Képzeljük el, hogy már kiépítettük hálózatunkat, azonban igény merül fel tartós fogyasztásmérésre, mégpedig – a normál áramváltók kimeneti jeléhez, és sok mérőműszer névleges bemeneti jelszintjéhez igazodva – legalább 1 A-es áramkimenettel.
A teljesítmény, illetve a fogyasztás méréséhez, illetve számításához szükséges feszültség mérése általában nem probléma. Gond lehet viszont – adott körülmények között – az áram mérésével, illetve érzékelésével.
Amennyiben szűk a hely, és nem lehet megbontani a síneket, akkor csak olyan eszköz jöhet szóba, ami a rendszer megbontása nélkül felszerelhető. Viszont, igen gyakran nincs már annyi hely, amennyi egy hagyományos kivitelű bontható áramváltónak kell. A legkézenfekvőbb megoldás ebben az esetben egy „flexibilis lakatfogó”, pontosabban egy Rogowski-tekercses áramérzékelő, amelynél – a rugalmasságának köszönhetően – szinte csak az érzékelőnek a (normál bontható áramváltókénál jóval kisebb) átmérője szab határt annak, hogy hová építhető be. Az áramvezető sínek átmérője sem akadály, ugyanis a hurok mérete tág határok között (néhány cm-től akár néhány méterig is) változhat, ezért nagyobb méretű vezetőkre is könnyedén felszerelhető.
Rogowski-tekercs használata esetén kicsit átalakul az eszközigény, de vizsgáljuk meg, pontosan hogyan is épül fel az áramkör.
A méréshez használt eszközök
A méréshez elengedhetetlen a már említett lakatfogó, amely nem egy hagyományos áramváltót rejt, hanem Rogowski-tekercset. Ez teszi ennyire univerzálissá az eszközt, ugyanis a Rogowski-tekercs egy vasmentes indukciós tekercs (nem tartalmaz vasmagot, azaz légmagos tekercs). Szerelés szempontjából ugyanúgy viselkedik, mint egy hagyományos áramváltó, a különbség a kimeneti jel: a Rogowski--tekercs esetén a kimeneten nem áram, hanem a bemeneti árammal arányos indukált feszültség jelenik meg.
A tekercs többféle méretben és sokféle, akár több kA-es mérés-tartományban is kapható.
Mi is pontosabban a Rogowski-tekercs?
Lényegében egy egyszerű légmagos tekercs, amely nem tartalmaz és nem is tartalmazhat vasat. Mivel nincs benne vasmag, ezért a linearitása nagyon jó. Amennyiben kialakítása során vas kerül a
tekercs környezetébe, az rontja a linearitását. A kimeneti feszültség mV nagyságrendű, amelyet befolyásol például az eszköz vastagsága (a menet által körülvett terület), a tekercs hossza, menetszáma, valamint a permeabilitás. Képlettel kifejezve:
A képletben szerepel a tekercs által közrefogott vezetőn átfolyó áramerősség. Ez az a paraméter, amely a mérés során változik, így a kimeneten mérhető feszültség ezzel lesz arányos.
Az áramérzékelő, s vele a mért mennyiséggel arányos jel ezzel megvan. Mivel azonban a kimeneti jel kicsi, erősíteni kell azt. A kis jelszint miatt fontos, hogy az erősítő nagy erősítéssel rendelkezzen, ugyanakkor védve legyen az esetleges zavarjelektől a bemeneti oldalán. A tekercs kimenete után tehát nem csak erősítésre, hanem szűrésre is szükség van, ez utóbbi feladatra általában egy R/C aluláteresztő szűrőt alkalmaznak.
A hagyományos áramváltóknál a kimeneti jel a bemenethez hasonlóan szintén áram, amely maximum 1 vagy 5 amper lehet. Ahhoz, hogy mérni lehessen a teljesítményt a szokásos fogyasztásmérőkkel, a lakatfogó kimeneti feszültségét árammá kell
alakítani egy integrátor segítségével.
Az integrátor kimenetén max. 1 A váltakozó áramú arányos jel jelenik meg, amelyet már képes feldolgozni a fogyasztásmérő. A szóban forgó integrátor három áramváltó bemenetet képes egyszerre kezelni, három kimenettel rendelkezik, ezért háromfázisú mérés esetén is elegendő egyetlen eszköz használata.
Lehetőség van arra is, hogy a mérési adatokat digitális formában kapjuk meg, és MODBUS RTU protokoll segítségével továbbítsuk. Ebben az esetben egy univerzális konverter áll rendelkezésre.
A konverter is több bemenettel rendelkezik, amelyekre akár Rogowski-tekercs, akár hagyományos áramváltó, távadó, Hall-elem, illetve akár egy darab hőérzékelő is csatlakoztatható.
Az eszköz kimeneti oldalán egy szabadon konfigurálható analóg áramkimenet és egy relékimenet van, valamint rendelkezik RS-485 Modbus interfésszel is. Mindezek többféle felhasználási területre is alkalmassá teszik (pl. univerzális
áram és feszültség konverter egy „minden egyben” jellegű megoldáshoz, mérési, monitorozási feladatoknál).
Mindkét eszköz (integrátor és konverter) használata esetén szükség van egy 24 V-os tápegységre.
A rendszer előnyei
Az összeállított rendszer több előnnyel rendelkezik:
- flexibilis és bontható lakatfogó, amely szűk helyeken is alkalmazható és utólag is installálható,
- különböző átmérők annak érdekében, hogy bárhol használható legyen,
- 250 A-től 10 000 A -ig terjedő méréshatárokban alkalmazható.
Fogyasztásmérés kiépítése utólag – bontható áramváltó segítségével
Amennyiben több hely van a sínek mellett és alatt, vagy kábeles áramvezető szakasz is hozzáférhető, szóba jöhetnek a hagyományos, ill. a kifejezetten kábelen történő mérésre tervezett nyitható áramváltók.
Ezeknek az elméletét nem tárgyaljuk, mivel a mindenki által jól ismert vasmagos transzformátorról van szó.
A kimeneti jelük a szokásos 1 A, 5 A, vagy esetleg (kábelre szerelhető kiviteleknél) 2 A vagy 333 mV is lehet. Egyes változatok egybe vannak építve mérőátalakítóval, így a névleges bemeneti áramuk tartományában 4…20 mA kimenetet biztosítanak, és ehhez persze 24 V DC tápegységet is igényelnek.
A gyártási technológia fejlődésének és az egyre jobb tulajdonságú anyagok használatának köszönhetően ma már a bontható áramváltók pontossága is elérheti a 0,2S osztályt, természetesen konstrukciótól függően.
Belső, sínekkel „feltölthető” keresztmetszetük elérheti a 85x165 mm-t, illetve a kábelre szerelhető változatoknál a 360 mm-es átmérőt!
Az elszámolási mérések kérdése
A bontható áramváltók alkalmazásának igazából egy komoly korlátja van: nem hitelesíthetőek. Ezért csak olyan mérésekhez használhatóak, amelyek „nem járnak joghatással”. Precíz belső elszámolási, ellenőrző, kiegészítő, tájékoztató mérésekre viszont abszolút megfelelőek.