Power Quality Analyse: Tips & Tricks – Deel 2 | A. Eberle
Praktische tips voor het gebruik van Power Quality-meettoestellen en het vermijden van typische gebruikersfouten.
Theoretische basis
Bij het gebruik van draagbare netwerkanalyzers rijst vaak de vraag hoe het meettoestel van stroom kan worden voorzien, aangezien er in de directe omgeving zelden stopcontacten beschikbaar zijn. Dit geldt zowel voor huisaansluitingen als voor kabelverdeelkasten buitenshuis of, zoals in het onderstaande voorbeeld, bij een betonnen transformatorstation.
Figuur 1: Buitenmeting met een PQ-Box 150
Een mogelijkheid is om het meettoestel rechtstreeks aan te sluiten via de spanningsaftakkingen op het meetpunt. Hierbij is het echter belangrijk om ervoor te zorgen dat de spanning waarop het toestel wordt aangesloten overeenkomt met de technische specificaties van de voedingseenheid. Het meetbereik van de toestellen is namelijk meestal groter dan wat de voedingseenheid aankan.
De voedingen van de PQ-Boxen kunnen worden gebruikt tussen 100 en 500 volt AC of DC. Wanneer ze bijvoorbeeld worden toegepast in een industrieel 690 V-netwerk, moet erop worden gelet dat de spanning niet te hoog is, aangezien anders het toestel of de voedingseenheid beschadigd kan raken.
Ook een te lage spanning kan schadelijk zijn voor schakelende voedingen, omdat deze door de hogere stroomopname thermisch kunnen worden overbelast. Daarom is het belangrijk om bij het aansluiten van toestellen op de meetspanningen steeds rekening te houden met de juiste voedingsspanning.
Bij metingen via spanningstransformatoren in een middenspanningsnet zouden meettoestellen theoretisch kunnen worden gevoed met 100 V afkomstig van de secundaire zijde van de spanningstransformator, maar dit wordt niet aanbevolen.
Men moet er rekening mee houden dat schakelende voedingen harmonischen veroorzaken. Deze stroomharmonischen genereren op hun beurt overeenkomstige spanningsharmonischen bij een hoge belasting van de spanningstransformator, waardoor het resultaat van een beoordeling van de spanningskwaliteit wordt vervalst.
Voor een zuivere vermogensmeting kan de voeding van meettoestellen via middenspanningstransformatoren wel worden overwogen.
Figuur 2: Controleer vóór de meting of alle spanningen correct zijn aangesloten
Voordat een meetcampagne van een week wordt gestart, is het belangrijk om te controleren of alle spanningen en stromen correct zijn aangesloten. Dit kan zeer eenvoudig worden gecontroleerd via het display van de meettoestellen.
Bij het gebruik van stroomtangen moet erop worden gelet dat deze altijd volledig gesloten zijn, aangezien zelfs een kleine opening tot aanzienlijke meetfouten kan leiden.
Een negatief actiefvermogen geeft aan dat de installatie energie teruglevert aan het net, terwijl een positief actiefvermogen betekent dat de installatie energie uit het net afneemt. Wanneer de energiestroom of het teken van het vermogen niet correct wordt weergegeven, is de stroomtang in de verkeerde richting geïnstalleerd en moet deze 180° worden gedraaid.
Wanneer de toewijzing van spanningen en stromen niet overeenkomt met de juiste fase in het netwerk, kan dit eenvoudig worden vastgesteld via het online vectordiagram of via de weergegeven fasehoek tussen spanning en stroom.
Stroommeting op bundelgeleiders
Figuur 3: Stroommeting op bundelgeleiders
Bij het meten van stromen op bundelgeleiders (in dit geval 12 afzonderlijke geleiders per fase) moet er rekening mee worden gehouden dat de stroomverdeling over de verschillende geleiders sterk asymmetrisch kan zijn.
Daardoor is het vaak niet mogelijk om de Rogowski-stroomspoel slechts rond één derde van het kabelpakket te plaatsen en de gemeten waarde vervolgens eenvoudig met drie te vermenigvuldigen.
Een alternatief is het gebruik van Rogowski-spoelen met een voldoende grote lengte, zodat deze rond het volledige kabelbundel kunnen worden geplaatst.
Figuur 4: FFT-spectrumanalyse tot 20 kHz
Is mijn meettoestel in staat om de gewenste hoogfrequente verstoring te detecteren?
Er werd een FFT-analyse uitgevoerd om frequenties, harmonischen en schakelfrequenties in het lokale elektriciteitsnet te detecteren. Dit netwerk is het onderwerp van talrijke klachten van klanten.
De meest voorkomende klachten zijn defecte toestellen, storingen in apparatuur en fluitende geluiden in elektrische toestellen of deurbeltransformatoren.
In dit voorbeeld zijn het vooral de supraharmonische frequenties die duidelijk naar voren komen.
Figuur 5: De juiste PQ-Box voor elk frequentiebereik
De norm EN 50160 biedt slechts beperkte ondersteuning voor de beoordeling van de vastgestelde verstoringen in het bereik van de supraharmonischen. Deze norm beperkt zich tot de evaluatie van harmonischen tot en met de 25e harmonische. Boven 1.250 Hz zijn er geen compatibiliteitsniveaus vastgelegd.
Daartegenover staat de EMC-norm IEC 61000-2-2, die grenswaarden en compatibiliteitsniveaus voor openbare laagspanningsnetten bevat tot 150 kHz.
Het meettoestel én de gebruikte stroomtangen moeten in staat zijn om de gewenste verstoring daadwerkelijk te detecteren. Als voorbeeld wordt in figuur 6 de PQ-Box 100 beschouwd. Deze werkt met een bemonsteringsfrequentie van 10,24 kHz en zou daardoor een verstoring van 10 kHz niet kunnen detecteren. De bandbreedte van dit toestel is namelijk beperkt tot 5 kHz.
Om dergelijke verstoringen te registreren, zijn de PQ-Box 150 tot PQ-Box 300 beter geschikt. Deze toestellen werken met bemonsteringsfrequenties van 20 kHz tot meer dan 400 kHz.
Figuur 7 werd opgenomen met een PQ-Box 200 en toont het storingssignaal in de oscilloscoopweergave.
Figuur 6: Oscilloscoopopname gemaakt met een PQ-Box 100 (10 kHz)
Als voorbeeld wordt hier een oscilloscoopopname gebruikt die werd gemaakt met een PQ-Box 100. De opname toont een perfecte sinusgolf.
Figuur 7: Oscilloscoopopname op hetzelfde meetpunt met een PQ-Box 200 (40 kHz)
Ter vergelijking werden op hetzelfde meetpunt opnieuw metingen uitgevoerd met een PQ-Box 200 met een bemonsteringsfrequentie van 40 kHz (figuur 7). Hierbij is de verstoring van 10 kHz duidelijk zichtbaar als een terugwerking op het netwerk met een amplitude van 1,7 volt. Deze verstoring is de oorzaak van de problemen die optreden bij verschillende aangesloten belastingen.
Triggerinstellingen
Bij het bepalen welke meetgegevens met een Power Quality-analyzer moeten worden geregistreerd, is het belangrijk om het triggercriterium zorgvuldig te kiezen.
Meestal wordt een drempelwaarde ingesteld waarbij snelle storingsopnames worden geactiveerd, bijvoorbeeld wanneer een spanning of stroom onder een bepaalde grens zakt of deze overschrijdt. Dankzij deze instelling kunnen netspanningsdips of inschakelstromen van machines worden geregistreerd als oscilloscoopopname of via de halfperioderecorder.
Figuur 8: Instellen van de voorhistorie en na-historie van triggergebeurtenissen
Om de oorzaak van storingen in installaties of bij verbruikers te kunnen registreren, kan het echter nuttig zijn om een trigger te activeren wanneer een stroom onder een bepaalde drempelwaarde zakt.
Aangezien aan het ingestelde triggercriterium meestal pas wordt voldaan op het moment dat een installatie uitvalt, is een uitgebreide voorhistorie van de meetgegevens noodzakelijk voor een latere analyse.
Alle PQ-Boxen bieden de mogelijkheid om tot 600 seconden aan voorhistorie op te slaan. Hierdoor kan bij de analyse van de meetgegevens over een langere periode vóór het uitvallen van een installatie de werkelijke oorzaak van de storing worden achterhaald.
Figuur 9: Voorbeeld van een halfperioderecorder bij de uitval van een WKK-installatie met een lange voorhistorie vóór de storing
In dit voorbeeld werd een netanalyse uitgevoerd op een warmtekrachtkoppelingsinstallatie (WKK) die meerdere keren per week uitviel.
Een duidelijk triggercriterium dat optreedt wanneer de WKK-installatie uitvalt, is het onderschrijden van een bepaalde stroomdrempel. De nominale stroom van de installatie bedroeg 70 A. Als triggerdrempel werd een waarde van 60 A ingesteld.
Wanneer de installatiestroom onder deze waarde daalt, registreert de PQ-Box in dit voorbeeld 100 seconden voorhistorie en 20 seconden na-historie van de storing.
Dankzij deze uitgebreide voorhistorie kon uiteindelijk de oorzaak van de storing worden vastgesteld.
Auteur: Jürgen Blum, Product Manager Power Quality Mobil