Strumenti e indicatori elettrici: collegamento e configurazione

La strumentazione elettrica comprende i dispositivi e i sistemi utilizzati per misurare il valore istantaneo di importanti grandezze del processo di automazione. Le grandezze elettriche come corrente, tensione, resistenza, frequenza e potenza attiva e reattiva sono i parametri più critici di qualsiasi sistema di generazione, trasmissione e distribuzione dell'energia. In altri sistemi di processo, queste possono includere anche proprietà non elettriche come temperatura, posizione, pressione e portata.

 

Cosa sono gli strumenti e gli indicatori elettrici?

Nelle sale di controllo centrali delle moderne centrali elettriche, possiamo supervisionare, controllare e monitorare i parametri elettrici utilizzando sistemi SCADA e DCS. In generale, queste sale di controllo non utilizzano più strumenti montati su pannello e indicatori meccanici per visualizzare tensione, frequenza, corrente ecc. Tuttavia, i misuratori digitali da pannello sono solitamente installati sullo sportello anteriore dell'armadio del pannello di controllo locale dell'unità (ULC), del pannello del regolatore e del pannello di controllo dell'eccitazione.

In passato, per esempio, consideriamo una situazione in cui un operatore sente il generatore ronzare rumorosamente. Guarderebbe le spie di indicazione sul quadro elettrico per vedere quale interruttore è scattato aprendosi. Se qualcuno fosse scattato, gli altri strumenti e indicatori utili mostrerebbero informazioni che altrimenti sarebbe impossibile per chiunque rilevare accuratamente con la vista e l'udito.

Dall'esempio precedente è chiaro che la strumentazione è un prerequisito per operazioni sicure e affidabili, per il monitoraggio, il controllo e la registrazione di qualsiasi anomalia nei sistemi di generazione, trasmissione e distribuzione. Strumenti specifici, come sensori e trasmettitori, sono installati nell'area di processo per inviare indicazioni o misurazioni al sistema della sala di controllo centrale.

I seguenti tipi di informazioni, comprese indicazioni/allarmi e valori analogici relativi alle unità idroelettriche di generazione, vengono visualizzati nella postazione di lavoro dell'operatore:

• MW, MVAR ed energia dell'unità
• Tensione e correnti ai terminali del generatore
• Velocità della turbina in giri/min, pressioni dell’acqua di raffreddamento, pressione del sistema frenante
• Posizione delle paratoie, temperatura degli avvolgimenti dello statore, temperature dell’olio e degli avvolgimenti del trasformatore.

I trasduttori fanno parte dell’ampio sistema di acquisizione dati installato in ambienti corrosivi, generalmente vicino al processo, e hanno lo scopo di convertire una grandezza fisica (pressione, temperatura ecc.) o elettrica (corrente, tensione, frequenza, resistenza) nel segnale elettrico di uscita desiderato (tensione, mA o protocollo) per qualsiasi sistema di controllo, garantendo una misurazione accurata.

 

Esempio con un trasduttore programmabile CEWE

Il modello di trasduttore programmabile di CEWE è il DPT521-401. Questo trasduttore si collega alla tensione di linea trifase (U1-U3 e N) e alla corrente trifase (I1-I3). Dispone di quattro uscite analogiche configurabili per qualsiasi grandezza misurata, selezionando le opzioni predefinite dall’elenco a discesa, come potenza attiva/reattiva, corrente, tensione, frequenza e spesso anche altre.

 

Figura 1. Il nostro trasduttore di esempio, il DPT521 di CEWE Instruments.

 

I seguenti accessori hardware e software sono prerequisiti per la programmazione del trasduttore:

• Un cavo USB standard si collega a un laptop per impostare i parametri
• Software proprietario denominato “ConfigView” per configurare l’ingresso e l’uscita della linea di trasmissione a 220 kV per i valori di MW e MVAR
• Impostazione del rapporto TA/TV per la linea di trasmissione: da 230 kV a 110,7 V e da 1200 A a 1 A
• Configurare l’uscita analogica del trasduttore per trasmettere il segnale (massimo 0-10 V o 0/4-20 mA) agli RTU o ai PLC, affinché calcolino i valori ingegneristici da visualizzare sul display dell’operatore
• Impostare le uscite digitali (DO) per l’importazione e l’esportazione di energia della linea
• Eseguire il backup del file delle impostazioni

 

Configurazione del collegamento e dell’alimentazione

Per configurare il collegamento fisico, sono necessarie le seguenti predisposizioni:

• Trasduttore programmabile, nel nostro caso il modello DPT521-401 di CEWE Instruments
• Ingresso dell’alimentazione ausiliaria CA o CC (40-276 V) per il trasduttore
• Per la connessione sono disponibili un collegamento RS-485 multidrop o una porta USB standard. Il protocollo di comunicazione supportato è Modbus RTU.
• Il portatile dispone già del software ConfigView

 

Connessione al trasduttore tramite software

Il primo passaggio consiste nell'aggiungere il prodotto. Selezioniamo trasduttore dalle opzioni. A tal fine, aprire l'icona del software «ConfigView» e fare clic su «File->Add transducer», come mostrato nelle Figure 2 e 3 seguenti:

 

Figura 2. Aggiunta del prodotto all'elenco della vista ad albero nel riquadro sinistro.

 

Figura 3. Elenco della vista ad albero nel riquadro sinistro per la configurazione

 

Quindi, fare clic su «File->Connect transducer» come mostrato nella Figura 4. Viene visualizzata una nuova finestra popup che mostra le proprietà della connessione, come la porta COM (il numero COM potrebbe essere diverso), la connessione USB (RS-232 virtuale) e la velocità di trasmissione (se si utilizza una connessione seriale).

 

Figura 4. Software ConfigView per connettere il DPT tramite USB

 

Figura 5. Configurazione dei parametri di comunicazione: porta COM, velocità di trasmissione, parità, ecc.

 

Non possiamo collegare direttamente i terminali di misura alle linee di trasmissione ad alta tensione senza causare danni. È necessario utilizzare trasformatori di tensione e di corrente. Per configurare il rapporto TA/TV, fare clic su «input» nel riquadro sinistro della vista ad albero. Supponiamo che il rapporto del TV della linea di trasmissione sia 230 kV a 110.7 V e che il rapporto del TA, dal primario al secondario, sia 1200 A a 1 A. Selezionare il metodo di misura, ad esempio «sistema a 4 fili, 3 elementi», immettere i valori appropriati dei trasformatori di ingresso e di uscita, quindi fare clic sul pulsante «Apply» per applicare le modifiche all'apparecchiatura.

 

Figura 6. Schema di cablaggio e disposizione dei TA/TV per la misurazione dell'alta tensione.

 

Misurazione della potenza attiva e reattiva

Dopo aver impostato i parametri di base, come la comunicazione e i rapporti primario e secondario (corrente/tensione), configuriamo le due uscite analogiche per MW e MVAR.

Per ottenere valori del segnale di ±10 mA per la scheda AI, nel riquadro a sinistra fare clic su “Uscita analogica 1” e, nel riquadro a destra, selezionare la grandezza misurata “Potenza attiva” e inserire l’intervallo da -595 MW a 595 MW, con la corrispondente uscita del trasduttore in mA, da -10 mA a +10 mA. Lasciare le altre opzioni come predefinite. Eseguire gli stessi passaggi per la “Potenza reattiva” per l’“Uscita analogica 2”.

 

Figura 7. Impostazione dell’uscita analogica 1 per la potenza attiva

 

Figura 8. Impostazione dell’uscita analogica 2 per la potenza reattiva

 

Il trasduttore dispone inoltre di due uscite digitali che possono essere utilizzate per l’uscita a impulsi. L’uscita a impulsi può essere utilizzata per l’energia importata ed esportata dalle linee di trasmissione impostando i parametri della costante e della durata dell’impulso.

 

Figura 9. Configurazione delle uscite digitali del trasduttore per l’energia importata ed esportata

 

Le impostazioni di base sono state configurate in laboratorio e il trasduttore è ora pronto per essere installato sul campo. Le stesse configurazioni possono essere salvate come file in formato XML. In seguito, il file salvato può essere ripristinato su un nuovo trasduttore di riserva in caso di malfunzionamento del trasduttore attivo installato.

 

Figura 10. Salvataggio delle impostazioni del trasduttore per una futura sostituzione o espansione.

 

Trasduttori per sistemi elettrici

I vari trasduttori fanno parte del sistema di acquisizione dati e si trovano generalmente nelle centrali elettriche, dove forniscono un’interfaccia ai sistemi di controllo per l’automazione, la misurazione, la conversione dei segnali e il feedback dei controller. I moderni trasduttori programmabili offrono numerose funzionalità grazie all’uso di software dedicati che consentono di collegare il dispositivo e personalizzare i parametri in base alle esigenze.

 

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