V dnešní době masového nasazování elektrických pohonů s frekvenčními měniči s napěťovým střídačem a spínaných napájecích zdrojů se objevuje problém s kvalitou el. energie v síti. Tyto zařízení jsou díky odběru neharmonického proudu zdrojem nízkofrekvenčního rušení. Neharmonický proud způsobuje úbytky napětí na impedancích sítě, což vede k deformaci napěťové křivky.

Deformované napětí v síti pak může mít za následek nečekané výpadky a snížení životnosti jednotlivých zařízení. Dále nesmíme zapomenout, že na mechanické práci se podílí jen 1. harmonická složka napětí (50 Hz). Všechny ostatní složky způsobují pouze ztráty. Znalostí kvality sítě lze tedy předejít neočekávaným událostem, vyhledat kde se objevují problémy, optimalizovat odběry el. energie a v neposlední řadě se vyhnout konfliktu s dodavatelem elektrické energie.

Obr. 1 Umístění ELSPEC G4000 v distribuční síti

Abychom byli schopni tyto problémy řešit, musíme kvalitu el. energie v síti znát. Kvalita elektrické energie je definovaná několika základními parametry. Nejdůležitějšími z nich jsou přepětí, podpětí a výpadky napětí, dále pak přechodné jevy, napěťové nevyvážení, flicker a obsah harmonických složek. K účelu měření těchto parametrů je na našem trhu celá řada analyzátorů, které tyto problémy komplexně řeší. Ty je možné rozdělit do dvou základních skupin a to na analyzátory ruční, přenosné, vhodné především pro údržbu výrobních zařízení a na analyzátory pevně instalované. Tyto analyzátory bývají instalovány v důležitých distribučních uzlech, například trafostanice a rozvodny, kde je potřeba trvale sledovat stav rozvodné sítě. Jedním z takových analyzátorů je analyzátor G4000 Blackbox od společnosti ELSPEC. Jedná se o systém skládající se z několika modulů. Jedním z nich je napájecí zdroj, dalším je modul pro měření napětí a proudů a třetím je modul počítače určený pro komunikaci a zpracování a ukládání naměřených dat. Dále jsou k dispozici moduly pro bezdrátovou komunikaci nebo modul ovládací a zobrazovací jednotky. Instalace přístroje je velmi jednoduchá. Napětí se měří přes vstupní napěťové svorky. Součástí měřícího modulu jsou i měřící proudové transformátory s rozsahem 0 – 10 A. Těmito transformátory stačí pouze protáhnout sekundární vodiče měřících proudových transformátorů, kterými bývá vybavena každá rozvodna.

Obr. 2 Analyzátor Elspec G4000

Analyzátor G4000 vytváří nepřetržitý záznam všech napětí a proudů se vzorkovací rychlostí až 1024 vzorků na jednu periodu. Díky tomu je schopen zachytit i krátké přechodné děje. Výstupem měření je ale obrovské množství dat. Aby bylo možné tato data uložit a dále s nimi pracovat musí být komprimovány. K tomu slouží speciální patentovaná procedura PQZIP společnosti ELSPEC. V případě, že jsou vstupní veličiny v ustáleném stavu je komprimace maximální a není potřebné ukládat tak velké množství vzorků. Objeví li se v síti například krátký přechodový děj, má procedura dostatečný počet vzorků, aby bylo možné tento děj věrně zaznamenat a uložit do paměti. Můžeme tedy říci, že analyzátoru žádná událost v síti neunikne. Naměřená data jsou ukládána na paměťovou kartu. Díky komprimaci je možné uložit spojitý záznam všech napětí a proudů o délce až jeden rok. Paměťovou kartu je možné vyjmout. Pro přímé stahování dat a pro ovládání je analyzátor vybaven Ethernetovým rozhraním. Po připojení do ethernetové sítě se chová jako server s vlastní IP adresou. Na něj je pak možné přistupovat přes prohlížeč z jakéhokoli místa v síti, ovládat ho, stahovat a prohlížet data.

Obr. 3 Půlroční, pětidenní a pětisekundový záznam trendu napětí

Obrázek 3 zachycuje záznam trendu napětí. Od shora nejprve půlroční interval, níže pětidenní interval a dole pětisekundový interval. Na obrázku 4 je pak zachycen záznam několika period síťového napětí s poklesem o délce cca tří period. Zaznamenaná data lze pak pomocí software dále analyzovat z hlediska kvality el. energie a porovnávat stav například s požadavky normy ČSN EN 50160. Jde například o vyhodnocení harmonických, výkyvů napětí, přechodných dějů, nevyvážení sítě a flickeru.

Obr. 4 Záznam poklesu napětí o délce třech period

Řešení problémů s kvalitou el. energie

Problémy kvality el. energie, především z hlediska harmonických lze řešit mnoha způsoby. Mezi nejčastější z nich patří chráněná kompenzace, zařízení určené ke kompenzaci účiníku s filtračním účinkem, nebo sinusové filtry. Filtry sice velmi účinně odstraňují harmonické, jsou však velmi nákladné a dochází v nich k velkým tepelným ztrátám. V provozech s frekvenčními měniči se setkáváme většinou s jejich charakteristickými harmonickými. Jiný stav však může nastat například v automatizovaných svařovnách automobilových závodů. V takových případech je rušení víceméně náhodného charakteru. To je dáno nepravidelnou a rychle se měnící zátěží. Kolísání napětí se pak projevuje vznikem necharakteristických harmonických. Abychom zamezili kolísání napětí, je nutné tyto kmity kompenzovat. Reakce kompenzátorů musí být však velice rychlá a to v řádu jedné periody. Společnost ELSPEC nabízí řešení těchto problémů v podobě zařízení nazývaného Equalizer. Je to systém určený k omezení výkyvů proudu a napětí a filtraci harmonických v mnoha aplikacích s rychle se měnící dynamickou zátěží. Výhodou tohoto systému je velmi rychlá reakce díky polovodičovým spínačům. Řídící jednotkou je analyzátor, který sleduje napětí a zatěžovací proudy. V případě výkyvu odebíraného proudu je equalizer schopen reagovat v čase odpovídajícímu dvěma třetinám periody síťového napětí. Na obr. 5 je zachycen průběh napětí a proudu bez kompenzace a s kompenzací pomocí Equalizeru ELSPEC. Můžeme si všimnout, že v případě kompenzace není nárůst proudu odebíraného ze sítě tak významný jako bez kompenzace. Tomu odpovídá i menší pokles napětí. Na obr. 6 si pak můžeme všimnout účinku na potlačení harmonických složek napětí. Equalizer je systém, který je navržen přímo podle potřeb zákazníka, především z hlediska výkonového dimenzování.

Obr. 5 Porovnání průběhu napětí a zátěžného proudu bez kompenzace
a s kompenzací pomocí Equalizeru ELSPEC

Obr. 6 Filtrační účinek harmonických složek napětí equalizeru ELSPEC

V článku je uveden pouze stručný výčet produktů společnosti ELSPEC. Mimo zmíněné produkty dodává tato společnost i přenosné analyzátory, kompenzátory jalové energie a filtry. ELSPEC tedy nabízí komplexní řešení v oblasti kvality elektrické energie.Blue Panther je výhradním distributorem společnosti ELSPEC v České republice.

Pro více informací kontaktujte výhradního distributora přístrojů Elspec, společnost Blue Panther, s. r. o. nebo klikněte zde: http://www.blue-panther.cz/kvalita-energie-pq?producer=1