Provádění analýz v třífázových rozvodných soustavách

Postupující vývoj polovodičové elektroniky a velmi dobré zvládnutí technologické úrovně miniaturizace elektronických prvků s následnou sériovou výrobou integrovaných obvodů přinesl výrazné zlevnění polovodičových komponentů a umožnil tím v mnoha oblastech nahrazení transformátorových zdrojů efektivnějšími zdroji spínanými. Ty se vyznačují nižší cenou, hmotností a nižšími tepelnými ztrátami. Tyto výhody jsou ovšem vykoupeny spoustou negativ, se kterými si běžný uživatel spotřební elektroniky nemá potřebu lámat hlavu. Jedním z hlavních důsledků funkce spínaných zdrojů je zploštění vrcholů sinusového průběhu napětí a překmity proudů v aktivních oblastech zdroje. K těmto zkreslením dochází v důsledku zvýšeného odběru proudu zdroje v oblasti maxima průběhu napětí. Vzhledem k tomu, že rozvodná síť není dokonale tvrdý zdroj, pouze se mu velice dobře blíží (má nenulový vnitřní odpor/impedanci), dojde k poklesu napětí v oblasti sepnutí tohoto zdroje. Díky těmto jevům dochází ke vzniku vyšších harmonických proudů, které se uzavírají neutrálním vodičem. Obzvláště nebezpečnými se ukazují liché harmonické produkty, které se na neutrálním vodiči sčítají a mohou jej tak přetěžovat. Častým důsledkem tohoto jevu může být výrazný nárůst teploty spojů na neutrálním vodiči s následkem vzniku požáru. Dochází tak k poškození majetku na straně spotřebitele elektrické energie. Dokladem výskytu výše nastíněného problému jsou naměřené průběhy na obrázku.

Napětí (vlevo) a proud (uprostřed) odebíraný spínaným zdrojem. Proud neutrálním vodičem (vpravo) v důsledku vzniku 3. harmonické není nulový

Zřejmě notoricky známou je problematika vyvážení sítě. Ta se týká především výkonových elektrických spotřebičů. V případě přetěžování jedné fáze na úkor ostatních dvou dochází opět k namáhání neutrálního vodiče, což se může projevit jeho přehřátím. Otázka účiníku připojených zařízení je taktéž velmi diskutovaným problémem. Týká se především silových spotřebičů, jejichž nejčastějším příkladem jsou velké elektromotory. V případě chodu elektromotoru naprázdno se tento spotřebič stává zátěží indukčního charakteru, jeho účiník se tedy začíná vzdalovat od hodnoty 1 a narůstá tak velikost jalového výkonu. Vzhledem k tomu, že dodavatel elektrické energie musí vyrobit energii reprezentovanou zdánlivým výkonem. Odběratel platí za odebranou činnou energii. Rozvodným podnikům tak vznikají ztráty a proto je účiník často měřeným parametrem, na základě něhož jsou při překročení povolené hodnoty účtovány dodavatelem energie značné pokuty.

V dnešní době je na trhu s měřicí technikou k dispozici velké množství přístrojů umožňující analýzu rozvodných soustav. Zřejmě nejvýznačnějšími výrobci těchto přenosných přístrojů jsou firmy Fluke a Chauvin Arnoux. Tyto analyzátory bývají vybaveny sadou napěťových a proudových sond, což umožňuje uživateli provést kompletní analýzu sítě a jsou konstruovány ve shodě s mezinárodní normou IEC61000-4-30 ve třídě A s přesností 0,1%.

Díky zobrazení ve formě fázorového diagramu získává technik informaci o vyvážení soustavy a jednotlivých fázových posunů napětí a proudů ve všech fázích včetně neutrálního vodiče. Díky zobrazení v osciloskopickém módu dostává obsluha přístroje informace o rušení, překmitech a zákmitech způsobených spouštěním a vypínáním silových zařízení a činnosti zmiňovaných spínaných zdrojů.

Fázorový diagram třífázové sítě

Další výhodou je zobrazení spektrálních složek měřených proudů a napětí. Pouze porovnání tvaru průběhu s ideální sinusovkou nemusí být v mnoha případech průkazné a vše říkající. Spektrální analýza ovšem uživateli dává jednoznačnou informaci o harmonických produktech, které vznikají v rozvodné soustavě a které, jak již bylo výše zmíněno, mohou zapříčinit velmi vážné materiální škody.

Harmonická analýza proudů z obrázku1. 3 harmonické dosahují téměř stejné úrovně jako základní frekvence 50Hz

V neposlední řadě je třeba zmínit též možnost vzniku náhodných nebo nepředpokládaných poruch průběhů napětí a proudů. Pro tuto eventualitu bývají přístroje vybaveny velkou pamětí umožňující sledovat jednotlivé veličiny po velmi dlouhou dobu a zaznamenávat tak nerůznější anomálie způsobené spouštěním a vypínáním spotřebičů nebo indukcí rušivých signálů z okolí.

Analyzátor kvality energie je přístroj pracující na nejvyšší úrovni a je možné jím odhalit poruchy a identifikovat zdroj těchto poruch a na základě kvalitativního měření rozhodnout o nápravě. Nicméně pro identifikaci přítomnosti zmíněných poruch není nezbytně nutná investice do takto nákladného přístroje. Stále častější a ekonomicky výhodnější je využití možnosti outsourcingu. Například pro odhalení nadměrného zatěžování jedné z fází či neutrálního vodiče postačí přístroj pro bezdotykové měření teploty, tzv. pyrometr, případně termokamera. V případě, že takovýto problém pracovník odhalí, je možné objednat u firem, mezi které patří i firma Micronix, spol. s r.o., odborné proměření pomocí analyzátoru za nepoměrně nižší částku, než je investice do analyzátoru. Pro odhalení nevyváženosti sítě postačí levnější přístroj, který bývá taktéž distribuován jako třífázový analyzátor sítě. V tomto případě se jedná o obdobu klešťového měřiče výkonu, který disponuje možností analyzovat fáze postupně po sobě. Nižší cena je vykoupena tím, že pracovník neobdrží kompletní informaci o všech fázích současně. I přesto je možné tento přístroj využít pro indikaci poruchy a tím předejít případným potížím.

Snímek pořízený termokamerou ukazuje na přehřívání na jedné z fází vlivem nadměrného zatížení.

Ing. Tomáš Bydžovský

Více informací z oblasti naleznete zde ...