Ez a weboldal sütiket használ, hogy a lehető legjobb felhasználói élményt nyújthassuk. A cookie-k információit tárolja a böngészőjében, és olyan funkciókat lát el, mint a felismerés, amikor visszatér a weboldalunkra, és segítjük a csapatunkat abban, hogy megértsék, hogy a weboldal mely részei érdekesek és hasznosak.
Új mérési szabványok: A hálózat magasabb felharmonikusai
A kisfeszültségű hálózat helyzete jelentősen megváltozott az elmúlt néhány évben. Ez az új készülékek – lámpák, kapcsolóüzemű tápegységekkel ellátott elektronikai eszközök – megjelenésének, valamint az ellátási/generátorhelyeken bekövetkezett változásoknak köszönhető.
Tápegységek – sok kis játékos
A múltban túlnyomórészt nagy generátorokat (forgógépeket) használtak. Ezek felépítése szinuszgörbe közvetlen generálásához vezetett. Torzításuk a technikai (elektromos és mechanikai) tökéletlenségekből adódott, és nagyon kicsi volt.
Ma már nagy mennyiségű kis, nem forgó generátor van forgalomban – ezek kapcsolóüzemű – inverterek/átalakítók. Az álszinuszgörbék előállításához impulzusszélesség-modulációt (PWM) alkalmaznak aluláteresztő szűrővel. A modulációs frekvencia eléri a több kHz-et. A PWM alapvetően rengeteg magasabb harmonikus felharmonikust generál, amelyeket ki kell szűrni a végső jelből.
Ezeknek a felharmonikusoknak a szűrése azonban magasabb pénzügyi költségekkel jár, ezért a legtöbb esetben elviselhető. Minél nagyobb a szolgáltatott teljesítmény, annál bonyolultabb és drágább a szűrés (tekercs és kondenzátor). Ez aztán a tápellátás minőségének romlásához vezet.
Készülékek – Nincs ok az elégedettségre
A múltban az ellenálláson alapuló háztartási készülékek (izzók, fűtés, vízmelegítők…) voltak a meghatározóak. Ezek egyszerű szabályozókból álltak, elektronikájukat lineáris tápegységekről látták el. A forgó gépeket klasszikus lineáris szabályozókkal vezérelték. A felharmonikusok nagyon ritkán jelentek meg, és méretüket tekintve jelentéktelenek voltak. A készülékeket teljesítménytényezőben is jól kompenzálták.
Ezért nem volt szükség arra, hogy a végső fogyasztók – a háztartások – mérjék a reaktív energiát vagy figyeljék a szolgáltatott energia teljesítményminőségét. Ezt a minőséget csak a nagyfogyasztók figyelték, valamint az elosztó transzformátoroknál, ahol ez indokolt volt.
A mai helyzet egészen más. A fényforrások közül a kompakt fénycsövek és a led izzók dominálnak. Ezeket kapcsolóüzemű váltókról táplálják, és gyenge teljesítménytényező-kompenzációval, illetve a zavarok kompenzálása nélkül.
Néha a kompenzáció teljesen hiányzik, hogy alacsonyan tartsák az árakat. A kondenzátorokat a led izzók impedanciájának korlátozására használják. Ennek eredményeképpen az aktív energiafogyasztás több tíz százalékkal csökken, miközben a reaktív, illetve a magasabb frekvenciájú teljesítmény hatása növekszik. Az aktív teljesítményen spórolunk, miközben a teljesítménytényező jelentősen romlik.
Napjainkban szinte minden készülék kapcsolóüzemű tápegységet vagy más szinkronizált váltókat használ, amelyeket a nulla átmenettel vezérelnek/kapcsolnak. Ezek a források viszonylag nagy hatásfokkal rendelkeznek, és kis méretűek, de ha használjuk őket, nagy mennyiségű magasabb áramharmonikus (és másodlagosan feszültség) jelenik meg.
| Fogyasztás (aktív teljesítmény) | Látszólagos teljesítmény | Teljesítménytényező | |
| Klasszikus izzó | 60W | 60VA | 1 |
| Kompakt fénycső | 12W | 30VA | 0,4 |
| LED fény | 5W | 10VA | 0,5 |
Hogyan mérik (nem) az E-méterek a magasabb felharmonikusokat?
Az E-métereknek (teljesítményenergiamérők) mérniük kell az összes leadott/fogyasztott energiát. Ez mind az alapharmonikusok energiáját, mind a hálózaton megjelenő összes felharmonikus energiát jelenti. A mai elektronikus e-mérők nagy pontossággal képesek mérni nagyon kis mennyiségű áramot (készenléti áram).
Másrészt nem mérik a hálózaton a magasabb felharmonikusokat tartalmazó energiát. Ebben a szakaszban a legális mérőműszerek jelentősen elmaradnak a hálózat valós helyzetétől.
A legfontosabb korlátozás az analóg-digitális átalakító (adc) mintavételi frekvenciája. Ezt az adc-t (a mintavételi tétel szerint) egy aluláteresztő szűrővel – anti-aliasing szűrővel – kell kísérni, amely biztosítja, hogy a magasabb harmonikusok ne közelítsék meg az átalakítót.
Ma a mintavételi frekvencia általában eléri az 1 kHz-et – így elméletileg akár 500 Hz-es frekvenciájú (10. harmonikus) felharmonikusokat is mérhetünk. Az 1kHz feletti frekvenciákat (az összes inverter frekvenciája) egyáltalán nem mérjük.
Az áramváltók frekvenciafüggése szintén (kisebb) hatással van a magasabb harmonikusok energiamérésének eredményeire. Ez a frekvenciafüggés az időtartományban rosszul kompenzálható, míg a frekvenciatartományban kompenzálható. Ráadásul kétmagvú tekercseknél (egyenáramú immunitással) a kompenzáció lehetetlen.
A kondenzátoros tápegységgel ellátott E-méterek a magasabb felharmonikusok mérését is befolyásolják. Ezek az e-mérők magasabb felharmonikusok jelenléte esetén felmelegednek és felmelegednek. Az E-méter tápellátását a magasabb felharmonikusok túlterhelik, és ennek következtében károsodhat.
Hogyan kezelhetjük?
Több lehetőségünk is van arra, hogy milyen megközelítést választunk a magasabb felharmonikusok mérésének elmaradásával kapcsolatos probléma megoldására:
- Megoldatlanul hagyhatjuk ezt a problémát, és viselkedhetünk úgy, mintha ez nem lenne probléma. Talán abban a reményben, hogy később majd jobb lesz a helyzet?
- Megpróbálkozhatunk a jobb szűréssel az ellátmányoknál. Az invertergyártókat minőségi szűrők beépítésére kényszeríteni, ami a tápellátás minőségére és az EMC-re vonatkozó szabványok módosítását jelenti.
- Megpróbálkozhatunk a készülékek jobb szűrésével. A helyzet ugyanaz, mint fentebb, és egy másik szabvány bevezetésére vonatkozik.
- Azzal, hogy elkezdik mérni a kínálat és a terhelés befolyását, és elkezdenek bírságokat kiszabni, ha a teljesítménytényezőt nem tartják be. Az egyik lehetőség az, hogy valóban mérik az összes energiát és mérik a teljesítménytényezőt (PF). Ha a PF a határértékeken kívül van, az ügyfelek többet fognak fizetni.
Mindenesetre a ma szokásosnál szélesebb frekvenciatartományban (10 kHz-ig) kell mérni a teljesítményt, és a hálózaton belül több ponton kell ellenőrizni az energiaellátás minőségét.
Következtetés
Ma, amikor a készülékek valós fogyasztása csökken, miközben a reaktív teljesítmény növekszik, és nagyobb frekvencián kell energiát hozzáadnunk, a jelenlegi hitelesített mérőeszközök elavultak. A további hibák és a vizsgálati jelek/görbék határértékeit meg kell változtatni.
A jelenlegi szabványok a felharmonikusok mérésénél (alsó felharmonikusok) további, akár 6%-os hibát is megengednek. A magasabb felharmonikusok mérésére nincs szabvány az e-méterre.
Az e-mérőkre és az energiaellátás minőségére vonatkozó szabványok azonban NEM tükrözik azt a tényt, hogy az energiaellátás és a készülékek megváltoztak. Ezért itt az ideje, hogy ezeket a szabványokat újakkal váltsuk fel.