A-B-C Jakości Zasilania
Wartości minimalne, maksymalne, średnie! Czym są? Ich znaczenie oraz interpretacja otrzymanych wyników
» Norma IEC 61000-4-30 w klasie A » Agregacja czasowa » Synchronizacja czasowa » Dlaczego?
Czym są pomiary cyfrowe? Choć pomiary cyfrowe stały się już naturalną metodą przetwarzania informacji o wielkościach fizycznych, to ciągle trudno jest uzmysłowić sobie na czym ten pomiar polega, a w konsekwencji, co z niego wynika. Podstawą każdego pomiaru jakości zasilania jest systematyczny, czyli w określonych odstępach czasu, zapis wartości chwilowych napięć i prądów przy założeniu, że w tak zwanym międzyczasie nie uległy one zmianie. Tworzy się w ten sposób zbiór liczb będących historią wartości poszczególnych parametrów w czasie (Rys. 1). Dzieli się zwykle ten nieprzerwany potok danych na dłuższe paczki i wyznacza pojedyncze cechy charakterystyczne opisujące każdą z kolejnych paczek. Gromadząc docelowo jedynie kolejne wartości tak wyliczonych cech znacząco zmniejszamy ilość użytego miejsca, przy zachowaniu wystarczającej wiedzy o istotnych cechach mierzonych sygnałów. Norma IEC 61000-4-30 dla analizatorów klasy A wymaga, aby wartości chwilowe (czerwone) były zsynchronizowane fazowo i częstotliwościowo z częstotliwością sygnału podstawowego, co ma zagwarantować synchroniczność i porównywalność paRys. 1. Zbiór kolejnych wartości chwilowych sygnału rametrów tego samego sygnału, mierzonych różnymi miernikami. Podstawową cechą sygnału oprócz częstotliwości jest wartość skuteczna RMS. Ponieważ powinna jednoznacznie reprezentować sygnał, to przyjęto zgodnie z przytoczoną normą, że obszar dwóch sąsiednich półokresów będzie najmniejszym przedziałem wyznaczania wartości skutecznej (Rys. 2). Jest to podstawowa wielkość nazywana RMS(1/2) i na podstawie zbioru kolejnych wartości można wyznaczać kolejne cechy charakterystyczne napięć i prądów. Przy zmieniającym się poziomie sygnału, gdy w zbiorze kolejnych wartości RMS(1/2), z których powstanie docelowa wartość średnia za zadany okres uśredniania, będą znajdowały się wartości większe i mniejsze. W całym okresie uśredniania jedna z nich będzie największa i oznaczana jako wartość maksymalna. Jedna będzie najmniejsza i oznaczana jako minimalna, natomiast wszystkie wartości RMS(1/2) zebrane w przedziale uśredniania, pozwolą wyznaczyć wartość średnią za cały okres uśredniania.
strona 1 / 4
sonel.pl
Wszystkie trzy cechy każdego sygnału są zapisane w momencie zakończenia okresu uśredniania. Wartości średnie napięć i prądów są oczywiste, ponieważ zawsze występują jako wartości ≥0. W podobny sposób są wyliczane parametry mocy, przy czym norma wymaga, aby obliczenia ze względu na analizy harmoniczne powstawały na podstawie zbiorów wartości 10-cio okresowych. Tak powstające kolejne liczby reprezentują średnie moce czynne i bierne w każdym z 10 okresów, co przy czasie uśredniania np. dla 1 s tworzyć będzie zbiór pięciu zmieniających się wartości 10-okresowych. Podobnie jak dla napięć i prądów można wśród tych pięciu znaleźć największą np. Pmaks, najmniejszą Pmin oraz wyznaczyć średnią ze wszystkich jako Pśred. Jest jednak zasadnicza różnica względem napięć i prądów. Moc 10-cio okresowa jest liczbą ze znakiem więc komplikuje się zadanie przeszukiwania wartości granicznych, ponieważ Rys. 2. Przedziały półokresowe dla RMS1/2 można wyznaczyć dwie skrajne, ale również możliwa jest do wyznaczenia zmienność graniczna oddzielnie dla P>0 i oddzielnie dla P<0. W przypadku wyliczania wartości średniej, zachodzi również zjawisko wzajemnego umniejszania się wartości średniej, gdy w obliczanym okresie uśredniana występuje zmiana znaku mocy, czyli zmiana kierunku przepływu. Jest to podstawowa wada większości analiz mocy przeprowadzona nawet zaawansowanymi analizatorami, jeżeli nie posiadają rozbudowanej funkcjonalności obliczeń czterokwadrantowych. Jednoczesna rejestracja wartości minimalnej, maksymalnej i średniej, zapewnia możliwość odtworzenia przedziału zmienności sygnałów, pozwalając na szybką ocenę zachodzących zjawisk niespokojnych. Wśród nastaw parametrów rejestrowanych dostępna jest jeszcze czwarta wartość: chwilowa. Ma ona sens praktyczny, gdy używamy szybkiej rejestracji przebiegów z półokresowym czasem uśredniania. Jest wówczas dostępna jedynie wartość RMS(1/2) dla napięć i prądów. W innych zastosowaniach, przy czasach uśredniania 200 ms i wyższych, parametr powinien być nieaktywny.
Trzy przykłady negatywnych skutków statystyk Min, Maks, Średnia Matematyka zastosowana do wyznaczania wartości statystycznych może czasem dawać nierealne wyniki, które nie reprezentują zjawisk fizycznych, jednak źle interpretowane doprowadzają do nieporozumień i błędnych decyzji. Przykład I Wirtualny wzrost napięcia (Rys. 3) spowodowany przeciągającym się bezobciążeniowym samorozładowaniem obwodu w momencie wyłączenia napięcia. Zwykle sinusoida napięcia w sieci ma wartość skuteczną 230 V przy amplitudzie ok. 315 V. Jeżeli w momencie szczytu nastąpi zanik napięcia spowodowany przerwą w zasilaniu, a napięcie z 315 V będzie spadać bardzo powoli, to RMS(1/2) może osiągać wartości malejące od 315 V. Przy nastawach progowych zdarzeń Un+10%, generuje to nieprawdziwe zdarzenie wzrostu napięcia, choć kształty sinusoidy nie wykazywały żadnych wzrostów.
RMS
chwilowe
Rys. 3. Pozorny wzrost napięcia
strona 2 / 4
sonel.pl
Przykład II Gdy moc czynna w okresie uśredniania będzie przez część okresu dodatnia, a pozostałą część czasu ujemna (Rys. 4), wówczas przy odrobinie szczęścia moce dodatnie z ujemnymi mogą się zrównoważyć. Efektem tego będzie średnia moc czynna w okresie uśredniania =0. Jest to charakterystyczny przypadek, gdy tak wyliczona średnia moc czynna umieszczona w mianowniku współczynnika tangens, spowoduje wyliczanie nierzeczywistych wartości i w konsekwencji generowanie nieporozumień. Przykład III Przykład jest zjawiskiem podobnym w przebiegu, lecz dotyczącym mocy biernej. Dysponując analizatorem rejestrującym średnią moc bierną, jeżeli zdarzy się niespoRys. 4. Zmiana znaku mocy czynnej (czarny) i tg(φ)=1622 (zielony) kojne obciążenie, które podczas poboru będzie zmieniać wielokrotnie charakter mocy biernej w trakcie okresu uśredniania, to na koniec tego okresu wyliczona wartość średniej mocy biernej będzie fikcją. Dalsze parametry wyliczane z udziałem takiej mocy biernej mogą być źródłem błędnych decyzji, które w konsekwencji mogą doprowadzić do zbędnych kosztów. Dotyczy to szczególnie analizatorów nie posiadających pełnej analizy czterokwadrantowej. Rozwiązania tego problemu szczególnie pod kątem kompensacji mocy biernej są dwa: pierwsze to maksymalnie krótkie czasy uśredniania powodujące jednak bardzo szybkie zużycie pamięci, drugi to zastosowanie analizatorów klasy A rodziny PQM-702/3/10/11 oraz klasy S tzn. PQM-700 i PQM-707, w których liczydła energii są aktualizowane po każdych 10 okresach, co uniezależnia wybór okresu uśredniania. Jednocześnie przyrządy operują w czterech kwadrantach, co dodatkowo upraszcza analizy.
Kilka prostych działań w celu wykonania diagnostyki i pomiaru energii Najważniejsze, to czym wiarygodnie rejestrować energię. Należy skorzystać z dowolnego analizatora z rodziny PQM z aktualnym oprogramowaniem. Aby zarejestrować jednoznacznie granice zmienności parametru (Rys. 5) należy: 1. W ustawieniach rejestracji, dla parametrów, które mają być mierzone, należy zaznaczyć pola Minimum, Maksimum oraz Średnia jako aktywne. 2. Po połączeniu z analizatorem wysłać zmodyfikowane nastawy. 3. Zarejestrować wybrany moment pracy obiektu korzystając z funkcji START/STOP. 4. Odczytać wyniki programem Sonel Analiza i zapisać na dysku.
Rys. 5. Ustawienia rejestracji Min. / Maks. oraz Średniej dla napięć fazowych
strona 3 / 4
sonel.pl
Analiza wyników pomiarów energii Po wczytaniu pliku pomiarowego zawierającego rejestrację energii za pomocą programu Sonel Analiza należy: 1. Nacisnąć przycisk Pomiary. 2. Wyszukać na liście interesujące nas parametry i zaznaczyć wartości Średnie, Minimalne i Maksymalne (Rys. 6). 3. Wybrać kolumny parametrów do wykresu. 4. Z listy Wykresy wybrać opcję Wykres czasowy. Poczekać na wygenerowanie wykresu (Rys. 4). 5. Ustawiając znaczniki 1, 2, 3 w charakterystycznych miejscach na (jak na Rys. 4) można: a. Odczytać czas i wartość parametru dla każdego z trzech znaczników obrazowanych ikoną koła z numerem. b. Na podstawie wyników różnic wyznaczyć wartości parametrów w poszczególnych punktach tego sygnału.
Rys. 6. Ustawienia rejestracji energii
strona 4 / 4
sonel.pl