Przekaźniki priorytetowe, HEMS, DLM – automatyczny rozdział mocy jednej fazy na odbiorniki

Pytanie

Czy istnieje urzadzenie, ktore regolowaloby rozdzial mocy jednej fazy na rozne odbiorniki w zaleznosci od aktualnych potrzeb odbiorcy.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, istnieją gotowe urządzenia i kompletne systemy pozwalające w sposób automatyczny regulować rozdział mocy jednej fazy pomiędzy wiele odbiorników zależnie od ich chwilowego zapotrzebowania.
• Stosowane rozwiązania noszą nazwy: przekaźniki/przełączniki priorytetowe, dynamic load management (DLM), home/energy-management system (HEMS/EMS), kontrolery obciążenia lub regulatory mocy fazowej.

Kluczowe punkty
• ciągły pomiar prądu/napięcia fazy,
• ustalona hierarchia odbiorników lub algorytm optymalizacji,
• wykonawcze elementy przełączające albo płynnie regulujące (przekaźniki, styczniki, SSR, triaki, falowniki),
• opcjonalna integracja z fotowoltaiką, magazynem energii lub ładowarką EV.

Szczegółowa analiza problemu

1. Główne kategorie rozwiązań

1.1 Przekaźniki priorytetowe (np. F&F PC-16T, RELPOL RPG-1)
• Zasada 0/1: wyłączają odbiorniki o niższym priorytecie, gdy prąd fazy przekroczy próg.
• Reakcja w milisekundach, instalacja na DIN, koszt ~100–300 zł.

1.2 Inteligentne rozdzielnice / moduły HEMS
• Liczniki DIN (Modbus, MQTT, Zigbee) + przekaźniki bistabilne lub styczniki.
• Reguły w centrali (Home Assistant, Loxone, KNX, Schneider Wiser, ABB Free@Home).
• Możliwość prognozowania obciążeń, taryf dynamicznych lub nadwyżek PV.

1.3 Dynamic Load Management (DLM) dla ładowarek EV
• Urządzenia typu VOOL LMC, V2C ControlBox, Wallbox Pulsar Plus DLM.
• Moc ładowania (6–32 A) jest zmieniana co sekundę, aby nie przekroczyć bezpiecznika głównego.

1.4 Falowniki hybrydowe PV nowej generacji (Sungrow, Fronius GEN24)
• Funkcja “phase balancing” lub “power flow control” – dynamiczne dozowanie energii na pojedynczą fazę i obwody krytyczne (np. pompa C.O., serwer).

1.5 Specjalizowane regulatory mocy (SCR/triak)
• Płynne (fazowe lub grupowe) sterowanie grzałkami, promiennikami, lutownicami, gdzie częste włączanie/wyłączanie grozi skróceniem żywotności.
• Urządzenia: Carlo Gavazzi RM1E-, TMG/TRM-…, Siemens Sirius 3RF.

2. Teoretyczne podstawy

• Ograniczenie wynika z zabezpieczenia przedlicznikowego (In) i mocy umownej Pmax.
• Zarządzanie mocą = problem optymalizacji z ograniczeniem:
 \[ \sum_{i=1}^{n} Pi(t) \le P{\text{max}} \]
• Strategie sterowania:
 – load shedding (odcięcie),
 – duty-cycle control (time-slice),
 – phase-angle control (płynna regulacja),
 – predictive scheduling (algorytm AI, dane historyczne).

3. Praktyczne zastosowania

• Mieszkania z bezpiecznikiem 25 A i wieloma kuchennymi odbiornikami.
• Domy jednorodzinne z PV 8 kWp i bojlerem 3 kW ‑ maksymalizacja autokonsumpcji.
• Małe warsztaty – nieprzekraczanie mocy przyłączeniowej 15 kW podczas pracy spawarek.
• Parking biurowy – 10 ładowarek EV przy przydziale 40 kW.

Aktualne informacje i trendy

– Globalnie rośnie popyt na HEMS: według Markets&Markets CAGR ~15 % (2023-2028).
– W UE dyrektywa RED II oraz przepisy NC DCC promują Demand Side Response – wsparcie finansowe za sterowalne odbiory.
– Ładowarki EV z DLM są już wymagane w wielu krajach (np. Niemcy VDE-AR-N 4100).
– Falowniki hybrydowe z trybem „unbalanced-load” (Fronius Tauro, Sungrow SHR-RS) minimalizują prądy wyrównawcze w przewodzie neutralnym.
– Pojawiają się algorytmy AI/ML przewidujące profil obciążenia i pogodę, aby wyprzedzająco sterować bojlerem lub pompą ciepła.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Pomiar – najczęściej przekładniki prądowe 100 A/50 mA lub sondy Rogowskiego; dokładność klasy 1.
• Komunikacja – Modbus RTU/TCP, MQTT, CAN-open; w smart-home popularne Zigbee i Wi-Fi.
• Elementy wykonawcze – styczniki AC-1/AC-7a dla obciążeń rezyst. (5×In), styczniki półprzewodnikowe SSR dla dużych cykli.
• Możliwe sterowanie fazowe powoduje THD i EMC – należy stosować filtry RC, dławiki lub technikę burst-firing na pełne okresy.

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodność z normą PN-HD 60364-5-53 – selektywne wyłączanie oraz z Dyrektywą Niskonapięciową 2014/35/UE.
• W instalacjach powyżej 16 A należy zapewnić selektywność i koordynację zwarciową styczników.
• Dane z HEMS (profil zużycia) są danymi osobowymi – RODO nakłada obowiązek ochrony i pseudonimizacji.

Praktyczne wskazówki

1. Określ maksymalny prąd bezpiecznika i listę odbiorników z mocą szczytową.
2. Podziel odbiorniki na klasy priorytetu (krytyczne, komfortowe, elastyczne).
3. Dobierz licznik energii trójkanałowy (np. Shelly Pro 3EM) + moduły przekaźnikowe 16 A.
4. W Home Assistant utwórz automatykę: jeśli I_total > 0,9 × I_fuse -> wyłącz gniazdo „bojler”.
5. Przy obciążeniach >2 kW rozważ stycznik 25 A AC-1 sterowany 230 V z komorą gaszenia łuku.
6. Dla grzałki przepływowej wygodniej zastosować regulator grupowy SSR 25-40 A + radiatory.
7. Testuj system pod obciążeniem krokowym; loguj pomiary z rozdzielczością 1 s i weryfikuj brak zadziałań wyłącznika.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Nie wszystkie urządzenia (lodówki, pompy ciepła) tolerują częste odłączenia – trzeba sprawdzić wytyczne producenta.
• Regulacja fazowa przy transformatorowych zasilaczach może powodować głośne przydźwięki.
• Przy bardzo dynamicznych obciążeniach (spawarki inwertorowe) czas reakcji prostych przekaźników może być zbyt długi.

Sugestie dalszych badań

• Zintegrowane magazyny energii <10 kWh współpracujące z DLM (standard Sunspec, OCPP 2.0).
• Algorytmy predykcyjne oparte o sieci LSTM do sterowania pompą ciepła vs prognoza PV.
• Standaryzacja interfejsu HEMS ↔ operator sieci (projekt IEC 61850-90-23).
• Wpływ masowej instalacji DLM na profil obciążenia nN – możliwość wtórnych przeciążeń.

Krótkie podsumowanie

Istnieje szereg urządzeń – od prostych przekaźników priorytetowych po zaawansowane systemy HEMS i DLM – zdolnych do dynamicznego rozdziału mocy jednej fazy pomiędzy wiele odbiorników. Kluczowe komponenty to pomiar w czasie rzeczywistym, algorytm priorytetyzacji i odpowiednie elementy wykonawcze. Właściwy dobór zależy od charakteru obciążeń, wymaganego komfortu, budżetu oraz przyszłej rozbudowy (PV, EV, magazyn). Prawidłowo zaprojektowany system zwiększa bezpieczeństwo, obniża koszty energii i przygotowuje instalację na nadchodzące modele taryf dynamicznych.