Energian ja sähkönlaadun mittauksien toteutus DIN-kiskoliitäntäisillä mittalaitteilla

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää DIN-kiskoon asennettavien mittalaitteiden soveltuvuus energian ja sähkönlaadun mittaukseen sekä toteuttaa etäluettava ja tallentava pilotointiympäristö laitteistokartoituksen perusteella. Työn tilaajana toimi Voimatel Oy. Mittalaitteiden ominaisuuksista tarkastelun kohteena oli sähkönlaadullisten suureiden ja energianmittauksen lisäksi mittalaitteiden soveltuvuus kysyntäjouston ja kuormanrajoituksen toteutuksessa, sekä IoT- ja hälytysmahdollisuudet. Pilotointilaitteistolle asetettiin vaatimuksiksi etäluenta sekä mittaustulosten tallennus ja lähetys FTP-palvelimelle langattomia tietoverkkoja käyttäen. Saadusta mittaustulosteesta oli oltava mahdollisuus selvittää tuotettu ja kulutettu pätö- ja loisenergia sekä mittausjakson huipputeho. THD-arvoa mittalaitteistolta ei vaadittu. Laitteistolta vaadittiin lisäksi kyky toimittaa hälytys ennalta määritettyjen hälytysehtojen mukaisesti FTP-palvelimelle. Laitteistokartoituksen perusteella pilotointiympäristöksi valikoitui vaatimukset täyttävä laitteisto. Laitteistoa testattiin mittaamalla paineilmakompressorin kolmivaiheista moottoria. Laitteistosta testattiin vaadittujen mittaustietojen välitys. Laitteiston hälytysominaisuuksia testattiin virran ja jännitteen osalta. Virtahälytystä testattiin käynnistämällä kompressorin moottori ja jännitehälytystä testattiin katkomalla laitteiston syöttöjännitettä. Pilottiympäristön virtamittaustuloksia verrattiin oskilloskooppimittauksiin. Pilotointilaitteisto täytti vaatimukset mittaustulosten toimittamisen osalta, mutta ei toiminut odotetusti hälytysten suhteen. Mittalaitteisto reagoi moottorin nimellisvirtaa suurempaan käynnistysvirtaan, mutta hälytys jäi päälle koko käyntisyklin ajaksi. Syy tähän voi kuitenkin olla väärin asetelluissa hälytysehdoissa. Mittalaitteiston jännitehälytykset toimivat täysin epäjohdonmukaisesti, eikä syytä tähän voitu selittää. Laitteistoa ei myöskään saatu toimittamaan hälytyksiä FTP-palvelimelle. Verrattaessa pilotointiympäristöllä ja oskilloskoopilla tehtyjä virtamittauksia huomattiin, että pitkäkestoiset ja muuttumattomat virtamittaukset vastasivat toisiaan, mutta nopeissa virtamuutoksissa tulokset poikkesivat toisistaan huomattavasti. Työn tuloksena ¬saatiin selville laitteistokokoonpanojen rajoitukset ja mahdollisuudet.The purpose of this thesis was to examine the suitability of a DIN rail mounted measuring equipment for the measuring of energy and electric power quality, and to build a recording and remotely read pilot environment based on the equipment survey. The project was commissioned by Voimatel Oy. In addition to the measuring of power quality and energy, the examined properties were the suitability of the measuring equipment for elastic demand and load limiting, and its possibilities for alarm output and IoT. The requirements set to the pilot environment were the possibility of remote reading, recording, and sending of the measuring results to an FTP server using mobile phone networks. The obtained output had to provide the measurements for the produced and consumed active and reactive energy, and for the peak power of the measuring period. The equipment was not required to measure the THD value. In addition, the equipment was required to send alarm output to the FTP server in accordance with preconfigured rules. Based on an equipment survey, a set of devices that met the requirements was selected for the pilot environment. The equipment was tested by measuring the three-phase motor of an air compressor. The tested feature was the data transfer function. The alarm output of the equipment regarding current and voltage was also tested. The current alarm output was tested by starting up the air compressor motor, and the voltage alarm output was tested by cutting off the input voltage of the equipment. The current measuring results of the pilot environment were compared to measuring results obtained with an oscilloscope. Regarding the delivery of the measuring results, the pilot environment fulfilled the requirements. However, as regards the alarm output of the equipment, it did not function as had been expected. The measuring equipment reacted to a start-up current greater than the nominal current of the test motor, but the alarm output stayed on for the duration of the entire duty cycle. Still, incorrectly set rules may have been the cause for the occurrence of this phenomenon. The function of the voltage alarm output was entirely inconsistent, and the cause for this could not be explained. It was also impossible to get the equipment to deliver any of the induced alarms to the FTP server. When comparing the current measurements produced by the pilot environment and the oscilloscope, it was noted that long-term and unchanged current measurements corresponded to each other, but as regards fast current changes, the results differed significantly from each other. The thesis resulted in finding out the limitations and possibilities of various equipment combinations