Jön a DC? Nos, talán mondhatni, hogy „feltűnt a kanyarban”. Az mindenképpen érdekes, hogy a villamosenergia-szolgáltatás egyenárammal indult. Sőt, még 110 éve is a magyarországi villamos művek többsége egyenfeszültségen működött. S most lassan (nagyon lassan, mert azért komoly problémákat kell megoldani) talán visszatérünk a „jó öreg” Volta féle DC-hez. Addig azonban továbbra is meg kell küzdenünk a jelenleg használt váltóáramú villamos hálózatunkon tapasztalható problémákkal.
Ezekből újabban ismét több van, s ehhez a DC-nek is köze van! Egyre több a napelemes erőmű, gyakran akkumulátoros energiatárolással. Mindkettő tipikusan egyenáramú eszköz, viszont a kis- és középfeszültségű villamos hálózathoz be vannak kötve a hozzájuk kapcsolt invertereken keresztül, s míg a zöld energiának örülünk, a növekvő számú és teljesítményű invertereknek a hálózati jel paraméterekre gyakorolt káros hatásainak már nem annyira!
Egy közelmúltban végzett vizsgálat szerint egy átlagosnak mondható és korszerű (éppen ezért nem lineáris) fogyasztókkal rendelkező hálózati leágazáson, amelyre egy otthont, egy kereskedelmi egységet és egy irodát, illetve azok tipikus fogyasztóit kötötték, életszerű használat mellett az energiaveszteség elérheti a 20%-ot is! Hatalmas érték, amikor a mérnökök százalékpontokért küzdenek a fejlesztőmunkájuk során! A kutatócsoport a megdöbbentőnek mondható eredményeket egy hálózati analizátor segítségével érte el. Ez az eszköz tehát egyelőre „nem megy ki a divatból”, ezért érdemes néha foglalkozni azzal, hogy – igény esetén – melyiket, miért tegyük, vagy ne tegyük a szerszámos vagy műszeres táskánkba. Ezért a termékkört bemutató áttekintő táblázatunk paramétersorából emelünk ki néhány lényeges szempontot.
A fent említett újabb problémák megjelenésének tényét alátámasztja az is, hogy 2018 végén megjelent az E VDE-AR-N 4100 szabvány, melynek 5.4.4.3 pontja a felharmonikus áramok problémájával foglalkozik a 9 kHz-es frekvenciáig terjedően, s kimondja, hogy a szintjüket alacsonyan kell tartani, ebből következően mérni is kell. Ugyancsak egy német gyártó forgalomba hozta 0,05…10 kHz-es sávszélességű, bontható kiviteleket is kínáló áramváltócsaládját, melyekkel a nagyobb áramok felharmonikusainak mérése is megoldható. Érdemes tehát körülnézni a szóban forgó műszerfajta legjobb jelenlegi képviselőit bemutató összehasonlításban!
A táblázat és ami mögötte van
Mint a legtöbb műszerkategóriában, itt is az a helyzet, hogy szinte minden komoly villamos mérőműszergyártó kifejlesztette saját típusát vagy típuscsaládját, így aztán vásárlási szándék esetén nem könnyű a választás. Rengeteg tulajdonságot és számszerű adatot kell gondosan átnézni, összehasonlítani, figyelve közben a vonatkozó szabványokra is.
A nehézségek ellenére megpróbáltunk egy olyan összehasonlító táblázatot készíteni, mely egyfajta iránytűként szolgál egy elsődleges tájékozódásban, s lehetővé teszi, hogy néhány alapvető paraméter figyelembevételével gyorsan kiderüljön, hogy a keresgélés során mely típusokkal érdemes tovább foglalkozni, s melyekkel nem.
A táblázatban csak hordozható analizátorok szerepelnek, de felhívjuk a figyelmet: ma már táblaműszer-kivitelben is nagy tudású analizátorokat képesek a gyártók előállítani, illetve fixen, akár villanyoszlopra vagy alállomási rack-szekrénybe telepített, nagyteljesítményű, 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. (Felsorolni is sok ennyi jót!)
A döntő szempontok: a mérés célja, pontossági igénye, fizikai megvalósíthatósága
Az esetek döntő többségében három fázison kell mérni. Rögtön ott a kérdés, hány csatornás legyen az új készülék. A válaszhoz tudni kell, hogy a mérendő hálózatok mennyire terheltek felharmonikusokkal. Ha egy háromfázisú hálózaton sok a nemlineáris terhelés (pl. számítógépek, híradástechnikai eszközök kapcsolóüzemű tápegysége), akkor az általuk keltett (elsősorban áram) jeltorzulások miatt a nullavezetőben gyakran nagyobb áram folyik, mint egyik-másik fázisvezetőben. Így a nullavezető feszültsége is szokatlanul megemelkedhet a földeléshez képest. Ilyen esetekre készülve tehát feltétlenül a nullavezető feszültségét és áramát is mérni képes „4U/4I” bemenő csatornával rendelkező analizátort kell kiválasztani. Manapság arra is gondoljunk, hogy egyenáramú hálózatokat (pl. az említett napelemes, akkumulátoros, vagy egyéb speciális rendszerek) is kellhet mérni, s akkor mind a feszültség, mind az áram csatornáknak, mind az utóbbihoz tartozó lakatfogó-választéknak alkalmasnak kell lennie DC mérésre. A mérési tartományok vizsgálata is fontos, különösen az áram mérésénél, 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, különös tekintettel a mérni kívánt áramvezetők fizikai méreteire is, hisz a kábelt vagy sínt át kell tudni karolni a lakatfogó adapterrel. A rugalmas (Rogowski-tekercses) áramváltók talán jobbak ebből a szempontból, de csak AC-ra alkalmasak. Illetve egyes adaptereknél a körbevett terület ovális, ezért az átkarolható körátmérő megadott értékénél valamivel nagyobb szélességű sínen is lehetséges mérni. Például, ha Ø35 mm van megadva a specifikációban, akkor még lehet, hogy egy 40 mm-es sín is átkarolható, és elkerülhetjük egy nagyobb (és általában drágább) adapter beszerzését.
Speciális síncsipeszek a könnyebb és biztonságosabb csatlakoztatáshoz
A fentebb említett szempontok végiggondolása után a mérések „fizikai” elvégezhetősége biztosított lesz, a pontosságukról azonban még nem beszéltünk. Fel kell hívni a figyelmet arra a tényre, hogy ha egy bemeneten bármilyen átalakítót, adaptert használunk, akkor a bemeneti csatorna saját mérési hibájához hozzá fog adódni az átalakító hibája is. Magyarul: hiába a drága, nagy pontosságú mérőműszer, ha silány minőségű az adapter annak bemenetén.
A hálózati analizátorokat pontossági kategóriákba sorolja az IEC 61000-4-30 szabvány. Sokáig az A és B osztály volt definiálva. A 2014-es 3. kiadás viszont A, S, és B osztályt különböztet meg. Ezek közül a B osztályba tartoznak a szerényebb pontosságú, elsősorban hibakeresésre és tájékoztató mérésekre alkalmas műszerek. Tehát pontossági igény szerint is elkezdhető a készülékválogatás, ám közben érdemes a szabványnak az alkalmazhatóságra vonatkozó ajánlásait is követni.
Mérési pontosságot befolyásoló tényezőként még meg kell említeni a gyakran előforduló torzult jelalakok mérésénél igen fontos, és korrekt specifikációkban mindig megtalálható adatot, az ún. csúcstényezőt, angolul Crest Factort (CF). Definíciója így hangzik: a mért áram pillanatnyi csúcsértéke és az áram RMS (azaz négyzetes közép-) értékének hányadosa. Normál, lineáris fogyasztónál (azaz szabályos szinuszos jelnél) 1,41-es (√2) értékű. Kapcsolóüzemű tápegységeknél viszont elérheti a 2-3 körüli értéket is, ami a gyakorlatban például azt jelentheti, hogy az áramkör 6 A helyett (bár rövid ideig, impulzusszerűen, de) akár 12-18 A áramot is felvesz! Ha a mérés 10 A-es méréshatárú lakatfogó adapterrel történik, a vasmag az áramcsúcsnál telítésbe mehet, „levághatja” a jelet, s ezért a valósnál jóval kisebb áramérték adódhat, vagyis erősen megnőhet a mérés hibája. Hiába van tehát egy mérőeszközre ráírva, hogy TRMS, azaz „valódi négyzetes középértéket” képes mérni, ha a CF „képessége” nem elég nagy. Érdemes minimum 5-ös értékre törekedni (Összehasonlításképpen: jó minőségű asztali multimétereknél 10-es CF érték is előfordul.)
A villamos hálózat működését hosszú és rövid idejű események egyaránt jellemzik. Jó, ha a normálhosszú idejű regisztrálás keretében az analizátor beépített szoftvere „gombnyomásra” képes az EN 50160 szabvány szerinti minőségvizsgálatra is. Még jobb, ha a vizsgálandó paraméterek szabvány szerinti határértékei átírhatók, hiszen egy szabvány az idők során módosulhat, vagy adott mérésnél lehetőség, esetleg szükség van szigorúbb értékeket előírni.
Hosszú idejű regisztrálás szándéka esetén figyelni kell arra, hogy az analizátor hány csatornát képes egyszerre rögzíteni, mennyi időnként tárol eredményt és egy adott tárolási időközzel mennyi ideig lesz elég a beépített memóriája és annak esetleges kiterjesztése (pl. SD memóriakártya).
Hálózati analizátor beállítása a helyszínen
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 gyakorolhat az őt tápláló hálózatra. Nagyméretű motor indításkor – még terheletlen állapotban is – képes a névleges áramának többszörösét is felvenni. A nagy áramimpulzus, a hálózat belső ellenállása miatt, annak 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 lámpa.) E rövid idejű jelenségeknek a vizsgálatához gyorsműködésű 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 csak az érdekesek (és csakis azok) kerüljenek a memóriába – a későbbi visszanézés és analízis céljából. A hosszú és rövid idejű mérések, valamint az adatgyűjtés egyszerre, egy időben történő megvalósítása természetesen nagyobb teljesítményű számítógépet, több háttértárat, bonyolultabb szoftvert stb. követel, így arra számítani kell, hogy az ilyen képességekkel bíró készülék ára borsosabb is lesz.
A flexibilis áramváltók ma már igen elterjedtek
Villogás (flicker)
A villogás tulajdonképpen az 50 Hz-es hálózati feszültségjel kisfrekvenciás modulációja, amit nagyteljesítményű fogyasztók (pl. hegesztőgépsorok, ívkemencék) ki-be kapcsolgatása okoz, s (elsősorban) szó szerint az izzólámpák számunkra zavaró villogásaként jelentkezik. Van ennek a mérésnek is hosszúidejű (Plt) és rövididejű (Pst) változata, s ha ilyen mérési feladatra kell eszköz, akkor jól körül kell nézni, mert viszonylag kevés műszer képes a villogást mérni és nem feltétlenül egyszerre mindkettőt!
Távműködtetés
Elsősorban a hosszú idejű mérések esetén merülhet fel a hálózati analizátor távkezelhetőségének kérdése, beleértve az átparaméterezést és a mért és/vagy tárolt adatok kiolvasását. Érdemes tehát megnézni a kommunikációs lehetőségeket, pl. az esetleges GSM opciót, vagy pl. a beépített webszerver meglétét, ami bármilyen, megfelelő böngészőszoftvert futtató gépről lehetővé teszi a hozzáférést, természetesen megfelelő „kibervédelem” biztosításával.
Mérési pont és mérési idő precíz azonosítása
Ha az elosztóhálózat egy meghatározott, nagyobb kiterjedésű részén, több mérőponton és pontosan egy időben történő (pl. tranziens terjedési) mérések végzése, illetve összevetése szükséges, akkor nem szabad kihagyni a GPS opciót a választott készülékből!
Akkumulátorok
A használat körülményei szempontjából nagyon fontos lehet az akkumulátoros működés és annak ún. áthidalási ideje. Ha a mérés olyan helyen történik, ahol rendszeresek az áramkimaradások, netán éppen azoknak a bekövetkezési ideje, oka, időtartama, lefolyása, 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 teljesítmény-analizátorokkal 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!
Szóval jön a DC, de egyelőre nem egészen úgy, ahogy akarjuk. Ezért készüljünk…
