Guida alla misura della qualità della potenza
I problemi di rete di alimentazione causati da una scarsa qualità dell’energia sono un problema comune sia per i fornitori di energia elettrica che per gli utenti. Tuttavia, non è facile identificare se la causa della scarsa qualità dell’alimentazione sia dovuta al fornitore o all’utente. Sulla base di questa situazione, la misurazione della qualità della potenza è necessaria per comprendere la causa effettiva dei problemi di qualità dell’energia, nonché per considerare e analizzare efficaci contromisure.
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Perchè misuriamo la qualità dell’energia?
Il peggioramento della qualità dell’energia è un problema importante causato dall’aumento dell’uso di dispositivi elettronici di potenza che utilizzano inverter, dall’ aumento dei carichi sbilanciati come grandi forni o rettificatori, e generalmente dalla complicata distribuzione di potenza dovuta all’ aumento delle connessione di rete per la nuove fonti di energia, ecc…
Una scarsa qualità dell’alimentazione causa problemi alle apparecchiature di utilizzatori/produttori e malfunzionamento delle apparecchiature elettroniche. Ad esempio, le armoniche sono note per causare bruciature di reattori e ronzio nei condensatori e trasformatori. Inoltre, impulsi ronzio e cali di tensione possono fermare sistemi di controllo basati su computer.
IEC61000-4-30
La norma IEC61000-4-30 è lo standard internazionale che stabilisce come misurare la qualità della potenza e gli strumenti di misurazione certificati per essere conformi a IEC610004-30 avranno risultati di misurazione affidabili e ripetibili indipendentemente dal costruttore.
Gli elementi inclusi in questo standard sono limitati ai fenomeni che si diffondono nel sistema di alimentazione: la frequenza, l’ampiezza di tensione di alimentazione (valore RMS), lo sfarfallio (flicker), l’ abbassamento / aumento / interruzione della tensione di alimentazione, i transitori, lo squilibrio della tensione di alimentazione, le armoniche, le inter-armoniche, la segnalazione della tensione di alimentazione e la fluttuazione rapida della tensione.
La norma IEC61000-4-30 classifica il metodo di misurazione e le capacità di misurazione degli strumenti in 3 classi: A, S e B.
La misurazione della qualità dell’energia più affidabile può essere effettuata dallo strumento di classe A. I requisiti per la classe A non sono solo stabiliti in termini di funzioni e precisione, includono anche l’algoritmo di misurazione e la precisione dell’orologio.
Classificazione degli strumenti di misura della qualità dell’alimentazione
| Classe | Applicazioni |
|---|---|
| Classe A | Utilizzato quando sono necessarie misurazioni precise, ad esempio per motivi contrattuali che potrebbero richiedere la risoluzione di controversie, la verifica della conformità agli standard, ecc. Vengono definiti i metodi e le tecniche di misurazione dettagliati, ad esempio l’accuratezza nel tempo, il metodo di calcolo del valore RMS e il metodo di elaborazione dei dati, ecc. |
| Classe S | Usata per sondaggi qualitativi, applicazioni di risoluzione dei problemi e altre applicazioni in cui non è richiesta una elevata accuratezza. |
| Classe B | Utilizzato per indagini statistiche e applicazioni contrattuali in cui non vi sono controversie. |
Lo HIOKI PQ3198 è certificato in Classe A e offre le prestazioni della classe A.
Procedure di misura della qualità dell’alimentazione
Suggerimenti per identificare la causa dei problemi di qualità dell’alimentazione
Registrare il trend di tensione e corrente al punto di allaccio con il fornitore!
Se la tensione scende durante l’aumento del consumo corrente in un edificio, la causa è considerata proveniente dall’interno dell’edificio. D’altra parte, se sia la tensione che la corrente diminuiscono contemporaneamente, la causa è attribuibile ad attrezzature esterne o all’anomalia al di fuori dell’edificio. È importante determinare dove misurare e misurare anche la corrente.

L’attuale consumo all’interno dell’edificio aumenta a causa di una corrente di corto circuito o di inrush. Ciò causa un calo di tensione dovuto alla capacità di alimentazione insufficiente.

La tensione di fase e la corrente scendono contemporaneamente.
Controllare il trend di potenza!
L’apparecchiatura in condizioni di sovraccarico è spesso causa di problemi. Conoscendo il trend della potenza, è più facile identificare l’apparecchiatura o il luogo effettivo che causa i problemi

Controllare QUANDO si è verificato l’evento!
Quando viene registrato un evento, le apparecchiature in funzione o in fase di riavvio possono essere la causa del problema. Identificando con precisione l’ora in cui si è verificato l’evento e quando il problema è scomparso, può essere più facile determinare quale attrezzatura o luogo può avere causato i problemi.

Verifica per calore e ronzii anomali generati dalle apparecchiature!
Il surriscaldamento o ronzii anomali provenienti da un motore, un trasformatore o un cavo sono segni che ci sono problemi dovuti a sovraccarico o armoniche.

Step 1: Scopo
1.1 Indagine power quality –> vai allo step 3
- Indagine periodica e statistiche sulla qualità dell’alimentazione
- Indagine prima e dopo l’installazione di nuove apparecchiature
- Monitoraggio dei carichi
- Manutenzione predittiva
1.2 Risoluzione dei problemi –> vai allo step 2
- Rilevamento della causa di malfunzionamenti o danni alle apparecchiature
- Valutare contromisure per i problemi di alimentazione
Step 2: Capire i problemi (dove misurare)
2.1 Che tipo di problemi si sono verificati?
- Principali apparecchiature elettroniche: Grande copiatrice, UPS, Ascensore, Compressore d’aria, Compressore di aria condizionata, Caricabatterie, Apparecchiature di raffreddamento, Gestore dell’aria, Illuminazione controllata timer, Unità a frequenza variabile, ecc…
- Distribuzione: Danni o usura dei conduttori (cavi elettrici), surriscaldamento, rumore o perdite di olio sul trasformatore, apertura o surriscaldamento di interruttori, ecc…
2.2 Quando si è verificato il problema
- Sempre, Periodico, Intermittente
- Ora o data specifiche
2.3 Dove e quale dovrebbe essere la misura?
- Tensione, Corrente, (Potenza) — Sempre consigliato
–> La causa può essere identificata molto più facilmente analizzando la tensione e i trend nel momento in cui il problema si verifica. - Misurare più punti contemporaneamente – facilita l’identificazione dell’origine del problema
–> Circuiti nella rete di trasmissione (solo per power utility)
–> Punto di ingresso (alta tensione, bassa tensione)
–> Pannello di distribuzione
–> Presa o terminale di alimentazione per apparecchiature elettroniche
2.4 Quale è la causa presunta?
- Problema di tensione
Fluttuazione del valore RMS, distorsione della forma d’onda,sovratensione transitoria, armonica di alto ordine - Problema attuale
Corrente di perdita, corrente di inrush
Step 3: Conoscere il sito dove si misura
Raccogliere informazioni sul sito di misurazione, tra cui:
- Cablaggio del circuito
- Tensione di alimentazione nominale
- Frequenza
- Necessità di misurazione del neutro e della misura della tensione DC
- Correnti massime previste
- Altre informazioni sulle strutture, tra cui:
Esistenza di altre apparecchiature di rilevamento della qualità dell’alimentazione, ciclo di funzionamento dei principali dispositivi elettronici, nuove apparecchiature aggiunte o rimosse, progetto del circuito di ditribuzione etc.
Step 4: Misurare
Misurare utilizzando un analizzatore di qualità di potenza: è possibile misurare e registrare vari fenomeni contemporaneamente utilizzando un analizzatore di qualità di potenza HIOKI.
Funzioni utili dello HIOKI PQ3198
- Controllo del cablaggio: Permette un facile collegamento al circuito da misurare e conferma la corretta connessione.

- Configurazione rapida: Selezionare la configurazione e il PQ3198 imposterà automaticamente le soglie di rilevamento degli eventi.(Sarà possibile personalizzare manualmente le impostazioni in seguito.)

- Schermata VIEW: Visualizzare i valori istantanei di input e le forme d’onda.


Breve panoramica dell’impostazione rapida
| Eventi U | Rilevare la tensione di guasto |
| Qualità di alimentazione standard | Misurare gli elementi di base di qualità dell’energia |
| Corrente inrush | Rileva la corrente di inrush |
| Registrazione | Registrare i soli valori RMS senza rilevare gli eventi |
| EN50160 | Indagine sulla qualità dell’energia a lungo termine secondo lo standard EN50160 |
Per ulteriori informazioni fare riferimento all’Appendice 1.
Parametri ed eventi relativi alla Power Quality
I parametri di qualità dell’alimentazione sono gli elementi necessari per il rilevamento o l’analisi dei problemi della rete di alimentazione. Misurando i parametri di qualità, è possibile ottenere una conoscenza approfondita dello stato della qualità della rete di alimentazione.
I valori di soglia sono impostati sull’analizzatore per rilevare il “valore di errore” o la “forma d’onda di errore” per i parametri di qualità dell’alimentazione. Quindi, lo strumento identifica un “evento” quando l’input supera le soglie predefinite.
(I problemi effettivi non si verificano sempre al rilevamento degli eventi perché i livelli vengono impostati supponendo determinati valori di soglia.)
Variazione di frequenza

Ciò si verifica a causa di un cambiamento di bilanciamento dell’alimentazione tra rete e utilizzatore, o un eccessivo aumento o diminuzione del carico. La variazione delle velocità di rotazione dei generatori sincroni, il tipo più comune di generatore utilizzato nei sistemi di alimentazione elettrica, può essere la causa delle fluttuazioni di frequenza.
Aumento di tensione (Surge)

E’ un aumento istantaneo della tensione causato da fulmini, apertura o chiusura di un circuito di alimentazione, commutazione di un banco di condensatori ad elevata capacità, corto circuito a terra, disinserzione di un grande carico, ecc. Può anche verificarsi a causa della connessione alla rete di una nuova fonte di energia (energia solare, ecc.). Un improvviso aumento della tensione può danneggiare o resettare l’alimentazione dell’apparecchiatura.
Sovratensione transitoria (Impulso)

Questa variazione veloce di tensione è generata da un fulmine, un problema di contatto e chiusura di un interruttore/relè in un circuito. È spesso un cambiamento rapido ed è costituito da un picco di alta tensione. Può danneggiare gli alimentatori o causare un reset delle apparecchiature si verifica spesso vicino al punto di generazione a causa delle alte tensioni.
Sfarfallio (flicker)

Lo sfarfallio è una fluttuazione di tensione periodicamente ripetuta causata da un forno, una saldatura ad arco o un carico controllato al tiristore. Può causare fluttuazioni della luce e malfunzionamenti. Quando il valore dello sfarfallio è alto, la maggior parte delle persone si sente a disagio a causa delle luci tremolanti.
Calo di tensione (Sag)

La maggior parte degli abbassamenti sono causati dai fenomeni naturali come tuoni e fulmini. È rappresentato da un calo di tensione istantaneo causato da un cortocircuito a terra o da un alta corrente di inrush quando si avvia un motore di grandi dimensioni, ecc.
A causa della caduta di tensione, può verificarsi un arresto o un reset dell’apparecchiatura, spegnimento dell’illuminazione, cambiare o arrestare la velocità del motore e causare errori di sincronizzazione del motore o generatore sincrono
Interruzione

Si tratta di un’interruzione di tensione per un periodo istantaneo, breve o lungo. È causato da incidenti come fulmini o intervento dell’interruttore a causa di un cortocircuito. Da qualche anno, si utilizzano gli UPS per proteggere i PC, ma questo tipo di apparecchiature può anche causare un arresto o un reset dell’apparecchiatura.
Armoniche

Le armoniche sono generate dai dispositivi di controllo a semiconduttore nella rete di alimentazione dell’apparecchiatura a causa di tensione distorta e correnti con forma d’onda non sinusoidali. Quando la componente armonica è grande, può causare gravi problemi come il surriscaldamento o ronzii nei motori o trasformatori, bruciare reattori in condensatori di compensazione fase, ecc.
Componente armonica di alto ordine

Si tratta di componenti di rumore superiore a diversi KHz generati da dispositivi di controllo a semiconduttore nell’alimentatore delle apparecchiature e può contenere varie componenti di frequenza. Le componenti armoniche di alto ordine possono danneggiare gli alimentatori resettare le apparecchiature o introdurre rumori anomali in apparati come TV o radio.
Inter-armoniche

Sono generate da una distorsione di tensione/forma d’onda di corrente causata da un convertitore di frequenza elettronica, convertitore di ciclo, sistema Scherbius, motore induttivo, saldatore o forno ad arco, ecc., e consiste in ordini non interi della frequenza fondamentale. L’inter-armonica può causare danni, malfunzionamento o deterioramento delle apparecchiature a causa dello spostamento del punto di zero della forma d’onda della tensione.
Corrente inrush

(Forma d’onda della corrente)
Questo fenomeno si ha quando un’alta corrente scorre al momento dell’accensione di una apparecchiatura. La corrente di spunto può causare guasti a relè, intervento di interruttori automatici, impatto sui raddrizzatori, instabilità nella tensione di alimentazione malfunzionamento o riavvio di apparecchiature.
Squilibrio

Lo sbilanciamento è generato dall’aumento o dalla diminuzione del carico collegato ad ogni fase, da un’apparecchiatura con funzionamento parziale, dalla distorsione della tensione/forma d’onda della corrente, dalla caduta di tensione o dalla tensione di fase inversa, ecc. Il fenomeno può causare un difetto di rivoluzione, un aumento del rumore, e una coppia minore in un motore. Inoltre, potrebbe far intervenire le protezioni, surriscaldare i trasformatori, o causare un aumento della perdita in un raddrizzatore di livellamento del condensatore ecc.
Modo di registrazione TIME PLOT e Event Waveform
1. Metodo di registrazione di TIME PLOT
2. Metodo di registrazione della forma d’onda dell’evento
Terminologia
Casi di studio
- Caduta di tensione causata dall’impedenza dei cavi
- Transitori causati dalle lampade al neon
- Inserimento di un banco di condensatori di rifasamento
- Calo di tensione (dip) causato da fulmine – il traliccio
- Calo di tensione (dip) causato da fulmine – quadro di distribuzione
- Sovratensione transitoria
- Calo di tensione periodico
- Forme d’onda della commutazione negli UPS
- Disturbi in una commutazione UPS
- Caduta di tensione in fabbrica
- Armoniche immesse e emesse
- Armoniche di ordine elevato
- Disturbi condotti
- Generazione di energia dal sole
- Generazione di energia dal vento
- Sincronizzazione con l’orologio GPS (PQ3198)
- Misure e operazioni da remoto (PQ3198)
- Utilizzare efficacemente il quarto canale (PQ3198)
Troverai inoltre le Appendici di approfondimento:
- Appendice 1: Dettagli di configurazione rapida (quick setup) per il modello PQ3198
- Appendice 2: Armoniche











