регулятор реактивной мощности Компенсация реактивной мощности, УКРМ
По всем вопросам пишите и звоните: E-mail: ukrm2014@gmail.com  моб:8-987-961-7173  Skype: ukrm2010  
Что, где и почем?
Индикаторы ЕЭС

Системный оператор Единой энергетической системы

Авторизация !





Забыли пароль?
Вы не зарегистрированы. Регистрация
Оборудование для ФСК ЕЭС
Реестр №2 ФСК ЕЭС
Реестр №2 ФСК ЕЭС
Статистика сайта
Участников: 6483
Новостей: 381
Ссылок: 200
посетителей: 3628130
Последние новости
 
Главная
Качество электроэнергии и энергосбережение
    Нормативные документы по качеству электроэнергии и энергосбережению             Производители приборов - анализаторов электросети             Энергоаудит, консалтинг и инжиниринг             Библиография и глоссарий     
Гармоники и измерение RMS Версия для печати Отправить на e-mail
16.02.2014
Image   Ken West (Кен Уэст)

TRUE RMS - ЕДИНСТВЕННО ПРАВИЛЬНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
 
    Многие коммерческие и промышленные установки страдают от постоянных так называемых ложных срабатываний автоматических выключателей. Зачастую эти отключения кажутся случайными, однако имеются причины, объясняющие эти аварии, из которых две наиболее распространены. Первой из возможных причин являются пусковые токи, которые возникают, когда включаются некоторые нагрузки, особенно персональные компьютеры и другие электронные устройства; второй вероятной причиной является то, что истинное текущее значение тока в цепи было измерено с большой погрешностью - другими словами, в действительности значение тока было значительно больше.

Измерения с большой погрешностью очень часто встречаются в современном оборудовании; в чем же причина этого, если цифровые измерительные приборы, как уверяют производители, очень точны и надежны? Ответ заключается в том, что многие приборы не подходят для измерения искаженных токов - а большинство токов в наше имеет искаженную форму.


Эти искажения происходят из-за гармонических токов, генерируемых нелинейными нагрузками, особенно электронным оборудованием, таким, как персональные компьютеры, электронные балласты люминесцентных ламп и регулируемый электропривод. Рис.3 показывает типичную форму кривой тока питания персонального компьютера. Очевидно, что это не синусоида, и все обычные инструменты измерения и методы расчета для тока синусоидальной формы больше не работают. Это означает, что при диагностике или анализе эффективности системы питания, важно использовать для работы надлежащие приборы для измерений - приборы, которые могут иметь дело с несинусоидальными токами и напряжениями.


На Рис. 1 показана пара токоизмерительных клещей, измеряющих ток на одном и том же фидере. Оба прибора функционируют нормально и оба откалиброваны по спецификации производителя. Ключевое отличие заключается в способе измерения тока.
Левый прибор измеряет истинное среднеквадратичное значение тока, а правый - усредненное (среднеквадратичное) значение. Разница показаний требует понимания, что на самом деле означает RMS.

Image
Рис.1


 
Что такое RMS?
 
«Среднеквадратичная»  (Root Mean Square – RMS) величина переменного тока – равна значению эквивалентного постоянного тока, который произвел бы такое же количество тепла в постоянной активной нагрузке. Количество тепла, произведенное в резистивной нагрузке переменным током, пропорционально квадрату тока, усредненного по полному циклу формы волны. Другими словами, произведенное тепло пропорционально среднеквадратичному значению тока  или RMS. Для идеальной синусоиды, такой, как на Рис. 2, значение RMS составляет 0,707 от амплитудного значения (или √2, или 1,414 значения RMS). Другими словами пиковое значение 1ампера  RMS чистого синусоидального тока будет 1,414 ампер. Если величина сигнала просто усредненная (с инвертированием отрицательного полупериода), среднее значение составляет 0,636 раза от амплитуды, или равно 0,9 кратному значению RMS. Есть два важных отношения, показанные на  Рис. 2:

Пик-фактор тока  =  Амплитуда тока / RMS,  и
Форм-фактор тока  =  RMS / Среднее значение тока  
 
Image
Рис.2

 
При измерении чистой синусоидальной волны - но только для чистой синусоидальной волны - достаточно корректно сделать простое измерение среднего значения (0.636 от амплитуды) и умножить результат на форм-фактор, 1,111  и считать это значением  RMS. Такой подход используется  во всех аналоговых (электромагнитных) приборах (где усреднение выполняется инерцией и затуханием колебаний  измерительной катушки), и во всех старых и новых цифровых мультиметрах. Этот метод измерения описан как «калибровка RMS по средним значениям». Проблема состоит в том, что метод работает только при неискаженной синусоиде, а чистых синусоид не существует в реальном мире электросетей. Форма сигнала на Рис.3, является типичной для текущей формы волны тока питания персонального компьютера. Истинное значение RMS - все еще 1 ампер, но пиковое значение намного выше - в 2,6 ампера, и среднее значение намного ниже -  в 0,55 ампера (здесь ампер – условная единица – прим. пер.). 
 
Image
Рис.3

Если бы  ток такой формы измерялся с вычислением RMS  по среднему значению, то результат был бы  0,61 ампер, а не 1 ампер истинного значения RMS, то есть меньше истинного почти на 40%. В Таблице1 приведены некоторые примеры того, как два прибора с разным методом измерений дают разные показания для различного вида формы волны.

Image
Таблица 1

Стандартный измеритель истинного RMS работает, определяя квадрат мгновенного значения входного тока в течение некоторого времени (длительность времени отсчета определяет погрешность измерения – прим. пер.), а затем вычисляет квадратный корень из этого среднего. При хорошей реализации  это дает приемлемый результат независимо от формы сигнала. Однако не существует идеальных схем реализации такого метода измерений; есть два ограничивающих его момента, которые должны быть приняты во внимание: частотная характеристика и пик-фактор.

Для работы системы электроснабжения, как правило,  достаточным считается  определение гармоник до 50-й, т.е. с частотой 2500 Гц. Поэтому и важна величина пик-фактора: при его более высоких значениях, для измерения истинного RMS, требуется прибор с большим динамическим диапазоном и  максимально точной схемой преобразования, при величине пик-фактора не менее чем три.

Стоит отметить, что, несмотря на различные показания  при измерении искаженных сигналов, приборы обоих типов дают одинаковый результат, если используются для измерения идеальной синусоиды. Это является условием их калибровки, поэтому каждый прибор может быть сертифицирован только для использования при измерениях синусоидальных сигналов. Приборы для измерения истинно квадратичных значений (True RMS) были доступны, по крайней мере последние 30 лет, но они были специализированными и дорогими. Достижения в области электроники в настоящее время привели к возможности встраивания функции измерения истинного RMS во многие портативные мультиметры. К сожалению, эта функция, как правило, встречается только в верхней части диапазона измерения приборов большинства производителей, но зато они достаточно дешевы, чтобы купить их как обычные инструменты для всех, и на каждый день.

Последствия при некорректном измерении

Предельная оценка для большинства элементов электрической цепи определяется количеством тепла, которое может рассеиваться, так, чтобы элемент или компонент не перегревался.
Характеристики кабелей, например, даны для конкретных условий монтажа (которые определяют, насколько быстро тепло может рассеиваться) и максимальной рабочей температуры. С токами, загрязненными гармониками, имеющими более высокую величину RMS, чем измеренное среднее значение, кабели, возможно, могут быть выбраны неправильно и начнут нагреваться сильнее, чем ожидалось; результат - деградация изоляции, преждевременное разрушение и опасность пожара.

Шинопроводы имеют размеры, определяемые путем вычисления относительно скорости теплоотдачи шин по конвекции и излучению, а также скорости нагрева за счет резистивных потерь. Температура, при которой эти показатели равны, является рабочей температурой шины, рассчитанной так, чтобы не было преждевременного старения изоляции и вспомогательных материалов. Как и для кабелей, ошибки измерения истинного значения RMS для шинопроводов приводят к росту эксплуатационных температур. Поскольку шины, как правило, имеют большие физические размеры, скин-эффект для них более очевиден, чем для небольших проводников, что приводит к дальнейшему повышению температуры.

Другие компоненты системы электроснабжения, такие, как предохранители, а также тепловые элементы защиты автоматических выключателей, рассчитаны по RMS номинального тока, потому что их характеристики связаны с рассеиванием тепла. Это основная причина ложных срабатываний - ток оказывается выше, чем ожидалось, и работа автоматического выключателя даже в номинальном режиме  может привести к его отключению. Защита выключателя в этом случае становится заметно более чувствительной  к температуре, а ее работа - непредсказуемой. Как и в случае обрыва питания, цена ошибки из-за ложного срабатывания может быть очень высокой: это потеря данных в компьютерных системах, дезорганизация систем управления технологическими процессами и т.д.

Очевидно, что только измерение истинного RMS дает результаты, необходимые для правильного выбора кабелей, шин и выключателей. Часто возникает вопрос: «А измеряет ли этот прибор истинное RMS?» Обычно, если прибор измеряет истинное номинальное RMS, то это указывается в его спецификации, однако часто она бывает недоступна. Есть хороший метод определения измерителя True RMS, путем сравнивая показаний известного прибора с усреднением измерений (обычно, самого доступного и дешевого)  и тестируемого, при измерении тока в нелинейной нагрузке (например, ПК) и в резистивной нагрузке (например, лампы накаливания). Оба прибора должны иметь одинаковые показания величины тока нагрузки лампы накаливания. Если один прибор показывает существенно больше (например, более 20%) величину тока нагрузки ПК, чем другой, то это, вероятно, показания прибора с определением  истинного RMS, если показания приборов одинаковы, то они оба одного и того же типа – измеряют среднее значение тока.

Заключение

Измерение True RMS имеет важное значение в любой установке, где есть значительное число нелинейных нагрузок (ПК, электронные балласты, компактные люминесцентные лампы и т.д.). Усреднение показаний приборов уменьшает результаты измерений до 40%, что может привести к выходу из строя кабелей и ложным срабатываниям автоматических выключатели, работающих в номинальных режимах.

Технический перевод:  В.Николаев

При перепечатке ссылка на первоисточник, автора перевода и сайт www.ukrm.ru обязательны.




 
 
 
 
 
< Пред.   След. >
 
 
Кто, где и сколько?
Испытания и сертификация
Качество энергии и энергоэффективность
Нанотехнологии в электроэнергетике
Реклама
ukrm.ru © 2017
Ссылки /// Новости /// Главная