Smart solutions Power Quality Definities! Qualistar Krachttermen in Power Quality Harmonischen? Power factor? Flicker? TRMS (ac+dc)? Crest factor?
Krachttermen in Power Quality Toepassing van elektronische voedingen, LED verlichting, decentrale opwekking en andere innovatieve, besparende systemen brengt soms nare verschijnselen met zich mee. Spontaan resetten van besturingen, stilvallen van processen of oververhitting van bekabeling. Of het uitvallen of crashen van computersystemen door extra nuldoorgangen, spanningspieken of transiënten. Power Quality, een vaag begrip met vage problemen? Inmiddels is de behoefte aan kennis onderkend. Zo start Uneto-VNI samen met OTIB en ISSO een serie cursussen Power Quality. Fabrikanten van meetapparatuur (waaronder KWx met de Qualistar van Chauvin Arnoux) werken mee aan deze interessante cursussen. Meten is daarin absoluut noodzakelijk om een inzicht te verkrijgen in de kwaliteit van spanning en stroom en op basis daarvan een goede diagnose te kunnen stellen. Meten van Power Quality, enkele termen toegelicht. Power Quality Cos φ Power Factor Harmonischen De term Power Quality is gelijk al een term waar enige toelichting noodzakelijk is, kwaliteit van vermogen dekt de lading niet lekker. Vertaald in het Nederlands is kwaliteit van de spanning en stroom de beste, met daaraan toegevoegd de onderlinge verstandhouding tussen stroom en spanning. Cos φ is geen synoniem voor Power Factor. De term Cos φ (of ook wel Displacement Power Factor genoemd, DPF) is het verschil tussen schijnbaar vermogen en het werkelijk vermogen waarbij alleen de verhouding in de fasen van stroom en spanning in de grondgolf worden meegenomen. Power factor (PF) is de verhouding tussen werkelijk vermogen (Watt) en het schijnbaar vermogen (VA). Hierin is daarmee ook de vervuiling mee opgenomen (de harmonischen). Alleen bij een puur lineaire belasting is de cos φ gelijk aan de Power Factor. Wat zijn harmonischen? Bestaan ze echt? Harmonischen zijn de hogere frequenties in een stroom of spanning naast de basisfrequentie. Deze worden uitgedrukt in een veelvoud van de basisfrequentie in hele getallen. De derde harmonische in een 50 Hz signaal is dus 150 Hz. De wiskundige theorie achter harmonischen is afkomstig uit de Fourier analyse. Door middel van deze analyse kan ieder periodiek signaal worden opgeschreven als de som van sinussen met hun eigen frequentie (veelvoud van de grondfrequentie), amplitude en fase. Harmonischen zijn heel normaal bij een niet lineaire belasting, in sommige gevallen is het de oorzaak van storing of gevaar. Scopebeeld van de Qualistar+ Fourier weergave van de spanning 2
Krachttermen in Power Quality De ideale sinus heeft geen harmonischen. In een scopebeeld (het tijdsdomein) is vaak al wel te zien dat een signaal niet sinusvormig is. Maar hoeveel dan en wat is het effect? De Fourier weergave geeft hiervoor de frequenties weer welke op de grondgolf gesuperponeerd zijn. Dit gebaseerd op de Fourier analyse, waarin de veelvouden van de basisfrequentie worden getoond. Hierdoor kan, in getallen uitgedrukt, worden bepaald wat het aandeel is en wat mogelijke effecten kunnen zijn. Qualistar expert weergave van harmonischen Skin effect Een gevolg van harmonischen is het skin effect. Dit is een fenomeen waarbij hoge (harmonische) frequenties ervoor zorgen dat de elektronen zich aan de buitenzijde van een geleider bewegen. Hierdoor neemt de effectieve doorsnede van de geleider af waardoor er minder stroom kan vloeien c.q. de weerstand van de geleder hoger wordt en daarmee ook de warmteontwikkeling bij quasi normale belasting. Een ander goed verklaarbaar fenomeen zijn de veelvouden van 3: de 3 e, 6 e, 9 e, harmonischen. In een ideaal symmetrisch belast driefasen systeem heffen de stromen elkaar op. De harmonische stromen met een veelvoud van 3 zijn een verklaring voor de belasting van de nulleider: deze zijn met elkaar in fase en vormen een belasting van de nulleider. Afwijking in fasehoek Stroomtangen hebben een afwijkingen in nauwkeurigheid van de omzetting. Onder deze afwijkingen valt ook de afwijking in fasehoek welke in sommige gevallen met name een rol speelt in het onderste bereik van de tang. De op een poweranalyser getoonde fasehoek kan dus afwijken van de werkelijke fasehoek. Het is dus zaak de juiste tang toe te passen of eventueel te gaan meten via een shuntweerstand. Als voorbeeld, veel Poweranalysers worden standaard geleverd met flexibele stroomtangen (zoals de AmpFlex van Chauvin Arnoux). Deze hebben in het onderste bereik een relatief grotere afwijking. De A-fabrikanten zoals bijvoorbeeld Fluke en Chauvin Arnoux hebben om deze redenen tangen met lage stroombereiken opgenomen, tot zelfs 5 Ampère tangen. Deze tangen met een 5 Ampère meetbereik zijn speciaal bedoeld voor het meten aan de secundaire zijde van stroomtransformatoren. De veiligheid wordt hiermee aanzienlijk verhoogd omdat de tangen niet in de hoofdstroom behoeven te worden aangesloten. Hoewel de afwijking van de tang gering is, moet echter wel rekening worden gehouden met de afwijking van de stroomtransformator en de kleinere frequentieband van de stroomtransformator. MN93N AmpFlex C193 3
Krachttermen in Power Quality Crestfactor RMS en TRMS Nog zo n nieuwe term uit de meettechniek is de Crestfactor. Dit is de verhouding tussen de topwaarde van een golfvorm (spanning of stroom) en de effectieve waarde (RMS waarde). In het geval van een echte ouderwetse sinus is deze waarde 2 (1,414). Voor schakelende voedingen ligt deze factor vaak op 2 tot 3. Frequentieregelaars hebben globaal een crestfactor van 2. De crestfactor wordt vaak vermeld in de specificatie van meetinstrumenten en is een maat voor het al of niet juist kunnen meten van niet-sinusvormige spanningen en stromen. RMS staat voor Root Mean Square wat in gewoon Nederlands de wortel uit het gemiddelde in het kwadraat betekend. De effectieve waarde van een golfvorm dus. TRMS is een typische term uit de meetinstrumentenwereld, soms helaas alleen maar gebruikt als marketing term. True RMS staat voor echte effectieve waarde. Deze term is geïntroduceerd om een onderscheid te kunnen maken in meetprincipes. Voor TRMS bestaat helaas geen eenduidige definitie, in sommige gevallen geldt TRMS alleen voor het AC bereik. Enkele fabrikanten voegen er daarom ter verduidelijking AC+DC aan toe, dus TRMS AC+DC om hiermee aan te geven dat gelijk- en wisselstroom (of spanning) worden gemeten. Van belang is om daarnaast ook de bandbreedte van de (T)RMS omzetting te beoordelen op geschiktheid voor het te meten object. Flicker Typisch in Power Quality is de Flicker meting (lichtflikkering). Dit is het voor het oog waarneembare effect op verlichting als gevolg van variaties in de spanning, lichtflikkeringen of het knipperen van het licht dus. Deze term kent twee varianten: PST korte termijn van flicker, berekening van Flicker meting over een periode van 10 minuten. PLT lange termijn van flicker, berekening van Flicker meting over een periode van 2 uur. Flicker is van invloed op o.a. de productiviteit van personen. Nulmeting Nulmeting is voor tweeërlei uitleg vatbaar: meten aan de nulgeleider of een eerste referentiemeting (meting 0) voor het vastleggen van de uitgangssituatie. Beiden hebben een raakvlak met Power Quality. Het meten van de stroom in de nulgeleider, ook wel nulstroom genoemd, biedt extra informatie bij het meten van netkwaliteit. Hoewel deze stroom door Power Analysers ook vaak berekend kan worden, biedt het inzicht in de stroomrichting en de verdeling tussen stroom in de nulgeleider en de stroom naar aarde. Onder nulmeting wordt ook wel verstaan de meting voor het starten van werkzaamheden. Dus voor het aanbrengen van innovatieve besparende verlichting eerst een meting doen. Brengt het rendement in de energierekening wellicht extra vervuiling of belasting van nulgeleider? Of voor het plaatsen van een machine eerst de huidige spanningskwaliteit in kaart brengen. Is het net geschikt voor deze machine? Hiermee wordt een dispuut over de plotselinge problemen na plaatsen van nieuwe machines of installatiedelen mogelijk voorkomen. 4
Symptomen en oorzaken in Power Quality Oorzaken Symptomen Flicker Spanningsverlies Onderspanning Overspanning Atmosferische ontladingen Harmonischen Interharmonischen Homopolaire harmonischen Micro onderbrekingen Korte onderbrekingen Lange en zeer lange onderbrekingen HF pieken Spanningsgolf Defect installatiecomponent Driefasige onbalans Frequentie variatie Hoge blindstroom EMC Processen verlopen onregelmatig Willekeurig stoppen van processen Procesonderbrekingen Fysieke schade Oververhitting en geluidsoverlast Storingen in motoren Afwijkende motortrillingen / geluiden Onderbrekingen motoraandrijving Storing in elektronica Storing in vermogenselektronica Willekeurig aanspreken beveiligingssystemen Onverwacht aanspreken beveiligingssystemen Geblokkeerde beveiligingssystemen Vlambogen Problemen met monitoren Problemen met radiocommunicatie Computer en telefoon interferentie Beschadiging van elektronische kaarten Beschadiging computer hardware Knipperende verlichting Elektrocutie Brand door elektrische oorzaak KWx BV, 2009. Wijzigingen en onjuistheden voorbehouden. 5
KWx MeterCare Wat is MeterCare? Het begrip MeterCare is de verzamelnaam voor kalibratie en tijdige herkalibratie van uw meetinstrumenten. MeterCare van KWx neemt de zorg betreffende kalibratie en de bewaking van de door u gestelde kalibratie-interval uit handen. Deze kalibratieservice wordt uitgevoerd door KWx. Merk onafhankelijk Indien technische gegevens beschikbaar zijn wordt elk gerenomeerd merk gekalibreerd. KWx beschikt over diverse procedures van onder andere : ABB, Amprobe, BBC, Chauvin Arnoux, Gossen Metrawatt, Hioki, Fluke, Keithley, Kyoritsu, Lem, Norma, Megger en Nieaf Smitt. Vaste doorlooptijden: afspraak is afspraak Natuurlijk wenst u een korte doorlooptijd. Met MeterCare verzekert u zich hiervan: vanaf datum ontvangst sturen wij binnen 5 werkdagen uw instrument(en) gekalibreerd retour. Hiervoor dient u wel vooraf een afspraak te maken. En als we de 5 dagen overschrijden? Voor elke extra werkdag brengen wij 5% op de kalibratieprijs in mindering. Maximale zekerheid Ons kalibratielaboratorium hanteert de EN 17025 kalibratienorm. KWx is gecertificeerd volgens de NEN ISO 9001:9002 standaard. Voor elk type test en/of meetinstrument is een standaard procedure ontwikkeld. Eventuele reparaties worden natuurlijk uitgevoerd met originele fabrieksonderdelen. Op vervangen onderdelen geven wij 6 maanden garantie. Indien gewenst wordt het instrument voorzien van de laatste product upgrades en NEN 3140 beproefd. Geen verassingen: vaste tarieven Met MeterCare bent u zeker van vaste vooraf bekende tarieven. Mocht tijdens kalibratie blijken dat het instrument niet goed is ontvangt u vooraf geheel vrijblijvend een kostenopgave. Uniek: gratis onderzoek MeterCare gebruikers genieten van een extra voordeel. In het geval dat uw meetinstrument een storing vertoont onderzoeken wij deze, zonder hiervoor onderzoekskosten in rekening te brengen. U krijgt vervolgens keurig een advies met eventueel een vrijblijvende prijsopgave. Vervolgens is de beslissing aan u. Contact Telefoonnummer : +31 (0)186 633604 E-mail adres: meetinstrumenten@kwx.nl MeterCare kalibratieoproep Om u de zorg voor uw meetapparatuur uit handen te nemen worden alle van MeterCare voorziene meetinstrumenten opgenomen in de MeterCare database. Hierin worden alle essentiële gegevens van uw meetinstrumenten bewaakt. U krijgt als gebruiker 1 maand vóór het verstrijken van de afgesproken termijn een oproep om het instrument te laten kalibreren. Deze oproepservice is gratis! 6
Experts in solutions www.kwx.eu Adresgegevens Nederland België Abu Dhabi KWx BV KWx BVBA Safar-KWx Electrical Services Christiaan Huygensstraat 5 Prins Boudewijnlaan 30/6 PO Box 43284 3261 LR Oud-Beijerland 2550 Kontich Abu Dhabi Nederland België UAE Postbus 1560 3260 BB Oud-Beijerland Nederland Nederland België Abu Dhabi T Algemeen + 31 (0)186 63 36 00 +32 (0) 3 450 78 00 +971 (0) 2 5540606 / +971 (0) 50 8543074 T Explosieveilig + 31 (0) 186 63 36 00 +32 (0) 3 450 78 01 T Vermogenselektronica + 31 (0) 186 63 36 02 +32 (0) 3 450 78 02 T Test-en meetinstrumenten + 31 (0) 186 63 36 03 +32 (0) 3 450 78 03 T MeterCare + 31 (0) 186 63 36 04 Fax Algemeen + 31 (0) 186 63 36 05 +32 (0) 3 450 78 05 +971 (0) 2 5540601 E-mail info@kwx.nl info@kwx.be info@safar-kwx.com halfgeleiders@kwx.nl meetinstrumenten@kwx.nl explosieveilig@kwx.nl Website www.kwx.eu www.kwx.nl www.kwx.be www.safar-kwx.com