Parametry zasilania wpływają na pracę odbiorników. Stąd też ważne pozostają przyrządy, za pomocą których jest możliwa ocena jakości energii elektrycznej. Warto więc przyjrzeć się nieco bliżej miernikom tego typu.

Spektrum zastosowań analizatorów jakości zasilania jest bardzo szerokie. Obejmuje ono bowiem energetykę zawodową, służby utrzymania ruchu zakładów przemysłowych oraz podmioty, które zajmują się usługowym analizowaniem sieci.

Przynajmniej kilka parametrów określa jakość energii elektrycznej. Są to przede wszystkim właściwości napięcia, takie jak jego częstotliwość, wartość (w tym przejściowa), asymetrie, wahania oraz skoki. Nie bez znaczenia pozostają przerwy w zasilaniu, napięcia przejściowe, oraz harmoniczne, zarówno dla napięcia jak i prądu. Istotne jest wykrywanie napięć sygnalizacyjnych, które nakładają się na napięcie zasilania.

Analizatory stacjonarne są montowane na stałe w miejscu pomiaru. Obwody pomiarowe podłącza się w sposób bezpośredni lub pośredni, przy użyciu przekładników pomiarowych. Modele przenośne łączy się w sposób tymczasowy, za pomocą akcesoriów pomiarowych, takich jak krokodylki czy też cęgi.

W nowoczesnych analizatorach jakości zasilania uwzględnia się do kilku kanałów wejściowych. Czas rejestracji nieprawidłowości jest programowany i wynosi od 20 ms do 2 s. Przewiduje się możliwość pracy w trybie oscyloskopu oraz pomiaru nieustalonych wysokiej częstotliwości. Analiza może być przeprowadzana zarówno w sieciach jedno- jak i trójfazowych systemów 3-przewodowych, 4-przewodowych oraz bazujących na układzie Arona. Do wymiany danych z użytkownikiem są przeznaczone kolorowe ekrany dotykowe o rozdzielczości VGA. Prezentacja kątów fazowych między napięciami i prądami może bazować na wykresach wskazowych.

Nabyć możemy mierniki, które pozwalają na analizę jakości zasilania oraz pomiary podstawowych parametrów instalacji elektrycznej. Urządzenia te bardzo często są nazywane kombajnami pomiarowymi. To właśnie dzięki nim mogą być wykrywane anomalie napięciowe, a także rejestrowane napięcia, prądy i związane z nimi harmoniczne. Mierzy się również energię oraz moc czynną i bierną. Dzięki niektórym modelom jest możliwy, dzięki dodatkowej przystawce, pomiar impedancji pętli prądem do 244 A z rozdzielczością 0,1 mΩ.

Interesujące rozwiązania stanowią mierniki cęgowe analizujące widma harmoniczne. Filtry dolnoprzepustowe usuwają szumy o wysokich częstotliwościach. Nabyć można cęgówki, które pozwalają na pomiar wartości skutecznej TrueRMS prądu przemiennego oraz mocy czynnej, biernej oraz pozornej w zakresie do 600 kW/kVA/kVAR (nawet do 51. harmonicznej). Przydatne jest rejestrowanie przebiegów w określonym zakresie czasowym, celem oceny trendów lub problemów z jakością energii, powstających w efekcie działania krótkotrwałych zakłóceń.

Przyczyny i skutki

Przyczyną pogarszającej się jakości energii elektrycznej, oprócz wzrostu odbiorników nieliniowych, mogą być awarie odbiorników dużej mocy oraz gwałtowne zmiany wartości pobieranego prądu. Dochodzi bowiem do nagłych skoków napięcia, a w konsekwencji, do niewłaściwej pracy urządzeń wytwarzających energię elektryczną.

Skutków używania energii o niskiej jakości jest wiele. Są one szczególnie odczuwalne w zakładach przemysłowych, realizujących skomplikowane procesy produkcyjne. Urządzenia elektryczne, zasilane energią o niewłaściwych parametrach, mogą pracować niestabilnie oraz wykazywać podwyższoną temperaturę. Wyższy poziom hałasu, drgania, nieplanowane wyłączenia, zaburzenia pracy napędów, uszkodzenia czułych odbiorników czy też migotanie źródeł światła to tylko podstawowe, negatywne konsekwencje zasilania urządzeń energią o niskiej jakości. Warto również zwrócić uwagę na skutki w postaci niepożądanego zadziałania wyłączników RCD oraz przegrzewania przewodów neutralnych.

Co mierzymy

Nowoczesne analizatory jakości zasilania stwarzają szerokie możliwości pomiarowe. Jest możliwe śledzenie współczynnika zniekształceń harmonicznych THD napięcia i prądu. Określa się współczynnik mocy (cos φ, tg φ) i analizuje przeciążenia transformatora, niejednokrotnie pochodzące od harmonicznych. Zwróćmy uwagę na możliwość definiowania asymetrii zarówno napięć jak i prądów. Są więc rejestrowane przerwy napięcia, a także jego zapady i przepięcia. Jest przeprowadzany pomiar częstotliwości. Przydatne rozwiązanie stanowi określanie krótkotrwałego i długotrwałego wskaźnika migotania światła. Urządzenie określa charakter mocy (pojemnościowa lub indukcyjna). Ważną rolę odgrywa pomiar oraz analizowanie mocy czynnej, biernej, odkształcenia i pozornej. Są analizowane przy tym współczynniki szczytu dla napięcia i prądu.

Ważną funkcją dostępnych na rynku analizatorów jest śledzenie napięcia i natężenia prądu pod kątem wartości średnich, minimalnych, maksymalnych i chwilowych. Mierzony może być także bieżący pobór prądu bezpośrednio lub za pomocą przekładników prądowych.

Co nowego w analizatorach

Dzięki nowoczesnym analizatorom jakości zasilania są określane straty energii a następnie obliczane dodatkowe koszty poboru prądu. Wiele urządzeń pozwala ocenić wpływ systemów energooszczędnych na sieć elektroenergetyczną, używanych chociażby w oświetleniu, sterowaniu silników czy też instalacjach HVAC.

W oferowanych na rynku przyrządach niejednokrotnie uwzględnia się rozszerzoną pamięć (do 32 GB), gniazdo na wymienne karty pamięci oraz złącze USB do komunikacji z komputerem. Interesujące rozwiązanie stanowi pomiar wejściowej i wyjściowej mocy przetwornicy w fotoogniwach, a także turbinach wiatrowych i UPS-ach. Co zyskuje się dzięki funkcjonalności w tym zakresie? Jest możliwe oszacowanie ilości energii elektrycznej, pobieranej przez przetwornicę, a co za tym idzie, przeprowadzenie oceny skuteczności jej działania. Z pewnością przyda się szybkie rejestrowanie, celem wyświetlania przebiegów oraz wartości napięcia i prądu pół cykli RMS ze szczegółami. Tym sposobem jest przeprowadzany pomiar interakcji podczas operacji przełączania silników lub generatorów.

Zwróćmy uwagę na rozbudowany blok detekcji zdarzeń. Chodzi przede wszystkim o zjawiska wynikające z normy PN-EN 50160. Operator nie musi więc samodzielnie wprowadzać ustawień parametrów, które odnoszą się do normy. Jest przeprowadzana bowiem automatyczna konfiguracja. Rzecz jasna istnieje możliwość wprowadzania własnych ustawień wartości poszczególnych parametrów.

W analizatorach instalowanych na słupach energetycznych uwzględnia się obudowy odporne na działanie warunków atmosferycznych. W urządzeniach tego typu przydatne rozwiązanie stanowi wspomniana już wymiana informacji za pomocą modułów GSM. Nowoczesne analizatory są urządzeniami bezpiecznymi. Stąd też niejednokrotnie przewiduje się klasę bezpieczeństwa 600 V CAT IV/1000 V CAT III na wejściowym przyłączu zasilania.

Oprogramowanie

Praca nowoczesnych przyrządów pomiarowych, w tym analizatorów jakości zasilania, jest wspomagana specjalistycznym oprogramowaniem. Jaką więc funkcjonalność zyskamy dzięki aplikacjom komputerowym, współpracującym z analizatorami? Z poziomu oprogramowania przeprowadzić można parametryzowanie przyrządu. Przede wszystkim chodzi o wybór punktów pomiarowych, ustawienie czasu pracy i uśredniania, a także blokowanie przycisków i wybór trybu wyzwalania. Zebrane informacje są przedstawiane w postaci tabel i wykresów. Na przykład dane możemy przestawić w formie wykresu czasowego i oscylogramu, korzystając z podglądu parametrów sieci w czasie rzeczywistym. Konfiguracja jest najpierw przeprowadzana w programie, po czym dane są eksportowane do miernika. W niektórych analizatorach parametry ustawia się z osobna dla każdego punktu pomiarowego. Użytkownik może skorzystać z opcji przypominania o konieczności przeprowadzenia kalibracji przyrządu. Istnieje możliwość zdalnego uruchomienia i zatrzymania rejestracji.

O odpowiednich parametrach energii elektrycznej mówią przepisy prawa i normy. Stąd też w razie potrzeby sięgnijmy do Rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy z 20 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowych warunków przyłączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu i eksploatacji tych sieci (Dz. U. z 2005 r. Nr 2, poz. 6). Szczegóły w tym zakresie ujęto natomiast Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.

Istotnym dokumentem jest również Polska Norma PN-EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych. To właśnie w tym dokumencie określono główne parametry napięcia w złączu elektroenergetycznym sieci rozdzielczych niskiego napięcia (nn) i średniego napięcia (SN) w normalnych warunkach pracy tych sieci.

Użytkownik jest informowany o błędnym podłączeniu analizatora do sieci. Bezpieczeństwo użytkowania z pewnością poprawi autotestowanie urządzenia. Jest ono wykonywane po każdorazowym uruchomieniu i po zmianie punktu pomiarowego.

Pomimo zastosowania w analizatorach szeregu nowatorskich rozwiązań, podczas eksploatacji nie zapomnijmy o podstawowych zasadach bezpieczeństwa. Zaleca się stosowanie listew licznikowych lub innych rozwiązań, które pozwalają na wymontowanie przyrządu bez konieczności wyłączania rozdzielni.

Jeżeli zastosowanie znalazły przekładniki prądowe, to sprawdźmy czy są one zwarte. Upewnijmy się, że połączenie z siecią jest pewne.

Damian Żabicki

---