Vaihtovirtajänniten epämuodostumien mittaamisen virhestandardit sähköjärjestelmissä

Virtuaalisen kokonaisharmonisen vääristymän (THD) virhemarginaalin kattoman analyysin perusteella sovelluskohtaisissa tilanteissa, mittauslaitteiden tarkkuudessa ja teollisissa standardeissa

Kokonaisen harmonisen vääristymän (THD) hyväksyttävän virhemarginaalin on arvioitava tietyissä sovellusyhteyksissä, mittauslaitteiden tarkkuuden ja sovellettavien teollisten standardien perusteella. Alla on yksityiskohtainen analyysi avaintekijöistä sähköjärjestelmissä, teollisessa laitteistossa ja yleisissä mittaussovelluksissa.

1. Harmoninen virhestandardi sähköjärjestelmissä

1.1 Kansalliset standardivaatimukset (GB/T 14549-1993)

• Jännite THD (THDv):
  Yleisillä sähköverkoilla jännitteen kokonaisen harmonisen vääristymän (THDv) sallittu raja on ≤5% järjestelmille, joiden nimijännite on enintään 110kV.
  Esimerkki: Terästehtaassa valamöllyn järjestelmässä THDv väheni 12.3%:sta 2.1%:iin harmonian vähentämistoimenpiteiden jälkeen, täysin kansallisten standardien mukaisesti.

• Virta THD (THDi):
  Sallittu virtan THD (THDi) on yleensä ≤5%–≤10%, riippuen asiakkaan kuorman ja lyhytsulun kapasiteetin suhteesta yhteispistossa (PCC).
  Esimerkki: Sähköverkkoon liitettyjen aurinkopaneelien inversiovirrastimet on säädettävä niin, että THDi on alle 3% IEEE 1547-2018 -vaatimusten mukaisesti.

1.2 Kansainväliset standardit (IEC 61000-4-30:2015)

• Luokan A laitteet (korkea tarkkuus):
  THD-mittauksen virhe on oltava ≤ ±0.5%. Sopii sähkömittaripisteisiin, siirtoasemien sähkölaadun seurantaan ja kiistojen ratkaisuun.

• Luokan S laitteet (yksinkertaistettu mittaus):
  Virhetoleranssi voidaan joustavasti laskea ≤ ±2%. Soveltuu tavalliseen teolliseen seurantaan, jossa korkea tarkkuus ei ole kriittistä.

1.3 Teolliset käytännöt

• Nykyisissä sähköjärjestelmissä korkean tarkkuuden seurantalaitteet (esim. CET PMC-680M) saavuttavat yleensä THD-mittausvirheet, jotka ovat ±0.5% sisällä.

• Uusiutuvan energian integroinnissa (esim. tuulivoima- tai aurinkoasemat) THDi on yleensä vaadittava olemaan ≤ 3%–5%, jotta vältetään harmoninen pilaaminen sähköverkkoon.

2. Teollisen laitteiston ja mittauslaitteiden virheet

2.1 Teolliset laitteet

• Monitoimiset sähkömittarit (esim. HG264E-2S4):
  Kyky mittaa harmonisia komponentteja 2. järjestystä 31. järjestykseen, THD-virhe ≤ 0.5%. Laajasti käytetty metalli-, kemian- ja valmistusteollisuudessa.

• Kannettavat analyysilaitteet (esim. PROVA 6200):
  Harmonisen mittausvirhe on ±2% 1.–20. järjestykselle, kasvaa ±4%:iin 21.–50. järjestykselle. Ideaalinen kenttädiagnostiikkaan ja nopeaan paikkakunnan arviointiin.

2.2 Erityislaite

• Harmoninen jännite/virta-analyysilaitte (esim. HWT-301):

• 1. – 9. harmoninen: ±0.0%rdg ±5dgt

• 10. – 25. harmoninen: ±2.0%rdg ±5dgt
  Sopii laboratorion käyttöön, kalibrointilaboratorioihin ja korkean tarkkuuden varmistustöihin.

3. Virheliikkeiden lähteet ja optimointitoimenpiteet

3.1 Tärkeimmät virheliikkeiden lähteet

• Laitteiston rajoitukset:
  ADC-näytteenotuksen resoluutio, lämpötilan vaihtelu (esim. ADC:n vaihtelukertoimen ≤5 ppm/°C) ja suodattimen toiminta vaikuttavat merkittävästi tarkkuuteen.

• Algoritmin puutteet:
  Väärän FFT-ikkunan valinta (esim. suorakaideruudut aiheuttavat spektrin leviämisen) ja harmonisten komponenttien rajaus (esim. lasketaan vain 31. järjestykseen asti) tuottavat laskennallisia virheitä.

• Ympäristöhäiriöt:
  Sähkömagneettinen häiriö (EMI >10 V/m) ja sähkövirtahäiriöt (±10%) voivat johtaa mittauspoikkeamiin.

3.2 Optimointistrategiat

• Laitteiston päällekkäisyys:
  Käytä kaksoisviestintämoduuleja ja päällekkäisiä sähkölähteitä poistaaksesi yksipistekohdan epäonnistumisriskeistä dataintegriteetin vaikutusta.

• Dynaaminen kalibrointi:
  Suorita neljänneksi ajalta kalibrointi standardilähteillä (esim. Fluke 5522A) varmistaaksesi pitkäaikaisen tarkkuuden määritellyn toleranssin rajoissa.

• EMI-kestävä suunnittelu:
  Korkean taajuuden häiriöympäristöissä toteuta CRC-32 + Hamming-koodi kaksinkertainena virheen tarkistamiseksi parantaaksesi datan luotettavuutta ja siirtovarmuutta.

4. Tyypilliset esimerkit THD-mittausvirheistä

5. Yhteenveto

• Standardirajat: Sähköjärjestelmissä THDv on yleensä rajoitettu ≤5%:iin, ja THDi ≤5%–10%:iin. Korkean tarkkuuden laitteilla voidaan saavuttaa mittausvirheet ±0.5%:n sisällä.

• Laitteiston valinta: Valitse Luokan A laitteet (esim. sähkömittaripisteisiin), kun korkea tarkkuus on tarpeen, ja Luokan S laitteet yleiseen teolliseen seurantaan.

• Virheen hallinta: Pitkäaikainen mittaus tarkkuus voidaan ylläpitää hyväksyttävissä rajoissa laitteiston päällekkäisyyden, säännöllisen dynaamisen kalibroinnin ja EMI-kestävän suunnittelun avulla.