Jak przeprowadzać analizę jakości energii?

Dowiedz się więcej o nowoczesnych metodach analizy jakości zasilania

Obecnie powodów do przeprowadzenia pomiaru i analizy jakości energii elektrycznej jest bardzo wiele. Potencjalne interakcje pomiędzy urządzeniami i aparaturą użytkowników końcowych oraz dystrybucyjnym systemem elektroenergetycznym, zewnętrznymi interferencjami elektromagnetycznymi, stanami rezonansowymi pomiędzy obwodami elektrycznymi oraz innymi czynnikami wymagają szczegółowej analizy, aby zapobiec lub wyeliminować szkodliwe konsekwencje tych zjawisk.

Analiza jakości energii składa się z pomiarów:

• Napięć faza - uziemienie
• Napięć faza - neutralny
• Napięć neutralny - uziemienie
• Napięć międzyfazowych w układach trójfazowych
• Prądów fazowych
• Prądu w przewodzie neutralnym
• Częstotliwości
• Współczynnika mocy, cos φ
• Składowych harmonicznych w prądzie i napięciu i ich kierunku
• Przebiegów prądu i napięcia w specjalnych okolicznościach (wielkości szczytowe, częstotliwość podstawowa, czas wystąpienia, współczynnik szczytu)

Moc czynna (P)

Moc czynna to moc generowana w przypadku, gdy napięcie przyłożone jest do odbiorników czysto rezystancyjnych. Moc czynna mierzona jest w watach (W) lub kilowatach (kW).

Moc bierna (Q)

Moc bierna jest to moc generowana przez odbiorniki reaktancyjne (np. cewki, kondensatory) wytwarzające pole magnetyczne. Moc bierna mierzona jest w woltamperach reaktancyjnych (VAr).

Moc pozorna (S)

Moc pozorna jest mocą generowaną przez odbiorniki o charakterze zarówno rezystancyjnym, jak i reaktancyjnym. Moc ta jest sumą wektorową mocy czynnej i biernej i z reguły mierzona jest w jednostce woltamper (VA).

Współczynnik mocy

Współczynnik mocy służy do oceny efektywności systemu i jest stosunkiem mocy czynnej do mocy pozornej.

Energia

Termin energia odnosi się do generacji lub zużycia mocy elektrycznej w pewnym okresie czasu. Z reguły wyrażona jest w jednostce kilowatogodzin (KWh).

Częstotliwość znamionowa

Częstotliwość znamionowa jest najniższą i dominującą częstotliwością w systemie elektroenergetycznym (przykładowo, częstotliwość znamionowa w UE wynosi 50Hz). Częstotliwość znamionowa nazywana jest również pierwszą harmoniczną systemu.

Zdarzenia napięciowe

Zapady
Termin zapadu napięcia odnosi się do tymczasowego spadku napięcia poniżej wartości znamionowej.

Wzrosty
Termin wzrostu napięcia odnosi się do tymczasowego wzrostu napięcia powyżej wartości znamionowej (zjawisko odwrotne do zapadu).

Przerwy
Termin przerwy w zasilaniu odnosi się do tymczasowej izolacji sieci od jakiegokolwiek zasilania.

Niesymetria

Niesymetria zasilania pojawia się, gdy wartości rms oraz kąty fazowe pomiędzy poszczególnymi fazami nie są równe.

Harmoniczne

Wyższe harmoniczne są to całkowite wielokrotności częstotliwości znamionowej sieci (np. przy częstotliwości znamionowej 50Hz, 2-ga harmoniczna to 50 x 2 = 100 Hz, 3-cia harmoniczna to 50 x 3 = 150 Hz). Występowanie harmonicznych może być powodowane przez wiele z występujących współcześnie urządzeń m.in. rezonujące transformatory, zasilacze impulsowe, aparaturę energoelektroniczną, urządzenia IT, itp.

Interharmoniczne

Interharmoniczne to harmoniczne, które nie są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości znamionowej. Głównymi źródłami ich występowania są przetwornice częstotliwości, silniki indukcyjne, piece łukowe.

Współczynnik zawarty. harmonicznych (THD) THD jest to stosunek zawartości wyższych harmonicznych do częstotliwości znamionowej.

Stany nieustalone

Stanem nieustalonym określa się krótkie, silnie tłumione zaburzenia w prądzie lub napięciu. Ich występowanie z reguły spowodowane jest zewnętrznymi interferencjami elektromagnetycznymi (Wyładowania atmosferyczne, przełączenia).

Migotanie światła (Flickers)

Zjawisko migotania objawia się zmianami natężenia oświetlenia co jest odbiciem zmian wartości napięcia w sieci.

Prąd rozruchowy

Prąd konieczny do rozruchu silnika potrafi 10-15 krotnie przekraczać jego prąd znamionowy. Ten nagły skok prądu może być przyczyną występowania zapadów napięcia, do zbadania tego zjawiska konieczne jest zastosowanie aparatury z funkcją szybkiej rejestracji.

Podłączenie przyrządu do sieci niskiego i średniego napięcia

Przy instalacji przyrządu kluczowym jest, aby zarówno złącza prądowe jak i napięciowe zostały podłączone prawidłowo. W szczególności uwagę należy zwrócić na następujące zasady:

Cęgi prądowe
- Strzałka znajdująca się na cęgach prądowych musi wskazywać kierunek zgodny z kierunkiem przepływu prądu w przewodzie - od źródła do obciążenia;
- W przypadku, gdy cęgi prądowe podłączone są odwrotnie moc w danej fazie będzie miała przeciwny znak.

Zgodność faz
- Cęgi prądowe podłączone do złącza I1 muszą mierzyć prąd w przewodzie, do którego podłączona jest sonda napięciowa L1.

W przypadku rejestracji zdarzeń napięciowych zaleca się podłączenie nieużywanych wejść napięciowych do wejścia napięciowego przewodu neutralnego N.


Zalecana praktyka pomiarowa

Pomiary jakości energii elektrycznej są specyficzne z uwagi na czas ich trwania, który może wynosić od kilku dni do nawet kilku tygodni.

Głównym celem analizy jakości energii jest:

• Statystyczna analiza określonych fragmentów sieci
• Diagnostyka urządzeń nie działających prawidłowo

W większości przypadków analizy długoterminowej dokonuje się jednorazowo z związku z tym bardzo istotne jest poprawne podłączenie przyrządu. Pomiar nieprawidłowo podłączonym lub skonfigurowanym przyrządem może dostarczyć fałszywych lub bezużytecznych danych. Poniższy schemat pokazuje zalecaną procedurę pomiarową.

Poprawa jakości zasilania

Zebrane za pomocą analizatora dane mogą posłużyć do poprawy jakości zasilania. Istnieją różne metody poprawy jakości energii.

Ograniczanie szczytów poboru

Jednym z najprostszych i najbardziej efektywnych metod redukcji rachunków za elektryczność jest ograniczenie zapotrzebowania w godzinach szczytu. Cel ten można zrealizować poprzez:

• Reorganizację procesów produkcyjnych
• Wewnętrzną generację

Pierwsze z rozwiązań może zostać zaimplementowane w systemach, w których procesy produkcyjne mogą zostać zatrzymane lub przesunięte w czasie. Drugie z rozwiązań można wprowadzić w instalacjach, w których występują generatory działające jako rezerwowe źródło zasilania. Oba z tych rozwiązań wymagają zastosowania dodatkowych systemów monitoringu i kontroli zaprojektowanych w oparciu o wcześniej wykonane pomiary i szczegółową analizę funkcjonowania instalacji. Kolejną z metod ograniczenia wydatków na energię elektryczną jest zwiększenie współczynnika mocy.

Baterie kondensatorów

Baterie kondensatorów to urządzenia wysoce podatne na negatywny wpływ wyższych harmonicznych. Ponieważ obciążenia mają zazwyczaj charakter indukcyjny akumulatorki kondensatorów stosuje się do kompensacji mocy biernej. Rozwiązanie to pozwala na:

• Bardziej bezawaryjne i wydajniejsze działanie systemu
• Zwiększenie dostępnej mocy czynnej
• Zmniejszenie strat przesyłowych
• Zwiększenie napięcia
• Zmniejszenie kar za niski współczynnik mocy

Omówienie normy PN-EN 50160

Norma PN-EN 50160 jest jednym z najważniejszych dokumentów normatywnych w dziedzinie jakości energii elektrycznej, opisuje i określa podstawowe charakterystyki napięcia w publicznych sieciach niskiego i średniego napięcia przy znamionowych warunkach pracy. Norma ta opisuje progi i wartości, w których powinna zawierać się charakterystyka napięcia w całej sieci dystrybucyjnej i nie opisuje średniej sytuacji w indywidualnych sieciach użytkowników.

Zobacz polecane analizatory jakości energii w naszej ofercie

Kacper Gąsecki

Masz pytania lub potrzebujesz doboru rozwiązania kontrolno-pomiarowego?