Harmoniczne. Harmoniczne. Rzeczywista wartoϾ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik. JakoϾ zasilania - poradnik Peak value = 2.

Transkrypt

1 JakoϾ zasilania - poradnik Harmoniczne Rzeczywista wartoϾ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik Peak value = 2.6 Crest or Peak factor = 2.6 Form factor = 1.82 True RMS value = 1.0 Averaging RMS measurement=0.61 Mean value = Harmoniczne

2 Harmoniczne Rzeczywista wartoœæ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik Towarzystwo Rozwoju Miedzi Marzec 2001 Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. (PCPM S.A.) Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. jest organizacj¹ non-profit, finansowan¹ przez dostawców miedzi oraz producentów pragn¹cych zachêciæ odbiorców do stosowania miedzi i jej stopów oraz promuj¹cych ich prawid³owe i efektywne zastosowanie. Dzia³alnoœæ Centrum obejmuje zapewnienie technicznego doradztwa i informacji tym, którzy s¹ zainteresowani wykorzystaniem miedzi w jej wszystkich aspektach. Centrum równie zapewnia ³¹cznoœæ miêdzy jednostkami badawczymi a przemys³em wykorzystuj¹cym miedÿ w produkcji oraz utrzymuje blisk¹ ³¹cznoœæ z innymi organizacjami zajmuj¹cymi siê rozwojem miedzi na ca³ym œwiecie. Europejski Instytut Miedzi (ECI) Europejski Instytut Miedzi jest spó³k¹ joint venture Miêdzynarodowego Stowarzyszenia na Rzecz Miedzi (ICA) i IWCC. ECI, dziêki swoim cz³onkom, zajmuje siê w imieniu najwiêkszych producentów miedzi na œwiecie i czo³owych europejskich producentów - promocj¹ miedzi w Europie. Powsta³y w styczniu 1996 roku Europejski Instytut Miedzi jest wspierany dziêki sieci dziesiêciu Towarzystw Rozwoju Miedzi (CDA) w krajach Beneluksu, we rancji, w Niemczech, Grecji, na Wêgrzech, we W³oszech, w Polsce, Skandynawii,Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. Towarzystwo rozwija swoj¹ dzia³alnoœæ podjêt¹ przez CDA powsta³¹ w 1959 roku oraz dziêki INCRA (Miêdzynarodowemu Towarzystwu Badañ Miedzi) powsta³emu w 1961 roku. Zrzeczenie siê odpowiedzialnoœci Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. oraz Europejski Instytut Miedzi zrzekaj¹ siê wszelkiej odpowiedzialnoœci za bezpoœrednie b¹dÿ poœrednie skutki jak równie nieprzewidziane szkody, które mog¹ byæ poniesione w wyniku u ycia informacji lub nieumiejêtnego u ycia informacji lub danych zawartych w niniejszej publikacji. Copyright Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. Reprodukcja materia³u zawartego w niniejszej publikacji jest legalna pod warunkiem reprodukcji w ca³oœci i podania jej Ÿród³a. Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A Wroc³aw pl. 1 Maja 1-2 Tel: ax: pcpm@miedz.org.pl Website: European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Tel: ax: eci@eurocopper.org Website:

3 Harmoniczne Rzeczywista wartoœæ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wskaÿnik Wiele instalacji komercyjnych i przemys³owych ponosi straty z powodu tak zwanego niepo ¹danego zadzia³ania wy³¹czników automatycznych. Czêsto te niespodziewane zadzia³ania wydaj¹ siê niewyt³umaczalne, ale oczywiœcie zawsze jest jakaœ przyczyna: istniej¹ dwa typowe powody takiego niepo ¹danego zadzia³ania. Pierwszym mo liwym s¹ pr¹dy rozruchowe powstaj¹ce w momencie, kiedy niektóre obci¹ enia, szczególnie komputerów osobistych i innych urz¹dzeñ elektronicznych, s¹ w³¹czane; ten problem jest omówiony w dalszej czêœci naszego poradnika. Drug¹ przyczyn¹, która mo e wywo³aæ niepo ¹dane zadzia³anie wy³¹czników automatycznych to niedoszacowanie rzeczywistej wielkoœci pr¹du przep³ywaj¹cego w obwodzie - innymi s³owy, w rzeczywistoœci pr¹d jest zbyt du y. Niedoszacowanie rzeczywistej wartoœci pr¹du zdarza siê bardzo czêsto w nowoczesnych instalacjach - ale dlaczego, przecie cyfrowe instrumenty pomiarowe s¹ takie dok³adne i niezawodne? OdpowiedŸ polega na tym, e wiele z tych urz¹dzeñ pomiarowych nie jest dostosowanych do pomiaru pr¹dów zniekszta³conych - a wiêkszoœæ pr¹dów w dzisiejszych czasach jest zniekszta³cona. Zniekszta³cenie jest wywo³ane pr¹dami harmonicznymi pochodz¹cymi z nieliniowych obci¹ eñ, szczególnie z urz¹dzeñ elektronicznych takich jak komputery osobiste, zap³onniki i napêdy bezstopniowe. Powstawanie harmonicznych i ich wp³yw na systemy elektryczne jest omówiony w Czêœci 3.1. naszego poradnika. Rys. 3. przedstawia typowy kszta³t fali pr¹du zasilaj¹cego komputer osobisty. Oczywiœcie nie jest to sinusoida i wszystkie typowe urz¹dzenia do pomiaru zwyk³ej sinusoidy oraz sposoby obliczania nie sprawdzaj¹ siê. Oznacza to, e podczas usuwania problemów czy podczas analizowania wydajnoœci systemu zasilania nale y u ywaæ w³aœciwych narzêdzi - to znaczy takich, które poradz¹ sobie z pomiarem niesinusoidalnej fali pr¹du i napiêcia. Rys. 1. Jeden pr¹d - dwie wartoœci. Która jest prawdziwa? Powy szy obwód odga³êziony zasila nieliniowe obci¹ enie zniekszta³conym pr¹dem. Miernik rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS) (po prawej) mierzy prawid³owo, a miernik œredniej wartoœci skutecznej (po lewej) wskazuje wartoœæ ni sz¹ o 32%. 1

4 Rzeczywista wartoœæ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik Rys. 1. przedstawia dwa mierniki zaciskowe na jednym obwodzie odga³êzionym. Oba instrumenty pomiarowe funkcjonuj¹ prawid³owo i oba s¹ skalibrowane zgodnie z instrukcjami producenta. Podstawow¹ ró nic¹ jest sposób wykonywania pomiaru przez poszczególne instrumenty pomiarowe. Miernik pokazany w lewej rêce to instrument mierz¹cy rzeczywist¹ wartoœæ skuteczn¹ (RMS), a miernik w prawej rêce to skalibrowany instrument mierz¹cy œredni¹ wartoœæ skuteczn¹ (RMS). Zrozumienie ró nicy wymaga zrozumienia tego, co naprawdê oznacza wartoœæ skuteczna (RMS). Co to jest wartoœæ skuteczna (RMS)? Wartoœæ œredniej kwadratowej (RMS) pr¹du przemiennego to wartoœæ odpowiadaj¹ca pr¹dowi sta³emu, który wytworzy³by tak¹ sam¹ iloœæ ciep³a przy sta³ym obci¹ eniu rezystancyjnym. Iloœæ ciep³a powsta³ego w oporniku dziêki pr¹dowi przemiennemu jest proporcjonalna do kwadratu œredniej pr¹du w ca³ym okresie. Innymi s³owy, ciep³o wytworzone jest proporcjonalnie do œredniej kwadratu, tak wiêc wartoœæ pr¹du jest proporcjonalna do pierwiastka œredniej kwadratu, czyli œredniej kwadratowej (RMS). (Biegunowoœæ nie ma znaczenia, poniewa kwadrat jest zawsze dodatni.) Aby uzyskaæ idealn¹ sinusoidê, tak¹ jak na Rys. 2, wartoœæ skuteczna (RMS) musi wynosiæ 0,707 razy wartoœæ szczytowa (wartoœæ szczytowa wynosi 2, lub 1,414, razy wartoœæ skuteczna (RMS)). Innymi s³owy, wartoœæ szczytowa pr¹du o 1-amperowej wartoœci skutecznej i niezak³óconym kszta³cie fali wynosi 1,414 amperów. Jeœli wielkoœæ sinusoidy zostanie po prostu uœredniona (odwracaj¹c ujemna po³owê okresu), œrednia wartoœæ wyniesie 0,636 razy wartoœæ szczytowa, lub 0,9 razy wartoœæ skuteczna (RMS). Na Rys. 2. pokazano dwa wa ne wspó³czynniki. i Rys. 2. Sinusoida bez zniekszta³ceñ. Skutki nieprawid³owego pomiaru Dopuszczalne znamionowe ograniczenia dla wiêkszoœci elementów obwodu elektrycznego zale ¹ od iloœci ciep³a, które mo e zostaæ wyemitowane, a dany element siê nie przegrzewa³. Wartoœci znamionowe kabli s¹ podawane dla konkretnych instalacji, z których ciep³o jest emitowane z ró n¹ prêdkoœci¹, i dla maksymalnych temperatur. Poniewa pr¹dy zniekszta³cone harmonicznymi maj¹ wy sz¹ wartoœæ skuteczn¹ (RMS) od tej zmierzonej miernikiem do pomiarów œredniej wartoœci skutecznej (RMS), wartoœci znamionowe kabli mog³y zostaæ zani one i wytrzymaj¹ wy- sz¹ temperaturê; w rezultacie nastêpuje zniszczenie izolacji, wczeœniejsze awarie oraz istnieje niebezpieczeñstwo po aru. 2

5 Rzeczywista wartoœæ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik Rys. 3. Typowy kszta³t fali pr¹du zasilaj¹cego komputer osobisty. Wymiary szyn zbiorczych s¹ dostosowane do iloœci strat ciep³a z szyn podczas zjawiska konwekcji, promieniowania oraz do iloœci pozyskiwanego ciep³a dziêki stratom rezystancyjnym. Temperatura, przy której te iloœci s¹ równe, jest temperatur¹ robocz¹ dla szyn zbiorczych i s¹ one tak konstruowane, e temperatura robocza jest dostatecznie niska, aby zapobiec przedwczesnemu zu yciu izolacji i materia³ów wzmacniaj¹cych. Podobnie b³êdy pomiarowe przy odczycie rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS) prowadz¹ do eksploatacji przy wy szych temperaturach. Poniewa szyny zbiorcze maj¹ zwykle du e rozmiary, bardziej widoczny jest efekt naskórkowoœci ni przy mniejszych przewodach, co prowadzi do dalszego wzrostu temperatury. Inne elementy elektrycznych systemów zasilania, takie jak bezpieczniki i nagrzewaj¹ce siê elementy wy³¹czników automatycznych, s¹ znamionowane zgodnie z wartoœci¹ skuteczn¹ pr¹du (RMS), poniewa ich dzia³anie jest zwi¹zane z oddawaniem ciep³a. Jest to podstawow¹ przyczyn¹ niepo ¹danego zadzia³ania wy³¹czników automatycznych - pr¹d jest wiêkszy ni spodziewany, a wiêc wy- ³¹czniki automatyczne dzia³aj¹ w warunkach, w których przed³u one dzia³anie prowadzi do niepo ¹danego zadzia³ania wy³¹cznika. Reakcja wy³¹cznika jest wywo³ana temperatur¹ i mo e wydawaæ siê nie do przewidzenia. Tak samo jak przy przerwach w zasilaniu, koszt awarii spowodowanej niepo ¹danym zadzia³aniem wy³¹czników mo e byæ wysoki i prowadziæ do utraty danych w systemach komputerowych, zak³óceñ w systemach kontroli procesów itd. Te kwestie s¹ omówione w Czêœci 2. naszego poradnika. Tak wiêc tylko mierniki rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS) zapewniaj¹ prawid³owe odczyty i dziêki nim wartoœci znamionowe kabli, szyn zbiorczych i wy³¹czników mo na okreœliæ w³aœciwie. Zasadnym pytaniem staje siê kwestia: "Czy dany miernik jest miernikiem rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS)?" Zwykle, jeœli miernik jest miernikiem rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS), bêdzie to wyraÿnie zaznaczone w specyfikacji urz¹dzenia, ale czêsto nie ma takiej specyfikacji pod rêk¹. Mo na na to pytanie znaleÿæ odpowiedÿ, porównuj¹c pomiary pr¹du takim miernikiem z pomiarem zwanym miernikiem œredniej wartoœci skutecznej (RMS) (zwykle s¹ one tañsze), lub porównuj¹c z pomiarem zwanym miernikiem rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS) przy pomiarze pr¹du w nieliniowym obci¹ eniu (takim jak komputer osobisty) i pr¹du pobieranego przez lampê z arnikiem. Oba mierniki powinny Tabela 1. Porównanie mierników mierz¹cych œredni¹ i rzeczywist¹ wartoœæ skuteczn¹ (RMS). 3

6 Rzeczywista wartoœæ skuteczna (RMS) - jedyny prawdziwy wyznacznik wskazywaæ tak¹ sam¹ wartoœæ pr¹du dla obci¹ enia lampy z arnikiem. Jeœli jeden z nich wskazuje du o wy sz¹ wartoœæ dla obci¹- enia komputera osobistego ni lampy (powiedzmy ponad 20%), prawdopodobnie taki miernik jest miernikiem rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS); jeœli wskazania s¹ podobne, mierniki s¹ tego samego rodzaju. Wnioski Pomiar rzeczywistej wartoœci skutecznej (RMS) jest bardzo wa ny w ka dej instalacji, w której jest du a iloœæ nieliniowych obci¹- eñ (komputery osobiste, zap³onniki elektroniczne, kompaktowe lampy fluorescencyjne, itd.) Mierniki œredniej wartoœci skutecznej (RMS) wskazywaæ bêd¹ zani on¹ wartoœæ skuteczn¹ o nawet 40%, co mo e prowadziæ do podawania zani onych w³aœciwoœci znamionowych kabli i wy³¹czników automatycznych, awarii i niepo ¹danego zadzia³ania wy³¹czników automatycznych. 4

7 Europejskie Centra Promocji Miedzi i partnerzy programu Leonardo da Vinci Power Quality Benelux European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Tel: ax: eci@eurocopper.org Web: Kontakt: H. De Keulenaer Copper Benelux 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Tel: ax: mail@copperbenelux.org Web: Kontakt: B. Dôme Hevrox Schoebroeckstraat 62 B-3583 Beringen Tel: ax: info@hevrox.be Kontakt: I. Hendrikx KU Leuven Kasteelpark Arenberg 10 B-3001 Leuven-Heverlee Tel: ax: ronnie.belmans@esat.kuleuven.ac.be Kontakt: Prof. Dr R. Belmans Niemcy Deutsches Kupferinstitut e.v Am Bonneshof 5 D Duesseldorf Germany Tel: ax: sfassbinder@kupferinstitut.de Web: Kontakt: S. assbinder HTW Goebenstrasse 40 D Saarbruecken Germany Tel: ax: wlang@htw-saarland.de Kontakt: Prof Dr W. Langguth W³ochy Istituto Italiano del Rame Via Corradino d Ascanio 4 I Milano Italy Tel: ax: ist-rame@wirenet.it Web: Kontakt: V. Loconsolo Institutio Italiano del Rame Via Cardinal Maffi 21 I Pavia Italy Tel: ax: info@ecd.it Web Kontakt: Dr A. Baggini TU Bergamo Viale G Marconi 5 I Dalmine (BG) Italy Tel: ax: graziana@unibg.it Kontakt: Prof. R. Colombi Wielka Brytania Copper Development Association Verulam Industrial Estate 224 London Road St Albans Hertfordshire AL1 1AQ England Tel: ax: copperdev@compuserve.com Webs: & Kontakt: A. Vessey Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. Pl.1 Maja 1-2 PL Wroc³aw Tel: ax: pcpm@miedz.org.pl Kontakt: P. Jurasz Politechnika Wroc³awska Wybrze e Wyspianskiego 27 PL Wroc³aw Tel: ax: i8@elektryk.ie.pwr.wroc.pl Kontakt: Prof. Dr hab. in. H. Markiewicz Dr in. A. Klajn

8 Fluke (UK) Ltd The Metro Centre Dwight Road Watford WD1 8HG Tel: Fax: Ken West Website: Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A Wroc³aw pl. 1 Maja 1-2 Tel: ax: pcpm@miedz.org.pl Website: European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Tel: ax: eci@eurocopper.org Website: