Важность использования RMS измерений для описания факторов, влияющих на качество электроэнергии

Морские волны подобны синусоидальной волне переменного напряжения, которая используется в качестве эталонной при определении качества питания. Отклонения от чисто синусоидальной формы волны могут быть обусловлены гармоническими составляющими, некратными гармониками, а также импульсными или колебательными переходными процессами. Изменения амплитуды синусоидального сигнала можно классифицировать следующим образом: падения, всплески и продолжительное перенапряжение либо пониженное напряжение. В то время как изменения в частоте питающего напряжения сравнительно редки и возникают при серьезных неполадках оборудования, чаще имеет место сдвиг фаз при провалах и всплесках. Для того чтобы охарактеризовать или описать синусоидальный сигнал, находящийся под воздействием описанных факторов, влияющих на качество электроэнергии, используются измерения истинных среднеквадратичных значений (Root Mean Squared - RMS). Являющиеся полезными во многих ситуациях, в ряде случаев такие измерения могут оказаться неадекватными либо вводить в заблуждение.

Что же представляют собой RMS? Среднеквадратичные значения получаются в результате математической процедуры, используемой для расчета единичного значения по последовательности отсчетов. Это позволяет сравнивать один цикл с другим, или одну фазу с другой. RMS-напряжение является эффективным значением изменяющегося или переменного напряжения. Это значение должно соответствовать такой же мощности, как и в случае постоянного напряжения, приложенного к чистому сопротивлению. В нынешнем мире дискретных волновых сигналов, вырабатываемых кристаллами процессоров цифровой обработки сигнала (ЦОС), такие измерения являются одними из наиболее легко реализуемых. Каждое значение данных в течение предопределенного периода (обычно это один цикл) умножается само на себя (возведение в квадрат), а затем все такие значения в течение периода усредняются (суммируются с последующим делением на общее количество) и из полученного значения извлекается квадратный корень.

Для стабильного постоянного сигнала каждый отсчет имеет одно и то же значение, следовательно, любой из них может служить эквивалентом RMS-значения. В случае же синусоидальной волны значения нарастают в пределах первой четверти цикла, затем уменьшаются до нуля и переходят в область отрицательных значений вплоть до минимального значения в пределах второй четверти цикла (см. рис. 1).

Рисунок 1. Форма волны на нагрузке однофазного источника питания с полноволновым измерителем.

RMS-значение чистого синусоидального сигнала составляет примерно 70,7% пикового значения. При искаженной форме волны это не верно, что является ответом на вопрос, почему приборы, измеряющие не в терминах истинных среднеквадратичных значений, могут выдавать совершенно различные результаты при различных степенях искажений и, следовательно, не могут использоваться при наличии гармоник. Те приборы, которые лишь вычисляют 71% от пикового значения будут давать неверный результат для формы тока, показанного на рис. 1. На рисунке изображена классическая форма токового сигнала однофазного источника питания с выпрямлением полной волны, присутствующего во многих электронных устройствах. Эта форма волны с гармоническими искажениями (THD) на уровне 108% имела пиковое значение 3,6 А и истинное среднеквадратичное значение 1,4 А, что не совпадает с рассчитанной величиной 0,707*3,6=2,55 А.

Невысокого качества анализаторы электроэнергии, которые настроены на RMS-значения, могут пропускать некоторые данные. Ряд приборов рассчитывают RMS-значения в ходе нескольких циклов. Весьма вероятно, что эти мониторы не зафиксируют многофазовый провал в течение одного цикла, изображенный на рис. 2.



Рисунок 2. Провал в течение одного цикла в двух фазах.

Такое искажение сигнала типично для случая, когда неполадка устраняется с помощью защитного предохранителя. На рис. 3 провал в течение одного цикла, возникший вследствие пробоя при пиковом напряжении (возможно из-за неисправности изоляции или удара молнии) будет давать различные RMS-значения на каждом из трех циклов.


Рисунок 3. Однофазный провал при пробое пиковым напряжением.

В зависимости от механизма включения триггера и пороговых значений, возможно необнаружение провала вплоть до третьего цикла, поскольку RMS-значение неисправных циклов может превышать порог срабатывания триггера. Неисправность, выражающаяся в сдвиге фаз, может иметь идентичные значения от одного цикла к следующему, несмотря на изменения амплитуды волны. Это происходит, когда используются электроанализаторы с многими механизмами включения триггера, например при переходных процессах или искажениях формы волны. Следует помнить, что хотя прибор не замечает таких неисправностей, это не значит, что они не существуют. Для работы по регистрации искажений качества электроэнергии  компания "Энергометрика" рекомендует модель  PM175 - Анализатор электроэнергии, измеритель показателей качества электрической энергии.

ООО «Энергометрика»
Тел./факс: (495) 510-11-04
zakaz@energometrika.ru
www.energometrika.ru