Analizatory jakości energii elektrycznej są elementem zapewnienia jakości w przemyśle

Zainteresowanie jakością energii elektrycznej w największym stopniu dotyczy zakładów energetycznych, dla których zła jakość powoduje degradację infrastruktury przesyłowej, zwiększa straty związane z transportem energii i wreszcie naraża na szereg konfliktów z dużymi klientami cierpiącymi z powodu złej jakości. Dlatego klientami zaopatrującymi się w analizatory są głównie więksi odbiorcy energii elektrycznej, czyli na przykład zakłady przemysłowe, firmy telekomunikacyjne i informatyczne, świat nauki lub wojsko. Niewątpliwie najwięcej zastosowań dla analizatorów tworzy przemysł.

Coraz więcej odbiorników i większa komplikacja sieci

Analizatory kupują przede wszystkim duże przedsiębiorstwa i zakłady produkcyjne, które mają na tyle rozbudowane instalacje i park maszynowy, że opłaca się im kupić taką aparaturę dla siebie. Mniejsze firmy korzystają z usług pomiarowych dostarczanych przez firmy zewnętrzne, które są trzecim najważniejszym odbiorcą tych urządzeń. Analizatory kupują zakłady energetyczne po to, aby nadzorować i dbać o sieć. Jak zauważono, celem nie jest wchodzenie w kosztowne i długotrwałe spory, bo ew. wygrana w sądzie nie tylko nie rozwiąże problemu złej jakości, ale też niekoniecznie musi przynieść sensownej wielkości gratyfikację.

Za problemy z jakością energii można próbować winić coraz większe zapotrzebowanie. W zasadzie wszystkie stacjonarne urządzenia przemysłowe i domowe są zasilane z sieci energetycznej, a sama sieć ma coraz bardziej skomplikowaną strukturę, np. z uwagi na OZE. Liczne elektrownie wiatrowe i farmy fotowoltaiczne stały się w krótkim czasie naturalnym składnikiem krajobrazu.

Energia przez nie wytwarzana kierowana jest do sieci za pośrednictwem falowników elektronicznych zaburzając rozpływ prądu w zależności od chwilowych warunków wiatrowo-oświetleniowych, co także powoduje szereg problemów z jakością. Co więcej, wiele odbiorników energii ma dzisiaj charakter nieliniowy.

Prostowniki diodowe z pojemnościowym układem filtrującym, jakie są częścią większości aplikacji małej i średniej mocy, regulatory fazowe, napędy silników, inwerterowe systemy spawalnicze i grzewcze, to tylko kilka wybranych przykładów popularnych aplikacji, które pobierają prąd z sieci nieliniowo, generują duże zaburzenia i w efekcie psują jakość energii.

Sieć energetyczna nie jest też samotną wyspą ograniczoną do obszaru państwa, co powoduje, że czynników kształtujących i wpływających na parametry jest wiele, nierzadko niezależnych i trudnych do wykrycia.

Dobra jakość oznacza oszczędności

Energia elektryczna jest coraz droższa, a oszczędzanie staje się koniecznością i to nie tylko w przemyśle. Aby rzetelnie móc ocenić, czy nowe urządzenie lub instalacja, jak na przykład system klimatyzacji, przyniesie oszczędności, kiedy koszt jego zakupu i instalacji się zwróci, koniecznie jest posiadanie pełnych danych na temat zużycia energii w różnych warunkach działania i okresach w roku. Do tego najlepiej użyć specjalistycznego miernika i takie badanie można wykonać analizatorem jakości.

Nowości w analizatorach

Od strony sprzętowej analizator jakości energii jest zaawansowanym systemem pomiarowym zdolnym do jednoczesnej akwizycji napięć i prądów pomiarowych płynących w sieci energetycznej w wielu kanałach. W zależności od wersji i zaawansowania pomiarowego zmienia się liczba kanałów pomiarowych. Dla napięć są to minimum trzy kanały dla każdej z faz i trzy kanały dla prądu, ale często obwodów pomiarowych jest więcej, nawet po 6-8 kanałów napięciowych i tyle samo prądowych, co daje możliwość badania sieci o innych złożonych topologiach.

Sygnały cyfrowe na wyjściu przetworników są zapamiętywane i przetwarzanie przez komputer i oprogramowanie analizatora. Gdy układ przetwarzania jest wydajny, możliwe jest zapewnie obróbki danych w czasie rzeczywistym, a więc jednocześnie z pomiarami, gdy nie, zwykle przez pewien czas miernik mierzy, a potem dopiero przetwarza zebrane dane. Wszystkie parametry sieci, czyli napięcia, prądy, moce, współczynnik mocy, zużyta energia lub harmoniczne, plus tzw. niesymetria, zaburzenia chwilowe i wiele podobnych są wyliczane przez miernik z zapamiętanych danych podstawowych.

Profile dostawców analizatorów jakości energii zasilającej

Oznacza to, że większość innowacji związanych z analizatorami kryje się w oprogramowaniu, ale platforma sprzętowa też musi być odpowiednio wydajna. Wiele innowacji wiąże się dzisiaj z szybkością rejestracji i możliwością obróbki danych w czasie rzeczywistym, możliwością długotrwałej pracy i podobnymi udogodnieniami.

Nowe rozwiązania na rynku pozwalają ponadto na tworzenie rozbudowanych systemów monitoringu parametrów energii, z możliwością zdalnego odczytu i analizy danych. Na rynku pojawiają się również rozwiązania proste, kompaktowe i łatwe w instalacji na obiekcie, których celem jest budowa nieskomplikowanych systemów kontroli parametrów energii elektrycznej.

Unikalne funkcje pomiarowe

Najbardziej interesującą możliwością pomiarową analizatorów są funkcje, które nie są możliwe do zbadania za pomocą mierników tradycyjnych: wykrywanie zdarzeń losowych i anomalii, pomiary wartości chwilowych prądów rozruchowych lub też chwilowego zapotrzebowania na moc zasilania. Wiele przyrządów dysponuje też możliwością pracy zdalnej, pozwalając na podpięcie do instalacji i pozostawienie na długi okres oraz na dostęp przez łącze bezprzewodowe lub sieć lokalną.

Kolejną ważną i unikalną dla analizatorów grupę badań tworzą analizy harmonicznych napięcia sieci, będące wynikiem nieliniowego poboru prądu przez odbiorniki, jak zasilacze impulsowe małej mocy, zasilacze do lamp oświetleniowych, po części również falowniki w napędach. Analizatory ułatwiają to zadanie, nie tylko dostarczając pomiaru całkowitego współczynnika zawartości harmonicznych THD, ale także analizując sieć w wybranym zakresie.

W większości przypadków ważne jest to, co dzieje się na początku, z pierwszymi kilkunastoma wielokrotnościami częstotliwości sieci, gdyż one niosą największą energię, ale aparatura dostępna na rynku mierzy także energię wybranych harmonicznych ze środka zakresu maksymalnego. Pozostałe pomiary realizowane przez większość mierników to obliczanie zapotrzebowania na moc, jakie wylicza się na podstawie analizy zgromadzonych wartości chwilowych, pomiar zużycia energii, współczynnika asymetrii dla poszczególnych faz napięcia sieci, a nawet wyliczanie parametrów układu kompensacji mocy biernej.

Ważną cechą, jaką powinien charakteryzować się analizator jakości energii, jest zgodność z klasą A według normy IEC 61000-4-30. Określa ona parametry, jakimi powinien wyróżniać się analizator, którego wyniki mogą stanowić dowód w rozwiązywaniu sporów na drodze sądowej. Rejestratory mogą występować w wersjach przenośnych lub stacjonarnych. Wersje stacjonarne są zwykle instalowane w celu prowadzenia ciągłego monitoringu. Urządzenia przenośne znajdują główne zastosowania w diagnostyce oraz kontrolach prewencyjnych.