Analizatory jakości zasilania mają za zadanie kontrolowanie poziomu spełniania oczekiwań odbiorców w zakresie parametrów energii elektrycznej. Jak wiadomo, od jakości prądu zależy bezpieczeństwo użytkowników instalacji elektrycznej, a także bezawaryjność i trwałość odbiorników.

Energia elektryczna stanowi formę energii uważaną za szczególnie uniwersalną i adaptowalną. Użytkuje się ją poprzez przekształcanie w szereg innych rodzajów energii takich jak ciepło, światło, energię mechaniczną, a także formy elektromagnetyczne, elektroniczne, akustyczne i widzialne. Energię elektryczną cechuje kilka zmiennych parametrów określających jej użyteczność. Ważne jest zatem aby napięcie zmieniało się ze stałą częstotliwością, miało sinusoidalny kształt przebiegu czasowego oraz stałą wartość. Można powiedzieć o wielu czynnikach, które powodują odstępstwa od wartości uznawanych za prawidłowe.

Interesująca wydaje się być próba odpowiedzi na pytanie: dlaczego pogarsza się jakość energii elektrycznej. W dużej mierze przyczyna leży po stronie odbiorników. Jednak są również negatywne zjawiska, które dotyczą dystrybucji energii. Przepięcia łączeniowe lub powstałe w efekcie wyładowań atmosferycznych, wadliwe złącza, źle dobrane bezpieczniki i przewody to tylko niektóre z nich.

Analizując przyczyny spowodowane odbiornikami warto zacząć od zakłóceń losowych. Mogą to być chociażby awarie odbiorników dużej mocy czy też gwałtowne zmiany wartości pobieranego prądu. Zjawiska takie uznaje się za częstą przyczynę gwałtownych skoków napięcia, które mogą nawet spowodować niewłaściwą pracę urządzeń wytwarzających energię elektryczną. Jako ciekawostkę można uznać przypadki, kiedy to dochodziło do poważnych awarii sieci elektroenergetycznych w efekcie nagłego wyłączenia telewizorów po zakończeniu programu cieszącego się dużą popularnością lub uruchomieniem dużej ilości czajników elektrycznych podczas przerwy meczu.

Przyczyny o charakterze stałym to przede wszystkim rosnąca ilość odbiorników nieliniowych. Są to przede wszystkim komputery i przetwornice napięcia. Źródło zakłóceń bardzo często stanowią odbiorniki nieliniowe dużej mocy (np. spawarki). Źródłem pogorszenia się jakości zasilania mogą być urządzenia, które nie spełniają wymagań wynikających z norm dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej. Czym zatem jest nieliniowość? Zjawisko to wynika z nieliniowej zależności pobieranego prądu od chwilowej wartości napięcia. Częstą przyczynę nieliniowości stanowią zasilacze impulsowe, które powodują wielokrotne skoki pobieranego prądu. Jednak nie oznacza to, że zasilacze tradycyjne nie mogą powodować zakłóceń. Zasilacze transformatorowe pobierają prąd dopiero po przekroczeniu progowej wartości napięcia chwilowego. Efektem są więc zniekształcenia harmoniczne, które polegają na „ścinaniu wierzchołków” sinusoidy.

Możliwości analizatorów

Przyjrzyjmy się teraz parametrom, na których zmierzenie pozwalają dostępne na rynku analizatory jakości zasilania. Przede wszystkim dzięki urządzeniom tego typu, można śledzić napięcia pod kątem wartości średnich, minimalnych, maksymalnych i chwilowych. Nie bez znaczenia pozostaje również analizowanie prądów. W tym zakresie zyskać można zatem informacje na temat wartości średnich, minimalnych i maksymalnych oraz chwilowych. Może być również zmierzony bieżący pobór prądu bezpośrednio lub za pomocą przekładników prądowych. Nowoczesne urządzenia pozwalają na analizowanie współczynników szczytu dla prądu i napięcia. Kluczową funkcją jest również pomiar częstotliwości, którego zakres, w zależności od modelu urządzenia, wynosi średnio od 40 Hz do 70 Hz.

Ważną rolę odgrywa zarówno pomiar jak i analizowanie mocy czynnej, biernej, odkształcenia i pozornej. Przydatną funkcję stanowi określenie charakteru mocy – pojemnościowa lub indukcyjna. Rzecz jasna moc może być również rejestrowana. Nie bez znaczenia pozostaje możliwość określenia współczynnika mocy (cos ?, tg ?) oraz analizowania przeciążenia transformatora, które często jest efektem działania harmonicznych. Ważną funkcją jest więc analizowanie harmonicznych łącznie ze śledzeniem współczynnika zniekształceń harmonicznych THD, zarówno dla prądu i napięcia. Przydatna okaże się również funkcjonalność urządzenia, dzięki której możliwe jest określenie wskaźnika krótkotrwałego oraz długotrwałego migotania światła. Nie mniej ważne jest zdefiniowanie asymetrii napięć i prądów. Wszystkie przepięcia, zapady oraz przerwy napięcia są rejestrowane. Podobnie możliwości zyskujemy względem natężenia prądu.

Co na rynku

Analizator sieci AS-3 z oferty firmy Twelve Electric znajduje zastosowanie w procesie związanym z analizowaniem jakości zasilania sieci zarówno jedno- jak i trójfazowych. O wynikach pomiarów użytkownik informowany jest za pomocą wyświetlacza. Istnieje możliwość przeglądania zebranych danych z uwzględnieniem czasu ich wystąpienia.

Model PQM 701 z oferty firmy Sonel jest szczególnie przydatny gdy liczy się mobilność przyrządu. Miernik może być używany z uwzględnieniem wszystkich rodzajów sieci o napięciu od 110 V do 690 V zarówno bezpośrednio, jak i za pomocą przekładników. Urządzenie to stosuje się w sieciach jednofazowych, dwufazowych ze wspólnym N, trójfazowych gwiazdowych z i bez N lub trójfazowych o układzie trójkąta. Stąd też szerokie spektrum zastosowań urządzenia obejmuje energetykę zawodową, służby utrzymania ruchu zakładów przemysłowych czy też podmioty, które zajmują się usługowym analizowaniem sieci.

Rejestratory wielkości elektrycznych REM-211 i REM-221 z oferty firmy Time-Net są urządzeniami pozwalającymi na rejestrowanie podstawowych wielkości elektrycznych w układach trójfazowych niskiego napięcia. Model REM-211 to rejestrator skutecznych napięć fazowych oraz częstotliwości, natomiast REM-221 dodatkowo rejestruje skuteczne prądy fazowe, moce czynne, moce bierne oraz energię czynną pobieraną z każdej fazy niezależnie. Interesujące rozwiązanie stanowi konstrukcja pozwalająca na zainstalowanie bezpośrednio na słupie elektroenergetycznym.

Mierniki PQA823 i PQA824 z oferty firmy HT-Italia są w stanie dokonać analizy i pomiarów jedno- i trójfazowych systemów 3-przewodowych, 4-przewodowych oraz w układzie Arona. O realizowanych funkcjach, użytkownik informowany jest za pomocą kolorowego ekranu dotykowego VGA z podświetleniem. Interesujące rozwiązanie stanowi możliwość współpracy z zewnętrznymi pamięciami. Nośnikiem danych może być zarówno PEN DRIVE jak i karta pamięci. Jak podaje dystrybutor prezentacja kątów fazowych między napięciami i prądami, odbywa się w postaci wykresów wskazowych, co pozwala poznać indukcyjny lub pojemnościowy charakter obciążenia. Modele te zastosowanie znajdują przede wszystkim przy ocenie składowych harmonicznych, które wywołane są obciążeniami nieliniowymi.

W analizatorze jakości sieci elektroenergetycznej ND1 z oferty firmy Lumel przewidziano szybkie układy pomiarowe, dzięki którym możliwe jest zarówno rejestrowanie parametrów jak i wykonanie obliczeń w czasie rzeczywistym. Zebrane informacje zapisywane są na karcie CompactFlash. Obsługa bazuje na ekranie dotykowym.

Model FLUKE 1760 wyposażono w 8 izolowanych kanałów wejściowych. Czas rejestracji nieprawidłowości jest programowany i wynosi od 20 ms do 2 s. Przyrząd może być zasilany napięciem zarówno stałym jak i przemiennym. Dzięki wewnętrznemu akumulatorowi zasilanie może być podtrzymywane przez około 40 min. Przydatne rozwiązanie stanowi możliwość pracy w trybie oscyloskopu oraz pomiaru nieustalonych wysokiej częstotliwości w czterech kanałach napięciowych.

Interesujące, a zarazem kompleksowe rozwiązania w zakresie pomiarów i analiz parametrów elektrycznych, stanowią urządzenia, dzięki którym możliwe jest przeprowadzanie zarówno pomiarów parametrów energii elektrycznej jak i analizowanie jej jakości. Przyrządy tego typu bardzo często nazywa się kombajnami pomiarowymi. Do typowych funkcji związanych z jakością zasilania zaliczyć możemy pomiary anomalii napięciowych, rejestrację napięć, prądów i związanych z nimi harmonicznych a także czynnych i biernych mocy oraz energii. Niektóre modele, po zastosowaniu dodatkowej przystawki, umożliwiają pomiar impedancji pętli prądem do 244 A z rozdzielczością 0,1 m?. Również i w tym przypadku niejednokrotnie uwzględnia się funkcję oscyloskopu. Na przykład przyrząd ZG47 z oferty firmy HT-Italia jest w stanie pracować jako miernik, oscyloskop lub analizator harmonicznych. Tryb miernika bazuje na cyfrowym przedstawianiu wyników pomiarów. Podczas pracy w trybie analizy harmonicznej przedstawiany jest wykres słupkowy dla poszczególnych harmonicznych. O wartościach wskazanej składowej użytkownik również jest informowany za pomocą wartości liczbowej.

Damian Żabicki

 

---