Η ανάλυση της ηλεκτρικής ισχύος αφορά την ποιότητα της τάσης της παρερχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας και τη ποιότητα του ρεύματος που απορροφάται από την ηλεκτρική εγκατάσταση. Η ποιότητα του ρεύματος εξαρτάται από το είδος των φορτίων που είναι εγκατεστημένα στην ηλεκτρική εγκατάσταση.
Τα παλαιότερα χρόνια τα περισσότερα φορτία ήταν γραμμικά (λαμπτήρες πυράκτωσης, αντιστάσεις, επαγωγικοί κινητήρες κτλ.), δηλαδή η κυματομορφή της τάσης ήταν ίδια με την κυματοφόρηση του ρεύματος.
Σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως φορτία μη γραμμικά (ρυθμιστές στροφών, κινητήρων, UPS, παλμοτροφοδοτικά σε Η/Υ και λαμπτήρες LED, ηλεκτροσυγκολήσεις και ότι περιέχει ηλεκτρονικά ισχύος, τρανζίστορ, IGBT κλτ.), τα οποία απορροφούν ρεύμα μη ημιτονοειδούς μορφής, με αποτέλεσμα να “μολύνεται” η ηλεκτρολογική εγκατάσταση με αρμονικές (παράγωγα της θεμελιώδους συχνότητας των 50Hz έως και 2,5Hz).
Προβλήματα που δημιουργούνται από τη κυκλοφορία αρμονικών στην ηλεκτρική εγκατάσταση.
- Μείωση του συντελεστή ισχύος, το οποίο συνεπάγεται αυξημένες χρεώσεις από τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας.
- Υπερθέρμανση των καλωδιώσεων και ειδικότερα του ουδέτερου αγωγού.
- Υπερθέρμανση των μετασχηματιστών ακόμα και σε λειτουργία έως 60% ή 70% της ονομαστικής ισχύος τους.
- Καταστροφή των πυκνωτών διόρθωσης συντελεστή ισχύος, εξαιτίας του συντονισμού που δημιουργείται με τον μετασχηματιστή του υποσταθμού.
- Φρενάρισμα στους επαγωγικούς κινητήρες, με αποτέλεσμα την υπερθέρμανση των τυλιγμάτων και καταστροφή της μόνωσής τους.
- Καταστροφή “ευαίσθητων” ηλεκτρικών συσκευών, οι οποίες είναι σχεδιασμένες να δέχονται τάση καθαρού ημίτονου.
- Ανεπιθύμητες αποζεύξεις διακοπτών και μέσων προστασίας.
- Καταστροφή εδράνων και ρουλεμάν στα συστήματα κινητήρας-φορτίο λόγω των μηχανικών ταλαντώσεων, που προκύπτουν από τις ταλαντώσεις της ροπής του κινητήρα.
Εκτός από τις αρμονικές προβλήματα δημιουργούνται από την συνολική ασυμμετρία ρευμάτων της ηλεκτρικής εγκατάστασης από το οποίο προκύπτει ασύμμετρη τάση, η οποία προκαλεί υπερθέρμανση στα τυλίγματα των κινητήρων λόγω της διαφοράς των ρευμάτων που απορροφούνται από τα τυλίγματα του στάτη.
Επίσης χρειάζεται μέτρηση και καταγραφή των διακυμάνσεων του ρεύματος και της τάσης (βυθίσεις, υπερτάσεις, μεγάλες διακυμάνσεις τάσης, σύντομες διακοπές), οι οποίες καταστρέφουν ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό.
Από τα παραπάνω προκύπτει η ανάγκη μέτρησης και ανάλυσης της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος με πιστοποιημένους τριφασικούς αναλυτές ενέργειας στα σωστά σημεία της ηλεκτρικής εγκατάστασης και κυρίως στην έξοδο του υποσταθμού υποβιβασμού και για όσο χρόνο-μέρες χρειάζεται έτσι ώστε να ληφθούν σωστά δείγματα, ειδικότερα αν τα φορτία μεταβάλλονται με τις μέρες.
Έπειτα απαιτείται σωστή αξιολόγηση των δειγμάτων με βάση τα διεθνή πρότυπα EN 50160, IEEE 519, του ρεύματος βραχυκύκλωσης του μετασχηματιστή και υλοποίηση ενεργειών οι οποίες θα εξαλείψουν ή θα μειώσουν εντός των ορίων τα παραπάνω φαινόμενα.
Λύσεις:
- Τοποθέτηση ενεργών φίλτρων αρμονικών τα οποία μειώνουν σε επιτρεπτά όρια τις αρμονικές, την ασυμμετρία, τον συντελεστή ισχύος.
- Υπολογισμός της συχνότητας συντονισμού του υπάρχοντος πίνακα κεντρικής αντιστάθμισης με τον μετασχηματιστή. Αν η συχνότητα που προκύπτει κυκλοφορεί στην ηλεκτρική εγκατάσταση με την μορφή αρμονικής, πρέπει να μετατραπεί ο πίνακας έτσι ώστε να προστατεύονται οι πυκνωτές από τις υψηλές συχνότητες.
- Σωστή διαστασιολόγηση καλωδίων (εάν είναι απαραίτητο) και ειδικότερα του ουδέτερου αγωγού.
- Τοποθέτηση πυκνωτών αντιστάθμισης, με σωστό σχεδιασμό έπειτα από καταγραφή αρμονικών, για την βελτίωση του συντελεστή ισχύος.
- Σωστή διαστασιολόγηση διακοπτών προστασίας με βάση τα μέγιστα ρεύματα εκκίνησης κινητήρων κατόπιν μέτρησης αυτών.
- Μέτρηση του βαθμού απόδοσης των κινητήρων με διακριβομένο όργανο, έτσι ώστε να προλαμβάνονται ανεπιθύμητες καταστάσεις, όπως η καταστροφή των τυλιγμάτων, υπερβολικό φορτίο στον άξονα του κινητήρα και κακή ποιότητα ηλεκτρικής ισχύος που τους τροφοδοτεί, οι οποίες εκτός από αυξημένο κόστος επισκευής , θέτουν τη παραγωγή εκτός λειτουργίας.
Συμπεράσματα:
- Εγκαταστάσεις όπως εργοστάσια παραγωγής, νοσοκομεία, τράπεζες, DataCenters, μεγάλες κτιριακές εγκαταστάσεις αποτελούν τα συνηθέστερα σημεία εμφάνισης αρμονικών. Η έγκαιρη μέτρηση και ανάλυση της ηλεκτρικής ενέργειας που απορροφάται από την εγκατάσταση και η σωστή αξιολόγηση των δεδομένων θα φέρει μεγάλο οικονομικό όφελος.