תקנים לשגיאות מדידת THD במערכות חשמל

סובלנות לשגיאות של עיוות הרמוני כולל (THD): ניתוח מקיף על בסיס תרחישים יישומיים, דיוק של ציוד ותקנים תעשייתיים

טווח השגיאות המתקבל עבור עיוות הרמוני כולל (THD) חייב להיבדק בהתאם לתרחישים יישומיים ספציפיים, דיוק של הציוד המדיד והתקנים התעשייתיים הנדרשים. להלן ניתוח מפורט של מדדי ביצוע מרכזי במערכות חשמל, ציוד תעשייתי ותהליכי מדידה כלליים.

1. תקני שגיאות הרמוניות במערכות חשמל

1.1 דרישות תקן לאומי (GB/T 14549-1993)

• THD של מתח (THDv):
  בגרפים חשמליים ציבוריים, העיוות ההרמוני הכולל של המתח (THDv) המותר הוא ≤5% למערכות עם מתח נומינלי עד 110kV.
  דוגמה: במערכת השרוף במפעל פלדה, THDv הופחת מ-12.3% ל-2.1% לאחר יישום אמצעי הפחתת הרמוניות, תוך שמירה מלאה על התקן הלאומי.

• THD של זרם (THDi):
  השגיאה המותרת של THD של זרם (THDi) בדרך כלל נע בין ≤5% ל-≤10%, בהתאם ליחס בין עומס הלקוח לקיבולת קצר החיבור בנקודת החיבור המשותפת (PCC).
  דוגמה: מפצלים פוטו-וולטאיים מחוברים לרשת חייבים לשמור על THDi מתחת ל-3% כדי לעמוד בדרישות IEEE 1547-2018.

1.2 תקנים בינלאומיים (IEC 61000-4-30:2015)

• מכשירים מסוג A (מדוייק מאוד):
  שגיאת מדידת THD חייבת להיות ≤ ±0.5%. מתאים לנקודות מדידה של חברת החשמל, מעקב אחר איכות חשמל בתחנות הספק ופתרון סכסוכים.

• מכשירים מסוג S (מדידה מופשטת):
  אפשר להקל את סובלנות השגיאה עד ≤ ±2%. מתאים לחיזויים תעשייתיים רגילים בהם דיוק גבוה אינו קריטי.

1.3 תרגול תעשייתי

• במערכות חשמל מודרניות, מכשירי מעקב בעלות גבוהה (לדוגמה, CET PMC-680M) בדרך כלל מצליחים להשיג שגיאות מדידת THD בתוך טווח של ±0.5%.

• עבור אינטגרציה של אנרגיה מתחדשת (לדוגמה, תחנות רוח או סולאריות), THDi בדרך כלל נדרש להיות ≤ 3%–5% כדי למנוע זיהום הרמוני לרשת.

2. שגיאות ציוד תעשייתי ומכשירי מדידה

2.1 מכשירים לתעשייה

• מדדי חשמל רב-תכליתיים (לדוגמה, HG264E-2S4):
  מסוגל למדוד הרמוניות מהשנייה ועד השלושים ואחת, עם שגיאת THD ≤ 0.5%. בשימוש נרחב בתעשיות פלדה, כימיה ותעשייה.

• אנליזרים ניידים (לדוגמה, PROVA 6200):
  שגיאת מדידת הרמוניות היא ±2% עבור סדרות 1–20, עולה ל-±4% עבור סדרות 21–50. מתאים לאבחון בשטח והערכה מהירה של אתרים.

2.2 ציוד מבחן מיוחד

• מנתח מתח/זרם הרמוני (לדוגמה, HWT-301):

• הרמוניות מסדר ראשון עד תשיעי: ±0.0%rdg ±5dgt

• הרמוניות מסדר עשירי עד כ"ה: ±2.0%rdg ±5dgt
  מתאים לשימוש במעבדות, מעבדות קליברה ובמשימות אימות בעלות דיוק גבוה.

3. מקורות שגיאה וצעדי אופטימיזציה

3.1 מקורות שגיאה העיקריים

• מגבלות חומרה:
  רזולוציית הדגימה של ADC, נסיגה טמפרטורתית (לדוגמה, מקדם נסיגה של ADC ≤5 ppm/°C) וביצועי מסננים משפיעים משמעותית על הדיוק.

• חסרונות אלגוריתמיים:
  בחירה לא נכונה של חלון FFT (לדוגמה, חלונות מלבניים גורמים לבריחה ספקטרלית), והסרת הרמוניות (לדוגמה, חישוב רק עד ההרמוניה השלושים ואחת) מביאים לשגיאות חישוביות.

• פרעות סביבתיות:
  הפרעה אלקטרומגנטיות (EMI >10 V/m) ומגפלות חשמל (±10%) יכולות לגרום לשגיאות מדידה.

3.2 אסטרטגיות אופטימיזציה

• כפילות חומרה:
  שימוש במודולים תקשורת כפולים ומקורות חשמל כפולים כדי להסיר סיכונים של כשל בנקודה אחת המשפיעים על שלמות הנתונים.

• קליברה דינמית:
  ביצוע קליברה רבעונית באמצעות מקורות תקן (לדוגמה, Fluke 5522A) כדי להבטיח דיוק ארוך טווח בתוך הטווחים המותרים.

• עיצוב עמיד בפני EMI:
  במגבלות תדר גבוה, יישום בדיקה כפולה של CRC-32 + קוד האMING כדי להגביר את אמינות הנתונים ועמידות ההעברה.

4. דוגמאות טיפוסיות לשגיאות מדידת THD

5. סיכום

• גבולות תקן: במערכות חשמל, THDv בדרך כלל מוגבל ל-≤5%, ו-THDi ל-≤5%–10%. מכשירים בעלת דיוק גבוה יכולים להשיג שגיאות מדידה בתוך טווח של ±0.5%.

• בחירת ציוד: בחר מכשירים מסוג A (לדוגמה, עבור נקודות מדידה של חברת החשמל) כאשר נדרש דיוק גבוה, ומכשירים מסוג S עבור מעקב תעשייתי כללי.

• בקרה על שגיאות: דיוק מדידה ארוך טווח יכול להישמר בתוך גבולות מקובלים דרך כפילות חומרה, קליברה דינמית רлярית ועיצוב עמיד בפני EMI.