Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Odstraňování poruch v třífázových sítích pomocí analyzátorů kvality sítě řady Fluke 430

Ing. Pavel Mareš, Blue Panther, s. r. o.
 
Analýza třífázové elektrické sítě byla vždy považována za technicky složitou a ekonomic­ky nákladnou záležitost. Nyní se však díky pokročilým měřicím přístrojům, jakými jsou i analyzátory kvality sítě nové řady Fluke 430, stalo její vykonávání v souladu s normami EN 50160 a IEC 61000-4-30 cenově dostupnějším a jednodušším.
 

Úvod

Tento článek popisuje některé základní typy poruch, které se vyskytují na výkono­vých rozvodných sítích, jejich příčiny a mož­nosti jejich zjišťování pomocí analyzátorů kvality sítě, jakož i způsoby jejich řešení či alespoň minimalizování jejich účinků na elek­trické spotřebiče.
 

1. Typické poruchy sítě a jejich příčiny

 

1.1 Přechodové jevy

Častou a takřka každodenní příčinou pře­chodových jevů v síti je přepínání, kterému se v praxi nelze vyhnout (obr. 3). Také vy­bavování tepelných pojistek v sítích nízkého napětí způsobuje znatelné napěťové špičky. Náhlá přerušení proudu vyvolávají napěťo­vé špičky v řádu tisíců voltů. Znatelné rušivé efekty způsobují u výkonových měničů pře­chodové jevy, které obsahují nepříliš velké, ale zato pravidelné komutační špičky (šest i více za periodu). V porovnání s dřívější­mi technologiemi s relativně vysokým pra­covním a řídicím napětím využívají moderní mikorelektronické součástky menší hodno­ty napětí (obvykle 5 V a méně). To je však činí citlivějšími na síťová rušení. Vedle účin­ků na elektronické součástky mohou přecho­dové jevy ovlivnit i data nebo řídicí obvody. Tak může např. napájení výkonového měni­če ovlivnit datový kabel položený v jeho blíz­kosti, zkreslit přenášené datové pakety, vý­znamně zpomalit přenos dat a v konečném důsledku znemožnit datovou komunikaci. Při použití invertorů pulzu ovlivňují přechodové jevy i frekvence časového signálu (i více než tisíckrát za sekundu).
 

1.2 Nežádoucí harmonické složky

S rostoucím počtem průmyslových a spo­třebitelských zařízení napájených přes usměr­ňovače (např. výkonové měniče pro regulova­né pohony, počítače, úsporné žárovky a téměř veškerá spotřební elektronika) roste i vliv nežá­doucích vyšších harmonických složek ve výko­nových sítích. Tento vliv není v současné době zanedbatelný, a nelze ho proto přehlížet. Napě­ťové a proudové charakteristiky těchto zařízení způsobují výkonová zkreslení, a to zejména vli­vem 3. harmonické. Všechny již uvedené typy zátěže způsobují harmonická zkreslení, proto­že na usměrňovací kondenzátor přichází proud v podobě pulzů (obr. 4). Tyto pulzní průběhy proudu způsobují zploštění průběhu napětí, které se ve spektrální oblasti projevuje výsky­tem 5. a 7. harmonické napětí. Téměř zanedba­telná je 3. harmonická složka napětí, protože 3. harmonická složka proudu je zkratována za­pojením transformátoru do trojúhelníku. I přes očekávání je to nežádoucí jev, který např. na transformátoru 630 kV·A způsobí roční ztrá­tu až 60 000 Kč. Navíc představuje velkou zá­těž pro střední vodič, protože se přes něj vrací proud vyvolaný 3. harmonickou (obr. 5). Střed­ní vodič často přehoří bez povšimnutí (vzniká nebezpečí požáru) a přehoření způsobí velký napěťový překmit, který může zničit připojené zařízení. Dalším důsledkem působení vyšších harmonických je jejich vliv na kompenzač­ní obvody (obr. 6), kdy dochází k zesilování harmonických složek především vyšších řádů. Silný vliv harmonických složek na proud pro­tékající kondenzátorem vede k jeho přehřátí (nebezpečí požáru) a následnému zničení. Za­tížení způsobené vysokými úrovněmi harmonických složek lze omezovat tzv. inteligentní­mi aktivními filtry, které jsou samonastavovací s potlačenou rezonancí. Je možné je kaskádně řadit a jednotlivé fáze nezávisle kompenzovat.
 

1.3 Meziharmonické složky

Vedle základních harmonických složek mohou být rozvodné sítě ovlivňovány také meziharmonickými složkami, které je proto třeba rovněž měřit. Meziharmonické složky jsou n-násobky základní frekvence (n je ne­celé číslo, např. 2,25) a vznikají působením modulovaných signálů a nelinearit směšo­vacích obvodů v elektronických součástech rozvodných sítí.
 

1.4 Fluktuace amplitudy napětí, poklesy amplitudy a flicker

Nárůst proudového zatížení systémů (např. řídicí jednotky výtahu) způsobuje krát­kodobé efekty napěťové zpětné vazby, která se projevuje poklesy nebo, v případě pokle­su proudového zatížení, nárůsty amplitudy napětí (obr. 7). Poklesy nebo přerušení prů­běhu napětí v čase způsobují generování re­setovacího příkazu na výstupech výkonové napájecí jednotky. Tyto změny v jedné nebo více periodách mají negativní vliv na mno­ho zařízení (např. na řídicí systémy). Jsou-li fluktuace amplitudy napětí stálé (pravidel­ně nebo náhodně se opakující), označují se jako flicker – blikání. Objektivní měře­ní flickeru je důležité z hlediska normy IEC 61000-4-15 (Elektromagnetická kompatibi­lita /EMC/ – Část 4: Zkušební a měřicí tech­nika – Oddíl 15: Měřič blikání – Specifika­ce funkce a dimenzování), která definuje ma­ximální dovolenou hodnotu pro krátkodobý flicker (Pst). Pstje hodnota měřená v inter­valu deseti minut a udává pravděpodobnost (trend), že fluktuace amplitudy napětí po­vedou k viditelnému blikání osvětlovacího spotřebiče. Hodnota 1 znamená, že blikání žárovky 60 W bude vnímat 50 % lidí. Tento test probíhá na několika modulačních frek­vencích (obr. 8). Vyhodnocení flickeru v sou­ladu s normou je jedna věc, jeho lokaliza­ce věc druhá. Cílem lokalizace je najít jeho zdroj (obr. 9) – většinou proměnlivou zátěž.
 

1.5 Rozvážení sítě

Za rozvážení sítě se považuje stav, kdy amplitudy napětí všech tří fází nejsou stej­né nebo jejich vzájemný fázový posuv není 120°. Tento stav je obvykle způsoben nesy­metrickým zatížením jednotlivých fází. Reálná složka zatěžovací impedance má vliv na amplitudu napětí, reaktanční složka ovlivňu­je fázový posuv. Výsledkem je posunutí sle­du fází a vznik proudů protékajících středním a zemnicím vodičem a následně také všemi vodivými částmi budovy, včetně např. stíně­ním datových kabelů. Na obr. 10 je zobraze­na jednoduchost indikace rozvážení sítě ana­lyzátorem kvality sítě Fluke 430 – stačí pou­ze sledovat šipky indikátoru. Tabulka v dolní části obr. 10 udává přesné hodnoty. Posloup­nost fází se skládá ze tří složek:
  • kladné, tj. ve směru hodinových ručiček (mohou sloužit např. k rozběhu motoru),
  • záporné, tj. proti směru hodinových ruči­ček (mohou sloužit např. k brzdění moto­ru),
  • nulové (zatěžují střední vodič).
Cílem je omezit vliv záporné a nulové složky. Na displeji je zobrazován procentu­ální podíl záporné a nulové složky posloup­nosti fází pro napětí a proud.
 

2. Ovládání a práce s Fluke 430

Ovládání a práce s měřicími přístroji řady Fluke 430 jsou velmi jednoduché. Stačí obe­pnout měřené vodiče proudu klešťovými proudovými převodníky a připojit napěťové sondy. Požadovaná funkce se spouští z menu přístroje. Jedinečná je funkce AutoTrend, kte­rá poskytuje rychlý přehled o změnách sig­nálu v čase bez nutnosti nastavovat přesné hodnoty překmitů a intervalů nebo ručního spouštění měření. Všechny měřené hodnoty jsou průběžně ukládány na pozadí do paměti, a proto je možné přepínat mezi zobrazením měřeného signálu a jeho parametrů a trendu, a dokonce používat zoom a kurzory pro po­drobnou analýzu. Funkce AutoTrend posky­tuje velkou výhodu v tom, že nevyžaduje čas pro nastavování přístroje a spouštění zvláštní­ho měření. Navíc jsou typ sítě (obr. 11) a při­pojovací body přehledně zobrazeny v menu přístroje.
 

3. Shrnutí vlastností přístrojů řady Fluke 430

Přístroje Fluke 434 a 435 byly navrženy jako profesionální měřicí přístroje pro použi­tí v průmyslu, zdravotnictví, ve výpočetních střediscích a všude tam, kde je požadavek na kvalitu sítě velmi důležitý. Jejich všestrannost, automatické funkce měření a záznamu a jed­noduchost ovládání z nich činí ideální přístro­je pro detekci poruch v třífázových elektric­kých soustavách. Fluke 435 spadá svými pa­rametry do třídy A a je oproti Fluke 434 navíc vybaven záznamníkem dat pro záznam kte­rékoliv měřené veličiny. Přístroje Fluke 434 a 435 měří všechny parametry rozvodných sítí (např. skutečné efektivní hodnoty napětí a proudu, frekvence, výkonu, spotřeby, roz­vážení, flickeru aj.) v souladu s požadavky nejnovější evropské normy EN 61000-4-30 (Elektromagnetická kompatibilita /EMC/ – Část 4-30: Zkušební a měřicí technika – Me­tody měření kvality energie). Analyzují podíl harmonických složek, automaticky zazname­návají události (např. přechodové jevy trvající třeba jen 5 µs o velikosti až 6 kV či přerušení a rychlé fluktuace amplitudy napětí). Protože byly navrženy pro použití v provozních pod­mínkách, jsou robustní a jejich bateriové na­pájení zajišťuje měření po dobu až sedmi ho­din. Disponují velkou pamětí pro ukládání dat, „pamatují si“ až padesát obrazovek a až deset měřených veličin zahrnujících třicet dva para­metrů, včetně nastavení přístroje a zobrazení trendu. S použitím softwaru Fluke View umož­ňují přenos dat do počítače pro další analýzu nebo tvorbu protokolů. Analyzátory sítě Fluke 434 a 435 pokrývají celou oblast aplikací od jednoduchých detektorů poruch sítě po ucele­nou analýzu všech měřených parametrů sítě, a to za velmi příznivou cenu.
 
Další informace o analyzátorech kvality elek­trické energie Fluke řady 430 lze získat u spo­lečnosti Blue Panther, popř. na webových stránkách: http://www.blue-panther.cz
 
Obr. 1. Analyzátor kvality sítě řady Fluke 430
Obr. 2. Analýza kvality sítě přístrojem řady Fluke 430 v praxi
Obr. 3. Přechodové děje v síti
Obr. 4. Typický průběh proudu na usměrňovači a jeho spektrum
Obr. 5. Proud procházející středním vodičem způsobený 3. harmonickou
Obr. 6. Zobrazení výskytu vyšších harmonických
Obr. 7. Napěťový pokles o 40 % vlivem nárůstu proudu
Obr. 8. Záznam flickeru na jednotlivých fázích
Obr. 9. Průběh křivek indikujících zdroje flickeru
Obr. 10. Zobrazení nevyváženosti sítě
Obr. 11. Výběr konfigurace soustavy
Obr. 12. Dialogová okna pro měření podle EN 50160