Villamos hálózati jelanalizátorok
vagy más, „angolos” szóhasználattal teljesítményanalizátorok
2005/11. lapszám | netadmin | 3380 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Figyelmes szakemberek egy idő óta rendszeresen tapasztalják, "érzik", hogy valami nincs rendben. Mérni is szeretnének, sőt meg is próbálják. A szokványos kéziműszerekkel (multiméterekkel és lakatfogókkal) azonban legtöbbször nem mennek semmire. Va...
Figyelmes szakemberek egy idő óta rendszeresen tapasztalják, "érzik", hogy
valami nincs rendben. Mérni is szeretnének, sőt meg is próbálják. A szokványos
kéziműszerekkel (multiméterekkel és lakatfogókkal) azonban legtöbbször nem
mennek semmire. Vajon miért?
A választ röviden megfogalmazva: azért, mert a felsorolt jelenségeket olyan
jelösszetevők okozzák, melyek a korábbi, csak az 50 Hz körüli frekvenciára
méretezett műszerek méréshatárán kívül esnek. A helyzet ugyanis az, hogy a
növekvő számú nemlineáris terhelés (kapcsolóüzemű tápegységek, tirisztoros
és triacos teljesítményszabályozók, frekvenciaváltós motorok, fénycsőlámpák
stb.) hatására a 
hálózaton nagyfrekvenciás összetevők, úgynevezett felharmonikusok
keletkeznek. Velük kapcsolatban pedig legalább két nyilvánvaló probléma merül
fel: egyrészt a szabályos szinusz helyett erősen torz jelek, másrészt az 50
Hz mellett annak többszörösei jelennek meg, s így a régebbi konstrukciójú mérőáramkörök
nem tudnak helyesen mérni. Ha pedig nem tudok helyesen mérni, akkor nem tudom
felmérni a probléma nagyságát sem. Ezt pedig nem engedhetjük meg magunknak,
mert (s ez nem üres ijesztgetés, mert Magyarországon is már több esetben megtörtént)
az említett melegedések tüzeket (nullavezető leégése), robbanást (fázisjavító
kondenzátor) stb. okozhatnak, a meghibásodások pedig egyrészt közvetlen életveszélyt,
másrészt feszültség-kimaradást és költséges termeléskiesést vonhatnak maguk
után.
A gondok növekedésével párhuzamosan dolgoztak a fejlesztők, és kialakult a
hálózati analizátorok műszercsaládja, melynek tagjai már alkalmasak többé-kevésbé
az összes ismert hiba és hibaok feltárására. De kell-e feltétlenül ilyen műszer?
És hogyan válaszszunk a rengeteg típusból? Ezzel kapcsolatban szedtünk össze
egy-két gondolatot. Kezdjük először is (képletekbe itt most nem belemerülve)
a "teljes harmonikus torzítással" (Total Harmonic Distortion = THD) és egy
"ökölszabállyal".
A THD egy 0-100% közötti érték, amely megadja, hogy a szinuszjeltől mennyire
tér el az észlelt jelalak. Az ökölszabály pedig az, hogy ha a hálózati feszültségjel
mérésekor a THD 6-7% vagy nagyobb, akkor feltétlenül hálózatminőséggel foglalkozó
szakemberhez kell fordulni, hogy az okot megkeresse. THD-mérésre egyik-másik
modernebb érintésvédelmi ellenőrző műszer, egyes kézi teljesítménymérők és
igényesebb lakatfogó multiméterek is alkalmasak.
A másik, még mindig analizátor nélkül megoldható felderítő mérés, ha meglévő
régebbi műszerünk mellé beszerzünk egy "TRMS" (True RMS = valós négyzetes középérték)
mérőképességű (esetleg lakatfogós) multimétert, és - mondjuk - az időnként
kiolvadó biztosíték áramát mindkettővel mérjük. Ha a kettő között jelentős
eltérés van (akár 30-40% is lehet!) akkor (persze kalibrált, tehát ellenőrzött
műszerek esetén) gyakorlatilag biztos, hogy felharmonikusokkal van dolgunk.
Ugyanígy biztosak lehetünk a felharmonikusok jelenlétében, ha nagyjából szimmetrikus
terhelésű háromfázisú hálózatunk nullavezetőjén 150 Hz-es jellemző frekvenciájú
és a fázisvezetőkön folyó árammal megegyező nagyságrendű áram folyik. Persze
ne felejtsük: ezt a mérést is "TRMS műszerrel" illik végrehajtani a torz jelalak
miatt.
(Itt szeretném közbevetni, hogy a TRMS mérőelektronika sem mindenható. Specifikációjához
szervesen hozzátartozik az ún. csúcstényező (CF = crest factor) értéke. Ez
egy hányados, és azt mondja meg, hogy a jel csúcsértéke (maximális amplitúdója)
hogyan aránylik ugyanazon jel "rms" értékéhez. Szinuszra az értéke egy. Ahogy
távolodunk a szabályos szinusztól, és a jelben a torzulások következtében "csúcsok"
jelennek meg, az érték nőni kezd. Az általam ismert legjobb műszerek is csak
CF = 10 értékig viselik ezt el. Tehát jó, ha tudjuk, hogy a TRMS műszernek,
ill. mérésnek is van korlátja.)
Az előbbi méréseken túl már valóban analizátorra van szükség. Mint általában
a célműszerek esetén, most is széles választékkal találkozunk, van minden "a
Trabanttól a Mercedesig", ahogy a mellékelt táblázatban is látható. Általában
elmondható, hogy a specifikációkban közölt adatokat gondosan értelmezni kell.
A cégek sok esetben ugyanis eltérő megfogalmazásban, különféle szempon-tok
és terminológiák szerint adják meg az adatokat, így néha egyáltalán nem könnyű
összevetni azokat.
Ha kategorizálni akarunk: a legnagyobb tudású, legtöbb paramétert mérő műszerekre
elsősorban az erőműveknek, az áramszolgáltatóknak, nagyfogyasztóknak, és persze
a hálózatminőségi problémák megoldásával foglalkozó cégeknek van szükségük.
A mindennapi gyakorlatban a tervszerű ellenőrzéseknél vagy a helyi elektromos
rendszeren előforduló komolyabb változtatásoknál (pl. transzformátorcsere,
fázisjavító kondenzátortelep üzembe helyezése, frekvenciaváltós vezérlés telepítése,
egyszerre több új számítógép használatba vétele stb.) egy egyszerűbb kivitel
is megteszi, de felharmonikusok mérésére - már a mai viszonyok között is nyugodtan
kimondhatjuk - annak is alkalmasnak kell lenni. Ugyanakkor nem kritikus, hogy
hányadik felharmonikusig mér a műszer, ha a táblázatunkban minimumként előforduló
13-ig mér, általában az is teljesen elegendő, mert a felharmonikusok jelentősége
(a nekik tulajdonított zavaró hatás) a rendszámuk emelkedésével erősen csökken.
A műszerválasztásnál fontos kérdés, hogy a meglévő, illetve várható problémák
tartósan fennállnak vagy alkalmilag jelentkeznek. Az első esetben komolyabb
tárolási kapacitással, azaz hosszabb lehetséges regisztrációs időtartammal
bíró műszerek az előnyösek. Átépítések, módosítások, telepítések utáni ellenőrzésekhez
viszont gyakran elegendő az új üzemállapot rövid idejű megmérése, esetleg rövid
regisztráció az adatok dokumentálása céljából. Figyeljünk arra is, hogy új
fogyasztók bekapcsolása kritikus lehet, ezért a bekapcsolási áram (angolul:
inrush current) és a feszültség vizsgálatának szükségessége is felmerülhet.
A fogyasztókban működési problémákat okozhatnak mind a hoszszabb idejű feszültségváltozások
(feszültségcsökkenés és -emelkedés több perióduson keresztül), mind a rövid
idejűek (pl. néhány mikroszekundumos, ám kilovoltnyi nagyságú "tüskék"). Az
első jelenség vizsgálatára gyakorlatilag minden analizátor képes. Ha a másodikkal
van dolgunk, akkor gyorsabb (nagyobb mintavételi frekvenciával is dolgozni
képes) és ezzel drágább műszert kell választanunk. Vagy esetleg megelégszünk
egy csak a feszültséget naplózó memóriás regisztrálóval, amelynek ára harmada-negyede
egy analizátorénak, de ugyanúgy napokig a mérési helyen hagyható.
Mérésünk jellege olyan is lehet, hogy célszerű lenne a mért értékeket távolról
leolvasni, esetleg a mérési paramétereken változtatni. Ma már ez sem gond,
esetenként többféle interfész közül is választhatunk, és a - gyakran opciós
- szolgáltatásnak már az ára sem horribilis.
Végül, de nem utolsósorban, ne felejtsünk - a felhasználás céljának, jellegének,
várható helyszínének ismeretében - a választandó készülék gyakorlati használatával,
kezelésével kapcsolatos alapvető tulajdonságok iránt is tájékozódni, úgymint:
méret, súly, tápellátás, tartozékok, leolvashatóság, védelmek stb.
Legvégül pedig azoknak a kollégáknak, akiket a hálózatminőség kérdései és a
megoldások bővebben érdekelnek, ajánlok még egy "nonprofit", az Európai Unió
által is támogatott (és részben magyar nyelvű!) forrást, a Leonardo Power Quality
Initiative honlapját, ahol ingyenes anyagok találhatók, sőt szabadon le is
tölthetőpk: www.lpqi.org. Kellemes böngészést! Németh Gábor
