Распределительные сети: мониторинг и измерение электропитания на промышленных объектах

Решение задач энергетической инфраструктуры

В этом обзоре представлена основная проблематика энергетической инфраструктуры, с которой часто сталкиваются заводы, промышленные предприятия и крупные распределительные центры. На основе нашего опыта реализованных проектов и внедрения оборудования на различных объектах выделены основные шаги, необходимые для решения задач, требующих высоких финансовых затрат. Решению этих задач во многих случаях способствовало внедрение доступной по цене и простой в установке модульной технологии. Важнейшим аспектом эффективного управления промышленным объектом является разработка стратегии, которая позволяет своевременно реагировать на возникающие проблемы, сводить к минимуму время простоя, снижать затраты и повышать производительность.

Для чего нужен мониторинг распределительных сетей?

С ростом машинной и промышленной автоматизации потребление электроэнергии растет. Постоянно меняющиеся условия на современных промышленных объектах и в центрах обработки данных могут привести к убыткам в случае перегрузки автоматических выключателей. В результате, мониторинг энергопотребления становится важной частью надёжного функционирования центра обработки данных.

Использовавшиеся раннее подходы к мониторингу электропитания как в центрах обработки данных, так и на промышленных объектах не учитывали распределительные сети, питающие несколько модулей распределения питания, либо не позволяли измерить потребление компонентами, не запитанными через такие модули. Мониторинг распределительных сетей был изначально разработан для центров обработки данных как средство решения этих проблем путем измерения мощности на уровне распределительной сети.

Основная задача мониторинга объектов или производства состояла в том, чтобы не допустить перегрузки автоматических выключателей. В последнее время измерение осуществляется на уровне каждой производственной единицы для балансировки нагрузки и обеспечения требуемой мощности. Требуется уделять всё больше внимания мощности с точки зрения стоимости её использования и возможностей для дальнейшего расширения. Появляется необходимость в получении данных с распределительных сетей для точной оценки используемой мощности.

Система мониторинга распределительных сетей может быть интегрирована в распределительные (PDU) и дистанционные щиты питания (RPP), а также установлена в существующие щиты питания без нарушения их работы или простоя оборудования.

Трансформаторы тока (ТТ) с разъемным сердечником размещаются на каждом выключателе PDU или RPP, чтобы в реальном времени получать значения тока, необходимые для мониторинга нагрузки каждой из цепей. Показания затем передаются в центральную систему управления, где можно осуществить мониторинг.

Типовые системы осуществляют мониторинг тока для трехфазной сети, нейтралей и до 96 цепей ответвления на данном щите. Современные системы способны собирать показания по напряжению и мощности по каждой цепи, что может быть полезно на объектах со сложной иерархией управления, при тарификации на основе энергопотребления.

После широкого распространения на рынке центров обработки данных в течение последних нескольких лет, мониторинг распределительных сетей получил признание и на промышленных предприятиях в роли инструмента, предлагающего значительные возможности для экономии средств. С ростом стоимости электроэнергии владельцы и руководители промышленных предприятий стремятся найти способы снижения энергопотребления.

Мониторинг распределительных сетей в действии на производственном объекте

Почему перерабатывающим предприятиям нужно заботиться о тщательном анализе их энергетической инфраструктуры? Интенсивные производственные и промышленные объекты в значительной степени полагаются на все данные, которые они получают из системы для мониторинга распределительных сетей, для принятия эффективных решений по управлению энергопотреблением. Это увеличивает времябесперебойной работы, влияя на текущие показатели и общую прибыльность.

Внедрение мониторинга распределительных сетей в реальном времени позволит определить потребности в мощности, обеспечивая максимальную эксплуатационную готовность. Потребность производственной линии в энергии колеблется и возрастает в зависимости от нагрузки и скорости производства. Выполнение случайных проверок на распределительных щитах в ручном режиме во многих случаях будет недостаточным. Детальный контроль нагрузки на соответствующих выключателях и/или линиях с помощью веб-мониторинга в режиме реального времени позволяет быстро реагировать на возможные проблемы. Экран на центральном контроллере отображает основные параметры электрических сетей и данные окружающей среды, гарантируя простое и понятное управление.

При возникновении проблем можно использовать систему оповещения для отправки уведомлений, включая электронную почту или SMS, чтобы проинформировать уполномоченный персонал целью минимизировать потери продукции.

В случае, когда на промышленном объекте имеются десятки распределительных щитов, масштабируемость решения имеет важное значение. Поскольку в решениях Raritan для мониторинга распределительных сетей реализуется модульный подход, можно легко добавить дополнительные измерители или модернизировать имеющиеся трансформаторы тока (ТТ). Имеющиеся ТТ масштабируются для нагрузки от 60 ампер до 400 ампер и даже выше.

ТТ с разъемным сердечником можно устанавливать на цепи под напряжением, не прерывая питания оборудования и обеспечивая моментальный мониторинг нагрузки цепей. Традиционные ТТ чувствительны к направлению цепи и должны устанавливаться только в одном направлении. При неправильной установке потребуется повторный монтаж для обеспечения правильности измерений. ТТ с автокоррекцией исключают этот риск, исключая необходимость постмонтажа.

Распределительные щиты питания, как правило, подвергаются внешнему осмотру или незначительному техобслуживанию. Исключение составляют те случаи, когда есть подозрение, что они вызывают проблемы. Размещение на этих щитах датчиков состояния внешней среды позволяет внимательно следить за их состоянием. Датчик, размещенный на дверце щита, будет генерировать оповещения для обслуживающего персонала, уведомляя о том, что щит, возможно, открывает неуполномоченное лицо. Датчики температуры уведомят о перегреве щитов. Их можно быстро проверить, чтобы избежать пожара или других бедствий.

Чтобы контролировать расход энергии и соответствовать локальным требованиям в области энергетики, необходимо вести активный учет. Прозрачность энергопотребления позволяет правильно распределять затраты между производственными линиями и/или отделами. Повышение осведомленности о затратах на потребление часто приводит к заметной экономии энергии. Потенциальные инвестиции в более эффективное оборудование также будет легче отстаивать при обсуждении бюджета.

На большинстве производственных объектов, как правило, имеется технический и обслуживающий персонал, что затрудняет выбор протоколов связи для использования. Инженеры Raritan понимают это и реализуют наиболее часто используемый в ИТ протокол связи - SNMP, а также протокол MODBUS. Поддерживая оба типа протоколов, Raritan обеспечивает простую интеграцию как в решения ИТ, так и в решения для мониторинга оборудования.

В случаях, когда обслуживающий персонал не имеет доступа к компьютерной системе, есть возможность быстро просмотреть все показания и предупреждения на полнофункциональном цветном дисплее системы BCM2. Для удобства доступа у Raritan также есть приложения для Android и iOS, которые позволяют просматривать все параметры на смартфоне или планшете.

Преимущества переоснащения системами мониторинга распределительных сетей

Модернизация объекта с помощью мониторинга распределительных сетей – это эффективный способ оптимизировать энергопотребление и возможности инфраструктуры, а также сэкономить средства без существенных затрат на реконструкцию. Уровень подробного мониторинга распределительных сетей позволяет различным группам операторов взимать плату за использование электроэнергии с производственных подразделений.

Одним существенным недостатком, с которым сталкиваются решения для мониторинга распределительных сетей с использованием ТТ со сплошным сердечником, являются существенные затраты на оборудование и монтаж, поскольку пользователю необходимо перемонтировать весь щит, добавив к расходам до 60% его стоимости. При использовании ТТ с разъемным сердечником операторам требуется монтировать систему мониторинга просто как дополнительное устройство, а технология автоматической коррекции Raritan позволяет устанавливать ТТ на цепи под напряжением, не беспокоясь об ориентации ТТ.

Неоднократно доказано, что модификация решения для мониторинга распределительных сетей дает пользователям возможность значительно уменьшить время простоя за счет развертывания четкой стратегии планирования нагрузки и использовать в своей работе мгновенные выгоды эксплуатационной эффективности.

Мониторинг распределительных сетей, безусловно, представляет собой окупаемое решение, которое со временем будет раскрывать свои преимущества, от определенной политики управления питанием, влияющей на изменение поведения в рамках всей организации, до более точной и четкой видимости цепочки электропитания.

Точность измерений

Большинство продуктов для мониторинга распределительных сетей стремятся к точности «уровня энергетической компании» (также называемой «уровнем коммерческого учета»). Это означает, что информация является достаточно точной для законного использования для выставления счетов клиентам или внутренним структурным подразделениям. Данные приборы имеют ту же степень точности, что и приборы энергетической компании, имеющие точность +/-1%.

При ссылке на точность мониторинга распределительных сетей необходимо учитывать один нюанс: отличать точность прибора от точности всей системы, т. е. с добавленными ТТ. Заявляя о точности +/- 1%, многие поставщики ссылаются на точность только самого прибора. При добавлении ТТ точность может упасть на несколько пунктов.

Именно сочетание точности самого прибора и точности ТТ определяет точность системы в целом. Raritan предлагает решения для мониторинга распределительных сетей с точностью +/-1% для системы в целом, включая ТТ.

Начало работы с системой мониторинга распределительных сетей

Интеллектуальная система мониторинга распределительных сетей от Raritan позволяет в полной мере использовать инфраструктуру электропитания и управлять мощностью по мере роста и изменений вашего центра обработки данных. Независимо от того, модернизируете ли вы существующее предприятие или же планируете расширение или новое строительство, система мониторинга распределительных сетей может помочь вам снизить затраты на электроэнергию, отслеживать энергопотребление и предотвратить простои.

Эта простая в развертывании модульная система позволяет в режиме реального времени наблюдать за электрической мощностью и потреблением энергии в ответвленных цепях, на вводе электросети или на удаленном щите питания. Она отправляет уведомления о достижении пороговых значений для мощности и внешних условий, тем самым помогая предотвратить простои.

Эти данные также могут поддерживать инициативы по повышению энергоэффективности и возврату платежей потребителям, могут быть интегрированы с ПО для мониторинга Power IQ® DCIM Monitoring Software и другими системами управления зданием (СУЗ).

Основные элементы, делающие решение для мониторинга распределительных сетей от Raritan уникальным:

• Упрощенная проводка с использованием многожильного кабеля вместо нескольких пар проводов от ТТ.
• Возможность выбора различных типов корпусов в зависимости от условий монтажа.
• Автоматическая коррекция ориентации ТТ при монтаже.
• Блокирующиеся разъемы с ключом для надежного подключения.
• Конфигуратор в реальном времени отображает ток и фазу, что позволяет подтвердить правильность монтажа.
• Быстрое конфигурирование с помощью USB-накопителя с предварительно загруженной схемой щита.
• Беспроблемный сбор данных и интеграция программного обеспечения.

Экономически целесообразное решение:

• До 70 модулей сбора управляются одним контролером.
• Высочайшая плотность измерений для ответвленных цепей – 96 ответвленных цепей.
• Используются протоколы TCP/IP, Modbus и SNMP.
• Встроенная избыточность; все модули работают до тех пор, пока один прибор остается включенным.
• Доступ по Wi-Fi (опционально).
• Простота монтажа, настройки и масштабирования.
• Предотвращение простоев и повышение эффективности инфраструктуры электропитания.
• Анализ использования электроэнергии:
  • Выявляйте неисправное оборудование на основании достоверных данных о ненормальном потреблении.
  • Экономьте средства за счет соблюдения рекомендаций в отношении подписки, пикового спроса, ставки за период и штрафов.
  • Оптимизируйте использование существующей мощности и исключите проектирования с запасом за счет изучения нагрузок и оптимизации сетей.
  • Определите требования к техническому обслуживанию благодаря обнаружению проблем качества электроэнергии, таких как падение напряжения.
  • Эффективное техническое обслуживание оборудования: составляйте график обслуживания, исходя из фактической эксплуатации.
• Распределение затрат на электроэнергию:
  • Оценивайте лучшие внутренние или внешние методы работы
  • Составьте список необходимых действий для выполнения с указанием уровня приоритета, последствий и срока окупаемости каждого действия.
  • Избегайте штрафов с помощью автоматического сброса нагрузки, планирования или среза пиковых нагрузок.
• Тарификация электроэнергии:
  • Поощряйте изменения поведения в направлении эффективного использования энергии, распределяя потребление энергии и затраты в соответствии с центрами затрат, производственными подразделениями, сменами и т. д.

Система мониторинга распределительных сетей на основе платформы Xerus

Большинство присутствующих на рынке решений для мониторинга распределительных сетей представляют собой автономные компоненты, закрепленные на сторонней измерительной панели и дающие основные данные о мощности. Инженеры Raritan выбрали технологическую платформу Xerus, наиболее современное встроенное ПО для управления энергоснабжением, уже используемое во всей линейке интеллектуальных PDU Raritan PX.

Технологическая платформа Xerus включает в себя запатентованную конструкцию оборудования Raritan и полный поддерживаемый комплект собственного программного обеспечения, и предоставляет открытую архитектуру для гибкой и перспективной разработки приложений.

Используя надёжную основу Linux (Cent OS), Raritan полностью контролирует исходный код Xerus и драйверы устройств, обеспечивая более качественное и быстрое обслуживание и разработку новых инновационных приложений. Встроенное ПО Xerus прошло рабочие испытания в течение миллионов часов безотказной работы в тысячах центров обработки данных в различных промышленных приложениях. Это гарантирует высочайший уровень аппаратно-программной совместимости.

Готовое решение Xerus предоставляет самый продвинутый пользовательский интерфейс на сегодняшний день, используя полностью адаптивную HTML-структуру. Можно легко получить доступ ко всем данным модулей мониторинга распределительных сетей с любого мобильного устройства или настольного компьютера и подключить любой планшет через USB для доступа к данным конкретного контроллера. У технического и обслуживающего персонала теперь есть удобный инструмент для получения основной информации об энергопотреблении любого узла.

Перспективное оборудование

Благодаря эксклюзивной аппаратной архитектуресистема мониторинга распределительных сетей Raritan использует новейшую технологию контроллеров – новый контроллер iX7 как для внутренних корпусов BCM2, так и для модульных контроллеров.

Контроллер Raritan оснащен портами управления, среди которых два USB, цветным экраном, двумя сетевыми портами и стандартным портом Gigabit Ethernet. Сам контроллер допускает «горячую замену» в маловероятной ситуации отказа. Каждый контроллер измерителя мощности может поддерживать до 8 основных и измерительных модулей или каскад, содержащий до 70 измерительных модулей, при помощи стандартного кабеля Cat5.

Если современные производственные мощности по-прежнему работают на основе модели «Break-Fix» для электропитания, пришло время обновить оборудование до системы мониторинга распределительных сетей. Система мониторинга распределительных сетей предлагает решение, которое сможет обеспечить имеющееся оснащение максимальной гибкостью и справиться с будущим ростом потребностей в измерениях для вашей работы.

«Ниеншанц-Автоматика» является официальным дистрибьютором Raritan в России и странах СНГ, и представляет весь спектр промышленных решений этого производителя, а также оказывает информационную, сервисную и техническую поддержку.