Prąd, energia i interfejsy – krótko wyjaśnione

Energia czynna

Energia rzeczywiście zamieniana na pracę, ciepło lub światło. Mierzona w kilowatogodzinach (kWh); na niej opiera się praktycznie każdy rachunek za energię.

Prąd i energia

Energia bierna

Energia, która krąży między siecią a odbiornikiem, nie wykonując pracy. Powstaje w cewkach i kondensatorach, jest mierzona w kvarh, a dostawcy obciążają nią powyżej progu.

Prąd i energia

Energia pozorna

Geometryczna suma energii czynnej i biernej, mierzona w kVAh. Decyduje o tym, jak mocno obciążone są kable i transformatory.

Prąd i energia

Moc czynna

Chwilowy przepływ mocy wykonujący pracę, w kilowatach (kW). Szczytowe wartości mocy czynnej określają opłaty za moc.

Prąd i energia

Moc bierna

Moc oscylująca bez składowej czynnej, w kvar. Obciąża sieć, ale nie pojawia się na liczniku mocy czynnej – dlatego rejestruje się ją osobno.

Prąd i energia

Moc pozorna

Iloczyn napięcia i prądu, w kVA. Na jej podstawie wymiaruje się transformatory i kable zasilające.

Prąd i energia

Współczynnik mocy

Stosunek mocy czynnej do pozornej, także cos φ. Zły współczynnik mocy oznacza dużą moc bierną i może powodować dodatkowe koszty.

Prąd i energia

cos φ

Popularne oznaczenie współczynnika przesunięcia między prądem a napięciem. Przy czysto rezystancyjnym obciążeniu wynosi 1, przy silnikach znacznie mniej.

Prąd i energia

Harmoniczne

Wielokrotności częstotliwości sieci, powodowane przez nieliniowe odbiorniki, takie jak przemienniki częstotliwości i zasilacze. Obciążają przewody i zniekształcają proste metody pomiaru.

Prąd i energia

Szczyt obciążenia

Najwyższa wartość mocy w okresie rozliczeniowym, zwykle jako średnia kwadransowa. Często najdroższa pojedyncza pozycja na rachunku za prąd.

Prąd i energia

Profil obciążenia

Przebieg wartości mocy w czasie, zwykle w krokach kwadransowych. Pokazuje, kiedy pobierano energię – na to pytanie stan licznika nie odpowiada.

Prąd i energia

Obciążenie podstawowe

Zużycie występujące stale, także w nocy i w weekendy. Wysokie obciążenie podstawowe jest często pierwszym odkryciem analizy profilu obciążenia.

Prąd i energia

Obciążenie szczytowe

Krótkotrwałe wysokie zapotrzebowanie na moc, np. przy rozruchu instalacji. Często można je obniżyć przez rozłożenie w czasie.

Prąd i energia

Zarządzanie obciążeniem

Celowe przesuwanie lub ograniczanie odbiorników w celu uniknięcia szczytów obciążenia. Wymaga wartości pomiarowych niemal w czasie rzeczywistym.

Prąd i energia

Autokonsumpcja

Udział samodzielnie wytworzonej energii zużywany bezpośrednio na miejscu zamiast oddawany do sieci. Kluczowa wielkość w instalacjach fotowoltaicznych.

Prąd i energia

Wspólnota autokonsumpcji

Zrzeszenie kilku stron w nieruchomości, które wspólnie korzystają z wytworzonej energii. Wymaga pomiaru dla każdej strony.

Prąd i energia

Energia dla najemców

Model, w którym najemcy pobierają lokalnie wytworzoną energię bezpośrednio. Wymaga rozliczalnego pomiaru dla każdej jednostki.

Prąd i energia

Oddawanie do sieci

Dostarczanie energii do sieci, np. z instalacji fotowoltaicznej. Mierzone oddzielnie od poboru i zwykle inaczej wynagradzane.

Prąd i energia

Pobór

Pobieranie energii z sieci. Liczniki do modeli autokonsumpcji muszą rejestrować pobór i oddawanie oddzielnie.

Prąd i energia

Taryfa

Zależna od czasu cena energii, np. taryfa szczytowa i pozaszczytowa. Licznik z kilkoma rejestrami taryfowymi rejestruje je osobno.

Prąd i energia

Stała licznika

Współczynnik przeliczający impulsy licznika na jednostki energii, często podawany jako impulsy na kWh. Ważny przy rejestracji S0.

Prąd i energia

Przekładniki prądowe

Element, który przetwarza duże prądy na mierzalną wartość. Przekładnia musi być poprawnie ustawiona w liczniku.

Prąd i energia

Przekładnia

Stosunek prądu pierwotnego do wtórnego przekładnika prądowego, np. 200/5 A. Błędnie ustawiona przekładnia powoduje systematyczny błąd pomiaru.

Prąd i energia

Pomiar bezpośredni

Pomiar bez przekładników prądowych, przy którym cały prąd płynie przez licznik. Możliwy tylko do określonych prądów.

Prąd i energia

Pomiar czterokwadrantowy

Rejestracja energii czynnej i biernej w obu kierunkach. Warunek dla instalacji, które jednocześnie pobierają i oddają energię.

Prąd i energia

Podliczniki

Pomiar zużycia cząstkowego za licznikiem głównym, np. na najemcę, maszynę lub część budynku. Podstawa rozliczenia według faktycznego zużycia.

Pomiary i rozliczenia

Wydzielanie ilości dla osób trzecich

Wyodrębnianie ilości energii przekazywanych osobom trzecim. W Niemczech istotne regulacyjnie i powiązane z wymaganiami wobec pomiaru.

Pomiary i rozliczenia

MID

Europejska dyrektywa w sprawie przyrządów pomiarowych. Licznik zgodny z MID może być używany do rozliczeń w UE; moduł B+D oznacza procedurę dopuszczenia.

Pomiary i rozliczenia

Prawo legalizacyjne

Ramy prawne dla przyrządów pomiarowych w obrocie handlowym. Liczniki używane do rozliczeń muszą być zgodne z prawem legalizacyjnym.

Pomiary i rozliczenia

PTB-A 20.1

Dokument wymagań niemieckiego krajowego instytutu metrologii (PTB) dla liczników energii elektrycznej. Dowód zgodności z prawem legalizacyjnym.

Pomiary i rozliczenia

PTB-A 50.7

Wymagania wobec przyrządów pomiarowych przy wydzielaniu ilości dla osób trzecich i w zarządzaniu energią.

Pomiary i rozliczenia

Klasa dokładności

Określenie dopuszczalnego odchylenia pomiaru, np. klasa B dla energii czynnej lub klasa 2 dla energii biernej. Niższa oznacza dokładniejszą.

Pomiary i rozliczenia

ISO 50001

Norma dla systemów zarządzania energią. Wymaga ciągłej rejestracji, analizy i raportowania danych energetycznych.

Pomiary i rozliczenia

System zarządzania energią

Systematyczny proces rejestrowania, oceny i poprawy wykorzystania energii. Oprogramowanie jest tylko jego częścią.

Pomiary i rozliczenia

Koncepcja pomiarów

Decyzja, które wielkości są rejestrowane w których punktach i w jakim celu. Błędów w koncepcji pomiarów nie da się później łatwo naprawić.

Pomiary i rozliczenia

Punkt pomiarowy

Miejsce w instalacji, w którym odbywa się pomiar – niezależnie od konkretnego urządzenia. Nazewnictwo powinno odnosić się do punktu pomiarowego, a nie do urządzenia.

Pomiary i rozliczenia

Stan licznika

Skumulowana wartość energii licznika. Odpowiada na pytanie o ilość, a nie o czas.

Pomiary i rozliczenia

Analiza profili obciążenia

Analiza wartości mocy w czasie w celu uwidocznienia szczytów, obciążenia podstawowego i anomalii.

Pomiary i rozliczenia

Rozliczenie kosztów eksploatacji

Przypisanie kosztów zużycia do jednostek. Przy podlicznikach według faktycznego zużycia zamiast klucza powierzchniowego.

Pomiary i rozliczenia

Wykres Sankeya

Wykres przepływu, w którym szerokości strzałek odpowiadają ilościom. Pozwala na pierwszy rzut oka uchwycić przepływy energii i ich proporcje.

Pomiary i rozliczenia

M-Bus

Meter-Bus, europejska norma zdalnego odczytu liczników zużycia według EN 13757. Przewód dwużyłowy, niezależny od biegunowości, do energii elektrycznej, wody, gazu i ciepła.

M-Bus

EN 13757

Seria norm dotyczących komunikacji liczników zużycia. Część 2 opisuje warstwę fizyczną, część 3 warstwę aplikacji.

M-Bus

Obciążenie jednostkowe

Pobór prądu spoczynkowego uczestnika M-Bus, ok. 1,5 mA. Suma wszystkich obciążeń jednostkowych ogranicza liczbę urządzeń na masterze.

M-Bus

Master M-Bus

Urządzenie, które zasila magistralę i odpytuje liczniki. Odpowiada też za konwersję poziomów i nadzór zwarć.

M-Bus

Konwerter poziomów

Moduł dostarczający napięcie magistrali i konwertujący poziomy sygnałów. Zintegrowany w EMU M-Center, w innym przypadku osobne urządzenie.

M-Bus

Adres pierwotny

Krótki adres M-Bus od 1 do 250, ustawiany w urządzeniu. Szybki, ale podatny na błędy przy podwójnym przydziale.

M-Bus

Adres wtórny

Ośmiocyfrowy numer identyfikacyjny licznika, łączony z producentem, wersją i medium. Unikalny fabrycznie.

M-Bus

Wyszukiwanie liczników

Automatyczne odpytywanie wszystkich możliwych adresów w celu znalezienia podłączonych urządzeń. W większych instalacjach oszczędza dni.

M-Bus

Telegram

Sekwencja zapytanie–odpowiedź na magistrali M-Bus. Licznik dostarcza w odpowiedzi swój pełny rekord danych.

M-Bus

Prędkość transmisji

Prędkość transmisji w bitach na sekundę. W M-Bus typowe są 300, 2400 i 9600 Bd, w praktyce najczęściej 2400.

M-Bus

Rezystancja pętli

Całkowita rezystancja przewodu magistrali tam i z powrotem. W M-Bus ograniczona do 90 Ω.

M-Bus

Wireless M-Bus

Radiowy wariant M-Bus według EN 13757-4, rozpowszechniony w wodomierzach i ciepłomierzach bez przyłącza kablowego.

M-Bus

RS-485

Elektryczny standard interfejsu do różnicowej transmisji dwużyłowej w trybie półdupleksowym. Odporny na zakłócenia, ale nie niezależny od biegunowości.

RS-485 i Modbus

Transmisja różnicowa

Przesyłanie sygnału jako różnicy napięć między dwoma przewodami. Zakłócenia działają na oba przewody jednakowo i się znoszą.

RS-485 i Modbus

Półdupleks

Nadawanie i odbiór przez tę samą parę żył, ale nigdy jednocześnie.

RS-485 i Modbus

Rezystor terminujący

Rezystor 120 Ω na obu fizycznych końcach magistrali, który zapobiega odbiciom. Tylko na końcach, nie przy każdym urządzeniu.

RS-485 i Modbus

Rezystor polaryzujący

Rezystory polaryzujące, które określają poziom spoczynkowy magistrali, aby żaden uczestnik nie interpretował szumu jako danych.

RS-485 i Modbus

Obciążenie jednostkowe

Miara obciążenia uczestnika RS-485. Klasycznie segment znosi 32 obciążenia jednostkowe; nowoczesne sterowniki pobierają ułamek tego.

RS-485 i Modbus

Odgałęzienie

Odgałęzienie od przewodu głównego do urządzenia. W RS-485 należy utrzymywać je jak najkrótsze, ponieważ odgałęzienia powodują odbicia.

RS-485 i Modbus

Topologia liniowa

Ciągłe okablowanie od jednego końca magistrali do drugiego. Jedyna zalecana topologia dla RS-485.

RS-485 i Modbus

Modbus

Otwarty protokół komunikacji między urządzeniami automatyki. Działa z rejestrami 16-bitowymi i w trybie master–slave.

RS-485 i Modbus

Modbus RTU

Binarny wariant Modbus przez łącza szeregowe, zwykle RS-485. Używa CRC16 i przerwy ciszy do rozpoznawania ramek.

RS-485 i Modbus

Modbus TCP

Modbus przez Ethernet, standardowy port 502. Zamiast CRC każdy telegram zawiera nagłówek MBAP; kilku klientów może czytać jednocześnie.

RS-485 i Modbus

Kod funkcji

Numer określający żądaną operację. Dla liczników istotne są głównie 3 (holding register) i 4 (input register).

RS-485 i Modbus

Holding register

Rejestr 16-bitowy do odczytu i zapisu w modelu danych Modbus.

RS-485 i Modbus

Input register

Rejestr 16-bitowy tylko do odczytu, typowy dla wartości pomiarowych.

RS-485 i Modbus

CRC16

Suma kontrolna zabezpieczająca telegramy Modbus RTU. Błędne telegramy są odrzucane.

RS-485 i Modbus

Przerwa ciszy

Przerwa trwająca co najmniej 3,5 czasu znaku, która w Modbus RTU oznacza początek i koniec telegramu.

RS-485 i Modbus

TCP/IP

Rodzina protokołów, na której opierają się sieci Ethernet i internet. Podstawa dla Modbus TCP, MQTT, BACnet IP i OPC UA.

TCP/IP i sieć

adres IP

Unikalny adres urządzenia w sieci. Urządzenia pomiarowe potrzebują stałego adresu, statycznego lub przez rezerwację DHCP.

TCP/IP i sieć

Rezerwacja DHCP

Przypisanie stałego adresu IP do adresu MAC. Łączy wygodę DHCP ze stabilnością stałych adresów.

TCP/IP i sieć

Adres MAC

Adres sprzętowy interfejsu sieciowego. Służy do jednoznacznej identyfikacji w sieci lokalnej.

TCP/IP i sieć

VLAN

Logicznie wydzielony segment sieci na wspólnej infrastrukturze. Technika pomiarowa zwykle dostaje własny VLAN.

TCP/IP i sieć

MBAP

Nagłówek Modbus Application Protocol w Modbus TCP, z numerem transakcji, identyfikatorem protokołu, długością i identyfikatorem jednostki.

TCP/IP i sieć

Unit identifier

Pole w nagłówku MBAP, które w bramkach adresuje urządzenie szeregowe znajdujące się za nimi.

TCP/IP i sieć

Port 502

Standardowy port dla Modbus TCP.

TCP/IP i sieć

NTP

Protokół synchronizacji czasu. Bez zsynchronizowanych zegarów profili obciążenia z kilku urządzeń nie da się sensownie porównać.

TCP/IP i sieć

BACnet IP

Protokół automatyki budynkowej przez IP. Działa obiektowo: każda wartość pomiarowa jest osobnym obiektem.

TCP/IP i sieć

BBMD

BACnet Broadcast Management Device. Przekazuje broadcasty BACnet przez granice podsieci.

TCP/IP i sieć

OPC UA

Niezależny od platformy standard przemysłowy wymiany danych ze zintegrowanym modelem informacji i koncepcją bezpieczeństwa.

TCP/IP i sieć

MQTT

Lekki protokół publish-subscribe dla danych telemetrycznych. Urządzenia publikują wartości, zainteresowani je subskrybują.

MQTT

Broker MQTT

Pośrednik między nadawcami a odbiorcami. Wszystkie wiadomości przechodzą przez niego; nadawca i odbiorca się nie znają.

MQTT

Publish

Publikowanie wiadomości pod topikiem u brokera.

MQTT

Subscribe

Subskrybowanie topiku w celu otrzymywania publikowanych tam wiadomości.

MQTT

Topic

Hierarchiczna ścieżka, pod którą publikowane są wiadomości. Struktura i nazewnictwo decydują o późniejszej użyteczności danych.

MQTT

Symbol wieloznaczny

Symbol zastępczy przy subskrypcji: + dla dokładnie jednego poziomu, # dla wszystkich poziomów poniżej.

MQTT

QoS

Quality of Service, gwarancja dostarczenia. 0 wysyła bez potwierdzenia, 1 gwarantuje co najmniej jedno dostarczenie, 2 dokładnie jedno.

MQTT

Retain

Flaga, dzięki której broker przechowuje ostatnią wartość dla każdego topiku. Nowo podłączeni subskrybenci od razu widzą dane.

MQTT

Last will

Wiadomość, którą broker publikuje, gdy połączenie urządzenia nieoczekiwanie się zerwie. Uwidacznia awarie.

MQTT

TLS

Szyfrowanie połączenia transportowego. Obowiązkowe, gdy tylko dane pomiarowe opuszczają własną sieć.

MQTT

LoRa

Metoda modulacji radiowej z techniką widma rozproszonego. Wymienia szybkość transmisji na zasięg i odporność na zakłócenia.

LoRa i LoRaWAN

LoRaWAN

Protokół sieciowy oparty na LoRa, z bramkami, serwerem sieciowym, szyfrowaniem i procedurą dołączania.

LoRa i LoRaWAN

Spreading factor

Parametr od SF7 do SF12, który waży zasięg względem czasu nadawania. Wyższy oznacza dalej, ale wolniej.

LoRa i LoRaWAN

EU868

Nielicencjonowane pasmo częstotliwości wokół 868 MHz, w Europie używane dla LoRaWAN.

LoRa i LoRaWAN

Duty cycle

Ustawowe ograniczenie czasu nadawania na urządzenie i godzinę w paśmie nielicencjonowanym. Określa możliwy interwał nadawania.

LoRa i LoRaWAN

klasa A

Tryb pracy, w którym urządzenie po nadaniu otwiera dwa krótkie okna odbiorcze. Najbardziej energooszczędny z trybów LoRaWAN.

LoRa i LoRaWAN

OTAA

Over-the-air activation: dołączenie z DevEUI, JoinEUI i AppKey, przy którym negocjowane są klucze sesji. Zalecana procedura.

LoRa i LoRaWAN

ABP

Activation by personalisation: na stałe zaprogramowane klucze sesji. Prostsze, ale mniej bezpieczne.

LoRa i LoRaWAN

Bramka

Stacja odbiorcza, która odbiera pakiety LoRa i przekazuje je do serwera sieciowego. Urządzenia nie są na stałe przypisane do bramki.

LoRa i LoRaWAN

Dekoder payloadu

Kod, który rozkłada kompaktowo spakowany payload pakietu na nazwane wartości pomiarowe. Bez niego dane pozostają nieczytelne.

LoRa i LoRaWAN