Gondolatok a hordozható hálózati analizátorokról
2014/7-8. lapszám | Németh Gábor | 5335 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Cikkünkben a hálózati analizátorokkal ismerkedünk meg, s ehhez a hazai termékkinálatot bemutató áttekintő táblázatunk kérdéssorából emelünk ki néhány lényeges szempontot. Előtte azonban tartsunk egy rövid történeti visszatekintést, amelynek során kiderül, hogy a hálózati vagy teljesítmény- analizátort – tulajdonképpen – a transzformátor három magyar fel- találójának köszönhetjük… Hogy miért is?
Talán nem annyira köztudott, hogy az áramszolgáltatás az 1800-as évek végén egyenárammal indult meg. 1878-ban a Ganz és Társa Vasöntő és Gépgyár Rt. öntödéjében már villamos ívlámpákat használtak üzemi világítás céljára. A világ első közcélú villamos művét 1882-ben New Yorkban helyezték üzembe, és alig két évre rá már Temesvárott is volt hasonló, utcai közvilágítás biztosítására. A budapesti Ganz-gyár mérnökei (Bláthy, Déri és Zipernovszky) 1885-ben szabadalmaztatták a transzformátort, amellyel a generátor váltakozó feszültségét nagyobb feszültségre átalakítva lehetővé vált az energia nagy távolságra való gazdaságos szállítása. S bár az 1911-ben Magyarországon működő 75 villamos műből 44 még mindig egyenáramot szolgáltatott, nem volt kétséges a szinuszjel térhódítása a villamosenergia-rendszerben. Ahogy a rendszer nőtt, s megjelentek rajta új struktúrák, eltérő villamos tulajdonságokkal bíró hálózati elemek, különösen a nemlineáris fogyasztók, úgy jelentek meg és szaporodtak a hálózaton a zavarok, a fázisproblémák, a torzulások a szinuszjelen (azaz a felharmonikusok). Ezeknek a jelhibáknak a gyakorisága és intenzitása nőtt, közben pedig az elektronikus áramkörök megjelenésével a fogyasztói berendezések egyre érzékenyebbek lettek a tápfeszültség minőségére. A feszültség és áramjelek torzulásai által keltett komoly és korábban ismeretlen problémák jelentkezése következtében szükségessé vált a jelalakoknak és a jelek közötti viszonyoknak a vizsgálata, új jellemzők bevezetése és egyre komplexebb elemzések készítése, amit a digitális technika, azon belül az adatgyűjtési, -tárolási és -megjelenítési technológiák, szoftverek fejlődése tett lehetővé. Ez utóbbi vívmányok megtestesülése egy mai korszerű hálózati avagy teljesítmény-analizátor, mely nem jött volna létre a három mérnök találmánya nélkül…
A táblázat, és ami mögötte van
Mint a legtöbb műszerkategóriában, a hálózati analizátoroknál is az a helyzet, hogy szinte minden komoly villamos mérőműszergyártó kifejlesztette saját típusát vagy típuscsaládját. Vásárlási szándék esetén nem könnyű a választás a sok szebbnél szebb és okosabbnál okosabb műszer közül, hiszen rengeteg tulajdonságot és számszerű adatot kell készülékenként gondosan átnézni, majd összevetni.
A nehézségek ellenére megpróbáltunk egy olyan összehasonlító táblázatot készíteni, mely egyfajta iránytűként szolgál egy elsődleges tájékozódásban, s lehetővé teszi, hogy néhány alapvető paraméter figyelembe vételével gyorsan kiderüljön, hogy a keresgélés során mely típusokkal érdemes tovább foglalkozni, s melyekkel nem.
A táblázatban ezúttal csak a hordozható analizátorok szerepelnek, de felhívjuk a figyelmet, hogy ma már táblaműszer kivitelben is nagy tudású analizátorokat képesek a gyártók előállítani, illetve fixen, akár villanyoszlopra vagy alállomási rack-szekrénybe telepített, nagy teljesítményű, SQL adatbázisra akár éveken keresztül dolgozó, számos feszültség- és árammérő csatornával felszerelhető, kamerajel és analóg érzékelők jeleinek regisztrálási lehetőségével, s gyakran távkezelési lehetőséggel is ellátott adatgyűjtő analizátor- rendszerek is léteznek.
A döntő szempontok: a mérés célja és pontossági igénye
Legelőször azt kell eldönteni, hogy megelégszünk-e egyfázisú készülékkel. Az esetek döntő többségében: nem. S akkor rögtön ott a kérdés, hogy hány csatornás is legyen a háromfázisú készülék. A válaszhoz tudni kell, hogy a mérendő hálózatok mennyire terheltek felharmonikusokkal. Ha ugyanis egy háromfázisú hálózaton sok a nemlineáris terhelés (pl. számítógépek, hí- radástechnikai eszközök kapcsolóüzemű tápegysége), akkor az általuk keltett (elsősorban áram) jel torzulások miatt a nullavezetőben gyakran nagyobb áram folyik, mint egyik-másik fázisvezetőben, így a feszültsége is megemelkedhet a földeléshez képest. Ilyenkor tehát feltétlenül a nullavezető feszültségét és áramát is mérni képes „4U/4I” bemenő csatornával rendelkező analizátort kell kiválasztani. Arra is figyelni kell, ha esetleg egyenáramú hálózatokat (pl. napelemes, akkumulátoros, vagy egyéb speciális rendszerek) is kell mérni, akkor mind a feszültség-, mind az áramcsatornák, mind az utóbbihoz tartozó lakatfogó -választék alkalmasak legyenek DC-mérésre. A méréstartományokat is vizsgálni kell, különösen az árammérést, mert a lakatfogó adapterek árammérő képessége fizikai okok (a vasmag mágnesezési tulajdonságai) miatt nem csak felülről, hanem alulról is korlátos. Meg kell tehát gondolni, hogy a mérni kívánt legkisebb és legnagyobb áramhoz képest a kiválasztandó analizátor rendelkezik-e megfelelő lakatfogó-választékkal. És ki ne hagyjunk még egy nagyon fontos paramétert: a mérni kívánt áramot vezető kábelt vagy sínt át is kell tudni karolni a lakatfogó adapterrel! Mivel léteznek rugalmas áramváltók (Rogowski tekercses), illetve egyes adaptereknél a körbevett terület ovális, ezért az átkarolható körátmérő megadott értékénél nagyobb szélességű sínen is lehetséges mérni. Például, ha 0 35 mm van megadva a specifikációban, akkor még lehet, hogy egy 40 mm-es sín átkarolható, és akkor esetleg nem kell nagyobb (és általában jóval drágább) adaptert beszerezni!
A fentebb említett szempontok végiggondolása után a mérések „fizikai” elvégezhetősége biztosított lesz, a mérések pontosságáról azonban még nem beszéltünk. Azzal kapcsolatban legelőször is arra kell felhívni a figyelmet, hogy ha egy bemeneten bármilyen átalakítót, adaptert használunk, akkor a bemeneti csatorna saját mérési hibájához hozzá fog adódni az átalakító hibája is! Magyarul: hiába vettünk nagy pontosságú műszert, ha silány adaptert használunk annak bemenetén!
A hálózati analizátorokat pontossági kategóriákba sorolja az IEC 61000-4-30 szabvány. Egészen a közelmúltig A és B osztályt definiált, a 2014-es új, 3. kiadás viszont A, S és B osztályt különböztet meg, ahol a B osztály a szerényebb pontosságú, elsősorban hiba keresésére, tájékoztató mérésekre alkalmas műszerekre vonatkozó követelményrendszer. Pontossági igény szerint is elkezdhető a készülékválogatás, ám közben érdemes a szabványnak az alkalmazhatóságra vonatkozó ajánlásait is követni.
Pontosságot befolyásoló tényezőként még meg kell említeni a gyakran előforduló torzult jelalakokkal kapcsolatos és korrekt specifikációkban mindig szereplő igen fontos adatot, az ún. csúcstényezőt, angolul Crest Factort (CF). Definíciója így hangzik: a fogyasztó áramának pillanatnyi csúcsértéke és az áram RMS (azaz négyzetes közép-) értékének hányadosa. Normál fogyasztónál (azaz szabályos szinuszos jelnél) 1,41-es ( 2) értékű. Kapcsolóüzemű tápegységeknél viszont elérheti a 2-3 körüli értéket is, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy az áramkör 6 A helyett (bár rövid ideig, impulzusszerűen) akár 12-18 A áramot is felvesz! Ha ezt a mérést 10 A-es méréshatárú lakatfogó adapterrel végezzük, a vasmag az áramcsúcsnál telítésbe mehet, „levágja” a jelet, s ezért a valósnál kisebb áramértéket fogunk mérni, vagyis erősen megnő a mérés hibája. Hiába van tehát egy mérőeszközre ráírva, hogy TRMS, azaz „valódi négyzetes középértéket” képes mérni, ha a CF értéke nem elég nagy! Érdemes minimum 5-ös értékre törekedni! (Összehasonlításképpen: jó minőségű asztali multimétereknél 10-es CF érték is előfordul.)
Egy villamos hálózat működését hosszú és rövid idejű események egyaránt jellemzik. Jó, ha a normál hosszú idejű regisztrálás keretében az analizátorunk beépített szoftvere „gombnyomásra” képes az EN 50160 szabvány szerinti minőség vizsgálatra is. Még jobb, ha a vizsgálandó paraméterek szabvány szerinti határértékei átírhatók, hiszen egy szabvány az idők során módosulhat, vagy adott mérésnél lehetőség van szigorúbb értékeket előírni.
Hosszú idejű regisztrálás szándéka esetén figyeljünk arra, hogy az analizátor hány csatornát képes egyszerre rögzíteni, mennyi időnként tárol eredményt, és adott tárolási időközzel menynyi ideig képes a beépített memóriája (ill. annak lehetséges kiterjesztése pl. SD memóriakártyával) fogadni az adatokat.
Indulási/bekapcsolási áram (In-Rush), tranziensek
Az egy-egy hálózatrészre kapcsolt számos fogyasztó közül mindig van, amit éppen ki- vagy bekapcsolnak, így mindig vannak változó nagyságú, lökésszerű áram- (és feszültség-) változások. Ha a kapcsolt fogyasztó viszonylag nagy teljesítményű, akkor viszonylag nagy hatást is képes gyakorolni az őt tápláló hálózatra. Egy nagy méretű motor az indításakor még terheletlen állapotban is képes névleges áramának többszörösét felvenni, ami az átmenő ellenállások miatt, azok nagyságától függően, a feszültségben is csökkenést, letörést eredményezhet. (Otthon is gyakran tapasztalható ilyesféle jelenség, pl. egy 2 kW-os porszívó bekapcsolása pillanatában „villan” egyet az éppen világító izzólámpa.)
E rövid idejű jelenségeknek a vizsgálatához gyors működésű mérő és adatgyűjtő áramkörök szükségesek. Elengedhetetlen az oszcilloszkóp funkció (lehetőleg tárolással) a jel alakjának szemrevételezéséhez, dokumentálásához, valamint fejlett trigger (indító) áramkörök a jelenségek felismeréséhez, kezdőpontjuk meghatározásához és a mérés/tárolás időben történő elindításához. Egyes analizátorokban egyszerre több indítási feltételt, sőt azok logikai (ÉS/VAGY) kapcsolatát is be lehet programozni ahhoz, hogy egy hosszú idejű regisztrálási folyamat közben a hálózaton történő számos rövid idejű eseményből a minket érdeklőknek (és csakis azoknak) történjen meg a memóriába történő mentése – a későbbi visszanézés és analízis céljából. A hosszú és rövid idejű mérések, illetve adatgyűjtés egyszerre történő megvalósítása természetesen nagyobb teljesítményű számítógépet, több háttértárat, bonyolultabb szoftvert stb. követel, így arra számítani kell, hogy az ilyen képességekkel bíró készülék ára borsosabb.
Villogás (flicker)
A villogás tulajdonképpen az 50 Hz-es hálózati feszültségjel kisfrekvenciás modulációja, amit nagy teljesítményű fogyasztók (pl. hegesztő gépsorok, ívkemencék) ki-be kapcsolgatása okoz, s (elsősorban) szó szerint az izzólámpák számunkra zavaró villogásaként jelentkezik. Van ennek a mérésnek is hosszú idejű (Plt) és rövid idejű (Pst) változata, s ha ilyen mérési feladatra keresünk eszközt, akkor arra figyelni kell, hogy viszonylag kevés műszer képes a villogás mérésére, és nem feltétlenül mindkét fajtáéra!
Távműködtetés
Elsősorban a hosszú idejű mérések esetén merülhet fel a hálózati analizátor távkezelhetőségének kérdése, beleértve az átparaméterezést és az aktuálisan mért és/vagy tárolt adatok kiolvasását is. Érdemes tehát megnézni a kommunikációs lehetőségeket, pl. az esetleges GSM opciót, vagy pl. a beépített webszerver meglétét, ami bármilyen, megfelelő böngésző szoftvert futtató gépről lehetővé teszi a hozzáférést.
Akkumulátor
A használat körülményei szempontjából nagyon fontos lehet az akkumulátoros működés áthidalási ideje. Ha a mérés olyan helyen történik, ahol rendszeresek az áramkimaradások, netán éppen azok bekövetkezési ideje, időtartama, lefolyásuk módja, a keletkező (vagy éppen okozó) tranziensek a vizsgálat tárgyai, akkor elengedhetetlen, hogy az analizátor a hálózati táplálás megszűnése után is elég hosszú ideig (ez az áthidalási idő), lehetőleg egészen a feszültség visszakapcsolásáig folyamatosan mérjen és regisztráljon! Ezt még ki lehet egészíteni azzal, hogy az akkumulátorok lemerülése esetén rendezett kikapcsolás történjen, és a hálózati feszültség visszaállása után az analizátor automatikusan ott tudja folytatni a mérést, ahol abbahagyta.
A hálózati vagy teljesítményanalizátorokkal kapcsolatban még sok részletbe lehetne elmélyedni, a legfontosabb gondolat azonban inkább az, hogy ha valaki rejtélyes, megmagyarázhatatlannak tűnő meghibásodásokat, túlmelegedéseket, leállásokat, kikapcsolásokat tapasztal műszereknél, gépeknél, gyártósoroknál, akkor feltétlenül jusson eszébe, hogy a hálózati jel minőségét megvizsgálja, megvizsgáltassa!
