Jakość napięcia zasilającego - Część 2: Normy związane z analizatorami jakości energii

Standaryzacja metod badania jakości energii elektrycznej okazała się koniecznością tym bardziej, że wyniki takich pomiarów bywają argumentem w sporach pomiędzy jej dostawcami i odbiorcami. W takim wypadku zalecany jest wybór urządzeń spełniających wytyczne odpowiednich norm, które m.in. klasyfi- kują te przyrządy w zależności od ich dokładności i rekomendowanego zastosowania.

W artykule będący kontynuacją zeszłomiesięcznego tematu numeru, dyskutujemy tematykę jakości energii elektrycznej oraz norm, które są istotne dla dostawców analizatorów jakości energii. O ile w pierwszej części prezentowana była norma PN-EN 50160, w której jakość energii elektrycznej scharakteryzowano, podając definicje parametrów napięcia zasilającego oraz dopuszczalne zakresy ich zmienności, w bieżącym tekście przedstawiamy standardy dotyczące konstrukcji analizatorów parametrów sieci oraz rejestracji zjawisk pogarszających jakość energii.

PODSTAWOWY STANDARD

Zalecenia dotyczące pomiarów jakości napięcia zasilającego można znaleźć w normach z serii PN-EN 61000-4-x. Zebrano w nich wymagania dotyczące standaryzacji metod pomiarowych dla grupy przyrządów przeznaczonych do wieloparametrowych pomiarów wielkości elektrycznych i wyznaczania wskaźników jakości energii elektrycznej.

Najważniejszym dokumentem w tym zakresie jest PN-EN 61000-4-30 pt. „Kompatybilność elektromagnetyczna. Część 4-30: Metody badań i pomiarów. Metody pomiaru jakości energii”. Norma ta definiuje metody pomiaru parametrów jakości energii w sieciach zasilających prądu przemiennego o częstotliwości 50/60Hz oraz sposób interpretacji uzyskanych wyników.

Wytyczne te odnoszą się do podstawowych wielkości i zjawisk zdefiniowanych w normie PN-EN 50160, czyli częstotliwości i wartości skutecznej napięcia zasilającego, zapadów napięcia zasilającego, przerw w zasilaniu, asymetrii, składowych harmonicznych, jak również tzw. napięć sygnalizacyjnych nałożonych na napięcie zasilające oraz szybkich zmian napięcia. W PN-EN 61000-4- 30 opisano zalecany sposób pomiaru każdego z tych parametrów w warunkach, które dają wiarygodne i powtarzalne wyniki.

Dzięki temu wszystkie przyrządy pomiarowe zgodne z wytycznymi tego standardu gwarantują porównywalne wyniki pomiarów. Wybór przyrządu odpowiednio do zastosowania ułatwia wprowadzony w tym dokumencie podział na urządzenia klasy A i klasy B. Przyrządy zaliczane do klasy pomiarowej A należy stosować w dokładnych pomiarach, np. gdy ich wyniki mają być wykorzystane w relacji handlowej między dostawcą i odbiorcą energii elektrycznej. Przyrządy klasy B są przeznaczone do pomiarów statystycznych lub takich, których celem jest detekcja przyczyn awarii. Ogólnie analizatory tej klasy są używane wtedy, gdy nie jest wymagana duża dokładność pomiarów.

CHARAKTERYSTYKA POMIARÓW

Tabela 1. Przykładowa specyfi kacja przyrządu klasy A według PN-EN 61000-4-30 na przykładzie analizatora Fluke 1760.

Bazując na PN-EN 61000-4-30, nie można zbudować analizatora jakości energii elektrycznej, ponieważ nie przedstawiono tu konkretnego projektu takiego przyrządu. Dokument ten zawiera jednak informacje o tym, jak powinien on działać, w tym m.in. wytyczne dotyczące sposobu przeprowadzania pomiarów (różne konfiguracje toru pomiarowego), charakterystyki mierzonych wielkości elektrycznych oraz przedziały czasu, w jakich powinny być rejestrowane wartości poszczególnych parametrów jakościowych. Podstawowy czas pomiaru według PN-EN 61000-4-30 wynosi 10 okresów, co przy częstotliwości 50Hz daje 200ms (dla częstotliwości 60Hz jest to 12 okresów).

Do przyrządów klasy A odnoszą się trzy przedziały czasowe trwające 3s (czyli 150 cykli przy częstotliwości 50Hz i 180 dla 60Hz), 10 minut oraz 2 godziny. W normie zaproponowano m.in. wykorzystanie odbiorników GPS do synchronizacji pomiarów przeprowadzanych różnymi przyrządami oraz sposób na wyeliminowanie wielokrotnej rejestracji tego samego zjawiska wpływającego na różne parametry napięcia zasilającego.

NORMY POWIĄZANE

Pomimo że PN-EN 61000-4-30 pozostaje podstawowym dokumentem odniesienia dla producentów analizatorów jakości energii elektrycznej, to nie jest jedynym dokumentem zawierającym wskazówki projektowe. W normie tej można znaleźć odwołania do innych standardów, m.in. PN-EN 61000-4-7 pt. „Ogólny przewodnik dotyczący pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz przyrządów pomiarowych dla sieci zasilających i przyłączonych do nich urządzeń” oraz PN-EN 61000-4-15 pt. „Miernik migotania światła. Specyfikacja funkcjonalna i projektowa”.

Tabela 2. Przykładowe analizatory jakości energii elektrycznej dostępne na polskim rynku

W pierwszym dokumencie opisano metodę pomiaru harmonicznych i interharmonicznych, polegającą na tzw. grupowaniu. Jej podstawą jest analiza Fouriera obliczana w oknie czasowym 200ms. W normie podano sposób podziału wyznaczonego w ten sposób widma na grupy, do których następnie można odnieść wytyczne odpowiednich norm.

W normie PN-EN 61000-4-15 zaproponowano z kolei schemat ideowy przyrządu do pomiaru uciążliwości migotania światła występującego w wyniku wahań napięcia zasilającego. Miernik taki powinien zawierać bloki o charakterystykach modelujących zmienność strumienia świetlnego w zależności od wartości napięcia, percepcję wzrokową człowieka oraz reakcję mózgu. Sygnał przetworzony w ten sposób jest następnie oceniany z wykorzystaniem metod statystycznych pod kątem wpływu migotania na samopoczucie ludzi.

Marcin Monika Jaworowska