V současné době lze kvalitu napětí považovat za vlastnost, která umožňuje hodnocení dodávky elektřiny při respektování ekonomické rentability. Jistě lze požadovat dodávku elektrické energie v co nejvyšší kvalitě, pak je třeba počítat s odpovídající cenou uvedeného produktu.
Problematika kvality napětí umožňuje určení statisticky významných vlastností dodávané elektrické energie, lze však využít i k řešení jednorázových provozních problémů jak na straně dodavatele, tak i na straně zákazníka. Návrh přístroje pro měření kvality napětí musí vycházet z uvedené úvahy.
Základní vlastnosti PQ monitorů MEg38/C, MEg39 a MEg44
Přenosný PQ monitor MEg38/C a k pevné instalaci na DIN lištu navržené PQ monitory MEg39 a MEg44 se vyrábí ve třídě A nebo ve třídě S. Přístroje třídy A jsou určeny k měření na rozhraní mezi distribucí a zákazníkem pro případné řešení soudních sporů, zatímco cenově dostupnější přístroje třídy S se používají pro provozní měření.
PQ monitor MEg38/C pro měření na hladině nn i vn měří čtyři napětí a čtyři proudy, realizuje funkci záznam, funkci elektroměr a funkci analýza kvality napětí, které provádí současně. Ve funkci záznamu PQ monitor MEg38/C zaznamenává všechny měřené veličiny, vyhodnocuje výkony, energie a harmonické napětí i proudů do řádu 64. Ve funkci analýza kvality napětí vyhodnocuje pro měřená tři napětí a tři proudy všechny standardem ČSN EN 50160 stanovené parametry. Harmonické a vycentrované skupiny meziharmonických vyhodnocuje do řádu 125. Při záznamu událostí provádí vedle záznamu průběhu URMS1/2 a IRMS1/2 i oscilografický záznam všech čtyř napětí a proudů. Uživatelským SW pracujícím nad funkcí záznamu vyhodnotí velikost kompenzační kapacitní baterie a stanoví hodnotu jističe. Ve spojení s trojfázovým a jednofázovým adaptérem zátěže měří charakteristiky spotřebičů. Monitor může pracovat jako oscilograf se záznamem napětí U1 až U4 a proudů I1 až I4 do datové paměti, oscilografický záznam může být spouštěn napětím U4. Monitor MEg38/C je vybaven komunikačním rozhraním USB, obsahuje zdroj zajištěného napájení s napájením ze všech čtyř měřených napěťových vstupů. K měření proudů používá ohebné snímače nebo klešťové transformátory, které automaticky identifikuje.
Má SW přepínání rozsahů. Pro synchronizaci času předepsanou ve třídě A má možnost připojení GPS. Umožňuje dálkový přenos změřených dat i dálkovou parametrizaci měření službou GPRS sítě GSM. Je navržen v celoplastovém pouzdře minimálních rozměrů, je vodotěsný, má zesílenou izolaci a bezpečnostní kategorii CAT IV/300 V.
PQ monitor MEg39 měří čtyři napětí a čtyři proudy na hladinách vn a vvn, má bezpečnostní a měřicí kategorii CATIII. Napěťové i proudové měřící vstupy MEg39 jsou určeny pouze pro nepřímá měření pomocí přístrojových transformátorů proudu.
PQ monitor MEg44 měří tři napětí a tři proudy na hladině nn a má kategorii CAT IV/300 V. Napěťové měřící vstupy MEg44 jsou určeny pro přímá měření napětí a proudové vstupy pro měření nepřímá.
Měřící funkce kvality napětí obou PQ monitorů MEg39 a MEg44 se shodují s funkcemi MEg38/C. Monitory se napájí stejnosměrným napětím 12 V ze samostatného UPS zdroje typu MEg101.4 nebo MEg101.5. Napájecí zdroj lze připojit i prostřednictvím sběrnice HBUS umístěné nad DIN lištou, na níž je přístroj instalován. Přes HBUS je možné připojit také komunikační jednotku MEg202.3, která umožňuje dálkově přenášet data z přístroje datovou službou GPRS. Oba monitory jsou vybaveny čtyřmi komunikačními rozhraními. Sériové rozhraní USB je určeno pro místní parametrizaci přístroje a vyčtení naměřených dat, rozhraní Ethernet a RS485 jsou určena pro zapojení do místních technologických sítí a rozhraní RS232 je vyhrazeno pro servisní účely. Komunikační protokol PQ monitorů je MODBUS.
Příklad vyhodnocení měření
Předložené měření bylo provedeno PQ monitorem MEg38/C na hladině nn v průmyslovém podniku s těžkými rozběhy v technologii. Měření se uskutečnilo v týdnu od 2.3. do 9.3.2015. Víkendové dny byly 7.3. a 8.3. Interval záznamu funkce záznamník byl 10 s, intervaly měření a vyhodnocování funkce kvality jsou definovány pro průběžné parametry v normě ČSN EN 50160. zde jsou rovněž specifikovány hladiny událostí na napětí (poklesy, zvýšení a přerušení napětí). K měření proudů byly použity ohebné snímače proudů AMOSm s nastaveným rozsahem 1 000 A. Hladina záznamu jevu na proudech byla nastavena na 500 A.
V tab. 1 jsou vyhodnocena průměrná fázová napětí z týdenního měření, jsou to 231,1 V, 232,4 V a 233,4 V. Maximální desetisekundová napětí byla 239,7 V, 241,2 V a 243,0 V a ve všech třech fázích nastala dne 3.3.2015 v 10h46m10s. Minimální desetisekundová napětí byla 0,0 V a nastala při trojfázovém přerušen dne 5.3.2015 v 10h 14m 40s.
Průměrné fázové proudy za týdenní měření jsou 135,4 A, 126,7 A a 117,6 A. Maximální desetisekundové hodnoty proudů jsou 360,7 A, 335,9 A, 338,5 A a nastala opět současně dne 5.3.2015 v 8h 05m 20s. Minimální nulové proudy byly změřeny při uvedeném trojfázovém vypnutí. Jak průměrné, tak maximální desetisekundové hodnoty proudů byly hluboko pod nastavenou hladinou jevu (500 A).
Z fázorového diagramu je vidět, že v průběhu týdenního měření měla většina desetisekundových hodnot odebíraného výkonu induktivní charakter.
Týdenní odběry činné a jalové energie s rozlišením na dodávku a odběr včetně charakteru jalové energie jsou v poslední kolonce základní tabulky funkce záznamník. Týdenní časový průběh fázových napětí a fázových proudů je vidět na obr. 1.
Z tab. 2 vyhodnocení kvality napětí vyplývá, že v daném týdnu nesplňovala kvalita napětí normou stanovené parametry. Příčinou bylo napětí, jehož průměrná desetiminutová hodnota jednou klesla až pod 85 % Ujm a také flikr, který byl nad hraniční hodnotu 1,0 po dobu delší než je 5% z celkové doby měření. Toto je dobře vidět v časovém záznamu průměrných desetiminutových napětí v obr. 2. Zde je rovněž vidět neoznačené zvýšení krátkodobých koeficientů flikru Pst všech tří fází na hodnoty kolem 7,5 a dlouhodobých koeficientů flikru Plt na hodnoty kolem 3,5 při přerušení napětí. I v průběhu pracovní doby mimo uvedenou událost, tj. po 6h 30m, dochází ke zvýšení hodnoty Plt nad hranici 1,0.
To znamená, že v důsledku „těžké" technologie je kvalita napětí v hlavním rozvaděči nevyhovující a zřejmě další zákazníci v elektricky blízkém okolí mají nekvalitní elektřinu.
Z týdenního záznamu jevů na proudech, viz obr. 3, je vidět výskyt proudových jevů v průběhu ranní a odpolední směny v pracovních dnech. Na fázových napětích lze rovněž pozorovat odpovídající rychlé změny napětí, které jsou příčinou zvýšení dlouhodobého koeficientu flikru nad povolenou hodnotu 1,0.
Obr. 4 ukazuje kompletní analýzu jednoho vybraného proudového jevu. Jsou zde vidět průběhy efektivních hodnot URMS1/2 fázových napětí a průběhy efektivních hodnot fázových proudů IRMS1/2. V ustáleném stavu jsou fázová napětí od 225 V do 228 V a fázové proudy se pohybují kolem 200 A, na přechodnou dobu poklesnou na cca 125 A, čímž se fázová napětí zvýší o cca 3,0 V. Poté se fázové proudy zvýší do okolí 600 A až 700 A a napětí poklesnou o 12 V na hodnotu 220 V. Fázová napětí se i při přechodném zvýšení fázových proudů nachází v dovolené toleranční oblasti 230 V ±10% tj. od 207 V do 253 V, nicméně jejich změna se projeví v nedovolené změně světelného toku klasických žárovek. Z důvodu opakování je identifikována algoritmem flikru jako nedovolená. V připravované aktualizaci standardů kvality bude zaznamenána také jako rychlá změna napětí. Z uvedených změn fázových proudů a fázových napětí, lze přibližně odhadnout vnitřní impedanci napájející sítě na 0,024 Ω. Technické ztráty při zvýšeném proudovém odběru se zvýší z přibližně 2% na 6%.
Pro jeho přesnější určení impedance napájecí sítě měření a změření zpětných vlivů připojeného spotřebiče na napájecí napětí má PQ monitor MEg38/C jednofázový nebo trojfázový adapter.
Oscilografické průběhy fázových napětí a proudů v bodě umístění kurzoru a harmonická analýza fázových napětí a proudů při zaznamenaném jevu jsou na obr. 4.
S plynulou změnou polohy kurzoru je zobrazován odpovídající úsek oscilografického záznamu a harmonické složky fázových napětí a fázových proudů. Průběhy fázových proudů jsou v oblasti maxim deformované, tyto deformace se promítají do deformací fázových napětí. Velikost 5. a 7. harmonické napětí se nachází kolem 1,4% Ujm a je hluboko pod směrnou hodnotou. To koresponduje s 95%ním percentilem uvedených harmonických v souhrnné tab. 2.
Závěry
Měření kvality napětí prokázalo nevyhovující stav jednak z důvodu přerušení napětí, které se promítlo do snížení průměrného desetiminutového napětí těsně pod 85% Ujm tj. pod 195,5 V. Pokud toto přerušení bylo způsobeno poruchou, pak je v souladu se standardem kvality napětí nutné uvedenou událost vyloučit ze statistického zpracování.
Hlavním důvodem nesplnění kvality napětí jsou velké, téměř 700 A vysoké a opakující se proudové rázy z technologie, které se promítnou do zvýšení hodnoty dlouhodobého koeficientu fikru Plt nad povolenou hranici 1,0.
Změřený stav lze teoreticky zlepšit na straně technologie snížením naměřených proudových rázů nebo snížením četnosti jejich výskytu, což bude v praxi zřejmě nerealizovatelné. Na straně napájecí sítě lze stav zlepšit snížením její vnitřní impedance, jinak řečeno zvýšením jejího zkratového výkonu. Toho by bylo možné dosáhnout zkruhováním napájecí vn sítě nebo zvýšením průřezu napájecího vn vedení. Obě opatření na straně sítě přinesou distributorovi zvýšení nákladů.
MEgA - Měřící Energetické Aparáty, a.s.
Česká 390, 664 31 Česká
Telefon: +420 545 214 988
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.e-mega.cz
