Technologie

Zdalny system bezprzewodowego pomiaru temperatury i wilgotności

Streszczenie: W artykule przedstawiono system pomiaru temperatury i wilgotności w rozdzielnicach elektroenergetycznych.

Wstęp:

Bezprzewodowy system pomiaru temperatury i wilgotności służy do monitoringu elementów będących pod napięciem, których temperatura wzrasta w wyniku przepływu prądu.

Taka sytuacja występuje szczególnie w elementach, w których może wystąpić zwiększona rezystancja połączeń w przypadku połączeń skręcanych, przewężeń, połączeń wykonawczych i głowic kablowych, w miejscach słabej wentylacji lub długotrwałego przekroczenia prądów znamionowych rozdzielnicy. Instalacja czujników na elementach będących pod napięciem stwarza obligatoryjne wymagania, co do projektowanego czujnika, który powinien cechować się brakiem baterii, zasilaniem energią pozyskaną z otoczenia, niewielkimi wymiarami, długim cyklem życia oraz bezprzewodową komunikacją. Główni producenci rozdzielnic elektrycznych w Polsce stoją przed wyzwaniem ciągłego monitoringu temperatury elementów pod napięciem w sprzedawanych rozdzielnicach. System taki powinien spełniać wymagania normy z serii  IEC/EN 61439 dla rozdzielnic i szynoprzewodów.

Opis sytemu:

W odpowiedzi na przedstawiony problem zaprojektowany został system o nazwie eTemp (rys. 1), składający się z sieci bezbateryjnych i bezprzewodowych czujników pomiaru temperatury AST-05 instalowanych na elementach znajdujących się pod napięciem lub w strefie napięcia niebezpiecznego oraz czujników temperatury i wilgotności ASTH-01 zasilanych bateryjnie. Czujnik pomiaru temperatury nie wymaga zewnętrznego zasilania i zasila się z prądu przepływającego przez mierzony obiekt, taki jak: szynoprzewód SN/nn, głowica kablowa, kabel SN/nn, itp. Czujnik wysyła dane pomiarowe maksymalnie co 60 sekund przy minimalnym prądzie przepływającym przez mierzony obiekt rzędu kilku amperów. Czas pracy bateryjnych czujników temperatury i wilgotności wynosi około 5 lat. Czujnik diagnozuje stan zainstalowanej w nim baterii i wysyła komunikat o konieczności jej wymiany. Czujniki temperatury AST-05 mocowane są do monitorowanych elementów za pomocą specjalnej opaski, a czujniki temperatury i wilgotności ASTH-01 mogą być zamocowane za pomocą magnesu lub opaski zaciskowej. Wszystkie czujniki, wchodzące w skład systemu, komunikują się z jednostką centralną sytemu eTemp niskoenergetycznym bezprzewodowym łączem. Jednostka ta zapewnia również komunikację z lokalnymi systemami SCADA lub systemami telemechaniki za pomocą łącza komunikacyjnego RS485 lub RJ45, korzystając przy tym z protokołu Modbus. System może również przekazywać informację o przekroczeniach stanów alarmowych do zlokalizowanych w polach rozdzielczych sterowników polowych za pomocą wyjść dwustanowych. Zaimplementowana technologia GSM zapewnia łączność z serwerem akwizycji danych, w celu bezobsługowej, zdalnej diagnostyki parametrów starzeniowych, poprawności działania rozdzielnicy, skuteczności zapewnienia ciągłości dostaw energii elektrycznej [2, 3]. Sieć czujników obsługiwanych przez jedną jednostkę centralną może zawierać do 150 punktów pomiarowych.

Rys.1 Połączenie urządzeń w systemie bezprzewodowego pomiaru temperatury i wilgotności

Konfiguracje systemu użytkownik przeprowadza za pomocą autorskiej aplikacji mobilnej ViSense współpracującej z systemem Android. Aplikacja ta umożliwia skanowanie kodów QR z sensorów, dodawanie ich do konkretnych grup pomiarowych oraz przeglądanie aktualnych danych pomiarowych. Dane pomiarowe z sensorów mogą być również przetwarzane za pomocą systemu Scada-Cloud. Dostęp do wizualizacji tych danych możliwy jest z każdego miejsca na świecie za pośrednictwem urządzeń mobilnych z dostępem do Internetu. Na kolejnym etapie rozwoju system będzie rozbudowany o algorytmy sztucznej inteligencji, których zadaniem będzie przewidywanie możliwości wystąpienia awarii. System eTemp został opracowany w Łukasiewicz-ITR na podstawie założeń przekazanych przez firmę ZPUE Włoszczowa z prawem wyłącznego stosowania.

Przedstawiony na rysunku 2 przykład instalacji systemu pomiarowego wykorzystującego czujniki temperatury zamocowane na głowicach kablowych, które to wysyłają bezprzewodowo informację do modułu odbiorczego w sterowniku M-G8. Sterownik umożliwia połączenie z maksymalnie dziewięcioma czujnikami temperatury i jednym czujnikiem temperatury i wilgotności w obrębie nadzorowanego pola. Układa taki  nie zapewnia pełnej funkcjonalności systemu z jednostką eTemp.

Rys.2 Przykład zastosowania systemu w rozdzielnicy elektroenergetycznej.

MG8

Istotnym z punktu widzenia uniwersalności systemu jest możliwość komunikacji z elektroenergetycznym sterownikiem polowym M-G8. Jest to sterownik o budowie modułowej, w której jeden z jego wymiennych modłów posiada możliwość odczytu informacji o temperaturze i wilgotności za pomocą niskoenergetycznego łącza. Urządzenie M-G8 jest uniwersalnym rozwiązaniem z możliwością dostosowania swoich zasobów sprzętowych i programowych do potrzeb klienta. Posiada jednostkę centralną w wersjach różniących się ilością slotów na wymienne moduły. Interfejs użytkownika umieszczony jest na dwóch wersjach panelu odłączalnego [1] (rys 3).

Rys 3. Widok sterownika polowego M-G8 w 2 wersjach panelu odłączalnego
Rys 4. Widok interfejsu aplikacji ViSense
Rys 5. Widok okna aplikacji eTemp w Scada-Cloud

Podsumowanie

Zaprezentowany system rozwiązuje problem braku monitoringu wzrostu temperatury i wilgotności elementów pod napięciem w rozdzielnicach elektroenergetycznych. Zastosowanie opisanego systemu zwiększy bezpieczeństwo rozdzielnic elektrycznych oraz zapewni mniej awarii i przerw w dostawach energii elektrycznej.

Krzysztof Broda, Mariusz Kucharek, Maciej Rup, Anna Kołtun

Literatura:

1. „Ósma generacja sterownika polowego MUPASZ M-G8” Elektro.info.pl, 10/2020

2. „System zdalnego monitorowania parametrów oraz zużycia energii elektrycznej dla systemów Przemysłu 4.0 z wykorzystaniem technologii z zakresu ICT, IIoT oraz Cloud Computing” Wiadomości Elektrotechniczne 2020/3

3. „ Zdalny dostęp do urządzeń przy wykorzystaniu technologii VPN” Wiadomości Elektrotechniczne 09/2019

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top