Pomiar prądu w systemach zasilania awaryjnego (UPS) odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu ciągłości działania krytycznych instalacji oraz w diagnostyce awaryjnych źródeł zasilania.
Zasady działania amperomierzy
Amperomierze są przyrządami służącymi do bezpośredniego lub pośredniego pomiaru natężenia prądu. W zależności od konstrukcji i przeznaczenia dzielą się na kilka typów, z których najpopularniejsze to amperomierze rezystancyjne, elektromagnetyczne oraz cęgowe. W każdej konfiguracji istotne są takie parametry jak dokładność, zakres pomiarowy i stopień ochrony przed przepięciami czy przeciążeniami.
Amperomierze rezystancyjne
W amperomierzach rezystancyjnych pomiar prądu opiera się na zjawisku przemiany prądu w napięcie na wewnętrznym rezystorze pomiarowym. Zmierzona wartość napięcia jest następnie wzmacniana i wskazywana na skali analogowej lub wyświetlaczu cyfrowym. Główne zalety to relatywnie prosta budowa oraz wysoka precyzja w niskich zakresach prądowych. Wadą może być jednak straty mocy na rezystorze oraz wpływ temperatury na stabilność wskazań.
Amperomierze elektromagnetyczne
W wersji elektromagnetycznej wykorzystuje się zjawisko oddziaływania pola magnetycznego wytwarzanego przez izolowaną cewkę, przez którą przepływa mierzony prąd. Wskazanie dokonywane jest za pomocą ruchomej cewki umieszczonej w stałym polu magnesu. Choć konstrukcja jest bardziej skomplikowana niż w rezystancyjnych, ich zaletą jest brak bezpośredniego obciążenia mierzonego obwodu oraz większa odporność na przeciążenia krótkotrwałe.
Metody pomiaru prądu w UPS
W systemach zasilania awaryjnego stosowane są różne metody pomiaru, dopasowane do wymagań monitorowania i bezpieczeństwa. Często pomiar prądu realizuje się z wykorzystaniem przekładników prądowych oraz cęgi pomiarowe, które zapewniają galvaniczne odseparowanie urządzenia pomiarowego od instalacji pod napięciem.
- Przekładniki prądowe (CT) – transformatorowe urządzenia wykonane zazwyczaj jako nawijka pierwotna o pojedynczym zwoju (przewód fazowy) oraz wtórna o wielu zwojach. Proporcjonalne przeliczenie prądu i izolacja galwaniczna to ich główne atuty.
- Cęgi pomiarowe – mobilne przyrządy, które zakłada się na przewód pod napięciem. W ich wnętrzu znajduje się układ pomiarowy na bazie przekładnika lub układów Hallotronowych, co pozwala na odczyt prądu bez konieczności rozłączania przewodu.
- Metody rezystancyjne w systemach UPS – stosowane w modułach kontroli baterii, gdzie niewielkie prądy rozładowania ogniw mierzone są za pomocą wbudowanych czujników shunt.
Ważnym elementem jest prawidłowe dobranie zakresu pomiarowego i zabezpieczeń, aby uniknąć uszkodzenia aparatury w razie nagłych przepięć czy skoków prądu przy rozruchu. W praktyce wykonuje się również monitorowanie wartości skutecznej (RMS), które lepiej obrazuje obciążenie UPS w warunkach nieliniowych.
Wybór i kalibracja przyrządów pomiarowych
Dobór odpowiedniego amperomierza zależy od jego przeznaczenia, stopnia automatyzacji systemu oraz wymagań norm. Kluczowe aspekty to:
- Zakres pomiarowy – należy przewidzieć maksymalne obciążenie UPS, włącznie z prądami rozruchowymi silników i transformatorów.
- Dokładność – wyrażana klasą (np. 0,5; 1,0; 1,5), od której zależy dopuszczalny błąd pomiaru.
- Izolacja – dla bezpieczeństwa obsługi oraz ochrony układu sterowania.
- Stopień ochrony obudowy (IP) – w zależności od warunków montażu, np. w szafach z chłodzeniem.
Regularna kalibracja jest niezbędna, aby utrzymać pewność pomiarów i spełnić wymagania norm ISO czy IEC. Proces kalibracji obejmuje porównanie wskazań przyrządu z wzorcem o znanej wartości prądu, w kontrolowanych warunkach temperaturowych. W razie odchyleń powyżej dopuszczalnych, urządzenie wymaga regulacji lub naprawy.
Zastosowania i wyzwania w diagnostyce UPS
Współczesne systemy UPS coraz częściej wyposażane są w zaawansowane moduły pomiarowo-sterujące umożliwiające ciągłe diagnostyka i raportowanie stanu obciążenia, temperatury czy napięcia. Monitorowanie prądu pozwala na:
- wczesne wykrywanie przeciążeń i asymetrii faz,
- kontrolę poziomu naładowania baterii poprzez pomiar prądów ładowania i rozładowania,
- ocenę efektywności pracy falownika i transformatora w UPS,
- optymalizację harmonogramów konserwacji oraz minimalizację ryzyka awarii.
Do głównych wyzwań w implementacji pomiaru prądu w UPS należą zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez przetwornice częstotliwości, konieczność zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) oraz utrzymanie skuteczność ochrony przeciwporażeniowej. W projektowanych instalacjach warto uwzględnić dodatkowe filtry tłumiące i odpowiednie rozmieszczenie kabli sygnałowych.
