Σύστημα παρακολούθησης οικιακής ηλεκτρικής εγκατάστασης με χρήση έξυπνων ρευματοδοτών

• Κύριος συγγραφέας: Γκογκάκης, Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Βοβός, Παναγής
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Συστήματα παρακολούθησης; Οικιακό ηλεκτρικό δίκτυο; Εξοικονόμηση ενέργειας; Monitoring systems; Home power grid; Energy saving; 621.317

Η παρούσα διπλωματική έχει σαν στόχο την υλοποίηση ενός συστήματος παρακολούθησης μίας οικιακής ηλεκτρικής εγκατάστασης, με χρήση έξυπνων ρευματοδοτών. Τέτοια συστήματα εισήχθησαν στην αγορά μόλις τα τελευταία χρόνια και σκοπός τους είναι η παροχή πληροφοριών ή και στατιστικών στοιχείων στον καταναλωτή σχετικά με την χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και ο απομακρυσμένος έλεγχος των συσκευών του σπιτιού. Οι εν λόγω πληροφορίες προκύπτουν από την κεντρική επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται τηλεπικοινωνιακά από τον κάθε ρευματοδότη, και αφορούν τον υπολογισμό διαφόρων ηλεκτρικών μεγεθών. Στην συγκεκριμένη κατασκευή, επιτυγχάνεται κόστος σημαντικά χαμηλότερο από άλλα αντίστοιχα συστήματα, λόγω του ότι η μέτρηση της τάσης πραγματοποιείται αποκλειστικά σε ένα κεντρικό σημείο, ενώ ο κάθε ρευματοδότης αποστέλλει δεδομένα σχετικά μόνο με το ρεύμα του φορτίου και την διαφορά φάσης του από την τάση τροφοδοσίας. Πιο συγκεκριμένα, αποστέλλονται μόνο οι στιγμιαίες τιμές συναρτήσει του χρόνου, καθώς οι υπολογισμοί των ηλεκτρικών μεγεθών γίνεται κεντρικά. Έτσι, γίνεται οικονομία κλίμακας, αφού ένα κεντρικό, αλλά ισχυρό, κεντρικό σύστημα αναλαμβάνει τους υπολογισμούς για όλους τους ρευματοδότες. Παράλληλα, οποιαδήποτε αναβάθμιση λογισμικού αρκεί να γίνει στο κεντρικό σύστημα, διότι η λειτουργία όλου του υπόλοιπου συστήματος παραμένει ίδια. Στο 2ο Κεφάλαιο αναλύονται οι υπάρχουσες τεχνολογίες στον τομέα των αισθητήρων ρεύματος, από τους οποίους επιλέγεται ο αισθητήρας Hall, λόγω της αξιοπιστίας, της ακρίβειας και του σχετικά χαμηλού κόστους που συνδυάζει. Στην συνέχεια, στο 3ο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα σημαντικότερα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα, μεταξύ των οποίων προτιμάται τελικά το δίκτυο WiFi, χάρη στην ταχύτητα που διαθέτει στην διάδοση των δεδομένων, το εύρος εμβέλειάς του, και, βασικά, τη μαζική αποδοχή του από την παγκόσμια αγορά. Τη λειτουργία της τηλεπικοινωνιακής ζεύξης μεταξύ ρευματοδότη και κεντρικού συστήματος αναλαμβάνει να επιτελέσει ο ESP8266, ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα πολύ χαμηλού κόστους, το οποίο εκτός από μικροελεγκτή και κεραία WiFi, διαθέτει και τις απαραίτητες για την εφαρμογή μας ψηφιακές εισόδους και εξόδους, καθώς και μία αναλογική είσοδο. Στο Κεφάλαιο 4 αναλύεται η υλοποιηθείσα πλακέτα του αισθητήρα, η οποία μέσω του αισθητήρα Hall μεταδίδει τις στιγμιαίες τιμές του ρεύματος φορτίου στην αναλογική είσοδο του ESP8266. Πέραν αυτού, παράγει δύο παλμούς συγχρονισμένους με την εκάστοτε ημιπερίοδο της τάσης του δικτύου, τους οποίους οδηγεί σε δύο ακόμα ψηφιακές εισόδους. Έπειτα, το κύκλωμα του αισθητήρα αναλύεται και μελετάται διεξοδικά και τελικά υπολογίζονται τα μέσα σφάλματα που εισάγει στις μετρήσεις του πλάτους του ρεύματος, καθώς και στην διαφοράς φάσης του από την τάση. Στην συνέχεια, στο 5ο Κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η λειτουργία του κεντρικού συστήματος, στο οποίο αρχικά πραγματοποιείται η λήψη των δεδομένων από τον ESP8266, μέσω του πρωτοκόλλου UDP, και κατόπιν της επεξεργασίας αυτών, εξάγονται ως ενδεικτικά μεγέθη η συχνότητα, η μέγιστη και η ενεργός τιμή του ρεύματος φορτίου. Επίσης, απεικονίζονται οι προαναφερθέντες παλμοί, καθώς και η κυματομορφή του ρεύματος. Πέρα από τα παραπάνω, από το κεντρικό σύστημα ελέγχεται τηλεπικοινωνιακά, μέσω μίας ψηφιακής εξόδου του ESP8266, και η κατάσταση ενός ρελέ, το οποίο παρεμβάλλεται μεταξύ ρευματοδότη και φορτίου. Ελέγχοντας, συνεπώς, την κατάσταση του ρελέ μπορούμε να διακόπτουμε την τροφοδοσία του φορτίου κατά το δοκούν. Έπειτα, στο 6ο Κεφάλαιο, πραγματοποιείται η οικονομική ανάλυση των υλικών εξαρτημάτων της παρούσης κατασκευής, από την οποία προκύπτει ένα ιδιαίτερα χαμηλό κόστος κατασκευής, στοιχείο το οποίο αποτελεί και την καινοτομία της εν λόγω εργασίας. Τέλος, εξάγονται ορισμένα τεχνικά συμπεράσματα, τα οποία αφορούν την ίδια την κατασκευή, όπως επίσης και κάποιες γενικότερες θεωρήσεις που σχετίζονται με τη διαδικασία υλοποίησής της. Τα σημαντικότερα εξ αυτών είναι ότι πρόκειται για μία αξιόπιστη κατασκευή με ταχύτατη απόκριση, η οποία συνδυάζει ευκολία στην κεντρική επεξεργασία του σήματος, με ιδιαίτερα χαμηλό κόστος.