Netzqualitätsmessung

Früher war „Power Quality“ bei großen Wechselstromnetzen ein unbekanntes Konzept, abgesehen vom Leistungsfaktor.

Fast alle Lasten waren „linear“, dh sie verzerrten die Form der Spannungssinuswelle nicht und verursachten nicht sinusförmige Ströme im Stromkreis. Das ist nicht mehr wahr.

Lasten, die von „nichtlinearen“ elektronischen Komponenten gesteuert werden, werden sowohl in Haushalten als auch in der Industrie immer häufiger, was bedeutet, dass die Spannungen und Ströme in den Stromversorgungssystemen, die diese Lasten speisen, reich an Oberwellen sind:Was sollten schöne, saubere Sinusspannungen sein und Ströme werden stark verzerrt, was dem Vorhandensein einer unendlichen Reihe von hochfrequenten Sinuswellen mit Vielfachen der Grundfrequenz der Netzleitung entspricht.

Auswirkungen übermäßiger Oberschwingungen

Überhöhte Oberschwingungen in einem Wechselstromnetz können Transformatoren überhitzen, extrem hohe Neutralleiterströme in Dreiphasensystemen verursachen, elektromagnetisches „Rauschen“ in Form von Funkemissionen erzeugen, die empfindliche elektronische Geräte stören können, die Leistung des Elektromotors reduzieren und können schwer zu lokalisieren sein.

Bei Problemen wie diesen plagenden Stromversorgungssystemen benötigen Ingenieure und Techniker Möglichkeiten, diese Bedingungen präzise zu erkennen und zu messen.

Stromqualität

Stromqualität ist der allgemeine Begriff, der die Freiheit eines Wechselstromnetzes von Oberwellenanteilen repräsentiert. Ein „Netzqualitäts“-Messgerät ist ein Messgerät, das eine Art Anzeige des Oberwellengehalts liefert.

Messung der Stromqualität

Eine einfache Möglichkeit für einen Techniker, die Stromqualität in seinem System ohne hochentwickelte Ausrüstung zu bestimmen, besteht darin, die Spannungswerte zwischen zwei genauen Voltmetern zu vergleichen, die dieselbe Systemspannung messen:ein Messgerät ist ein „Mittelwert“-Einheitstyp (z. B. ein elektromechanischer Bewegungsmesser) und das andere ist ein "echtes RMS"-Gerät (wie ein hochwertiges digitales Messgerät).

Denken Sie daran, dass Messgeräte vom Typ "Mittelwertbildung" so kalibriert sind, dass ihre Skalen Volt RMS anzeigen, basierend auf der Annahme, dass die gemessene Wechselspannung sinusförmig ist . Wenn die Spannung nicht sinusförmig ist, wird das Mittelungsmessgerät nicht registriert den richtigen Wert, während das True-RMS-Meter dies immer tut, unabhängig von der Wellenform.

Als Faustregel gilt dabei:Je größer die Disparität zwischen den beiden Metern, desto schlechter die Netzqualität und desto höher der Oberwellengehalt.

Ein Stromversorgungssystem mit guter Stromqualität sollte zwischen den beiden Messgeräten gleiche Spannungsmesswerte erzeugen, innerhalb der Nennfehlertoleranz der beiden Instrumente.

Eine weitere qualitative Messung der Netzqualität ist der Oszilloskop-Test:Schließen Sie ein Oszilloskop (CRT) an die Wechselspannung an und beobachten Sie die Wellenform. Alles andere als eine saubere Sinuswelle kann ein Hinweis auf Probleme sein:

Dies ist eine mäßig hässliche „Sinuswelle“. Definitiv harmonischer Inhalt hier!

Wenn jedoch eine quantitative Analyse (eindeutige, numerische Zahlen) erforderlich ist, gibt es keinen Ersatz für ein speziell für diesen Zweck entwickeltes Instrument.

Ein solches Instrument wird als Power Quality Meter bezeichnet und ist in elektronischen Kreisen manchmal besser bekannt als Niederfrequenz-Spektrum-Analysator . Dieses Instrument bietet eine grafische Darstellung des Frequenz-„Spektrums“ der Wechselspannung auf einem CRT- oder Digitaldisplay.

So wie ein Prisma einen weißen Lichtstrahl in seine einzelnen Farbkomponenten aufteilt (wie viel Rot, Orange, Gelb, Grün und Blau in diesem Licht enthalten ist), teilt der Spektrumanalysator ein Mischfrequenzsignal in seine einzelnen Frequenzen auf und zeigt das Ergebnis in Form eines Histogramms:(Abbildung unten)

Power Quality Meter ist ein Niederfrequenz-Spektrumanalysator.

Jede Zahl auf der horizontalen Skala dieses Messgeräts repräsentiert eine Harmonische der Grundfrequenz. Für amerikanische Stromversorgungssysteme steht die „1“ für 60 Hz (die 1. Harmonische oder Grundschwingung ), die „3“ für 180 Hz (die 3. Harmonische), die „5“ für 300 Hz (die 5. Harmonische) und so weiter.

Die schwarzen Rechtecke stellen die relativen Größen jeder dieser harmonischen Komponenten in der gemessenen Wechselspannung dar.

Eine reine 60-Hz-Sinuswelle würde nur einen hohen schwarzen Balken über der „1“ anzeigen, ohne dass über den anderen Frequenzmarkierungen auf der Skala schwarze Balken angezeigt würden, da eine reine Sinuswelle keinen Oberwellengehalt hat.

Spannungsqualitätsmesser wie diese könnten besser als Oberton bezeichnet werden Messgeräte, da sie nur die Frequenzen anzeigen, von denen bekannt ist, dass sie vom Stromnetz erzeugt werden.

In dreiphasigen Wechselstromnetzen (vorwiegend für große Leistungsanwendungen) neigen geradzahlige Oberschwingungen dazu, ausgelöscht zu werden, und daher sind nur die Oberschwingungen, die in signifikantem Maße vorhanden sind, ungeradzahlig.