POLITECHNIKA RADOMSKA
LABORATORIUM TWN
Numer ćwiczenia: 2	Temat ćwiczenia: miernik parametrów energii elektrycznej	Zespół: Maciej Szantula Artur Zygmunt Łukasz Cierpisz
Data wykonania: 21.06.2009	Data oddania do sprawdzenia:	Ocena:

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zaprojektowanie miernika parametrów jakości energii elektrycznej z wykorzystaniem programu DasyLab oraz wstępne zapoznanie się z graficznym środowiskiem oprogramowania systemów pomiarowych DasyLab.

II. Wstęp

Pojęcie jakość energii elektrycznej - określa grupę wielkości charakteryzujących napięcie zasilające, których zapewnienie jest warunkiem poprawnej pracy zasilanych urządzeń elektrycznych.

Jakość dostarczanej do odbiorców energii elektrycznej określa szereg parametrów, wyszczególnionych w normie określającej dopuszczalne wartości wymienionych parametrów, a także dopuszczalny czas w którym mogą one być przekroczone. Okres obserwacji wymagany przez normę wynosi 7 dni, przy czym co najmniej 5 z nich powinno być dniami roboczymi.

Do podlegających kontroli parametrów jakości energii elektrycznej należą: częstotliwość, wartość, wahania i skoki napięcia, przerwy w zasilaniu, napięcia przejściowe (pojawiające się chwilowo podczas włączania i rozłączania elementów sieci przesyłowej), asymetria napięcia zasilającego, harmoniczne i interharmoniczne dla napięcia i prądu, napięcia sygnalizacyjne nałożone na napięcie zasilające i szybkie zmiany napięcia.

Niedotrzymanie określonych w przepisach zakresów wartości tych parametrów energii elektrycznej dostarczanej do odbiorców może powodować zakłócenia pracy odbiorników. Niejednokrotnie możliwe jest zaobserwowanie zjawisk fizycznych i chemicznych będących następstwem tych zakłóceń. Mogą to być m.in.

- migotania źródeł światła

- zaburzenia w pracy napędów elektrycznych, które mogą wpływać na przebieg procesów technologicznych

- uszkodzenia lub wyłączenia odbiorników czułych na zmiany parametrów zasilania

Niestabilna praca urządzeń elektrycznych i elektronicznych, zauważalna z powodu m.in. ich zwiększonej hałaśliwości, przegrzewania, nadmiernych drgań czy nieplanowych wyłączeń, jest źródłem strat wynikających z przedwczesnego ich zużycia oraz zakłóceń procesów, w których biorą one udział.

II. Przebieg ćwiczenia

1. Program wizualizacji i akwizycji danych pomiarowych - DasyLab

Aplikacja DasyLab została stworzona w celu analizy i akwizycji danych pomiarowych. Program cechuje przyjazny interfejs użytkownika, co pozwala na szybkie wykonywanie zaawansowanych układów pomiarowo - akwizycyjno - kontrolnych. Sposób wykonywania strategii pomiarowej jest bardzo prosty, symbole potrzebnych modułów umieszcza się w oknie Worksheed (płaszczyzna projektowa), a następnie przy pomocy myszki łączy się je za pomocą wirtualnych połączeń. Symbole modułów reprezentują bloki wejściowe i wyjściowe, wyświetlacze oraz każdą z wielu operacji możliwych do wykonania przez program.

Konstruowanie strategii pomiarowej w programie DasyLab wykonuje się, działając na dwóch płaszczyznach projektowych:

• Worksheet - budowa projektu systemu (poszczególne elementy są reprezentowane przy pomocy ikon, które łączy się w logiczną całość),

• Layout - tworzenie graficznego interfejsu użytkownika.

a) b)

Rys. 2. Okno programu Dasylab:

a) płaszczyzna projektowa Worksheet , b) Layout - graficzny interfejs użytkownika

Sposób projektowania strategii pomiarowej:

1. Wstęp do projektu:

1. Określenie funkcji i parametrów,

2. Odpowiedni dobór części sprzętowej,

3. Analiza sterownika części sprzętowej lub stworzenie własnego sterownika.

2. Projekt systemu na płaszczyźnie projektowej (Worksheet):

1. Wybór modułów odpowiadających za interesujące nas funkcje,

2. Wybór konkretnych obiektów z wcześniej wyselekcjonowanych grup,

3. Rozmieszczenie obiektów,

4. Konfiguracja obiektów,

5. Połączenie modułów zgodnie z algorytmem działania systemu.

3. Projekt graficznego interfejsu użytkownika na płaszczyźnie projektowej (Layout):

1. Określenie funkcji i parametrów, które powinny być dostępne dla użytkownika,

2. Wybór obiektów graficznych,

3. Konfiguracja obiektów graficznych.

2. Realizacja zadania w aplikacji DasyLab (charakterystykę poszczególnych elementów układu pomiarowego)

Pierwszą czynnością, którą należy wykonać przy budowaniu strategii w programie jest dokonanie wyboru ikon reprezentujących niezbędne elementy i osadzenie ich na płaszczyźnie projektowej Worksheet. Następnie należy połączyć wyjścia jednego obiektu z wejściem kolejnego oraz odpowiednio je skonfigurować. Po wykonaniu powyższej czynności z wybranych obiektów budujemy i konfigurujemy ekran wizualizacyjny dla konkretnego pomiaru.

Schemat modułowy oraz okno panelu czołowego wykonanego miernika wirtualnego przedstawiają poniższe rysunki.

Rys. 3. Struktura zaprojektowanego systemu pomiarowego.

Poniższa ikona prezentuje wejście analogowe z zainstalowanymi podczas konfiguracji sterownikami karty pomiarowej.

Rys.4. Ikona wejścia analogowego.

Ikona reprezentująca funkcję skalowania użyta w celu dopasowania poziomów mierzonych napięć do wejścia karty pomiarowej. Klikając podwójnie na ikonę uzyskujemy dostęp do opcji skalowania. W polu Linear Function f(x)=ax+b podajemy odpowiednią wartość współczynnika a lub (i) b. Następnie potwierdzamy wprowadzone zmiany klikając ok.

Rys.5. Blok skalowania.

Rys.6. Okno opcji skalowania.

Ikona przedstawiająca analogowy wyświetlacz aktualnej wartości pomiaru, czyli Analog Meter. W przypadku tej strategii jest to woltomierz analogowy. W oknie modułu wybieramy przycisk Scalling, a następnie w zakładce Settings żądany przedział wartości. Woltomierz w zależności od konfiguracji mierzy wartość minimalną, maksymalną, średnią lub skuteczną.

Rys. 7. Ikona przyrządu wskazówkowego (analogowego)

Rys.8. Okno ustawień miernika analogowego.

Ikona elementu wizualizacji przedstawiająca miernik cyfrowy (Digital Meter), służący do dokładnego zobrazowania wyniku pomiaru. W prezentowanej konfiguracji miernik wyświetla wartości w postaci minimalnej, maksymalnej, średniej oraz skutecznej. W tym celu, w oknie ustawień należy zwiększyć ilość wejść do czterech, a następnie każdemu z nich przyporządkować odpowiednią postać mierzonej wielkości.

Rys. 9. Ikona miernika cyfrowego.

Rys. 10. Okno konfiguracji miernika cyfrowego.

Rys. 11. Miernik cyfrowy w czsie pomiaru.

Wybierając tą ikonę tworzymy tzw. Bar Graph, element prezentujący wynik pomiaru w postaci słupkowej. W oknie konfiguracji możemy dokonać sposobu wyświetlania wartości mierzonej, np. za pomocą wskaźnika diodowego, a dodatkowo ustawić wartość progu alarmowego. Bar Graph.

Rys. 12. Ikona wskaźnika słupkowego Bar Graphu.

Rys. 13. Okno ustawień Bar Graphu.

Ten element (List Display) umożliwia użytkownikowi zapisywanie oraz wizualizacje danych w procesie pomiaru. Ustawienia pozwalają między innymi zmianę wielkości czcionki oraz koloru tła, w celu lepszej przejrzystości.

Rys. 14. Ikona wizualizacji danych pomiarowych.

Rys. 15. Dostępne opcje elementu List Display.

Rys. 16. Widok czołowy modułu List Display.

Przedstawione ikony są odpowiedzialne za rejestrację (Chart Recorder) oraz wizualizacje (Y/t Chart) przebiegów w funkcji czasu. Okna obydwu modułów w panelu czołowym wyglądają identycznie. W oknie konfiguracji dostępna jest opcja skalowania, a obserwowany przebieg można powiększyć i rozciągnąć w czasie.

Rys.17. Ikony odpowiadające za wizualizację przebiegów w czasie.

Rys. 19. Okno ustawień modułu Y/t Chart.

Rys. 20. Panel czołowy modułu Y/t Chart.

Prezentowana ikona, o nazwie Write Data, odpowiedzialna jest za zapis danych pomiarowych do pliku, co umożliwia dalszą obróbkę wyników w innych programach: np.: arkusz kalkulacyjny Microsoft Excel oraz ponowny odczyt w programie DasyLab.

Rys. 21. Ikona zapisu danych do pliku (Write Data)

Należy nadmienić, że większość modułów w programie DasyLab wyposażona jest w bardzo przydatną opcję Copy Inputs to Outputs, pozwalającą łączyć wyjścia wybranych elementów z wejściami następnych.

III. Wnioski:

Zakłócenia jakości energii są powodowane przez wzajemne oddziaływanie systemu elektroenergetycznego i odbiorników energii. Najczęściej przyczyna leży po stronie odbiorników energii, chociaż możliwe jest także powodowanie zakłóceń przez urządzenia służące do dystrybucji energii, np. przepięcia łączeniowe lub przepięcia będące następstwem zjawisk atmosferycznych.

Przyczyną leżącą pomiędzy siecią dystrybucji (po stronie dostawcy) a końcowymi odbiornikami energii może być również zła jakość instalacji elektrycznej w budynkach i pomieszczeniach - wadliwe złącza, nieodpowiednie bezpieczniki, przewody niedostosowane do przenoszonych prądów, itp.

Do powstawania stałych (nielosowych) zakłóceń jakości energii przyczynia się m.in. coraz większa liczba odbiorników nieliniowych (np. komputerów, przetwornic napięcia, oświetlenia energooszczędnego), stosowanie odbiorników nieliniowych dużej mocy (zgrzewarki, spawarki) lub odbiorników nie spełniających norm kompatybilności elektromagnetycznej. Nieliniowość odbiornika energii polega na nieliniowej zależności pobieranego prądu od chwilowej wartości napięcia. Powodem nieliniowości mogą być na przykład zasilacze impulsowe (powodujące wielokrotne skoki pobieranego prądu), a także tradycyjne zasilacze transformatorowe pobierające prąd dopiero po przekroczeniu progowej wartości napięcia chwilowego i przyczyniające się do powstawania zniekształceń harmonicznych, polegających w tym przypadku na "ścinaniu wierzchołków" sinusoidy.

Aktualny stan techniki znacząco wpływa na wzrost znaczenia jakości energii elektrycznej - z jednej strony wprowadza się do użytku coraz więcej urządzeń wymagających energii o wysokiej jakości, z drugiej strony odbiorniki te istotnie oddziałują na tę jakość.

Oprócz zakłóceń stałych, związanych z obciążeniem wprowadzanym przez prawidłowo działające odbiorniki energii, istotne (a często bardziej niebezpieczne w skutkach) są również zakłócenia losowe, związane z awariami części systemu dystrybucji energii, lokalnych instalacji elektrycznych lub odbiorników dużej mocy. Awarie te mogą mieć skutki nie tylko w części instalacji bezpośrednio objętej awarią, ale również dalej - gwałtowna zmiana pobieranej mocy przyczynia się bowiem do nagłych skoków napięcia, a także destabilizacji pracy elektrowni. Znane są przypadki poważnych awarii sieci energetycznej w wyniku nagłego wyłączenia telewizorów po zakończeniu popularnego programu, a także zaburzenia pracy sieci związane z jednoczesną aktywnością osób oglądających program o dużej oglądalności - przykładowo, włączeniem setek tysięcy czajników elektrycznych w przerwie transmitowanego meczu.

Zapewnienie odpowiedniej jakości energii elektrycznej stanowi przedmiot działań dystrybutorów energii, którzy są zobligowani do przestrzegania stosownych norm, a także odbiorców energii, którzy inwestują w systemy kondycjonowania energii.

10

---