Cos’è un analizzatore di energia? Perché è importante installarne uno sui quadri d’automazione? Quali modelli abbiamo oggi a disposizione per controllare il funzionamento del quadro?
Benvenuto nella mia scuola d’automazione industriale, oggi parliamo delle apparecchiature che ci permettono di monitorare la qualità e il consumo dell’energia impiegata per l’alimentazione dei quadri elettrici; siano essi di distribuzione che d’automazione.
Ecco cosa impariamo in questa lezione:
La misurazione dell’energia nell’automazione industriale.
Le diverse misurazioni effettuabili dall’analizzatore di energia.
Monitoraggio dei disturbi sulla rete e ricerca dei guasti.
Analisi delle armoniche e vettoriale.
Alcuni modelli di analizzatori di energia in commercio oggi.
Analizzatore di energia Seneca S203TA-D.
Analizzatore di energia Panasonic KW9M-A.
Misuratore di energia Gavazzi modello EM24 DIN.
Analizzatore di energia Siemens Sentron PAC3220.
Collegamento degli analizzatori di energia.
La misurazione dell’energia nell’automazione industriale.
Oggi la misurazione e il controllo dell’energia impiegata nei quadri industriali ha acquisito un ruolo sempre più importante, supportato anche dall’avvento dell’industria 4.0.
Non è necessario solamente misurare quanta energia viene consumata quotidianamente, nelle applicazioni industriali è importante anche valutare e tracciare la qualità dell’alimentazione elettrica, operazione che consente anche di gestire meglio le anomalie, analizzando ciò che accade quando si verificano cali di tensione, interruzioni della stessa, oppure anomalie sulle fasi del sistema sia trifase che monofase.
A seconda dell’applicazione, gli analizzatori di energia sono costruiti secondo le direttive di diverse norme come la IEC 61000, IEC 61010, e la EN 50160.
Le diverse misurazioni effettuabili dall’analizzatore di energia.
Gli analizzatori di energia possono effettuare diverse analisi sull’alimentazione elettrica, e a seconda del modello di apparecchiatura abbiamo analisi di base della tensione sulle varie fasi e della corrente.
Le apparecchiature campionano le varie grandezze e sono anche in grado di trasmettere i dati ad altri apparecchi, utilizzando diverse reti tra le quali la Ethernet, il ModBus, o per i modelli più semplici con la comunicazione seriale RS-232. Oggi naturalmente abbiamo apparecchiature sofisticate che possono interfacciarsi anche con reti molto evolute e che permettono ai sistemi SCADA di raccogliere i dati.
Monitoraggio dei disturbi sulla rete e ricerca dei guasti.
Gli analizzatori di rete possono analizzare sia i disturbi che sono sostanzialmente sempre presenti sulla rete, sia gli eventi occasionali. Alcuni modelli tracciano l’alimentazione per lunghi periodi e permettono di controllare anche la qualità dell’isolamento della rete elettrica dalla terra.
Analisi delle armoniche e vettoriale.
Le variazioni improvvise delle forme d’onda dovute all’interruzione dell’alimentazione elettrica, generano dei transitori con valori di tensione molto alti; così come i picchi di commutazione dei convertitori di potenza. Questi elementi possono causare interferenze sul funzionamento delle apparecchiature che lavorano a bassa tensione; per cui l’analisi delle armoniche è utile per monitorare ciò che accade.
Alcune apparecchiature di precisione possono effettuare l’analisi vettoriale delle reti, chiamata VNA, utilizzando sofisticate tecniche di misura già largamente impiegate con le microonde e nel settore della radiofrequenza.
Gli analizzatori di energia vettoriali hanno un campionamento molto veloce, caratteristica che li rende ideali per questo tipo d’applicazione.
Alcuni modelli di analizzatori di energia in commercio oggi.
Ora che abbiamo visto cosa sono gli analizzatori di energia e quali tipi di analisi essi possono effettuare sulla rete d’alimentazione elettrica, conosciamo alcuni tra i modelli più utilizzati oggi per i quadri industriali.
Analizzatore di energia Seneca S203TA-D.
Questo è un modello di base che costa circa 250 euro. Può essere installato su alimentazioni trifase con tensioni fino a 600V, sia a 50 che a 60 hertz. L’apparecchio utilizza TA da 5 ampere connessi.
Tra le variabili misurate, questo analizzatore fornisce Vrms, Irms, Watt, Var, VA, frequenza, e CosFi, il modello S203TA-D offre connessioni seriali RS485 e USB; esso presenta un display a due righe e pulsanti a membrana.
Ecco nella prossima immagine questo analizzatore della Seneca.
Analizzatore di energia Panasonic KW9M-A.
Questo analizzatore può essere installato su sistemi monofase e trifase, fino a 500VAC. L’apparecchio misura e fornisce le classiche variabili di energia attiva e reattiva e possiede un ampio display multi riga; il costo del KWM9M-A è di poco più di 300 euro.
Per la comunicazione questo apparecchio offre la seriale RS485 e protocollo NEWTOCOL/ModBus RTU; naturalmente esso offre anche la porta USB.
Possiamo vedere questo analizzatore di energia nella figura quì sotto.
Misuratore di energia Gavazzi modello EM24 DIN.
Questo misuratore di energia applicabile su guida DIN ha un costo di circa 350 euro. Anche quest’apparecchio è installabile su alimentazioni trifase, e possiede un display multi riga e un joystick per la programmazione.
La comunicazione per l’invio di dati da questo apparecchio è con protocollo ModBus RTU, per cui seriale RS-485; il modello può essere ordinato con diverse opzioni.
Tra le caratteristiche di questo analizzatore di energia troviamo ingressi e uscite digitali per meglio gestirlo e per ricevere segnalazioni d’allarme.
Analizzatore di energia Siemens Sentron PAC3220.
La multinazionale tedesca propone una completa linea di analizzatori di energia e software di monitoraggio della stessa. Il modello Sentron PAC3220 costa circa 450 euro e può essere collegato in rete ethernet attraverso due porte con connettore RJ45; il protocollo di comunicazione impiegato è il ModBus TCP.
Questo analizzatore ha tutte le funzioni necessarie a monitorare la rete elettrica e possiede un display retroilluminato a tre righe con caratteri grandi per i valori di misura, oltre che a quattro tasti funzione sul frontale.
Nella prossima figura possiamo vedere il PAC3220 Siemens.
Collegamento degli analizzatori di energia.
Per funzionare, questi apparecchi devono essere innanzi tutto collegati alla rete elettrica per essere alimentati e per poter leggere le tensioni sulle fasi.
Per ciò che concerne la misurazione della corrente e di conseguenza di tutte le variabili a essa correlate come la potenza; questi apparecchi sfruttano dei TA (trasformatori di corrente) che vengono installati sulle fasi di alimentazione.
In sostanza come vediamo nella prossima immagine, abbiamo sei collegamenti più il neutro, naturalmente avremo poi i collegamenti per uscite e ingressi digitali (se presenti) e quello di rete quando utilizzato.
