Ciągły monitoring jakości energii elektrycznej

Analizatory jakości energii elektrycznej

Wiarygodność oraz użyteczność wyników pomiarów parametrów jakościowych zależy w głównej mierze od przyrządu pomiarowego. Nie jest on jednak jedynym elementem decydującym o dokładności pomiarów. Należy tutaj podkreślić znaczenie sposobu i miejsca przyłączenia przyrządu do obiektu pomiarowego, a szczególnie obwodów pośredniczących między siecią elektroenergetyczną a przyrządem pomiarowym, tj. przekładników NN/nN, WN/nN, SN/nN.

fot. Analizatory jakości energii elektrycznej zastosowanie w systemie monitorowania jakości energii elektrycznej w AGH

Analizator jest jednak podstawowym i w pewnym sensie najważniejszym elementem systemu pomiarowego. To za jego pomocą dokonuje się pomiaru i akwizycji danych. Przed przekazaniem danych do pozostałej części systemu monitorowania analizator przeprowadza procesy agregacji danych i wyznaczenia odpowiedniego zbioru wartości mierzonych wielkości oraz współczynników. Zatem poprawność pomiaru i odpowiednie algorytmy jego pracy decydują o wiarygodności i użyteczności otrzymywanych danych. Liczba i rozmieszczenie poszczególnych analizatorów są zależne od rozległości i struktury monitorowanej sieci. Ponadto powinna zagwarantować wystarczająco użyteczny zbiór informacji pozwalający na całościową i kompleksową analizę oraz ocenę. Decyzja o wyborze analizatora powinna być przemyślana oraz wynikać ze świadomych oczekiwań co do jego przeznaczenia i zadań. Nie powinna ograniczać się tylko do jego ceny, ale powinna uwzględnić również oferowane właściwości metrologiczne, zakres możliwości pomiarowych oraz dodatkowe funkcjonalności.

Do oceny jakości energii elektrycznej zgodnie z normą PN-EN 50160 jest wymagany tylko pomiar napięcia – wartości dopuszczalne zostały określone tylko w odniesieniu do napięcia. W rozporządzeniu ministra gospodarki ma miejsce analogiczna sytuacja – z jedną różnicą. Mianowicie dokument ten zawiera zapis dotyczący współczynnika mocy tg(φ) < 0,4. Jego wyznaczenie wymaga pomiaru prądu. Jednak współczynnik mocy tg(φ) nie jest wskaźnikiem jakości energii elektrycznej. Pomiar prądu z wielu powodów jest jednak wskazany. W niektórych przypadkach jest wręcz niezbędny do prawidłowej analizy i interpretacji zarejestrowanych danych. Może być nieoceniony przy wyznaczaniu źródeł/przyczyn zdarzeń w dziedzinie jakości energii, może bowiem pomóc w rozstrzygnięciu, czy przyczyna zdarzenia zaistniała w sieci zasilającej powyżej czy poniżej punktu przyłączenia przyrządu pomiarowego. Jest to szczególnie ważne w przypadku zapadów napięcia. Ponadto pomiar prądu jest istotny podczas oceny emisji [5].

Z punktu widzenia obowiązujących dokumentów normalizacyjnych w obszarze pomiarów jakości energii elektrycznej analizatory powinny spełniać wytyczne zawarte w normie PN-EN 61000-4-30. Zdefiniowano w niej metody (algorytmy) pomiaru i interpretacji wyników pomiaru parametrów jakości energii w sieciach zasilających prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz. Metody pomiaru są opisane dla każdego istotnego parametru, w warunkach które dają wiarygodne i powtarzalne wyniki. Norma PN-EN 61000-4-30 w zakresie pomiarów harmonicznych i interharmonicznych odwołuje się do normy PN-EN 61000-4-7, natomiast w zakresie budowy miernika migotania światła do normy PN-EN 61000-4-15. W normie PN-EN 61000-4-7 opisano przyrządy przeznaczone do pomiarów składowych widma w przedziale częstotliwości do 9 kHz, które są nałożone na składową podstawową systemu zasilającego 50 lub 60 Hz. Wprowadzono rozróżnienie pomiędzy harmonicznymi, interharmonicznymi i innymi składowymi występującymi w paśmie do 9 kHz. Zatem norma ta stanowi ogólny przewodnik dotyczący pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz przyrządów pomiarowych, dla sieci zasilających i przyłączonych do nich urządzeń. W normie PN-EN 61000-4-15 podano opis funkcjonalny oraz określono cechy konstrukcyjne przyrządu przeznaczonego do pomiaru migotania światła dla wszystkich występujących w praktyce kształtów przebiegu czasowego wahań napięcia w sieciach zasilających o częstotliwości 50 Hz. Zgodnie z zapisami zawartymi w normie PN-EN 61000-4-30 zdefiniowano trzy klasy pomiarów: A, S i B. Dla każdej klasy przedstawiono metody pomiarowe oraz stosowne wymagania funkcjonalne.

Obecnie w warunkach krajowych z punktu widzenia obowiązujących dokumentów prawnych nie została uregulowana kwestia wymaganej klasy analizatora jakości energii elektrycznej. Jednak z uwagi na możliwość wykorzystania pozyskanych danych pomiarowych do rozstrzygania kwestii spornych oraz ewentualnych rozliczeń finansowych analizatory stosowane w rozproszonych systemach monitorowania wskaźników jakości zasilania powinny należeć do klasy A. Jest to istotne dla rozliczeniowych punktów pomiarowych, w których ma miejsce granica własności między dostawcą, a odbiorcą energii elektrycznej. W punktach systemu o mniejszym znaczeniu można stosować analizatory należące do klasy S. Należy zwrócić uwagę na fakt, że niektóre z dostępnych na rynku analizatorów mają właściwości metrologiczne pozwalające na pomiary energii elektrycznej zgodnie z wymaganiami zawartymi w normie PN-EN 62053-22 (klasa dokładności 0,2 lub 0,5 s). Stąd mogą być wykorzystywane jako liczniki do celów rozliczeniowych. Ponadto analizatory mogą być wyposażone w dodatkowe obwody wyjściowe i/lub wejściowe: analogowe, cyfrowe oraz przekaźnikowe. Z tego powodu mogą być wykorzystywane w układach elektroenergetycznej automatyki.

Certyfikat zgodności z normą PN-EN 61000-4-30

Na rynku jest dostępnych wiele analizatorów różnych producentów, w różnych przedziałach cenowych. Nabywcy decydując się na zakup analizatora powinni kierować się nie tyko ceną i oferowanymi funkcjami, ale również certyfikatami zgodności, przede wszystkim w odniesieniu do norm. Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 61000-4-30 oraz -4-15 i -4-7 certyfikacja danego analizatora jakości energii elektrycznej w zakresie zgodności z klasą A, S lub B wymaga przeprowadzenia specjalistycznych badań i testów. Na całym świecie nie ma ani jednego laboratorium oficjalnie akredytowanego przez instytucję rządową lub przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) do badań zgodności z odpowiednią klasą wg normy PN-EN 61000-4-30. Wszystkie oficjalnie akredytowane laboratoria badawcze mają certyfikat dotyczący dokładności pomiaru parametrów, takich jak: napięcie, prąd, moc, energia itp. Nie ma instytucji, która mogłaby wydać akredytowany certyfikat, ponieważ standard IEC 61000-4-30 określa tylko jak mierzyć i jakie zasady powinny być stosowane. Sytuacja ta utrudnia wybór analizatora.

W wielu przypadkach przedstawiane przez producentów certyfikaty stanowią ich deklarację. Należy jednak podkreślić, że wiarygodna certyfikacja wymaga dogłębnej znajomości stosownych norm oraz odpowiedniej wiedzy i doświadczenia. 

Z technicznego punku widzenia przeprowadzenie testów i badań dla wszystkich parametrów wymaga specjalnej aparatury badawczej, która najczęściej nie jest dostępna w standardowych laboratoriach badawczych [8]. Z tego powodu zalecane jest respektowanie certyfikatów dostarczonych przez producenta, jednak najlepiej jeżeli są one wystawione przez uznane laboratorium o potwierdzonym doświadczeniu w badaniu urządzeń pomiarowych, w tym analizatorów jakości energii elektrycznej. Warunek ten spełnia szczególnie laboratorium Power Standards Lab z USA, lecz ono także nie ma żadnej formalnej akredytacji na przeprowadzanie takich badań.