Zaloguj
Spis treści
Analiza zawartości harmonicznych w przebiegu prądu lub napięcia
Oba mierniki mają wbudowane funkcje pomiaru harmonicznych i wyliczania współczynnika zniekształceń harmonicznych. Zawartość harmonicznych w sygnale sinusoidalnym określa, na ile ten sygnał jest odkształcony od idealnej sinusoidy. Zazwyczaj zniekształcenia harmoniczne są kojarzone na przykład z torami audio wysokiej jakości. Ale pomiar wartości zniekształceń nieliniowych w sieciach energetycznych jest na tyle istotny, że graniczne amplitudy harmonicznych opisują normy EN.
Duże odkształcenie przebiegu prądu powoduje, że pojawiają się wysokie częstotliwości podające efekt naskórkowości, a w konsekwencji grzanie się przewodów większe, niżby to wynikało z głównego obciążenia. W czteroprzewodowej sieci trójfazowej trzecia harmoniczna i jej wielokrotności się nie zerują i w przewodzie neutralnym popłynie prąd, który może go rozgrzać i uszkodzić izolację. Podobne zjawiska zachodzą w transformatorach zasilających. Do strat w przewodach uzwojeń dochodzą straty w rdzeniu powodowane przez prądy wirowe. Straty te są proporcjonalne do kwadratu częstotliwości.
Odkształcony przebieg napięcia powoduje też problemy z zasilaniem indukcyjnych silników elektrycznych. W uzwojeniach powstają straty cieplne wywołane prądami wirowymi analogicznie jak w transformatorach. Dodatkowo, tak zasilany silnik wpada w wibracje ograniczającą jego trwałość.
Moment obrotowy silnika w założonym kierunku powodują harmoniczne zgodne rzędu 1, 4, 7, ale harmoniczne przeciwne rzędu 2, 5, 8 powodują powstawanie momentu przeciwnego do obrotu wirnika. W wyniku tego powstają niepożądane wibracje i dodatkowe grzanie się silnika.
Na rysunku 5 pokazano ekran pomiaru harmonicznych przez miernik PQM-707 firmy Sonel.
Pomiar współczynników mocy
Współczynnik mocy w sieciach energetycznych to dość istotny parametr definiowany jako stosunek mocy czynnej do mocy pozornej. W sieciach z przebiegami sinusoidalnymi można go zdefiniować jako kosinus kąta przesunięcia fazowego (cosφ) pomiędzy napięciem i prądem. Im bardziej cosφ jest mniejsze od 1 tym większy jest udział mocy pozornej. Wiele odbiorników w sieci ma charakter indukcyjny (silniki, transformatory). Energia w takich odbiornikach jest magazynowana w postaci pola magnetycznego i kiedy to pole znika, to jest ona zwracana do sieci, powodując obciążenie mocą pozorną. Przy dużych obciążeniach przepływ mocy pozornej niewykorzystanej do wykonania pracy powoduje wymierne straty w sieci. Poza tym, kiedy współczynnik mocy jest mniejszy od jedności, to prąd pobierany z sieci jest odkształcany i pojawiają się składowe harmoniczne, które jak już wiemy, są również szkodliwe. Pomiar cosφ pozwala ocenić, czy nie jest konieczna jego kompensacja na stacjach energetycznych od strony zasilania. Może być również wskazówką dla projektantów odbiorników energii, jak poprawnie skompensować współczynnik mocy. Obecnie płacimy za pobraną moc czynną, ale być może pojawią się regulacje pozwalające obciążać odbiorców za moce bierne.
Pomiar częstotliwości sieci
Pomiar częstotliwości sieci jest ważnym parametrem monitorującym stan systemu energetycznego. Systemy zasilające większe lub mniejsze obszary mogą być podatne na przeciążania i załamania. W krytycznych sytuacjach, kiedy zapotrzebowanie na moc gwałtownie rośnie, przeciążane są kolejne linie zasilające wysokich napięć. W wyniku przeciążenia aparatura zabezpieczająca wyłącza linię i zapotrzebowanie na moc zostaje przerzucone na kolejną linię. Ta również zostaje przeciążona i się wyłącza. Powstaje efekt domina i system energetyczny na określonym obszarze się załamuje. Tak może się zdarzyć na przykład w trakcie silnych mrozów lub upalnych dni (przeciążenie układami klimatyzacji).
Żeby temu zapobiec, stosuje się kryterium częstotliwościowe. Zbyt duże obciążenie generatorów w elektrowni powoduje, że nie mogą one utrzymać zadanej prędkości wirowania i częstotliwość napięcia spada. Odbiorcy energii są dzieleni na kategorie i ci mniej ważni są odłączani od sieci w momencie, kiedy częstotliwość spadnie o niewielką wartość. Jeżeli częstotliwość dalej spada, odłączani są kolejni odbiorcy. Obciążenie spada i częstotliwość rośnie. Wtedy służby energetyczne decydują, czy można przywrócić zasilanie grupom odbiorców. Zapobiega to załamaniu się systemu energetycznemu. Kryterium częstotliwościowe stosuje się również w układach zabezpieczenia generatorów.
Przyrządy pomiarowe pokazane wyżej mierzą częstotliwość sieci z określoną dokładnością i pozwalają ocenić, czy częstotliwość jest prawidłowa.
Do wypracowania sygnału wyłączania obciążenia zgodnie z kryterium częstotliwościowym stosowane są tak zwane przekaźniki podczęstotliwościowe. Mogą to być autonomiczne urządzenia nazywane PCO lub SCO, lub funkcja wbudowana w zabezpieczenia cyfrowe.
Przykładem przekaźnika SCO są konstrukcje BEL_SCO i mBEL_SCO polskiej firmy Apator (fotografia 8). Urządzenie może realizować funkcje automatycznego częstotliwościowego odciążania SCO i jest przeznaczone do zabezpieczania jednostek wytwórczych (blok generator–transformator), detekcji stanu zagrożenia utraty częstotliwości w systemie energetycznym oraz zabezpieczenia sieci SN, WN i NN. Oprócz SCO wbudowano tu szereg innych funkcji, takich jak rejestrator zakłóceń, dziennik zdarzeń i możliwość komunikacji z systemem nadrzędnymi za pomocą łączności radiowej GPRS, Tetra i Digicom 7.
