Fiabilitatea și costul oricărui sistem electric depind în mare măsură de calitatea energiei electrice furnizate și consumate de sistem. O calitate slabă a energiei electrice poate duce la o funcționare necorespunzătoare, supraîncălzire, uzură accelerată, întrerupătoare de circuit declanșate în mod eronat și, în unele cazuri, la condiții periculoase. Odată cu introducerea de noi tehnologii electronice în ultimele decenii, lumea a impus cerințe noi și mai complexe pentru o energie curată și fiabilă.

Măsurarea calității energiei electrice implică, de obicei, calcularea indicatorilor de cerere de energie, de consum de energie și de curățenie a energiei. Prin măsurarea cererii și a consumului, consumatorii pot identifica centrele de cost din infrastructurile lor electrice, precum și ingineriile de infrastructură electrică necesare pentru a satisface aceste cereri. Prin măsurarea curățeniei, consumatorii pot evita funcționarea necorespunzătoare, supraîncălzirea și o multitudine de alte consecințe ale energiei electrice necurate.

Ce este cererea de energie și cum o măsurăm?

Cererea de putere este cantitatea de energie electrică medie care este consumată într-o anumită perioadă de timp de un dispozitiv, o clădire de mașini etc… Analizoarele de calitate a energiei electrice, instrumente electronice utilizate pentru a măsura indicatorii de calitate a energiei electrice, pot calcula media energiei electrice și o pot afișa în unități de kilowați. Este important ca sistemele electrice să fie alimentate cu suficientă energie pentru a satisface perioadele de vârf ale cererii.

Prin ce diferă consumul de energie electrică de cererea de energie?

Consumul de energie, similar cererii, reprezintă suma utilizării energiei electrice în timp. Cererea de energie reflectă o imagine instantanee a utilizării energiei electrice, în timp ce consumul de energie însumează utilizarea energiei electrice pe parcursul aceleiași perioade de timp. Analizoarele de calitate a energiei electrice măsoară consumul în unități de wați-oră (Wh) sau kilowați-oră (kWh). Majoritatea calculelor privind costul energiei electrice se bazează pe consum și se măsoară în dolari pe kWh.

Odată ce cunoaștem consumul de energie, putem calcula o măsură utilă numită Factor de putere. Factorul de putere este un raport între puterea reală utilizată de un sistem electric și puterea aparentă furnizată de serviciul public. În aproape toate cazurile, puterea reală utilizată va fi mai mică decât puterea aparentă furnizată din cauza disipării căldurii, a pierderilor prin frecare, a muncii efectuate și a altor eliberări de energie de către sistemul electric.

Putem folosi factorul de putere pentru a ne ajuta să stabilim un preț pentru cantitatea de muncă efectuată de sistemul electric, precum și pentru a ne ajuta să instalăm condensatori și alte dispozitive care stochează energia reală pentru a evita să fim taxați pentru excesul de putere aparentă. Cu ajutorul unui analizor de calitate a energiei, puteți calcula compensarea reactivă, adică valoarea capacitivă necesară pentru a corecta un factor de putere scăzut.

Curățenia energiei și necesitatea de a înțelege armonicele

Curățenia energiei se referă la identificarea și eliberarea energiei de armonici. Conceptul de armonici este un pic mai dificil de înțeles decât cererea și consumul. Armonicele sunt rezultatul unor sarcini neliniare care provoacă vârfuri și scăderi neregulate ale tensiunii și curentului într-un sistem electric.

Energia electrică furnizată de companiile de utilități este livrată sub forma unui curent alternativ (AC (Alternating Current) de tensiune constantă și are forma unei unde sinusoidale. Legea lui Ohms spune că valoarea curentului utilizat de un dispozitiv electric depinde de sarcina (inductanța) acelui dispozitiv. Dacă sarcina variază în timp, la fel va varia și curentul. Armonicele apar atunci când sarcinile variabile (neliniare) creează impulsuri scurte de curent care deformează forma de undă sinusoidală a curentului furnizat, creând o formă de undă arbitrară.

Vă puteți gândi la o undă arbitrară ca fiind alcătuită din mai multe forme de undă fundamentale. Cea mai simplă ilustrare a unei unde arbitrare este să ne imaginăm două persoane aflate pe laturi opuse ale unei piscine care creează un val unul spre celălalt cu ajutorul unui flotor de piscină. Atunci când valurile se intersectează la mijloc, rezultatul este un val de două ori mai înalt. Unda rezultată este formată din două unde fundamentale.

Această ilustrație poate fi utilizată pentru a explica ce se întâmplă atunci când apar armonici din cauza sarcinilor neliniare. Unda de curent se deformează de la o undă sinusoidală perfectă, iar vârfurile și văile creează o energie necurățată. Armonicele pot cauza supraîncălzirea dispozitivelor, reducerea capacității nominale a firelor electrice, uzura prematură a motoarelor și declanșarea falsă a întrerupătoarelor de circuit.

Analizoarele de calitate a energiei au capacitatea de a identifica și analiza armonicele fundamentale care alcătuiesc o undă de curent arbitrară. Măsurători precum THD (Distorsiunea armonică totală) vă pot indica contribuția curenților armonici la curentul fundamental necesar. Măsurat ca procent, 10% ar fi un motiv de îngrijorare. O altă măsurătoare numită Crest Factor (factor de creastă) va indica nivelul de vârfuri cauzate de armonici. Factorul de creastă este un raport dintre valoarea de vârf / valoarea RMS, care, în cazul unei unde sinusoidale perfecte, ar fi de 1,414.

Alegerea unui analizor de calitate a energiei

Există o serie de producători diferiți de analizoare de calitate a energiei, cum ar fi Fluke, AEMC, Hioki și Extech. Unele analizoare sunt concepute pentru a măsura sistemele monofazate, în timp ce altele sunt pentru sistemele trifazate. Multe PQA-uri integrează