ABC Jakości zasilania
UWAGA! Prądy rozruchowe! Skutki, pomiary, analiza
Sonel® Mierzymy globalnie
ABC Jakości zasilania
UWAGA! Prądy rozruchowe! Nieoczekiwanie wyłączenia zabezpieczeń! Wyłączanie urządzeń! Zapady napięcia! Efekty migotania światła!
Czym są prądy rozruchowe? Każde urządzenie zasilane energią elektryczną ma taki moment działania, w którym zaczyna pobierać energię z sieci, czego fizycznym objawem jest narastający prąd. Przykładowo start napędu pod obciążeniem, start silnika w stanie jałowym, włączenie oświetlenia, załączenie dodatkowego stopnia baterii kondensatorów itp. Zależnie od przeznaczenia oraz wielu dodatkowych warunków, przebieg wartości chwilowych tego prądu w czasie jest bardzo zróżnicowany. Jedną wspólną cechą jest narastanie prądu do osiągnięcia prądu maksymalnego i spadek jego wartości do momentu osiągnięcia stanu ustalonego. Proces ten odbywa się w ograniczonym, stosunkowo krótkim czasie. Charakter zmienności narastania prądu rozruchu i osiągana wartość graniczna są zależne od kilku czynników: fizycznego zapotrzebowania mocy, napięcia zasilającego oraz konstrukcji załączanego urządzenia. Na przebieg rozruchu mają również wpływ stan i właściwości sieci zasilającej. Warunki przyłączeniowe uwzględniają zdolność sieci do dostarczania energii w sposób ciągły przy określonym poborze mocy. Ponadto przewidują rezerwy na chwilowe przeciążenia rozruchowe, 2
zależnie od deklarowanych przez odbiorcę odbiorników energii. Ponieważ jednym z efektów krótkotrwałego, zwiększonego zapotrzebowania mocy podczas rozruchu jest chwilowe obniżenie napięcia zasilającego (zapad napięcia), to warunkiem koniecznym dla uniknięcia zakłóceń jakości zasilania, jest zgodność charakterystyk załączanych obciążeń z warunkami przyłączeniowymi.
Każde urządzenie zasilane energią elektryczną ma taki moment działania, w którym zaczyna pobierać energię z sieci, czego fizycznym objawem jest narastający prąd.
ABC Jakości zasilania
Trzy przykłady negatywnych skutków prądów rozruchowych Pierwszym z objawów występowania prądów rozruchowych, jest zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego i wyłączenie uruchamianego urządzenia bądź całej gałęzi linii zasilającej (Rys. 3). Związane jest to głównie z faktem, że podczas rozruchu trwającego określony czas, nastąpił większy przepływ prądu niż dobrany na zabezpieczeniu, bądź charakterystyka zabezpieczenia nie odpowiada charakterystyce rozruchu ochranianego urządzenia. Może również zachodzić losowe zjawisko jednoczesnego włączania wielu mniejszych urządzeń na raz. Taki problem można wykryć określając parametry statystyczne prądów rozruchowych na podstawie zarejestrowanych przebiegów, a następnie wprowadzić właściwą korektę zabezpieczenia.
wyłączenie takiego urządzenia, w trakcie początkowej fazy rozruchu. Można zidentyfikować takie zjawiska, a nawet określić charakterystyczne wartości progowe, jeżeli zarejestrujemy przebieg prądu rozruchu łącznie z przebiegiem napięć podczas rozruchu. Rozwiązaniem jest właściwa korekta nastaw zabezpieczenia bądź zmiana zasilania na bardziej wydajne. Zapady napięcia wywołane procesem rozruchu mogą szkodliwie oddziaływać na przebieg pracy innych urządzeń zasilanych jednocześnie z tej sieci. Może wówczas występować efekt resetowania się urządzeń procesorowych i komputerowych. W niektórych przypadkach chwilowe zapady napięcia, jako stany nieustalone, mogą być połączone z niebezpiecznymi zjawiskami rezonansowymi, w wyniku Rys. 1 Przykład uchwyconego załączenia transformatora Imax 463 A analizatorem Sonel PQM-707
Kolejnym objawem są zapady napięcia. Podczas procesu rozruchu w wyniku gwałtownego wzrostu prądu, może wystąpić w sieci obniżenie napięcia, szczególnie przy długich liniach kablowych bądź napowietrznych (Rys. 5). W niektórych przypadkach urządzeń wyposażonych z zabezpieczenia podnapięciowe, może nastąpić niezamierzone
których może dochodzić nawet do uszkodzeń zasilanego sprzętu. Zapady napięcia wywołane rozruchami mogą się powtarzać wielokrotnie powodując szybkozmienną niespokojność napięcia (Rys. 6). Objawem takich fluktuacji może być efekt zmian 3
ABC Jakości zasilania
natężenia oświetlenia, co przekłada się wprost na komfort pracy oraz bezpieczeństwo ludzi. Do zidentyfikowania efektu migotania wystarczy obserwacja oświetlenia. Natomiast do zidentyfikowania zagrożenia spowodowanego fluktuacjami napięcia, konieczne jest wykorzystanie odpowiednio zaawansowanego analizatora i przeprowadzenie rejestracji w dłuższym okresie.
Podsumowując: 1) zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego i wyłączenie uruchamianego urządzenia 2) w wyniku gwałtownego wzrostu prądu, może wystąpić w sieci obniżenie napięcia
Rys. 2 Tabela zgromadzonych przekroczeń prądu maksymalnego
Kilka prostych działań w celu wykonania diagnostyki i pomiaru prądów rozruchowych Typowym działaniem w przypadku problemów wywołanych prądami rozruchowymi jest określenie parametrów rozruchu, czyli zakresu zmian prądu i napięcia podczas rozruchu oraz jego czasu trwania. W razie potrzeby dodatkowo określa się, czy parametry zasilania na styku dostawca/odbiorca spełniają wymagania określone w normach lub umowach. Aby to zrealizować należy zastosować analizator klasy A z serii PQM-702/702T/703/710/711, który może rejestrować jednocześnie prąd rozruchu oraz dane do raportu jakości zasilania. Aby przeprowadzić pomiary pod kątem jakości z jednoczesnym wychwytywaniem prądów rozruchu, należy postąpić następująco: 1. Przygotować ustawienia rejestracji analizatora w zakresie: a) Rejestracji na zgodność z normą obowiązującą w danym kraju. b) Włączyć rejestrację przekroczeń prądu i wprowadzić próg wyzwolenia jako mniejszą wartość od spodziewanej podczas rozruchu. c) Włączyć rejestrację oscylogramów i RMS(1/2). d) Ustawić maksymalny czas rejestracji oscylogramów na 1s i RMS(1/2) na 30s. 4
ABC Jakości zasilania
e) Wysłać ustawienia do analizatora. 2. Podłączyć analizator oraz włączyć rejestrację. 3. Zatrzymać rejestrację po zebraniu wystarczającej ilości zaburzeń od prądów rozruchowych. Ilość zdarzeń limitowana jest ilością dostępnej pamięci pomiarowej. 4. Odczytać zawartość rejestracji programem Sonel Analiza i zarchiwizować. W codziennym utrzymaniu ruchu w zakładach przemysłowych, w przypadku stwierdzenia dużej uciążliwości zaburzeń napięciowych wywołanych prądami rozruchowymi, zaleca się wykorzystać analizator PQM-707. Jest to analizator w dotykowym ekranem o przekątnej 7”. Posiada on dedykowaną funkcję rejestracji prądów rozruchowych (Rys. 1) o maksymalnym czasie trwania do 60s z wyznaczaniem wartości całki Joule’a, przydatnej w doborze nastaw zabezpieczeń nadprądowych.
Podczas konfiguracji należy podać: 1. Wartość prądu maksymalnego, którego przekroczenie wyróżnia stan początku rozruchu. 2. Wartość nominalną prądu badanego urządzenia, czyli wskazującą na zakończenie procesu rozruchu. Za pomocą tej funkcji można rejestrować indywidualnie kolejne zaburzenia, tworząc zbiór przypadków prądów rozruchowych. Analiza zdarzeń jest natychmiastowa i odbywa się bezpośrednio w mierniku. Rys. 3 Prąd rozruchowy Imax165 A spowodował wyłączenie zabezpieczenia C16.
5
ABC Jakości zasilania
Analiza wyników pomiaru prądów rozruchowych Przy pomocy programu Sonel Analiza, z pomocą zarejestrowanych oscylogramów i przebiegów czasowych RMS, można wyznaczyć parametry i skutki prądów rozruchowych. Kroki postępowania: 1. Otworzyć plik pomiarowy i w zakładce zdarzenia wybrać zdarzenie z oscylogramem (Rys. 2). 2. Na wykresie oscylogramu ustawić markery 1, 2 oraz 3 w charakterystycznych punktach przebiegu. Odczytać interesujące wartości chwilowe i czasy trwania (Rys. 4a). 3. Na wykresie czasowym RMS(1/2) wyznaczyć i odczytać charakterystyczne wartości skuteczne (Rys. 4b). 4. W zakładce pomiary wybrać aktywne napięcia i prądy średnie oraz napięcia maksymalne i prądy minimalne, wywołać wykres czasowy (Rys. 5). 5. Wyznaczyć czasowe wykresy wskaźnika migotania światła Pst i prądów maksymalnych dla określenia wahań napięcia (Rys. 6). 6. Podjąć stosowne decyzje korygujące skutki rozruchów.
Rys. 4a
6
Prąd rozuchowy maksymalny 82 A załączenia transformatora 1kVA.
Rys. 4b
Prąd rozruchowy RMS(1/2) czas trwania ~10 ms.
ABC Jakości zasilania
Półokresowe efekty prądów rozruchowych przedstawione powyżej są typowym skutkiem ubocznym załączania urządzeń dużej mocy. Osiągane wartości maksymalne przewyższają dziesiątki razy wartość skuteczną w stanie ustalonym, jednak ilość energii wyznaczona całką Joule’a przekracza niejednokrotnie wartości zadziałania zabezpieczeń. Dlatego szczegółowa analiza zarejestrowanych prądów rozruchowych jest bardzo skutecznym narzędziem rozwiązywania problemów. Efekt migotania światła spowodowany prądami rozruchowymi jest zjawiskiem rzadziej występującym, lecz znacznie bardziej uciążliwym. Jeżeli w wyniku każdego bardzo dużego przyrostu prądu nastąpi chwilowy głęboki zapad napięcia i zjawisko to występuję wielokrotnie w krótkich odstępach czasu (Rys. 5.), to znaczny wzrost współczynnika Pst (a w konsekwencji Plt) jest oczywisty (Rys. 6). Jednoznacznie potwierdza związek parametrów jakości zasilania z występowaniem prądów rozruchowych. Rys. 5 Przyrosty prądów podczas rozruchu rzędu 280 A powodują zapady napięcia ponad 30 V.
Rys. 6 Permanentne rozruchy maszyny co 5s (Iśr=20 A, Imax=380 A), wahania wskaźnika migotania światła Pst ponad 6 (dopuszczalny <1).
7
Sukces jest wynikiem właściwej decyzji. Mierz globalnie z nami!
Biuro Obsługi Klienta tel. +48 74 85 83 800 www.sonel.pl