Pomiar mocy i energii w obwodach elektrycznych

Pomiar mocy i energii w obwodach elektrycznych

Mierniki mocy i analizatory parametrów sieci to urządzenia przeznaczone do wykrywania anomalii zasilania w sieciach jednofazowych lub trójfazowych. Umożliwiają analizę energii i mocy, a tym samym kontrolę jakości energii elektrycznej. Mogą być również używane do ciągłego rejestrowania mierzonych wartości i wykrywania zjawisk tam występujących. Przyrządy te są odpowiednie do zastosowań we wszystkich sektorach przemysłowych i indywidualnych z różnymi poziomami dokładności i standardami (na przykład zgodnie z normami IEC 61000, IEC 61010, EN 50160). Rynek tych urządzeń jest bardzo szeroki.

Proste pomiary

W najprostszych wersjach analizatory sieci stosowane są w układach jednofazowych, trójfazowych lub czteroprzewodowych z możliwością transmisji danych poprzez interfejs komunikacyjny (np. ModBUS, Ethernet) wszystkich głównych wielkości charakterystycznych dla sieci elektroenergetycznej, w tym zliczanie energii czynnej i biernej (analogicznie jak licznik energii elektrycznej). W niektórych przypadkach mają programowalne alarmy lub wyjścia impulsowe do retransmisji parametrów. Często pomiar wielkości podstawowych (napięć i prądów) wykonywany jest metodą próbkowania, która ze swej natury pozwala na prawidłowe obliczenie rzeczywistej wartości skutecznej (TRMS) nawet przy występowaniu przebiegów odkształconych - coraz częstszych w nowoczesnych instalacjach elektrycznych.

Monitorowanie zakłóceń elektrycznych

Zasadniczo należy monitorować dwa rodzaje zakłóceń w sieci: trwałe i sporadyczne. Te pierwsze można obserwować za pomocą multimetrów cęgowych z pomiarami rzeczywistej wartości skutecznej i oscyloskopów z wejściami różnicowymi. W tym drugim przypadku zaleca się stosowanie analizatorów parametrów sieci. Aby wykryć powtarzające się zakłócenia, powszechną praktyką jest mierzenie rzeczywistej wartości skutecznej za pomocą urządzenia wielofunkcyjnego lub multimetru cęgowego i wyświetlanie przebiegów trzech faz za pomocą oscyloskopu z wejściem różnicowym.

Testowanie jakości energii elektrycznej i rozwiązywanie problemów

Na rynku dostępne są dwie podstawowe kategorie analizatorów jakości energii: do weryfikacji jakości dostarczanego napięcia (z detekcją harmonicznych i migotania światła (ang. flicker) oraz do rozwiązywania problemów. Te pierwsze są skutecznymi narzędziami statystycznymi, ale nie rozwiązują problemów z powodu sporadycznych zakłóceń. Te drugie zapewniają długoterminowy monitoring z automatyczną rejestracją przebiegów napięcia i prądu w okresach zakłóconych. Celem monitoringu jest wychwycenie zdarzeń, które spowodowały problemy. Kolejną, niemniej ważną kwestią, jest lokalizacja analizatora zakłóceń w sieci. Dobrą praktyką jest monitorowanie sieci zasilającej jak najbliżej wrażliwego sprzętu.

Analizatory przeznaczone do rozwiązywania problemów, oprócz ciągłego monitorowania, na ogół zapewniają dodatkowe funkcje, czyli izolację sieci od uziemienia (pomocną w dalszym zwiększaniu poziomu bezpieczeństwa i zmniejszaniu kosztów) i automatyczne wykrywanie błędów izolacji (mogą wystąpić podczas pracy). Zwiększa to znacznie elastyczność zakładu produkcyjnego i minimalizuje przestoje.

Analiza harmoniczna

Zastosowanie analizatorów w instalacjach jest również przydatne do wykrywania skutków stanów nieustalonych i harmonicznych. Nagła zmiana przebiegu napięcia zasilającego spowodowana awarią skutkuje wartością w granicach kilku tysięcy woltów. Piki przełączania przekształtników mocy również powodują znaczne efekty przerywające. Niskie napięcia, z którymi pracują nowoczesne urządzenia mikroelektroniczne, powodują, że są one bardziej podatne na zakłócenia z sieci zasilającej. Oprócz wpływu na urządzenia elektroniczne te stany nieustalone mogą również powodować zakłócenia w sieci danych lub sterowania. Innym problemem, biorąc pod uwagę dużą liczbę urządzeń przemysłowych i konsumenckich pracujących z układami prostowniczymi, jest wprowadzanie harmonicznych w sieć publiczną (dystrybucyjną).

Analiza wektorowa

Wreszcie, należy wziąć pod uwagę precyzyjne urządzenia weryfikujące parametry elektryczne i analizę wektorową obwodów (VNA). Oparte są na jednej z głównych technik pomiarowych stosowanych w sektorze częstotliwości radiowych i mikrofalowych. Systemy te umożliwiają analizę elementów pasywnych i aktywnych, takich jak filtry, wzmacniacze, miksery i moduły wieloportowe. Wektorowe analizatory sieci są zoptymalizowane pod kątem dużej szybkości pomiaru przy użyciu skanowania częstotliwości, dzięki czemu wyniki są uzyskiwane szybciej niż przy użyciu pojedynczego źródła sygnału połączonego z odbiornikiem, takim jak analizator widma. Dzięki operacji kalibracji wektorowe analizatory sieci zapewniają najwyższy poziom dokładności podczas pomiaru składowych częstotliwości radiowych.

Autor: Maciej Dumania – DACPOL

+48 22 70 35 223

lem_i@dacpol.eu 

m.dumania@dacpol.eu