1

Podstawy monitorowanie jako

ś

ci energii elektrycznej

Podstaw

ą

badania parametrów JEE powinno by

ć

monitorowanie JEE b

ę

d

ą

ce procesem

gromadzenia, przetwarzania, analizowania i interpretacji pomierzonych parametrów JEE,
ukierunkowanym zazwyczaj na realizacj

ę

nast

ę

puj

ą

cych celów podstawowych :

- oceny poziomu JEE w systemach sieciowych (monitoring oceniaj

ą

cy); ocena polega

na porównaniu wielko

ś

ci pomierzonych z warto

ś

ciami dopuszczalnymi okre

ś

lonymi

w obowi

ą

zuj

ą

cych przepisach,

- diagnozowanie zaburze

ń

elektromagnetycznych w sieciach, gdy wyniki

monitorowania oceniaj

ą

cego s

ą

negatywne, albo gdy ich skutkiem s

ą

widoczne

zakłócenia w pracy urz

ą

dze

ń

elektrycznych (monitoring diagnostyczny);

diagnozowanie umo

ż

liwia poznanie przyczyn i natury zaburze

ń

oraz zakłóce

ń

,

pomaga w poprawie procedur realizacji monitoringu oceniaj

ą

cego, ma zastosowanie

w

okre

ś

leniu odpowiednich

ś

rodków do przeciwdziałania zakłóceniom.

Działania podstawowe w zakresie monitorowania JEE zale

żą

od odpowiedzi na pytania

nast

ę

puj

ą

ce:

- kiedy (w jakich okoliczno

ś

ciach) monitorowa

ć

parametry JEE ?

Czynnikami sprawczymi mog

ą

by

ć

przepisy okre

ś

laj

ą

ce warunki realizacji monitorowania

oceniaj

ą

cego albo widoczne zakłócenia w pracy sieci elektroenergetycznej czy

przył

ą

czonych do niej odbiorników, wymagaj

ą

ce ich zdiagnozowania. Trudniejsze w

realizacji jest monitorowanie wyprzedzaj

ą

ce okoliczno

ś

ci pojawienie si

ę

zaburze

ń

i

zakłóce

ń

;

- w jakich miejscach sieci elektroenergetycznej mierzy

ć

parametry?

Wybór miejsc pomiarów w sieci mo

ż

e by

ć

okre

ś

lony przepisami jak w przypadku

monitorowania oceniaj

ą

cego lub wymaga rozwa

ż

enia wielu czynników pomocnych w

wyborze odpowiednich miejsc zainstalowania przyrz

ą

dów pomiarowych;

- jakie parametry JEE mierzy

ć

?

W przypadku normatywnego monitorowania oceniaj

ą

cego skal

ę

parametrów JEE

okre

ś

laj

ą

przepisy reguluj

ą

ce ich pomiary. Czasami w podstawowych ekspertyzach

wymagana jest ocena wszystkich wska

ź

ników jako

ś

ci energii elektrycznej. W innych

przypadkach interesuj

ą

nas tylko niektóre parametry JEE;

- jak mierzy

ć

parametry JEE ? Jaki rodzaj przyrz

ą

dów pomiarowych zastosowa

ć

?

Wybór mi

ę

dzy podr

ę

cznymi, przeno

ś

nymi lub stacjonarnymi przyrz

ą

dami mo

ż

e zale

ż

e

ć

od

mo

ż

liwo

ś

ci pomiarowych przyrz

ą

du takich jak : czas rejestracji pomiarów, liczba kanałów

pomiarowych i rodzaj rejestrowanych zaburze

ń

,

-

jak ocenia

ć

parametry JEE ? powinna by

ć

forma raportu z wynikami monitorowania

parametrów JEE. Jak przetworzy

ć

wyniki pomiarów. Po wykonaniu pomiarów, „surowe”

dane i zdarzenia nale

ż

y przeanalizowa

ć

w celu uzyskania wniosków.

Niezale

ż

nie od rozwoju systemów pomiarowych umo

ż

liwiaj

ą

cych monitorowanie JEE w

ró

ż

nych miejscach sieci elektroenergetycznych, nale

ż

y si

ę

spodziewa

ć

zapotrzebowania na

szczegółowe badania JEE, które w wa

ż

nych w

ę

złach systemów sieciowych b

ę

d

ą

mie

ć

charakter stacjonarny lub b

ę

d

ą

wykonywane dorywczo. Pomocne w takich badaniach b

ę

d

ą

specjalistyczne przyrz

ą

dy pomiarowe, np. analizatory JEE.

Do podstawowych elementów technicznych zapewniaj

ą

cych realizacj

ę

monitorowania

JEE nale

żą

urz

ą

dzenia pomiarowe, które mo

ż

na podzieli

ć

na dwie kategorie : 1) przyrz

ą

dy

specjalistyczne, przeznaczone tylko do pomiaru wielu zaburze

ń

elektromagnetycznych i

parametrów JEE, 2) urz

ą

dzenia pomiarowe wielofunkcyjne, w których pomiar JEE jest

jednym z zada

ń

(np. liczniki elektryczne z członem mierz

ą

cym parametry JEE).

Oprócz wst

ę

pnych warunków standardowych jakie powinny spełnia

ć

przyrz

ą

dy pomiarowe

mierz

ą

ce parametry JEE, nale

ż

y uwzgl

ę

dnia

ć

przy ich doborze inne rekomendacje b

ę

d

ą

ce

wynikiem wieloletnich analiz i bada

ń

w tej dziedzinie. Nale

ż

y zwraca

ć

uwag

ę

, aby

2

współczesne przyrz

ą

dy do pomiarów JEE spełniały wymagania normy PN-EN 61000-4-

30:2003
Norma PN-EN 61000-4-30:2003 Kompatybilno

ść

elektromagnetyczna (EMC). Cz

ęść

4-30:

Metody bada

ń

i pomiarów. Metody pomiaru jako

ś

ci energii.

Zdefiniowano metody pomiaru wska

ź

ników jako

ś

ci energii elektrycznej dla systemów

zasilaj

ą

cych pr

ą

du przemiennego o cz

ę

stotliwo

ś

ci 50/60 Hz oraz wymagania dotycz

ą

ce

interpretacji wyników pomiarów.
Dla ka

ż

dego parametru i wska

ź

nika opisano metody pomiaru oraz podano sposób

umo

ż

liwiaj

ą

cy uzyskanie wiarygodnych, powtarzalnych i porównywalnych wyników,

niezale

ż

nie od typu zastosowanego przyrz

ą

du i niezale

ż

nie od jego warunków

ś

rodowiskowych. Zapisy zawarte w normie dotycz

ą

pomiarów realizowanych w miejscu

badanej instalacji, a przedstawiona standaryzacja metod wyznaczania wszystkich
wska

ź

ników jako

ś

ci energii elektrycznej odnosi si

ę

do wybranego i w pewnym sensie

ograniczonego zbioru zaburze

ń

, obejmuj

ą

cego tylko zjawiska przewodzone, które wyst

ę

puj

ą

w sieci zasilaj

ą

cej pr

ą

du przemiennego 50/60 Hz oraz uwzgl

ę

dniaj

ą

wszystkie parametry

napi

ę

cia i/lub pr

ą

du, stosownie do potrzeb.

Przedstawiona norma jest tylko pewnym opisem działania „przyrz

ą

du pomiarowego”

(np. analizatora jako

ś

ci energii elektrycznej), a nie specyfikacj

ą

projektow

ą

,

a okre

ś

lone w niej niepewno

ś

ci wyników pomiaru w podanych przedziałach zmian wielko

ś

ci

wpływaj

ą

cych na pomiar, jedynie determinuj

ą

wymagania funkcjonalne. Sama norma okre

ś

la

głównie metody pomiaru, lecz nie ustala warto

ś

ci progowych, a wpływ na wyniki pomiarów

stosowanych dodatkowych elementów sprz

ę

towych np. przetworników, wł

ą

czanych

pomi

ę

dzy system zasilaj

ą

cy i przyrz

ą

d pomiarowy, nie s

ą

w tym dokumencie szczegółowo

rozwa

ż

ane.

Istotnym wyznacznikiem dla całego dokumentu jest to,

ż

e podstawy standaryzacji

metod pomiarowych do wyznaczania wska

ź

ników jako

ś

ci energii elektrycznej z normy PN-

EN 61000-4-30:2003 okre

ś

lono w pkt. 4 opisuj

ą

cym postanowienia ogólne, gdzie podano:

klasy pomiarowe, organizacj

ę

pomiarów, mierzone wielko

ś

ci elektryczne, agregacj

ę

pomiarów w przedziałach czasu, algorytm agregacji pomiarów, niepewno

ść

czasu

zegarowego i koncepcj

ę

oznaczania.

Zdefiniowano dwie klasy pomiarowe:

Klasa pomiarowa A - jest stosowana w przypadku przeprowadzenia dokładnych pomiarów,
a koniecznych przy realizacji celów kontraktowych, weryfikacji zgodno

ś

ci wyników z

postanowieniami norm, rozstrzygni

ę

cia zaistniałych sporów itp.

W uzupełnieniu okre

ś

la si

ę

wymaganie,

ż

e dowolne pomiary danego parametru

przeprowadzone za pomoc

ą

dwóch ró

ż

nych przyrz

ą

dów spełniaj

ą

cych wymagania klasy A i

mierz

ą

cych te same sygnały powinny da

ć

zbie

ż

ne wyniki mieszcz

ą

ce si

ę

w okre

ś

lonym

przedziale niepewno

ś

ci.

W celu zagwarantowania zbie

ż

no

ś

ci wyników, przyrz

ą

d klasy A wymaga, aby dla ka

ż

dego

parametru charakterystyka pasmowa i cz

ę

stotliwo

ść

próbkowania były wystarczaj

ą

ce

dla podanej niepewno

ś

ci pomiaru.

Klasa pomiarowa B – jest najcz

ęś

ciej stosowana przy wykonywaniu pomiarów

statystycznych, w celu wykrywania przyczyn i eliminacji awarii oraz dla innych zastosowa

ń

nie wymagaj

ą

cych dokładnych wyników.

Dla ka

ż

dej klasy pomiarowej podano przedział zmienno

ś

ci wielko

ś

ci wpływaj

ą

cych na

wynik, który powinien by

ć

uwzgl

ę

dniony, a u

ż

ytkownicy przyrz

ą

du powinni wybra

ć

t

ę

klas

ę

pomiarow

ą

, która w pełni uwzgl

ę

dni ich wymagania w odniesieniu do zastosowania. Ka

ż

dy

taki przyrz

ą

d pomiarowy mo

ż

e mie

ć

dwie klasy pomiarowe (A i B) dla ró

ż

nych parametrów,

a ponadto jego producent powinien okre

ś

li

ć

wielko

ś

ci maj

ą

ce wpływ na wynik pomiaru, które

je

ś

li nie s

ą

podane mog

ą

pogorszy

ć

jego własno

ś

ci metrologiczne.

Organizacja pomiarów zaproponowana w normie PN-EN 61000-4-30:2003 wg pkt. 4.2
pozwala ustali

ć

,

ż

e mierzone wielko

ś

ci elektryczne mog

ą

by

ć

dost

ę

pne bezpo

ś

rednio, jak

3

jest to zwykle w systemach niskiego napi

ę

cia, lub te

ż

mog

ą

by

ć

dost

ę

pne poprzez

„przył

ą

czone” przetworniki pomiarowe. Przedstawiony na rys.1 tor pomiarowy “przyrz

ą

du”

jest kompletny, jednak

ż

e w tej cz

ęś

ci normy nie rozwa

ż

a si

ę

uwzgl

ę

dniania przetworników

pomiarowych i zwi

ą

zanej z nimi niepewno

ś

ci pomiaru.

Rys.1. Tor pomiarowy

Mierzone wielko

ś

ci elektryczne wg wymaga

ń

PN-EN 61000-4-30:2003 charakteryzuj

ą

warunki przeprowadzania pomiarów w systemach zasilaj

ą

cych jedno- lub wielofazowych,

gdzie w zale

ż

no

ś

ci od okoliczno

ś

ci, mo

ż

e by

ć

wymagany pomiar napi

ęć

pomi

ę

dzy

przewodami fazowymi a przewodem neutralnym (faza – przewód neutralny) lub pomi

ę

dzy

przewodami fazowymi (faza – faza) lub pomi

ę

dzy przewodem neutralnym i ziemi

ą

. Nie jest

celem normy narzucenie wyboru wielko

ś

ci elektrycznych podlegaj

ą

cych pomiarowi. Z

wyj

ą

tkiem pomiaru asymetrii napi

ę

cia, który ze swej natury jest wielofazowy, opisane metody

pomiarowe w normie daj

ą

niezale

ż

ne wyniki dla ka

ż

dego toru pomiarowego. Pomiary pr

ą

du

mog

ą

by

ć

wykonane w systemie zasilaj

ą

cym dla ka

ż

dego przewodu, ł

ą

cznie z przewodem

neutralnym i przewodem ochronno-neutralnym. Cz

ę

sto korzystny jest pomiar pr

ą

du

równocze

ś

nie z pomiarem napi

ę

cia i powi

ą

zanie pomiarów pr

ą

du w danym przewodzie z

pomiarami napi

ę

cia pomi

ę

dzy tym przewodem i przewodem odniesienia, którym mo

ż

e by

ć

przewód uziemiaj

ą

cy lub przewód neutralny .

Agregacja pomiarów w przedziałach czasu realizowana jest w taki sposób (zgodnie
z PN-EN 61000-4-30:2003 pkt. 4.4),

ż

e podstawowym czasem pomiaru warto

ś

ci parametrów

(napi

ę

cia zasilaj

ą

cego, harmonicznych, interharmonicznych i asymetrii napi

ęć

) jaki przyj

ę

to

do „obserwacji” s

ą

przedziały czasu wyznaczone: dla 10-okresów systemu zasilaj

ą

cego

o cz

ę

stotliwo

ś

ci znamionowej 50 Hz lub dla 12-okresów systemu zasilaj

ą

cego o

cz

ę

stotliwo

ś

ci znamionowej 60 Hz.

Klasa pomiarowa A - przyj

ę

to nast

ę

puj

ą

ce przedziały czasów agregacji:

1. 3 s (jako 150 okresów dla cz

ę

stotliwo

ś

ci znamionowej 50 Hz lub jako 180 okresów dla

cz

ę

stotliwo

ś

ci znamionowej 60 Hz),

2. 10 min,
3. 2 h.
Klasa pomiarowa B – gdzie podano tylko,

ż

e metod

ę

, liczb

ę

i czasy przedziałów agregacji

powinien wskaza

ć

producent.

Algorytm agregacji pomiarów proponowany w PN-EN 61000-4-30:2003 pkt. 4.5 okre

ś

la,

ż

e agregacje wyników pomiarów wyznacza si

ę

z wykorzystaniem pierwiastka kwadratowego

z

ś

redniej arytmetycznej mierzonych wielko

ś

ci wej

ś

ciowych podniesionych do kwadratu.

Inne normy
Norma PN - EN 61000 – 4 – 7; zawiera wytyczne dla pomiarów harmonicznych (wy

ż

szych

harmonicznych i interharmonicznych) w systemach zasilania i dla urz

ą

dze

ń

przył

ą

czanych

do sieci
Norma PN - EN 61000 – 4 – 11; zawiera wytyczne dla bada

ń

i pomiarów zapadów napi

ę

cia,

krótkich przerw i i zmian napi

ę

cia dla urz

ą

dze

ń

o pr

ą

dzie zasilania nie przekraczaj

ą

cym 16

A
Norma PN-EN 61000-4-14; zawiera wytyczne do bada

ń

odporno

ś

ci na wahania napi

ę

cia

Norma PN-EN 61000- 4 – 15; zawiera opis funkcjonalny i cechy konstrukcyjne przyrz

ą

du do

pomiaru migotania

ś

wiatła

4

Post

ę

p w technice pomiarów parametrów JEE zwi

ą

zany z zastosowaniem innowacyjnych

technik przetwarzania sygnałów cyfrowych przyczynia si

ę

do rozwoju nowych rozwi

ą

za

ń

konstrukcyjnych przyrz

ą

dów pomiarowych. Szkic ich rozwoju w podziale na trzy arbitralne

generacje, z uwzgl

ę

dnieniem perspektywy czasu, zamieszczone w tabeli.

Tabela. Charakterystyka generacji przyrz

ą

dów do pomiarów JEE

Rodzaj generacji przyrz

ą

dów

pomiarowych

Realizowane funkcje

Rodzaj komunikacji

I generacja

Pomiar podstawowych
parametrów JEE

Szeregowa

II generacja

Jw. oraz ocena zaburze

ń

elektromagnetycznych

Szeregowa, internet

III generacja

Jw. oraz rozpoznawanie
przyszłych zmian

Internet, przegl

ą

darka

internetowa

W ostatnich latach, burzliwy rozwój technologii transmisji informacji powoduje zmiany w
koncepcji rozwi

ą

za

ń

monitorowania JEE w systemach sieciowych. Niezale

ż

ne pomiary JEE

w pojedynczych miejscach sieci elektroenergetycznej za pomoc

ą

specjalistycznych

przyrz

ą

dów pomiarowych albo pomiary w ramach lokalnych systemów pomiarowych o

niewielkiej skali (ł

ą

cza RS 232 C, 485) s

ą

zast

ę

powane pomiarami nale

żą

cymi do rozległych

systemów monitorowania JEE z wykorzystaniem zdalnej transmisji danych (rys).

Rys. System pomiarów parametrów JEE

Te systemy b

ę

dzie charakteryzowa

ć

m. in. bardzo szybka komunikacja za pomoc

ą

sieci

internetowej, analizy statystyczne mierzonych w sposób ci

ą

gły parametrów JEE, wizualizacja

wyników pomiarów za pomoc

ą

przegl

ą

darki internetowej, a w bliskiej przyszło

ś

ci diagnostyka

JEE.
W tradycyjnej strukturze monitorowania JEE poszczególne analizatory lokalnie realizuj

ą

gromadzenie, przetwarzanie, analizowanie i zapami

ę

tywanie pomierzonych parametrów

JEE. Ta rozbudowana forma pozyskiwania wyników pomiarów kształtuje wysok

ą

cen

ę

jednostkow

ą

analizatora i stanowi jedn

ą

z podstawowych barier w budowie rozległych

systemów monitorowania.
Rozwi

ą

zaniem, które zmniejsza koszty rozległego systemu monitorowania JEE jest system o

strukturze rozległej.

5

W systemie o takiej strukturze przyrz

ą

dy pomiarowe maj

ą

uproszczon

ą

budow

ę

, która

zasadniczo ma zapewni

ć

przetworzenie pomierzonych parametrów napi

ęć

i pr

ą

dów w

standardow

ą

posta

ć

cyfrow

ą

oraz ekspediowanie tej informacji do internetowej sieci

szkieletowej poł

ą

czonej z analizatorem centralnym. Dopiero na poziomie analizatora

centralnego zachodzi gromadzenie, przetwarzanie, analizowanie oraz zapami

ę

tywanie

informacji dostarczanej w sposób ci

ą

gły z poszczególnych przyrz

ą

dów pomiarowych.

Przybli

ż

on

ą

charakterystyk

ę

zalet i wad obydwu systemów monitorowania prezentuje tabela .

Tabela. Porównanie niektórych cech konwencjonalnego i perspektywicznego systemu
monitorowania JEE

Wyszczególnienie

System konwencjonalny System perspektywiczny

Cena przyrz

ą

du pomiarowego

wysoka

niska

Koszt systemu

du

ż

y

mniejszy

Zastosowanie systemu

ograniczone

ró

ż

norodne

Modyfikacja systemu

zło

ż

ona

łatwa

Obsługa systemu

zło

ż

ona

łatwa

Modułowo

ść

i elastyczno

ść

słaba

dobra

Wizualizacja w czasie rzeczywistym

powolna

szybka i precyzyjna

Ilo

ść

przekazywanych danych

mała

du

ż

a

Przyrz

ą

dy/ systemy pomiarowe

U

sk

=

∫

T

dt

u

T

0

2

1

Rodzaj

Cechy pomiarów

Podstawowy

zakres pomiarów i

komunikacji

Miernik (multimetr)

Chwilowe, o małej częstości

próbkowania sygnałów,

kontrolne

U, I, moce, niektóre

parametry JEE;

RS

232C

Analizator/rejestrator

Okresowe (wielodniowe), o

znacznej / dużej częstości

próbkowania sygnałów,

normatywne

U, I, moce, parametry

JEE (w tym wg EN 50

160), przebiegi

parametrów, opis

przekroczeń limitów,

konfigurowane funkcje

pomiarowe;

RS 232C; RS 485;

modem

System monitorowania

(rozproszone, scentralizowane,

jednozadaniowe,

wielozadaniowe)

Ciągłe, w wielu miejscach,

o dużej / bardzo dużej częstości

próbkowania sygnałów,

normatywne

Powyższy zakres +

wskaźniki

dynamiczne+diagnostyka

; sieci teletechniczne

6

Przykład parametrów napi

ę

cia zapami

ę

tywanych przez analizator jako

ś

ci energii

elektrycznej

Zakres danych
zapamiętywanych

Forma zapamiętywania

Statystyki

przez analizator

H

is

to

ry

cz

n

e

E

N

5

0

1

6

0

o

b

li

cz

en

ia

E

N

5

0

1

6

0

za

p

am

ię

ty

w

an

ie

zd

ar

ze

ń

D

łu

g

o

te

rm

in

o

w

a

re

je

st

ra

cj

a

N

ar

as

ta

ją

ce

z

ap

am

ię

ty

w

an

ie

-

u

st

aw

ie

n

ia

u

ży

tk

o

w

n

ik

a

1

h

,

1

d

zi

e

ń

,

1

t

y

d

zi

e

ń

,

1

r

o

k

H

is

to

g

ra

m

y

Parametry napięcia

Jednostka Rozpatrywane fazy

Wartość skuteczna

V

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Kolejność 0

V

dla 3 faz

-

-

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Kolejność 1

V

dla 3 faz

-

-

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Kolejność 2

V

dla 3 faz

-

-

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Częstotliwość

Hz

L1, L2, L3 & śred.

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Harmoniczne (do 50)

% U

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Interharmoniczne (do 49)

% U

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

-

√√√√

-

-

THD

% U

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

7

Przerwy

N

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

-

-

Zapady

N

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

-

√√√√

-

-

Przepięcia

N

n

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

-

√√√√

-

-

Asymetria

N

n

dla 3 faz

√√√√

√√√√

-

√√√√

√√√√

√√√√

Flikier krotkoterminowy (10 min)

P

st

L1, L2, L3

-

-

√√√√

√√√√

√√√√

√√√√

Flikier długoterminowy (2 h)

P

lt

L1, L2, L3

√√√√

√√√√

-

√√√√

√√√√

√√√√

Sygnały napięciowe (3)

V

L1, L2, L3

-

√√√√

-

√√√√

√√√√

√√√√

Warunki pomiarów parametrów jako

ś

ci energii elektrycznej

Warunki pomiarów parametrów elektrycznych zasadniczo zale

żą

od czynników

technicznych, charakteryzuj

ą

cych miejsca ich wykonywania w układach elektrycznych

obiektu oraz celu ich realizacji. Podstawowe czynniki techniczne kształtuj

ą

ce warunki

pomiarów to :

•

rodzaj pr

ą

du elektrycznego (stały, przemienny),

•

typ systemów przewodów czynnych w układach elektrycznych (jednofazowe,

wielofazowe, dwu - wieloprzewodowe),

•

napi

ę

cie znamionowe;

•

warto

ś

ci skuteczne pr

ą

dów maksymalnych i minimalnych w układach elektrycznych; w

układach zasilaj

ą

cych CT z reguły płyn

ą

pr

ą

dy wymagaj

ą

ce korzystania z przekładników

albo sond pr

ą

dowych,

•

rodzaj i poziom zaburze

ń

w układach elektrycznych,

•

czynniki

ś

rodowiskowe (warunki klimatyczne).

Ustalenie faktycznej warto

ś

ci parametrów jest mo

ż

liwe, gdy układ pomiarowy spełnia

wymagania warunków pomiaru, prawidłowo mierzy parametry, zapewnia ci

ą

gło

ść

pomiaru,

jest odporny na negatywne oddziaływania otoczenia, jest łatwy w obsłudze i odczycie.

Przekładniki pomiarowe i zasady ich doboru

Wa

ż

nym elementem układu pomiarowego w pomiarach co najmniej półpo

ś

rednich s

ą

przekładniki pomiarowe – napi

ę

ciowe i pr

ą

dowe.

Przekładniki (przetworniki, sondy) s

ą

stosowane w celu zwi

ę

kszenia zakresu pomiarowego

urz

ą

dze

ń

pomiarowych.

Przekładniki pr

ą

dowe zapewniaj

ą

separacj

ę

galwaniczn

ą

obwodów z mierzonym pr

ą

dem od

układu pomiarowego.
Ze wzgl

ę

du na obecno

ść

magnetowodu przekładniki pr

ą

dowe mo

ż

na ogólnie podzieli

ć

na :

1) transformatory pomiarowe rdzeniowe,
2) przekładniki bezrdzeniowe.
Do pierwszej grupy zalicza si

ę

m. in. przekładniki c

ę

gowe, przekładniki hallotronowe.

Do drugiej grupy zalicza si

ę

przekładniki Rogowskiego (przekładniki elastyczne).

Sygnał wyj

ś

ciowy przekładnika pr

ą

dowego – niskonapi

ę

ciowy lub niskopr

ą

dowy – jest wprost

proporcjonalny do mierzonego pr

ą

du.

Przetworniki
Znacz

ą

cym

ź

ródłem bł

ę

dów w pomiarach JEE (szczególnie harmonicznych) s

ą

przetworniki

(transduktory) pr

ą

du i napi

ę

cia. Przetwornik pr

ą

du musi mie

ć

płask

ą

charakterystyk

ę

w

funkcji cz

ę

stotliwo

ś

ci w zakresie 50 do 2 500 Hz. Je

ż

eli s

ą

mierzone subharmoniczne (h<1),

wtedy przetwornik pr

ą

du powinien by

ć

dostosowany do pomiaru niskich cz

ę

stotliwo

ś

ci oraz

składnika dc. Te same wymagania dotycz

ą

przetworników napi

ę

ciowych.

Transformatory pr

ą

du

Wi

ę

kszym

ź

ródłem bł

ę

du powodowanego przez transformatory pr

ą

du, to generacja pr

ą

dów

magnesowania. Pr

ą

d magnesowania jest niesinusoidalny i zawiera harmoniczne, które s

ą

8

zawarte w pr

ą

dzie mierzonym. Gdy pr

ą

d harmonicznych jest tego samego rz

ę

du co pr

ą

d

magnesowania, wtedy pojawia si

ę

du

ż

y bł

ą

d k

ą

ta fazowego i mierzone warto

ś

ci

harmonicznych mog

ą

by

ć

obci

ąż

one du

ż

ym bł

ę

dem. Przy pomiarze harmonicznych jest

wskazane stosowanie transformatorów pr

ą

du, których harmoniczne pr

ą

du magnesuj

ą

cego

spełniaj

ą

warunek I

mh

≤

5 % I

h

.

Strona wtórna transformatora pr

ą

du jest obci

ąż

ona impedancj

ę

wej

ś

ciow

ą

analizatora

powi

ę

kszon

ą

o impedancj

ę

przewodów ł

ą

cz

ą

cych analizator z wyj

ś

ciem przetwornika.

Obci

ąż

enie to powinno zawiera

ć

si

ę

w zakresie 25 % do 120 % obci

ąż

enia znamionowego

transformatora pr

ą

du.

Do pomiarów dokładnych nie powinno stosowa

ć

si

ę

transformatorów c

ę

gowych

powszechnego wykonania. Pr

ą

d magnesowania tych transformatorów jest zazwyczaj du

ż

y.

Utlenianie, zanieczyszczenia i naci

ę

cia na powierzchniach stykaj

ą

cych si

ę

c

ę

g s

ą

przyczyn

ą

wzrostu pr

ą

du magnesowania. Co wi

ę

cej, wiele dost

ę

pnych na rynku transformatorów

c

ę

gowych s

ą

czułe na bł

ą

dz

ą

ce pola magnetyczne wytwarzane przez s

ą

siednie przewody z

pr

ą

dem.

Cewka Rogowskiego
Ten rodzaj przetworników pr

ą

du, który jest dobrze znany jako transformator pr

ą

du z

rdzeniem powietrznym nazywany jest cewk

ą

Rogowskiego. To jest cewka toroidalna o

sztywnym lub elastycznym niemetalicznym rdzeniu. Pr

ą

d sinusoidalny

indukuje w cewce napi

ę

cie

gdzie M jest indukcj

ą

wzajemn

ą

mi

ę

dzy przetwornikiem i obwodem, w którym płynie

mierzony pr

ą

d odkształcony. Analizator o du

ż

ej impedancji wej

ś

ciowej (

≥

10 M

Ω

) mo

ż

e

mierzy

ć

warto

ś

ci M

ω

hI

h

. System jest kalibrowany dla 50 Hz ze znanym pr

ą

dem I

K

, który daje

odczyt V

K

.

Warto

ść

pr

ą

du harmonicznych jest okre

ś

lona z zale

ż

no

ś

ci

Ta metoda jest dogodna dla du

ż

ych pr

ą

dów harmonicznych. Dla mniejszych pr

ą

dów, jest

potrzebna du

ż

a warto

ść

M .

)

sin(

2

h

h

t

h

I

i

θ

ω +

=

∑

)

90

sin(

2

°

+

+

=

∑

h

h

m

t

h

hI

M

v

θ

ω

ω

K

h

K

h

hV

V

I

I

=

9

Współczesne cewki współpracuj

ą

z precyzyjnymi integratorami, które rekonstruuj

ą

sygnał

pierwotny. Geometria cewki, metoda osłony, długo

ść

i charakterystyki kabli koncentrycznych

ł

ą

cz

ą

cych cewk

ę

z integratorem i integratora z analizatorem i specjalnie zbudowany

integrator maj

ą

wpływ na dokładno

ść

pomiaru. Dokładno

ść

mierzonej warto

ś

ci skutecznej

mo

ż

na uzyskiwa

ć

dla szerokiego zakresu cz

ę

stotliwo

ś

ci. K

ą

t fazowy mo

ż

e by

ć

jednak

mierzony ze znacznym bł

ę

dem.

Przetworniki z efektem Halla
Przetworniki nowej generacji u

ż

ywaj

ą

ce czujników Halla s

ą

obecnie reklamowane do

pomiarów z bł

ę

dem

±

1 %. Takie przekształtniki mog

ą

mierzy

ć

DC i subharmoniczne pr

ą

dy

jak równie

ż

składniki w zakresie kHz.

Nieindukcyjne boczniki rezystancyjne
Zapewniaj

ą

najbardziej dokładny pomiar, je

ż

eli impedancja bocznika jest odpowiednio

zbudowana i kalibrowana. Impedancja bocznika musi by

ć

zawarta w Z

s

. Ta metoda jest

konwencjonalnie zastosowana w laboratoriach w sytuacji gdy

ź

ródło zasilania i analizator

mog

ą

by

ć

rozdzielone wspólnym punktem przył

ą

czenia.

Zasady doboru przekładników elastycznych

1. Okre

ś

lenie czy jest mierzone AC lub DC (kategoria AC/DC mierzy obydwie wielko

ś

ci)

2. Jaki pr

ą

d maksymalny b

ę

dzie mierzony, i jaki pr

ą

d minimalny b

ę

dzie mierzony ?

Nale

ż

y sprawdzi

ć

, czy dokładno

ść

dla pr

ą

du minimalnego jest wła

ś

ciwa, lub nale

ż

y

wybra

ć

przekładnik o mniejszym pr

ą

dzie.

3. Jaka

ś

rednica przewodnika b

ę

dzie obejmowana sond

ą

.

4. Jaki typ wyj

ś

cia przekładnika jest potrzebny (mA, mV, AC, DC).

Nale

ż

y skontrolowa

ć

max impedancj

ę

przyrz

ą

du dla zapewnienia,

ż

e przekładnik spełni

jego wymagania.
Pozostałe potrzebne informacje to :
- jakie jest napi

ę

cie pracy przekładnika ? Wi

ę

kszo

ść

mo

ż

e by

ć

zastosowana dla 600 V.

- jaki rodzaj wyj

ś

cia przekładnika jest zastosowany : gniazdka, przewody lub BNC,

- jaki rz

ą

d harmonicznych b

ę

dzie mierzony lub jakie moce (specyfikacja cz

ę

stotliwo

ś

ci i

odchylenia k

ą

ta).