Az épületek energiafelhasználását jellemzően fűtésre, légkondicionálásra, világításra, hirdetőfelületek üzemeltetésére vagy más hasonló, elektromosságot hasznosító célra fordítják. Mivel a világon egyre inkább jellemző trend az energiaárak emelkedése, és a kormányzatok sok helyen erős kényszer alá vonják a fogyasztókat az ISO50001 energiahatékonysági szabvány implementálására, a gazdasági szereplők lépésekre kényszerültek annak érdekében, hogy jobban megértsék energiafelhasználásukat és csökkentsék energiaigényüket. Ha mindezt annak rendje és módja szerint végzik, éves távlatokban jelentős költségmegtakarítás lesz az eredmény – hogy a megtakarított energiamennyiséget már ne is említsük. Továbbá a több gyárral is rendelkező cégeknek érdekében áll a közműszolgáltatók által szorgalmazott, csúcsidei takarékosságösztönző programokban is részt venni, ami azt jelenti, hogy – lehetőség szerint – a csúcsidőre jellemző nagyobb energiaigény idejére saját fogyasztásukat elektromos fogyasztók átmeneti kiiktatásával csökkentsék. A cégeknek tehát minden korábbinál jobban érdekében áll saját energiafelhasználásukat minél jobban megismerni, és ezek alapján olyan stratégiát kifejleszteni, ami növeli az általános energiahatékonyságukat.
A hagyományos, intruzív megközelítésben egyvagy többpontos mérőberendezések kerülnek telepítésre, amelyek a terhelés helyén egy szekrénybe szerelt alállomás formájában képesek az 1-, ill. 3fázisú áramkörök fogyasztásának monitorozására (lásd 1. ábra). A gyár elrendezésének függvényében az elektromosenergia-elosztás az épületen belül több elosztószekrény között oszlik meg, ezért akár több almérő telepítésére is szükség lehet. Sajnos, ez a módszer meglehetősen költséges, telepítése és karbantartása pedig munkaigényes.
Az alkalmazásspecifikus fogyasztási adatok begyűjtésének innovatívabb módja a főmegszakító szintjén mért összfogyasztási adat részekre történő felbontása. Ez a nemintruzív berendezés-terhelés monitorozás (Non-Intrusive Appliance Load Monitoring – NIALM) nevű módszer egyetlen ponton méri a teljesítményt (lásd 1. ábra), illetve bizonyos speciális jelfeldolgozási technikákra is támaszkodik. Ez az energiafogyasztást részekre bontó technika (lásd 2. ábra) statisztikai módszereken alapul, és végeredményben az összfogyasztásból kivonja az egyes berendezések saját fogyasztási adatait anélkül, hogy az elektromos csatlakozási pontokra szenzorok telepítését követelné meg.
Egy kísérletben egy teljes épület energiafelhasználását LEM-gyártmányú, osztottmagos áramtranszformátoros ATO szenzorokkal és egyéb hardverekkel mértük (lásd 3. ábra). A mérőrendszer hardvere három alkatrészből épül fel:
- 3 db ATO osztottmagos áramtranszformátorból az épületben szétszórva: olyan ferrit felhasználásával gyártott, befogópofával rendelkező elektromos eszközök, amelyek az elektromos kábel köré helyezve nemintruzív beiktatást tesznek lehetővé az épület főáramköreiben,
- egy NIALM almérőből: a valós időben mért fogyasztást bontja részekre és végez adatelemzést (lásd 2. ábra), majd ezt követően egy hálózati átjáró felé továbbítja az energiafogyasztásra megállapított adatokat, valamint
- egy hálózati átjáróból: ez energiafogyasztási adatokat fogad, amelyeket a felhőalapú tárhelyre helyez, lehetőséget adva az épületfelügyelet számára a fogyasztások figyelemmel kísérésére és fogyasztáscsökkentési intézkedések megtervezésére és foganatosítására egy arra alkalmas energiamenedzsment-rendszer segítségével.
Bár a ferritmagos áramtranszformátoros szenzorok már évek óta „köztünk vannak”, a telítődési szintjük és mágneses permeabilitásuk miatt az 50/60 Hz nagyságrendű frekvenciákon gyenge teljesítményt nyújtottak, ezért használatukat inkább kerülték. Az új fejlesztéseknek köszönhetően ezeken az alacsony frekvenciákon jelentősen sikerült javítani a ferritek tulajdonságain, amely a teljesítménymérési alkalmazások során megkérdőjelezhetetlen előnyöket jelent.
Az új fejlesztésű ferrites megoldások permeabilitása jelentősen javult, és a ferrit-szilícium és ferrit-nikkel magok helyett az 50/60 Hz frekvenciára tervezett áramtranszformátoroknál – alacsony mágneses telítődési szintjük dacára – előnyösen implementálhatók. Az új fejlesztésű ferritmagokra épített, osztottmagos áramtranszformátorok nagy pontossággal képesek váltakozó áramú mérésre meglehetősen tág frekvenciatartományban, amelynek az esetünkben létfontosságú 50/60 Hz is része. Az újfajta szenzorok a feljavított ferritmagoknak köszönhetően nemcsak jobb pontosságot, hanem kiváló linearitást is biztosítanak még alacsony áramértékek mellett is, sőt a bemeneti és kimeneti áramok közötti fázistolásuk különösen csekély, elősegítve a valódi teljesítmény és energiafelhasználás mérését. A kemény, nagy sűrűségű mag miatt a légrés mérete minimális lehet, illetve az eszköznél az elöregedés és hőmérséklet hatására a karakterisztikaváltozás gyakorlatilag nem jön szóba, ellentétben például a ferrit-szilícium és ferrit-nikkel magos megoldásokkal. Végül, de nem utolsósorban, ezek a ferrittulajdonságok igen kedvező bekerülési költségek mellett érhetők el, így a LEM ATO-sorozatú, osztottmagos áramtranszformátorai, minden innovatív tulajdonságukkal és kiváló teljesítményükkel együtt szintén rendkívül kedvező áron hozzáférhetők (lásd 4. ábra).
A LEM ATO-sorozatú, osztottmagos áramtranszformátorok főbb jellemzői, előnyei:
- szigetelés: 600 V, CAT III,
- Class 1 (feszültségkimenetnél) és Class 3 pontosság (áramkimenetnél), IEC 61869-2 szerint,
- fáziseltolódás kezelése,
- kimenet: 1 mA/A, vagy 225 mV, ill. 333 mV,
- nincs szükség az elektromos hálózat megbontására,
- 5 év garancia.
Az ATO-sorozat az egyetlen osztottmagos áramtranszformátor-család, amely IEC 61869-2 szerinti tanúsítvánnyal rendelkezik 333 mV és 225 mV feszültségkimenet mellett, a névleges áramon. Az ATO pontossági besorolása Class 1 vagy Class 3, és olyan karakterisztikateszteken tanúsított teljes megfelelőséget, amelyek az arányhibát és fáziseltolási pontosságot mérik. Az 5. ábra azt mutatja, mi szükséges az IEC 61869-2 szabvány teljesítéséhez pontosság és fázistolás tekintetében a mért névleges áramerősség százalékarányának függvényében. A példa szerint egy 75 amperes hullámforma mellett 1%, ill. 3% pontosság szükséges, ha ez az áramerősség a névleges áram (IPr) 120%-a, ill. 5%-a. Az ATO-sorozat pedig pontosan teljesíti ezt a követelményt.
A mai megoldásokkal az elektromos berendezéseknek a NIALM-algoritmus alapján elektromos fogyasztás tekintetében a megfelelően rekonstruált részaránya 80-90% körül van ezekben az almérős rendszerekben, és ez is folyamatosan javul. Kedvező bekerülési költség mellett a LEM-féle ATO-sorozatú szenzorokkal a valós idejű energiafelhasználási információk és energiafelhasználás-felosztás igazán motiváló az energiamegtakarítást foganatosítani igyekvő felhasználók számára. Az energiafelhasználás-felosztás segítségével távoli megfigyelés, mérés és validálás is megvalósítható, támogatást nyújtva a közműcégek által szorgalmazott fogyasztáscsökkentési programokban való részvételhez, elősegítve az enegiafelhasználókat a kisebb értékű számlákhoz vezető úton.
