то дифференциальный ток во вторичном контуре поспособствует регистрации и оценке тока измерительным устройством контроля за остаточным током (изображение 3).

   Современные устройства контроля за дифференциальным током принимают различные пороговые значения (изображение 4). Статическое пороговое значение имеет недостаток - оно либо слишком высокое при частичной нагрузке, либо слишком маленькое при полной нагрузке, то есть обеспечивается либо недостаточная защита, либо выдаются ошибочные сигналы тревоги, которые со временем могут иметь негативные последствия эффективности контроля персонала. По этой причине целесообразно использовать измерительные приборы контроля за дифференциальным током с активным формированием порогового значения. В этом случае пороговое значение дифференциального тока формируется на основе фактических условий нагрузки и поэтому оптимально выравнивается с соответствующей применимой нагрузкой (изображение 5) Благодаря оценке параметров (т.е. при условии состояния дифференциального тока «GOOD») системы в новом состоянии и постоянному мониторингу могут быть обнаружены все изменения состояния системы после запуска. Это также позволяет обнаруживать утекающие дифференциальные токи.

Новые технологии, новые источники ошибок

       Примеры «современных источников неисправностей» включают разрушения полипропиленовых конденсаторов ПФА. Они служат для компенсации реактивных токов, которые могут генерироваться, например, с помощью трехфазных двигателей. Как это ни парадоксально, неисправность возникает из-за оборудования, которое предназначено для улучшения энергоснабжения. С этими конденсаторами перегрузка или высокая температура часто приводит к расплавлению намотки PP. Расплавление вызывает короткого замыкания на землю с большим сопротивлением. Обычные меры защиты не могут отключить такие короткие замыкания на землю (предохранитель ПЧ, автоматический выключатель). Постоянный остаточный ток обычно ведет в среднесрочной перспективе к полному короткому замыканию и может представлять значительную опасность возгорания или ставить под угрозу безопасность при определенных обстоятельствах (изображение 6). Измерение остаточного тока определяет такие неисправности и позволяет быстро принять контрмеры. Таким образом можно избежать дорогостоящих и опасных сбоев системы.

 Ошибки, такие как недопустимые соединения между фазой N и PE, также часто возникают во время установки. Иногда их просто необходимо поменять местами. На рисунке 7 показана типичная ошибка соединения, которая может легко привести к остаточному току 5000 мА. С помощью контроля дифференциального тока такие ошибки обнаруживаются сразу же на этапе установки и сообщаются через систему сигналов тревоги. Еще одним и более новым источником возникновения ошибок является большое количество однофазных нагрузок, такие как коммутируемые источники питания с серверов в компьютерных центрах или ПК в офисных зданиях. Они генерируют значительную долю 3-х гармоник. Эти доли гармоник несут за собой значительный недостаток, заключающийся в том, что они накладываются на нейтральный проводник, а не сворачиваются через обмотки трансформатора. Это может привести к перегрузкам на N-фазе. Интегрированные измерительные приборы, такие как UMG 96RM-E, обеспечивают всесторонний мониторинг всех фаз и поэтому могут своевременно сообщать о повышенных токах нейтрали.

   В этом контексте также делается ссылка на положение о правилах техники безопасности в VdS (Германская страховая ассоциация) для электрических систем до 1000 Вольт:

 «VdS 2046 : 2010-06 (11)

3.2.4 В целях повышения безопасности электрических систем, в которых задействованы многочисленные нелинейные нагрузки (например, преобразователи частоты, управления фазным углом, например, в системах освещения), измерение тока в нейтральном проводнике должно происходить регулярно - например один раз в год и дополнительно после любых существенных изменений в электрической системе или типа и количества электрических нагрузок. Если безопасность системы подвержена риску из- за чрезмерно высоких гармонических токов, меры должны быть реализованы для защиты гармоник в соответствии с публикацией «Электрооборудование с малой погрешностью» (VdS 2349)».

Проблема высокой доступности

ИТ-технология предъявляет высокие требования к обеспечению. Однако особенно важными являются установки, в которых не может быть допущена потеря данных. Поэтому BITKOM (Германская ассоциация информационных технологий, телекоммуникаций и новых средств информации )в руководстве для   «Оперативно надежных вычислительных центров» указывает следующее: “В компьютерных центрах применяются максимальные требования к доступности. Поэтому энергоснабжение всегда должно быть гарантировано. В связи с этим понятным является требование о том, что блок питания на самом компьютерном центре и во всех отделах в здании, где походят кабели данных, должен быть разработан по системе TN-S. Для гарантированной работы необходимым является постоянный самоконтроль «чистой» системы TN-S и выдача сигналов на стол, где происходит постоянное управление, например, в центре управления. Затем инженер-электрик на основе полученных сигналов сможет выявить, какие действия необходимо предпринять, и таким образом сможет избежать ущерба посредством целевых мер обслуживания». Благодаря разработке Janitza, критерии безопасности «RCM» могут быть реализованы через тип системы TN-S, оптимизированной по EMC (изображение 8).

Снижение затрат на тестирование с помощью RCM

Периодическое тестирование, как предусмотрено, например, в BGV A3 - Электрические системы и операционное оборудование, требуют больших затрат времени и поэтому являются дорогостоящими. RCM могут снизить затраты на тестирование, а также обеспечить повышенную безопасность. Считается, что стационарные электрические системы и рабочее оборудование постоянно находятся под контролем, если они постоянно обслуживаются инженер-электриком и проходят проверку измерительных приборов в рамках проведения работ (например, контроль сопротивления изоляции). Благодаря постоянному измерению дифференциального тока в рамках RCM, системы контроля способны обеспечить необходимое тестирование.

Особо следует отметить, что RCM делает дорогостоящее измерение сопротивления изоляции как минимум излишним, в то время как происходит постоянное тестирование характеристик. Для проведения обычных измерений изоляции должны быть выключены фиксированные системы или нагрузки, а нулевой проводник отключен. Кроме того, существует риск того, что высокое испытательное напряжение, которое используется для измерения изоляции может привести к повреждению чувствительных электронных компонентов. Точность испытаний и масштаб может быть уменьшен путем постоянного мониторинга. Однако, это должно быть определено на основе конкретного применения. Здесь важно обсудить это вопрос с оператором и, при необходимости, с экспертами и / или ассоциацией страхования ответственности работодателей! В этой связи также четко указано, что при постоянном RCM необходимо выполнить следующие измерения:

Ассоциация страховщиков (Германия) требует наличие RCM

VdS высказался по вопросу о высших гармониках / установке систем электроснабжения:

Чтобы гарантировать работу системы TN-S на постоянной основе (отсутствие короткого замыкания между фазой N и PE, переключение фазы N и PE), она должна быть под наблюдением устройства по измерению дифференциального тока (RCM).

Если достигнуто заданное значение триггера, воспроизводится оптический и звуковой сигнал ошибки, чтобы можно было немедленно устранить дефект Для того, чтобы воспроизведение сигнала было правильным, он должен быть отправлен на стол управления в соответствующих случаях. Если звуковой сигнал не подается, тогда требуется принудительное отключение неисправной цепи тока ... “

На территории других государств, в отношении правил безопасности для электрических систем до 1000 вольт, VdS предписывает:

«VdS 2046 : 2010-06 (11)
3.2 Соблюдение надлежащего состояния
3.2.3 Чтобы гарантировать безопасность в электрических системах на постоянной основе, если невозможно выполнить измерения сопротивления изоляции из-за локальных или эксплуатационных условий, тогда необходимо выполнить заменяющие меры. Эти меры описаны в публикации «Защита с неисправностями изоляции» (VdS 2349).»

  Соответствующая мера замещения здесь - постоянный контроль за остаточным током!

Измерение энергии и электрические стандартные параметры

Контроль за остаточным током играет главную роль в мониторинге системы Janitza. Несмотря на это, мы не можем не упомянуть следующее: в дополнение к безопасному энергоснабжению, энергоэффективность играет все более важную роль. Здесь был установлен важный этап, с внедрением стандарта ISO 50001. ISO 50001 является стандартным основанием для внедрения системы управления энергией, при этом основное внимание здесь уделяется системе управления терминами. Задача состоит в том, чтобы, опираясь на другие системы менеджмента, такие как ISO 9001 или ISO 14001, создать методику, позволяющую полностью исключить фактор случайности. Термин «цель» здесь следует понимать в смысле, что «маршрут является целью». В качестве примера приведена цитата из резолюции Совета представителей ИТ от февраля 2013 года:

(Страница 2, Резолюция № 2013/2, пункт 2)

«ИТ-совет должен продолжать стремиться к тому, чтобы доля постоянных измерений к концу 2013 года стала высокой, также совет просит подразделение продолжать поощрять использование постоянных измерительных приборов по принципу экономической эффективности затрат.» Все измерительные устройства UMG и счетчики электроэнергии Janitza предлагают возможность выявления и записи стандартных электрических параметров, а также потребления энергии и электроэнергии (изображение 9)

Контроль качества электроэнергии

   Контроль за остаточным током, а также требования Bitkom и ассоциации страховщиков были рассмотрены в первых двух частях. Конечной точкой измерений 3-в-1 является качество электроэнергии. Для бесперебойной эксплуатации современных установок и систем необходима повышенная надежность электроснабжения и хорошее качество электросети. Тем не менее, в современном энергоснабжении в промышленных сетях и в офисных зданиях используется множество однофазных и трехфазных нелинейных потребителей. Это осветительное оборудование, например, регуляторы освещения для прожекторов или энергосберегающих ламп, многочисленные преобразователи частоты для систем отопления, кондиционирования ивентиляции, преобразователи частоты для устройств автоматизации или лифтов, а также для всей ИТ-инфраструктуры с обычными регулируемыми
импульсными блоками питания. Во многих местах в настоящее время используются также инверторы для фотогальванических энергетических установок (PV) и аппаратов бесперебойного питания (ИБП). Все эти нелинейные электрические нагрузки вызывают в большей или меньшей степени обратное воздействие на сеть с искажением исходной “чистой” синусоиды. В результате происходит соответствующее искажение формы волны тока и напряжения (Рисунок 10 и рисунок 11). За последние годы значительно возросла нагрузка сетевой инфраструктуры электрическими и электронными потребителями, оказывающими обратное воздействие на сеть. В зависимости от вида генерирующей установки и оборудования (питание от сети с преобразователем, генератор), жесткости сети в точке подключения и размера нелинейных потребителей, возникают различные обратные воздействия на сеть и помехи. Для защищенныхисточников питания в компьютерных центрах качество электроэнергиидолжно соответствовать EN 61000-2-4 (класс 1). Благодаря широкому выбору измерительных приборов UMG Janitza предлагает возможность сбора и анализа различных параметров качества электроэнергии. Стандартизированные отчеты о качестве электроэнергии в программном обеспечении GridVis® (например, для EN 50160, EN 61000-2-4 и ITIC: „CBEMA Curve“) позволяют создавать отчеты по стандартам одним нажатием кнопки.

Решения по контролю на практике

Цель измерения 3-в-1 - интегрированное измерение энергии, качества электроэнергии и остаточного тока - измерения всех фаз (L1, L2, L3, N) + CEP (центральная точка заземления) + контроль за остаточным током с помощью одного измерительно устройства. Высокопроизводительным измерительным устройством с 6-ю измерительными токовыми входами, работающим по принципу измерения 3-в-1, является UMG 96RM-E для промежуточных распределителей или UMG 512-PRO для основных узлов и CEP от Janitza. Измерительные приборы на основе IP могут быть легко интегрированы в существующие сети соединения через Ethernet. Многочисленные IP-протоколы, встроенный Web-сервер и протокол SNMP упрощают работу администраторов.

20-канальный UMG 20CM идеально подходит для сложных электрических установок с большим количеством точек наблюдения. Измерительные приборы способны обнаруживать (в произвольных комбинациях), постоянно регистрировать и анализировать остаточные токи, утечки тока на землю и рабочие токи через соответствующие измеряющие трансформаторы тока (например, CT-6-20).

Специальные трансформаторы остаточного тока в практических специальных конструкциях также подходят для экономичной модернизации существующих систем без необходимости отключения потребителей электроэнергии.

Сигналы тревоги подаются в нужное время

Сигналы тревоги нельзя не услышать. От акустического сигнала в распределительном шкафу в главном распределителе мало пользы в комнате управления. Благодаря интеграции измерительных устройств контроля дифференциального тока в программное обеспечение GridVis®, которое оснащено комплексными сигналами тревоги, мы можем гарантировать, что сигнал быстро достигнет правильного получателя. При наличии произвольных уровней эскалации и функции бортового журнала, комната управления имеет доступ ко всем инструментам, необходимым для эффективного контроля. Поэтому ответственный инженер-электрик может отслеживать и оценивать увеличение остаточного тока и, при необходимости, быстро предпринимать корректирующие меры.

Токи утечки ослабляют EMC

Результат соединения между N и PE фазой приводит к появлению «блуждающих» токов, распределяемых по системе заземления, через линии передачи и все металлические детали. Поскольку они не выравниваются, они генерируют электромагнитные поля. В результате возникают разнообразные токи в электрических системах, IT-сетях и трубопроводах строительных установок. На рисунке 12 показано, как рабочий ток может распространяться через отдельное подключение заземляющего контура канала связи PEN и проходить через несколько путей, в результате чего сумма тока в силовом проводе и обратном проводе больше не будет равна 0 Это может привести к следующим ошибкам:

Проводники подачи и возврата в распределительных системах должны быть расположены близко друг к другу, чтобы минимизировать магнитные поля. В каждой точке узла в цепи тока сумма токов должна быть равна нулю, чтобы избежать остаточного тока. Кроме того, контроль за остаточным током должен контролировать вспомогательное распределение или цепи тока. UMG 96RM-E очень хорошо подходит для мониторинга вспомогательного распределения или больших нагрузок. Отдельные цепи тока, в которых не могут использоваться выключатели остаточного тока по эксплуатационным причинам, могут контролироваться с помощью UMG 20CM. Подающий сигналы контроль остаточного тока в сочетании с квалифицированным персоналом на месте обеспечивает максимальную альтернативную безопасность.

Нейтральный проводник и CEP (Центральная точка заземления)

Нейтральный проводник (рабочий ток обратного проводника) стал наиболее важной фазой. Он должен рассматриваться как фазовый проводник. Для того, чтобы система заземления оставалось «чистой», ток с нулевой нагрузкой фазы N должен располагаться далеко от фазы PE. Ни один гальванический ток не может пройти через систему заземления, потому что это может привести к индуктивным связям. Эти меры должны быть реализованы непосредственно в источнике питания.

 В системе TN-S, N фаза должна быть подключена только в определенной точке с системой заземления один раз – в так называемой CEP (центральная точка земли от N до PE) и контролироваться. Нежелательные дефекты изоляции или гальванические соединения между N и PE немедленно обнаруживаются при мониторинге CEP. Отклонения своевременно передаются и анализируются с временными зависимостями.
Можно проверить, что система TN-S функционирует безотказно, например, с UMG 521-PRO. Это позволяет дать целостную оценку качеству электроэнергии и EMC.

Можно даже зарегистрировать и проанализировать триггерную фазу короткого замыкания c землей. В этом случае фазовый ток увеличивается параллельно с током CEP. Ток на CEP всегда должен оцениваться в зависимости от общей мощности системы TN-S. С одной стороны, это означает, что утечки тока, зависящие от работы допускаются, в то время как контроль дифференциального тока сообщает об аномальных отклонениях от CEP.

Выводы и перспективы

   Все более высокие требования будут предъявлены к будущим источникам питания, поскольку сбои питания приводят к высоким затратам и огромным разрушениям! Постоянный контроль дифференциального тока для источников питания высокой доступности с высокими требованиями к электромагнитной совместимости, а также для профилактической противопожарной системы устанавливается все чаще. Учитывая тенденции, Janitza представила новый 20-канальный UMG 20CM на рынок в 2013 году и представит еще два продукта в 2014 году – UMG 509-PRO и UMG 5120PRO. Целью является контроль дифференциального тока на всех четырех уровнях (питание [PCC], основное распределение [выходы трансформатора], вспомогательное распределение, индивидуальные нагрузки [например, серверные шкафы]).