Erfaringer med måleinstrumenters måletekniske egenskaper og hvordan måleresultatene presenteres

Transkript

1 Erfaringer med måleinstrumenters måletekniske egenskaper og hvordan måleresultatene presenteres Forskjellige måleinstrumenter gir under enkelte forhold/forutsetninger betydelige forskjeller i måleresultat Hvorfor overskrides grenseverdiene for kvalitetsparametere når det egentlig er en annen type forstyrrelse som inntreffer? Helge Seljeseth helge.seljeseth@sintef.no 1

2 Forskjellige måleinstrumenter gir under enkelte forhold/forutsetninger betydelige forskjeller i måleresultat Relativt lite problem for de aller fleste spenningskvalitetsparametere Har vist seg å forårsake moderate avvik ved målinger av overharmoniske spenninger (ikke alvorlig!) Kan gi svært store forskjeller i måleverdi ved måling av flimmer (alvorlig!) 2

3 Spenningsprang U stasj 3

4 Definisjoner FoL ( EN50160) spenningssprang: En endring av spenningens effektivverdi innenfor ± 10% av avtalt spenningsnivå, som skjer hurtigere enn 0,5% av avtalt spenningsnivå pr. sekund. Spenningssprang uttrykkes ved stasjonær og maksimal spenningsendring som er gitt ved henholdsvis: og der ΔU stasj - stasjonær spenningsendring som følge av en spenningsendringskarakteristikk, ΔU maks - den maksimale spenningsdifferansen i løpet av en spenningsendringskarakteristikk U avtalt - avtalt spenningsnivå. spenningsendringskarakteristikk: Endring i spenningens effektivverdi evaluert pr. halvperiode som funksjon av tiden, mellom tidsperioder hvor spenningen har vært stabil i minimum ett sekund. Spenningen anses stabil når den ikke endres hurtigere enn 0,5% av avtalt spenningsnivå pr. sekund 4

5 Definisjon EN50160 rapid voltage change a single rapid variation of the r.m.s. value of a voltage between two consecutive levels which are sustained for definite but unspecified durations (for more information see EN ). 5

6 Krav spenningssprang FoL U stasj > 3% : U maks > 5%: <24 pr døgn, <24 pr døgn EN 50160: U stasj < 5% (Normalt) U stasj < 5 til10% (i spesielle tilfeller - noen ganger pr dag) 6

7 Flimmermåling fra tre ulike instrument som samtidig måler på nøyaktig samme spenning 1,8 1,6 Pst - Instr.A Pst - Instr.B Pst - Instr.C 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,

8 Store forskjeller i måleverdi ved måling av flimmer Måling av flimmer ved flimmerfrekvenser i området 1 Hz til 25 Hz gir små forskjeller i måleverdi når flimmeret er relativt konstant (ikke store variasjoner i frekvens eller amplitude) Ved sterkt varierende frekvens og amplitude har vi observert uønsket store forskjeller i måleverdi selv ved flimmerfrekvenser i området 1 Hz til 25 Hz Det største problemet ser ut til å være store forskjeller mellom ulike måleinstrument når hovedbidraget til de målte flimmerverdiene i hovedsak forårsakes av spenningsdipp, spenningssprang og avbrudd Hvilke(t) instrument skal man da stole på? IEC gir tilsynelatende ikke noe enkelt og krystallklart fasitsvar 8

9 Målte flimmerverdier der hovedbidraget til flimmerverdiene i hovedsak forårsakes av spenningsdipp, spenningssprang og avbrudd Eksempel på store måleforskjeller ved spenningssprang Instrument A viser Pst på 2,1 Instrument B viser Pst på 1,3 Instrument C viser Pst på 0,8 Dette er meget foruroligende så lenge enkelte internasjonale eksperter hevder at det ikke er så viktig med egne krav til spenningssprang fordi dette dekkes av flimmermålingene. Disse ekspertene har for stor tiltro til dagens krav til flimmermålende instrumenter etter de internasjonale standardene (IEC og IEC ) 9

10 IEC (og IEC ) Standardenes krav til måleinstrumentene virker å ha betydelige hull med hensyn til å oppnå like måleresultater mellom ulike typer (fabrikat) av måleinstrumenter. Dette er delvis tidligere dokumentert av EPRI-PEAC ved tester med normale flimmerfrekvenser Måleforskjellene blir vesentlig større ved spenningssprang, spenningsdipp og avbrudd. Mens spesifikasjonene/kravene i IEC ser ut til å være i nærheten av tilstrekkelig for flimmer i form av variasjoner med 1 til 25 Hz ser de ikke ut til å være tilstrekkelige til spenningssprang som inntreffer eks. 2 ganger i minuttet (eller sjeldnere/hyppigere for den saks skyld) Svært få instrumenter flagger i dag måleverdier påvirket av andre forstyrrelser. 10

11 IEC og the flagging concept (VIKTIG!) During a dip, swell, or interruption, the measurement algorithm for other parameters (for example, frequency measurement) might produce an unreliable value. The flagging concept therefore avoids counting a single event more than once in different parameters (for example, counting a single dip as both a dip and a frequency variation), and indicates that an aggregated value might be unreliable. Flagging is only triggered by dips, swells, and interruptions. The detection of dips and swells is dependent on the threshold selected by the user, and this selection will influence which data are "flagged". The flagging concept is applicable for Class A and Class S during measurement of power frequency, voltage magnitude, flicker, supply voltage unbalance, voltage harmonics, voltage interharmonics, mains signalling and measurement of underdeviation and overdeviation parameters. If during a given time interval any value is flagged, the aggregated value which includes that value shall also be flagged. The flagged value shall be stored and also included in the aggregation process. For example, if during a given time interval any value is flagged, then the aggregated value that includes this value shall also be flagged and stored. NOTE The user may decide how to evaluate flagged data. 11

12 IEC og the flagging concept Det er altså tillatt for spenningskvalitet måleinstrumenter på markedet å flagge flimmerverdier som er sterkt påvirket av kortvarige over- og underspenninger (Swell, dip) samt avbrudd. Det er svært få som faktisk kan dette pr i dag. Slik flagging er imidlertid sterkt ønskelig da både FoL og faktisk også EN50160 kan overskrides mht grenseverdier for flimmer på grunn av dipp pga kortslutninger i nettet. 12

13 Beregning av flimmer Flimmer er egentlig ikke en elektrisk størrelse! Flimmer er den opplevde variasjon i belysningen og som forårsakes av variasjoner i spenningen. Det være seg både: Spenningsfluktuasjoner Spenningssprang Flimmer kan beregnes manuelt (dog med begrenset nøyaktighet) Flimmer kan beregnes automatisk i eksempelvis måleinstrumenter eller analyseprogram på datamaskiner (da kan dessverre også nøyaktigheten enkelte ganger bli dårlig typisk ved lave frekvenser (spenningssprang)) 13

14 Analoge flimmerinstrumenter De første flimmerinstrumentene var analoge og tilsvarte en transferfunksjon fra variasjonene i den elektriske spenningen til hvilke variasjoner i lyset dette tilsvarte og videre helt til hvordan menneskets øye-hjerne funksjon oppfattet dette. Hvor lett vi mennesker oppfatter variasjoner i lysstyrken fra belysning avhenger sterkt av frekvensen på variasjonene Ved spenningsvariasjoner i området 5 til 15 Hz skal det ganske lite til før en del mennesker legger merke til at lyset varierer De mest følsomme kan merke at lyset varierer allerede når spenningen inneholder kun ca 0,1 % av 50 Hz komponenten av de mest ugunstige flimmerfrekvensene 14

15 Måleprinsipp Internasjonalt er det utviklet meget avanserte målemetoder for måling av flimmer. Flimmer måles opp mot en normert verdi (P) på 1 da minst halvparten av menneskene som blir utsatt for lyset fra en 60W glødelampe legger merke til lysflimmeret fra lampen. Pst (short term flicker) er et målegjennomsnitt over 10 minutter Plt (long term flicker) er et målegjennomsnitt over 2 timer (12 Pst verdier) Under de praktiske forsøk som ble foretatt for å komme fram til hvilket nivå av flimmer som skal til før 50% av en menneskemengde legger merke til flimmer ble det også konstatert en sterk avhengighet mellom frekvens og synlighet. De ulike flimmerfrekvenser veier derfor til dels betydelig ulikt ved måling/beregning av flimmer. 15

16 Flimmer veie kurve. 16

17 Følsomhetskurve for gjennomsnittmennesket NB! 0,0167 tilsvarer en gang pr minutt! 17

18 Prinsippskisse av et flickermeter 18

19 Måleinstrument - FLICKERMETER Block 1 Input voltage adaptor and calibration checking circuit This block contains a signal generator to check the calibration of the flickermeter on site and a voltage adapting circuit that scales the mean r.m.s. value of the input mains frequency voltage down to an internal reference level. In this way flicker measurements can be made independently of the actual input carrier voltage level and expressed as a per cent ratio. Block 2 Square law demodulator The purpose of this block is to recover the voltage fluctuation by squaring the input voltage scaled to the reference level, thus simulating the behavior of a lamp. Block 3 and 4 Weighting filters, squaring and smoothing Block 3 is composed of a cascade of two filters and a measuring range selector, which can precede or follow the selective filter circuit. The first filter eliminates the d. c. and double mains frequency ripple components of the demodulator output. Block 3 alone is based on the borderline perceptibility curve for sinusoidal voltage fluctuations; The correct weighting of non-sinusoidal and stochastic fluctuations is achieved by an appropriate choice of the complex transfer function for blocks 3 and 4. The second filter is a weighting filter block that simulates the frequency response to sinusoidal voltage fluctuations of a coiled filament gas-filled lamp (60 W-230 V) combined with the human visual system. The response function is based on the perceptibility threshold found at each frequency by 50 % of the persons tested. Block 4 is composed of a squaring multiplier and a first order low-pass filter. The human flicker sensation via lamp, eye and brain is simulated by the combined non-linear response of blocks 2,3 and 4. The output of block 4 represents the instantaneous flicker sensation. Block 5 - On-line statistical analysis Block 5 incorporates a microprocessor that performs an on-line analysis of the flicker level, thus allowing direct calculation of significant evaluation parameters 19

20 Utganger (outputs) fra flickermeter Output 1 The arm of optional output 1 and its associated r. m. s. voltmeter is to display voltage fluctuation waveform in terms of changes in r. m. s value of the input voltage. Output 2 Output 2 is optional and mainly intended for checking the response of block 3 and making adjustment. Output 3 Output 3 is optional and gives an instantaneous linear indication of the relative voltage change expressed as per cent equivalent of an 8.8 Hz sinusoidal wave modulation. This output is useful when selecting the proper measuring range. Output 4 Output 4 is optional and gives the 1 min integral of the instantaneous flicker sensation. Output 5 Output 5 is mandatory; it represents the instantaneous flicker sensation and can be recorded on a strip-chart recorder for a quick on-site evaluation, or on magnetic tape for long-duration measurements and for later processing. Output 6 Output 6 in block 5 is mandatory and is connected to a serial digital interface suitable for a printer and a magnetic tape recorder. Analogue plots of the cumulative probability function can be obtained directly from this block by using another digital-to-analogue converting interface. 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 Målingen begynner 10:19 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 Anbefalinger ved måling av flimmer Når du ser store flimmerverdier (Pst og eventuelt Plt) : Sjekk om det samtidig med den høye P-verdien ble registrert en spenningsdipp, et avbrudd eller et stort spenningssprang. Da anbefaler SINTEF at du ser bort fra den høye flimmerverdien Både spenningsdipp, avbrudd og store spenningssprang skal måles (og rapporteres som nettopp dette). FoL stiller ikke krav til spenningssprang under 3 % og disse må man pr i dag overlate til flimmermålingen. Men større spenningssprang, dipp og avbrudd måler man tross alt altså separat. 30