NORMY - WYMAGANIA - PRZEPISY
Nowe metody badań i pomiarów harmonicznych
w prądach fazowych urządzeń przyłączanych do sieci zasilającej
Krzysztof Zimmermann
Stosowanie różnych metod pomiaru i przyrządów Przeciążenie prądem o wartości 10-krotnego prądu znamiono-
pomiarowych, opartych na różnych zasadach działania, wego przez czas 1 sekundy nie powinno powodować uszkodzeń
powoduje, że pomiary zawartości harmonicznych w prądach miernika.
fazowych, wykonywane w różnych laboratoriach, nie są
Dokładność
porównywalne. Aby uniknąć takiej sytuacji, Komitet 77 IEC
opracował nową edycję normy IEC 61000-4-7, która Zakres mierzonych częstotliwości harmonicznych wynosi 2 kHz,
podaje dokładne zasady budowy miernika do pomiarów jednak niektóre normy wymagają pomiarów w szerszym zakresie.
harmonicznych. W celu uzyskania odpowiedniego tłumienia, próbkowanie może
odbywać się z częstotliwością dużo większą niż zakres pomiaro-
Norma zakłada, że docelowo nie będą stosowane inne metody po- wy. Rozróżnia się dwie klasy dokładności mierników zawartości
miaru. Jednocześnie ukazała się nowa edycja normy IEC 61000-3- harmonicznych. Klasa I jest przeznaczona do zastosowań laborato-
2, określająca dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych przez ryjnych i powinna być stosowana w pomiarach zgodności wyrobu
urzÄ…dzenia o prÄ…dach fazowych do 16 A, oraz nowa norma IEC z normami.
61000-3-12, dotycząca urządzeń o prądach znamionowych powyżej
16 A. Dokładność przyrządu klasy I powinna wynosić:
Pomiary zawartości harmonicznych emitowanych przez urządze- przy pomiarze napięcia: ą5% wartości napięcia mierzonego
nia przyłączane do sieci energetycznej wykonuje się najczęściej i ą0,05% wartości napięcia nominalnego,
przy użyciu dobrej klasy oscyloskopu cyfrowego, wyposażonego przy pomiarze prądu: ą5% wartości mierzonego prądu i ą0,15%
w opcjÄ™ DFT (dyskretnej transformaty Fouriera). Pomiar prÄ…du jest prÄ…du nominalnego,
wykonywany za pomocą boczników. Otrzymywany sygnał ma więc
Generacja
wartość 60 lub 150 mV, w zależności od rodzaju zastosowanych
częstości
boczników, natomiast wejście oscyloskopu znajduje się na potencja-
próbkowania
le sieci. Stosowany oscyloskop musi w związku z tym mieć również
odpowiednie napięcie izolacji, równe co najmniej napięciu sieci.
Wstępne
Napięcie
Oprócz opisanej metody, wiele laboratoriów badawczych stosuje
przetworzenie
wejściowe Wyjście 1
specjalizowane mierniki do pomiaru harmonicznych, różniące się
Próbkowanie
zasadami konstrukcji, dokładnościami, sposobami pomiaru prądu
itp., co uniemożliwia jednoznaczność wyników.
W artykule podano podstawowe wymagania stawiane miernikom
Wstępne
opisanym w nowej edycji normy PN EN 61000-4-7 oraz sposób wy-
PrÄ…d
przetworzenie
konywania pomiarów harmonicznych. Schemat blokowy miernika
wejściowy
DFT
podano na rysunku.
Obwody wejściowe
Obwody wejściowe pomiaru napięcia powinny być przystosowane
Grupowanie
do maksymalnych wartości napięcia i częstotliwości analizowanego
Wejście dla mocy czynnej Wyjście 2a
napięcia zasilającego. Powinnny także zachować swoje charaktery-
styki i dokładność pomiaru w zakresie do 1,2 wartości maksymal-
nej napięcia. Moc obwodu wejściowego nie powinna przekraczać
Wygładzanie
0,5 kVA przy 230 V.
Obwód wejściowy prądu powinien być wyposażony w niskona-
Wyjście 2b
pięciowe, wysokoimpedancyjne wejście napięciowe, które może
być połączone z bocznikami rezystancyjnymi. Zakres napięciowy
powinien wynosić 0,1÷5 V. Obwód wejÅ›ciowy powinien być przy-
Schemat blokowy
Sprawdzanie
stosowany do ciągłego obciążenia 1,2-krotnym prądem. miernika harmonicznych
zgodności
Wyjście 3
Mgr inż. Krzysztof Zimmermann  Instytut Elektrotechniki Oddział w Gdańsku
40 Rok LXXV 2007 nr 3
 NORMY - WYMAGANIA - PRZEPISY
Okresy przejściowe
pomiar mocy czynnej powinien być wykonywany z dokładnością
ą1% w przypadku pomiarów mocy o wartości powyżej 150 W lub z do- Norma określająca zasady budowy miernika do pomiaru zawarto-
kładnością ą1,5 W w przypadku mniejszych wartości mierzonej mocy. ści harmonicznych obowiązuje od paz
dziernika 2005 r. Niestety, do
Miernik powinien być wyposażony w filtr antyaliasingowy o tłu- tej pory na rynku brak miernika, który spełniałby wszystkie wyma-
mieniu -3 dB dla częstotliwości powyżej zakresu pomiarowego. gania tej normy.
Producent miernika powinien podać wszystkie dane dotyczące do- Do czasu następnej rewizji normy dopuszcza się stosowanie ist-
kładności. Szerokość okna pomiarowego powinna wynosić 10 okre- niejących przyrządów pomiarowych, których działanie jest oparte
sów, z prostokątnym oknem ważącym. Okno pomiarowe powinno na starej edycji normy, z 1991 roku. Pomiary wykonane w taki spo-
być zsynchronizowane z grupą 10 okresów, z błędem ą0,03%. Utra- sób powinny być oznaczone (w raportach z badań) jako  Mierzone
ta synchronizacji powinna być sygnalizowana przez przyrząd. za pomocą przyrządu zgodnego z normą IEC 61000-4-7:1991. Nie
Na wyjściu DFT (wyjście 1) powinny być otrzymywane oddziel- jest wyraz
nie określone, jakie normy mają być stosowane przy okre-
nie współczynniki am i bm szeregu Fouriera. ślaniu poziomów dopuszczalnych emisji harmonicznych.
Grupowanie i wygładzanie
Widmo harmonicznych  oprócz podstawowych harmonicznych,
będących całkowitymi krotnościami częstotliwości podstawowych
 zawiera również prążki pośrednie, w odstępach co 5 Hz od czę-
stotliwości harmonicznej. Celem następnego elementu miernika jest
grupowanie i obliczenie wartości skutecznej całej grupy harmonicz-
nych. Następnie powinno nastąpić wygładzenie sygnału za pomocą
cyfrowego odpowiednika filtru dolnoprzepustowego pierwszego
rzędu, o stałej czasowej 1,5 s. Schemat blokowy filtra oraz jego
współczynniki podano w normie PN EN 61000-4-7.
Analogicznie powinno być wykonywane wygładzanie modułu
mocy czynnej i współczynnika mocy. Znajomość tych wartości jest
konieczna przy posługiwaniu się normami dotyczącymi dopuszczal-
nych poziomów emisji harmonicznych, jak np. PN EN 61000-3-2,
gdzie dopuszczalne poziomy zawartości harmonicznych dla niektó-
rych rodzajów sprzętu są podane w zależności od mocy urządzenia.
Moc czynna badanego urządzenia powinna być mierzona w tym sa-
mym oknie czasowym, co harmoniczne.
Kalibracja
Przyrząd do pomiaru harmonicznych powinien być wyposażony
w urządzenie kalibrujące lub co najmniej posiadać odpowiednie
wejście, umożliwiające okresową kontrolę przyrządu. Jeżeli układ
kalibrujÄ…cy jest wewnÄ…trz przyrzÄ…du pomiarowego, producent po-
winien podać niepewność kalibratora.
Wykonywanie pomiarów
W odróżnieniu od poprzedniej edycji, w normie nie wymaga się
oddzielnego z
ródła napięcia, dającego  czystą sinusoidę, ale okre-
ślono warunki, jakie powinno spełniać z
ródło zasilania.
Wartość ustalona napięcia probierczego powinna być utrzymywa-
na w przedziale ą2% wartości znamionowej, a częstotliwość powin-
na być utrzymywana w przedziale ą0,5% częstotliwości znamiono-
wej. W przypadku zasilania trójfazowego napięcia fazowe powinny
być przesunięte w fazie o kąty: 0o, 120o ą1,5o, 240o ą1,5o.
Szczytowa wartość napięcia probierczego powinna mieścić się
w granicach od 1,40 do 1,42 jego wartości skutecznej i powinna być
osiągana pomiędzy 87o i 93o, licząc od momentu przejścia napięcia
przez zero.
Norma podaje również dopuszczalną zawartość harmonicznych
w napięciu zasilającym urządzenie badane.
W przypadku konieczności wykonania pomiarów mocy czynnej
powinna być ona mierzona przez pomiar napięcia na zaciskach ba-
danego urzÄ…dzenia oraz prÄ…du urzÄ…dzenia badanego.
Rok LXXV 2007 nr 3 41