primena sistema sdnu u elektrodistribuciji application of the ... - Infoteh

INFOTEH-JAHORINA Vol. 10, Ref. D-19, p. 362-366, March 2011.
PRIMENA SISTEMA SDNU U ELEKTRODISTRIBUCIJI
APPLICATION OF THE SDNU SYSTEM AT THE POWERDISTRIBUTION
1 UVOD
Dragana Petrović, Miroslav Lazić, Bojan Plavšić, Iritel a.d. Beograd
Dragan Jekić, Elektrodistribucija Beograd
Sadržaj - SDNU je sistem za daljinski nadzor i upravljanja uređaja energetske elektronike. Od
početne ideje je evoluirao u univerzalni sistem za daljinski nadzor i upravljanje. Danas se koristi u
Telekomunikacionim preduzećima, Elektroprivredi i u Železnici Srbije u industrijskim
postrojenjima. U radu je opisana primena SDNU u trafostanicama Elektrodistribucije Beograd.
Omogućen je daljinski nadzor i upravljanje ispravljačkim postrojenjem, kontrola ispravnosti
akumulatorskih baterija i daljinske kapacitivne probe. Pored toga, povećana je i pouzdanost
dojave alarmnih stanja u objektima koji se nadziru.
Abstract - SDNU is a system for remote monitoring and control for devices of power electronics.
From the initial idea it has evolved into a universal system for remote monitoring and
management. Today it is used in telecom companies, the Electric Power and Serbian Railways in
industrial plants. The paper describes the application of SDNU in the substations of the
Powerdistribution Belgrade. Remote monitoring is enabled and control of auxiliary power,
batteries correctness control and remote capacitive tests. In addition, reliability of the alarm
conditions alert in facilities that are monitored is increased.
Uređaji energetske elektronike predstavljaju sponu
između elektrodistributivne mreže i potrošačkih uređaja.
Moraju da omoguće pravilan i pouzdan rad potrošačkih
uređaja i u uslovima velikih varijacija ulaznih napona, ali i da
eliminišu smetnje koje dolaze sa strane elektrodistributivne
mreže. Adekvatnim nadzorom svih elemenata energetske
elektronike može se smanjiti broj otkaza potrošača. SDNU je
sistem za daljinski nadzor i upravljanje uređaja energetske
elektronike. Nastao je na zahtev telekomunikacionih
kompanija jer su prekidi telekomunikacionog saobraćaja u
preko 85 % slučajeva bili izazvani uređajima enegetske
elektronike. Primenom SDNU može se preventivno
intervenisati i smanjiti broj otkaza i prekida rada uređaja koji
se nadziru. Sistem omogućava i upravljanje pojedinim
sklopovima i uređajima u objektu koji se nadzire. Zahtevi
korisnika su se širili, pojavili su se novi korisnici i sistem
SDNU je prerastao u univerzalni sistem za daljinski nadzor i
upravljanje. Pored telekomunikacionih kompanija koriste ga
Elektrodistribucije za nadzor trafo-stanica, Železnica Srbije i
industrija.
Saradnja sa elektrodistribucijom je počela pre godinu
dana realizacijom pilot projekta. Pilot projekat obuhvata
nadzor pomoćnog napajanja i rezervnog izvora energije -
akumulatorske baterije. Jedan od važnih rezultata pilot
projekta je izbor akumulatorskih baterija za potrebe trafostanica
Elektrodistribucije. Različite vrste baterija imaju
različite karakteristike po kriterijumima veka trajanja i načina
362
održavanja. Potrebno je odabrati vrstu baterije koja je
najpovoljnija za primenu u elektrodistribuciji. U saradnji sa
saradnicima Elektrodistribucije SDNU je prilagođen
potrebama korisnika i merenjima u trafo-stanici. Sistem
omogućuje daljinsku kapacitivnu probu akumulatorskih
baterija željenim izborom vremena trajanja testiranja i struje
pražnjenja baterije. Izveštaj, nakon završene kapacitivne
probe, sadrži sve relevantne podatke uključujući i grafički
prikaz oblika napona pražnjenja. Na ovaj način korisnik stiče
jasnu sliku o stanju posmatrane baterije.
2 PROJEKAT DALJINSKOG NADZORA U
ELEKTRODISTRIBUCIJI BEOGRAD
Polazna osnova za projekat daljinskog nadzora u
Elektrodistribuciji Beograd (EDB) je na činjenica da se u
objektima nalaze pomoćna napajanja i baterije različitih
tehnologija i proizvođača. Cilj projekata je da se službama
održavanja omogući daljinski nadzor elemenata energetske
elektronika da bi se stekla jasna slika o njihovom stanju i
preventivnim intervencijama otklone uočeni problemi.
Projekat je podeljen po fazama. Prva faza je realizovana
na tri objekta u širem delu Beograda. Pored upoznavanja
službi održavanja sa sistemom SDNU planirano je de se
testiraju tri tipa najčešće korišćenih akumulatorskih baterija.
Na pomenutim objektima nabavljeni su novi kompleti
baterija. To su olovne otvorene, olovne hermetički zatvorene
i NiCd akumulatorske baterije. Planirano je da svaki tip
baterije u toku godinu dana bude više puta pražnjen i
dopunjavan, da bi se utvrdila promena karakteristika. Da bi se

kapacitivne probe mogle raditi iz prostorija službi održavanja
(centar za nadzor), korišćen je SDNU i ispravljačko
postrojenje koje omogućava optimalno punjenje
akumulatorskih baterija. Za pražnjenje akumulatorskih
baterija korišćeno je programabilno elektronsko opterećenje.
Na slici 1 prikazana je fotografija jednog objekta u
Elektrodistribuciji sa montiranim sistemom za nadzor,
pražnjačem baterije i ispravljačkim postrojenjem. Na slici 2
vidi se izgled uređaja za nadzor DNU 24 (gornji uređaj u rekormanu)
i ispravljačko postorojenje koje puni baterije (uređaj
u sredini rek-ormana). Karakteristično za lokaciju sa slike 1
je postojanje rezervne baterijeske grane. Sklop za
uključenje/isključenje rezervne baterijske grane kao i punjač
dodatne baterije vide se na slici 2 (donji deo rek-ormana).
Na DNU 24 su povezani signali naizmeničnih napona na
ulazu u pomoćno napajanje, jednosmerni naponi na izlazu iz
pomoćnog napajanja, napon na ulazu u potrošač i napon
baterija, struja potrošača, struja baterije, temperatura
prostorije u kojoj se nalazi pomoćno napajanje i temperatura
baterije. Na osnovu ovih parametara stiče se jasna slika o
radu pomoćnog napajanja, kapacitetu baterije i njenom
ponašanju pri pražnjenju i punjenju. Da bi parametri rada bili
isti na svakom objektu montirano je ispravljačko postrojenje
istog proizvođača.
Grafički prikaz u centru za nadzor, prilagođen uslovima
korisnika prikazan je na slici 3.
Slika 3: Osnovni grafički prikaz za nadzirani objekat EDB
Na grafičkom prikazu jasno se vide izmerene vrednosti
mrežnih napona, napona i struje na ulazu i izlazu iz
ispravljačkog postrojenja, naponi i struje akumulatorskih
baterija, temperature baterije i temperatura ambijenta.
Slika 1: Objekat EDB priključen pilot projektu
SDNU pored snimanja i slanja analognih merenja
omogućava slanje alarma. Alarmi se generišu kada merena
veličina izađe izvan zadatih granica. Mogu biti generisani i
od samog uređaja koji se nadzire. Pomenuti signali se
prenose kao digitalni signali.
U objektima elektrodistribucije postoji jednostavni
nadzorni sistemi koji komuniciraju sa dispečerskim centrima
preko radio komunikacija. Pomenuti sistemi su koncipirani
da kada se dogodi poremećaj, generišu alarm i prosleđuju
dispečerskom centru. Međutim, ukoliko dođe do prekida
prenosnih puteva dispečer neće imati podatak o postojanju
alarma na nadziranom objektu. Povezivanjem SDNU
omogućen je prenos signala po pouzdanijim prenosnim
putevima (GPRS, Ethernet) uz dodatni softver koji generiše
alarm dokle god ga dispečen ne potvrdi. Na ovaj način je
znatno povećana pouzdanost prosleđivanja alarma.
Slika 2: DNU 24 i ispravljačko postrojenje sa nezavisnim
punjačem dodatne baterijske grane
363
Postoje uređaji koji poseduju svoj nadzor i time
olakšavaju rad korisnicima. Međutim, pouzdanost prenosa
zavisi od ispravnosti rada nadziranog uređaja. U slučaju
otkaza ili onemogućenog rada uređaja i njegov nadzor,
odnosno slanje podataka može biti oštećeno. Kada se uređaj
nadzire pomoću SDNU, centru za nadzor se prosleđuju

podaci koje generiše uređaj koji se nadzire kao i podaci koje
prikuplja DNU. U slučaju poremećaja rada uređaja i
prestanaka njegovog nadzora, DNU 24 će korisnika
obavestiti o trenutnom stanju sistema i omogućiti preventivno
održavanje.
DNU 24 ima četiri ulaza za primanje digitalnih signala i
četiri digitalna izlaza za upravljanje uređajima. Digitalni
izlazi se koriste, kada za to ima uslova, za
uključenje/isključenje nekog uređaja u objektu (npr. klime ili
agregata), ili za uključenje/isključenje sklopke. Funkcije
daljinskog upravljanja uređajima se u sistem uključuju na
zahtev korisnika. U projekte Elektrodistribucije trenutno nisu
povezani upravljački signali. U planu za tekuću godinu je da
se pilot projekat upotpuni i u drugoj fazi aktiviraju
upravljački signali.
Kao što je ranije navedeno prva faza pilot projekta je
testriranje akumulatroskih baterija. Baterijama je potrebno
tzv. „duboko praženje” što znači održavanje baterije
redovnim punjenjem i pražnjenjem. U slučaju da se baterije
ne koriste i ne održavaju na adekvatan način dolazi do
postepenog smanjivanja kapaciteta. Iz pomenutog razloga i
testiranja baterije, u objekte Elektrodistribucije montiran je
pražnjač baterije AKUP110 prikazan na slici 1 uređaj koji se
nalazi na rek-ormanu). AKUP110 se koristi na zahtev
korisnika (operatera sistema) za pražnjenje baterije unapred
definisanom strujom u unapred definisanom vremenu.
Operater (korisnik) pomoću sistema SDNU prosledi komanda
o startovanju kapacitivne probe. Pomoćno napajanje se
isključuje, a startuje pražnjač baterije. Pražnjač baterije
prazni baterije sa strujom koju je definisao korisnik. Kada
istekne podešeno vreme pražnjenja, startuje se pomoćno
napajanje, a pražnjač baterije se isključuje. DNU 24 svo
vreme meri i memoriše vrednosti struje i napona za vreme
pražnjenja, ali i za vreme punjenja baterije. Nakon izvršene
kapacitivne probe DNU 24 generiše izveštaj sa dijagramima
pražnjenja baterije i upoređuje ih sa karakteristikama
pražnjenja dobijenim od strane proizvođača.
3 REZERVNO NAPAJANJE - BATERIJE
kojom se baterija puni, ali i vrednost napona koji je potreban
za pravilno održavanje baterije. Pravilno punjenje baterije
podrazumeva punjenje konstantom strujom (čija vrednost
zavisi od kapaciteta baterije) do napona koji se naziva boost
napon. Po dostizanju vrednosti boost napona, struja punjenja
baterije lagano pada, a napon svo vreme održava podešenu
vrednost. Kada struja opadne na dovoljno nisku vrednost,
napon baterije se spusti na vrednost održavanja baterije. Ovaj
napon se naziva float napon.
Boost napon se računa po formuli 1.1:
V = k * BrojCelija , 1.1
gde je k koeficijent koji zavisi od vrste baterije. Za olovne
baterije ovaj koeficijent se kreće u opsegu 2 .3- 2.5 V ćeliji
, a
za NiCd u opsegu 1 .5 -1.65 V ćeliji
. Napon održavanja,
takođe, zavisi od vrste baterije i računa izrazom 1.1, gde se
koeficijent k kreće u opsegu 2 .2 - 2.3 V ćeliji
za olovne i
1 .4 -1.5 V ćeliji
.
Vrednost float napona zavisi kako od vrste i kapaciteta
baterije, tako i od temperature baterije. Svako pomoćno
napajanje bi trebalo da ima senzor kojim se meri temperatura,
a na osnovu toga se definiše vrednost float napona, odnosno
napona održavanja baterije. Temperaturna kompenzacija se
razlikuje za različite tipove baterije. Za temperature manje od
25 °C podešena vrednost float napona se povećava za
vrednost koeficijenta koji predstavlja proizvod temperaturnog
koeficijenta i razlike izmerene temperature i 25 ° C . Za
temperature veće od 25 ° C vrednost float napona se smanjuje
za vrednost opisanog koeficijenta. Temperaturni koeficijent
se razlikuje od tipa baterije i definisan je u katalogu
proizvođača izabrane baterije. Izraz 1.2 predstavlja uopšten
način računanja float napona kada postoji temperaturna
kompenzacija.
Objekti u elektrodistribuciji Beograd koji su pokriveni
pilot projektom opremljeni su različitim vrstama baterija
kako bi se jasno uporedile njihove karakteristike. Baterije
rade u specifičnim uslovima rada i to:
• baterije rade u zatvorenom, ne klimatizovanom
prostoru,
• veoma retko se dopunjavaju,
• u službama održavanja je mali broj stručnih
kadrova (baterije se retko obilaze),
• postoji mogućnost pražnjenja baterija ispod
dozvoljene granice pošto pojedine
elektrodistribucije u tehničkim uslovima
zahtevaju da se ne koriste podnaponske zaštite.
Neophodan uslov za pouzdan rad bilo kog sistema je
pouzdano rezervno napajanje. Postoje raznovrsne baterije,
različitih kapaciteta i raznih proizvođača. Svaka baterija ima
vek trajanja koji može da se dostigne pravilnim održavanjem
baterije. Na osnovu kapaciteta, određuje se i veličina struje
364
Ufloat = Ufloat ± Temp
koef
* 25 -T
izmereno
1.2
Na slici 1 nalazi se grafik punjenja baterije gde se jasno
vidi vrednost boost i float napona. Poštovanjem opisanog
načina punjenja i održavanja baterije, baterija će dostići vek
trajanja koji je propisan od strane proizvođača. Na slici 3
prikazani su oblik napona i struje pri punjenju
akumulatorskih baterija. Postoji period kada se baterija puni
konstantnom strujom, dok ne dostigne boost napon, a zatim
struja punjenja opada, a održava se konstantan napon. Kada
struja opadne do određene vrednosti napon na bateriji se
smanjuje na napon održavanja baterije - float napon.

Vboost
Vfloat
I punjenja
Napon
baterije
Struja
baterije
pomoću DNU 24 u 6:15 i trajalo je 3h. Struja pražnjenja je
15A. Nakon toga je ispravljačko postrojenje na način
propisan od proizvođača baterije dopunilo baterije
konstantnom strujom i sa jasno izraženim boost i float
naponom.
“I” deo karakteristike
vreme
“U” deo karakteristike
20
Slika 3: Karakteristika punjenja baterije
15
10
Neadekvatnim punjenjem baterije na lak način može doći
do trajnog oštećenja baterije. Nije retka pojava da pomoćno
napajanje nema kontrolisanu struju punjenja baterije. U tom
slučaju, veličina struje punjenja baterije je ograničena
maksimalnom strujom koju može da generiše ispravljačko
postrojenje. Na slici 4a prikazan je oblik struje snimljen na
jednom objektu. Pomoćno napajanje, akumulatorske baterije
od 50 Ah , puni strujom od 10 A , umesto strujom od 5 A . U
praksi postoje situacije da je struja punjenja i deset puta veća
od preporučene. To sigurno dovodi do oštećenja i uništenja
baterije nakon nekoliko ciklusa punjenja.
5
0
-5
-10
-15
-20
130
00:00
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
Slika 5a: Struja punjenja baterije
20:00
22:00
120
15
10
110
5
0
100
-5
-10
-15
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
90
00:00
02:00
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
-20
Slika 4a: Struja punjenja baterije
4 ZAKLJUČAK
Slika 5b: Napon na baterijama
55
50
45
0
50
100
150
200
250
300
350
Slika 4b: Napon na baterijama
Grafici na slikama 4a i 4b snimljeni su pomoću uređaja za
daljinski nadzor i upravljanje DNU 24. Uređaj je snimio kako
se ponašao sistem kada je nestao osnovni izvor energije i
kojom brzinom se praznila baterija. Isto tako, snimljeno je i
kako se baterija punila nakon uspostavljanja osnovnog izvora
energije – kako se ponašalo ispravljačko postrojenje. Sa
grafika na slici 4b vidi se da ne postoji boost napon punjenja
baterije nego samo napon održavanja baterije. Sasvim je
jasno da ispravljačko postrojenje ne radi u skladu sa
propisima i zahtevima za pravilno održavanje baterije.
Snimanje karakteristika pražnjenja i punjenja baterije je
jedan od načina praćenja rada ispravljačkog postrojenja, a
samim tim i način održavanja baterije.
400
450
500
SDNU je sistem za daljinski nadzor i upravljanje.
Razvijen je da omogući korisniku preventivno održavanje
opreme koja se nadzire. Elektrodistribucija Beograd je
institucija u kojoj je velika pažnja posvećena i ispravljačkim
postrojenjima. Naravno od vitalnog značaja za neprekidan
rad ispravljačkog postrojenja je rezervni izvor energije,
akumulatorska baterija. Raznovrsnost baterija omogućava
korisniku izbor prema svojim potrebama i uslovima
korišćenja. Međutim, izabrati baterije nije jednostavno jer
svaka ima svoje dobre i loše osobine.
Korišćenjem SDNU sa AKUP110 korisnik može, u
svakom trenutku, daljinski kontrolisati akumulatorske
baterije na objektu i podneti izveštaj o stanju baterije.
Ponašanje baterije u eksploataciji sa različitim opterećenjima
i različitim dužinama punjenja i pražnjenja olakšava
korisniku izbor optimalnog tipa baterije koja odgovara
konkretnim uslovima rada. Bez obzira na izbor baterije mora
se voditi računa o njihovom održavanju i pravilnom
korišćenju. Korišćenjem sistema SDNU blagovremeno se
utvrđuju nepravilnosti u radu ispravljačkog postrojenja.
Takođe, uz pomoć pražnjača baterije AKUP110 može se
utvrditi kvalitet posmatrane baterije i eventualno oštećenje
pojedinih ćelija.
Na slikama 5a i 5b nalaze se grafici snimljeni na objektu
elektrodistribucije Beograd. Pražnjenje baterije je aktivirano
365

LITERATURA
[1] Mr.sc. Javor Škare, „Akumulatorske baterije za sustave
besprekidnog napajanja“.
[2] Cobasys: „Consideration for utilization of NiMH Battery
Technology in Stationary Application“.
[3] Miroslav Lazić, Dragana Titelac, „Jedno rešenje
daljinskog nadzora uređaja energetske elektronike
telekomunikacionih sistema“, Infoteh Jahorina 2006, Vol. 5,
Ref. E-IV-1, p. 440-443.
[4] Miroslav Lazić, „Daljinski nadzor i upravljanje uređajima
energetske elektronike – SDNU“, Zbornik radova 53. EL 1.1,
ISBN 978-86-80509-62-4, Konferencije za ETRAN,
Vrnjačka Banja, 15-18. juna 2009.
[5] Miroslav Lazić, Dragan Stajić, Bojan Plavšić, „Jedno
rešenje kontrole ispravnosti akumulatorskih baterija“, vol.9,
Ref. E-V-16, P.767-771. Infoteh Jahorina, Mart 2010.
Rad je deo projekta koji je podržan od strane Ministarstva za
nauku i tehnološki razvoj, sa oznakom TR32016.
366