PQ3198 - Netzqualitätsanalysator Klasse A mit isoliertem vierten Kanal

Technische Eckdaten 

• IEC 61000-4-30 Klasse A 
• Isolierter Kanal 4: zweites System, AC oder DC 
• Trends und Ereignisse gleichzeitig aufzeichnen 
• Supraharmonische 2–80 kHz, Transienten 6 kV 
• CAT IV 600 V 

Typische Anwendungen 

• Lasttests bei der Inbetriebnahme von Rechenzentren: USV, Netzersatzanlage, Lastsprünge
• Bewertung der Spannungsqualität nach EN 50160 
• Ursachensuche bei Spannungseinbrüchen, Transienten und Anlagenausfällen 
• Untersuchung von Oberschwingungen und Supraharmonischen an Wechselrichtern und Ladestationen 
• Langzeitüberwachung der Netzqualität in der industriellen Energieverteilung
• Leistungs- und Wirkungsgradmessung an Wechselrichtern über zwei Systeme 

Detaillierte Produktübersicht

Der HIOKI PQ3198 ist ein Netzqualitätsanalysator nach IEC 61000-4-30, Klasse A, und wird häufig bei der Inbetriebnahme von Rechenzentren eingesetzt. Bei Lasttests zeichnet er auf, wie USV-Anlagen umschalten, wie Netzersatzaggregate anlaufen und wie Spannung und Frequenz auf Lastsprünge reagieren, und zwar Trends und Ereignisse lückenlos in einer Messung. Genauso eignet er sich für die Suche nach Störungsursachen und die normgerechte Bewertung der Spannungsqualität. 

Vier Spannungs- und vier Stromkanäle stehen zur Verfügung. Mit den ersten drei misst der PQ3198 Einphasen- und Dreiphasennetze bis zum Dreiphasen-Vierleitersystem; der vierte Kanal ist von ihnen isoliert und misst den Neutralleiter oder ein zweites, getrenntes System. Gespeichert wird auf SD-Karte, eine Karte mit 2 GB liegt bei. Stromsensoren gehören nicht zum Lieferumfang, sie werden passend zur Messaufgabe separat bestellt. 

Lasttests bei der Inbetriebnahme 

Bei Lasttests werden USV-Anlagen und Netzersatzaggregate gezielt belastet, umgeschaltet und vom Netz getrennt. Der PQ3198 zeichnet dabei Trends und Ereignisse gleichzeitig auf. Zu jedem Spannungseinbruch, jeder Überhöhung, Unterbrechung und jedem Einschaltstrom speichert er die Halbperioden-Effektivwerte von 0,5 s vor bis 29,5 s nach dem Ereignis, dazu die Kurvenform eines 200-ms-Fensters samt zwei Perioden davor und danach. So steckt die gesamte Umschaltung in einem Datensatz: wie es zur Störung kam und wie die Anlage darauf reagierte. 

Wie weit die Frequenz eines Aggregats bei einem Lastsprung einbricht und wie schnell sie sich erholt, zeigt die Frequenzmessung über eine Periode; zusätzlich misst der PQ3198 die Frequenz über 200 ms und 10 s. Beim Blackout-Test hält ihn der Akku Z1003 rund 3 Stunden in Betrieb, der Netzausfall wird also mit aufgezeichnet, statt die Messung zu unterbrechen. Mit Quick Setup und Verdrahtungsprüfung ist jede neue Messstelle schnell eingerichtet, und mit PQ ONE entstehen aus den Messdaten die Berichte für die Abnahme.

Zwei Systeme gleichzeitig messen 

Üblicherweise belegt ein Netzanalysator den vierten Kanal mit dem Neutralleiter. Der PQ3198 kann mehr: Sein vierter Spannungseingang ist von den Kanälen 1 bis 3 galvanisch isoliert. Damit misst er neben dem Neutralleiter auch ein zweites, völlig getrenntes System, mit Wechsel- oder Gleichgrößen und zeitgleich mit der Dreiphasenmessung. Im DreiphasenVierleiternetz erfasst Kanal 4 wie gewohnt Spannung gegen Erde und Strom des Neutralleiters. 

So werden Messungen möglich, für die sonst oft ein zweites Messgerät nötig ist. Der PQ3198 berechnet die Leistung beider Systeme und den Wirkungsgrad zwischen ihnen, etwa an Wechselrichtern mit Grundfrequenzen von 40 Hz bis 70 Hz und Taktfrequenzen bis 20 kHz; die Gleichstromseite erfasst dabei ein AC/DC-Sensor an Kanal 4. Gleichstromversorgungen bis hin zu geräteinternen Spannungen von ±24 V, ±15 V oder ±5 V lassen sich parallel zum Wechselstromnetz überwachen. Weil auch Änderungen der Gleichgrößen Ereignisse auslösen, wird sichtbar, wie Störungen auf beiden Seiten zusammenhängen. 

Ereignisse und Aufzeichnungsdauer 

Als Ereignis registriert der PQ3198 Transienten, Spannungsüberhöhungen, -einbrüche und - unterbrechungen, Frequenzabweichungen und Einschaltströme, ebenso Grenzwertverletzungen bei Effektiv- und Spitzenwerten, Oberschwingungen, Supraharmonischen, THD, Unsymmetrie, Leistung und Netzsignalspannungen. Ein Kurvenformvergleich meldet Abweichungen vom vorangegangenen Spannungsverlauf. Über den Eingang EVENT IN können externe Signale Ereignisse setzen oder die Aufzeichnung starten und stoppen. 

Bis zu 9999 Ereignisse hält der PQ3198 je Messung fest, bei täglich wiederholter Aufzeichnung je Tag und über bis zu 366 Tage. Mit wöchentlicher Wiederholung läuft eine Messung bis zu 55 Wochen. Als Intervalle stehen 1 s bis 2 h zur Wahl sowie die Normintervalle von 150 Perioden bei 50 Hz und 180 Perioden bei 60 Hz. Die Daten schreibt das Gerät laufend auf die SD-Karte; für lange Messungen gibt es die Karte Z4003 mit 8 GB. 

Klasse A nach IEC 61000-4-30 

Klasse A legt fest, wie jede Größe gemessen und zusammengefasst wird und wie genau das Ergebnis sein muss. Messungen verschiedener Bediener, an verschiedenen Orten oder zu verschiedenen Zeiten lassen sich dadurch unmittelbar vergleichen. Der PQ3198 erfüllt Klasse A nach der Ausgabe IEC 61000-4-30 Ed. 3:2015 und misst außerdem nach IEEE 1159. 

Bei 50/60 Hz beträgt die Genauigkeit für Spannungen ±0,1 % der Nennspannung. Ströme misst er auf ±0,1 % vom Messwert ±0,1 % vom Messbereich, die Wirkleistung auf ±0,2 % vom Messwert ±0,1 % vom Messbereich, jeweils zuzüglich der Genauigkeit des Stromsensors; die Frequenz über 200 ms auf ±0,02 Hz. Garantiert sind diese Werte für ein Jahr. Der Spannungsmessbereich reicht bis 600 V, und mit CAT IV 600 V darf der PQ3198 auch am Hausanschluss und an der Einspeisung messen. 

Spannung und Strom werden mit 200 kHz abgetastet. Erfasst werden unter anderem Effektiv- und Halbperioden-Effektivwerte, Spitzenwerte, die Frequenz über eine Periode, 200 ms und 10 s, Wirk-, Blind- und Scheinleistung, Leistungsfaktor, Unsymmetrie und der KFaktor. Die Wirkenergie zählt er getrennt nach Bezug und Rückspeisung. Hinzu kommen Flicker nach IEC 61000-4-15 mit Pst und Plt sowie ΔV10 und Netzsignalspannungen. Neben 50-Hz- und 60-Hz-Netzen misst der PQ3198 auch 400-Hz-Netze.

Transienten und Supraharmonische 

Kurze Spannungsspitzen, wie sie bei Schaltvorgängen entstehen, gehen in Effektivwerttrends unter. Um sie zu erfassen, tastet der PQ3198 die Spannung mit 2 MS/s ab und registriert Transienten bis 6 kV Spitze im Bereich von 5 kHz bis 700 kHz, schon ab 0,5 µs Dauer. Die Kurvenform speichert er jeweils 2 ms vor und nach der Transiente.

Wechselrichter, Schaltnetzteile und Ladestationen erzeugen Störungen weit oberhalb des klassischen Oberschwingungsbereichs, und über Resonanzen in der Verkabelung können diese auf über 10 V anwachsen. Solche Supraharmonischen misst der PQ3198 in Spannung und Strom von 2 kHz bis 80 kHz. Oberschwingungen von Spannung, Strom und Leistung erfasst er von der 0. bis zur 50. Ordnung samt Phasenwinkeln, Zwischenharmonische von der 0,5. bis zur 49,5. Ordnung, außerdem den THD. Aus dem Phasenwinkel zwischen Oberschwingungsspannung und -strom geht hervor, ob eine Oberschwingung aus dem Netz in die Anlage fließt oder umgekehrt, also ob ihre Quelle bei der Versorgung oder in der Anlage liegt. 

Passende Stromsensoren 

Für Strom- und Leistungsmessungen sind Stromsensoren nötig: einer im EinphasenZweileiternetz, zwei oder drei in Dreiphasennetzen je nach Verdrahtungsart und ein weiterer für Kanal 4. Welcher Sensor passt, hängt von Leiter, Strom und Platzverhältnissen ab.

Am häufigsten gewählt werden vier AC-Zangenstromwandler CT7136: drei für die Außenleiter, einer für den Neutralleiter an Kanal 4. Sie messen bis 600 A, umschließen Leiter bis 46 mm Durchmesser und sind wie der PQ3198 für CAT IV 600 V ausgelegt. Unter den flexiblen Sensoren ist der CT7045 die meistgewählte Variante, mit 6000 A Nennstrom und einer Schleife für Leiter bis Ø 180 mm. 

AC-Zangenstromwandler sind schnell angelegt, flexible Sensoren kommen auch an beengte Stellen und um große Leiter herum, und AC/DC-Auto-Zero-Zangenstromwandler erfassen zusätzlich Gleichstrom und messen ihn auch über lange Zeiträume stabil. Für Ableit- und Schutzleiterströme gibt es den AC-Ableitstromwandler CT7116, Leistungsmessungen sind mit ihm allerdings nicht möglich. Die Sensoren in der Tabelle unten haben einen PL14- Stecker; auf Tastendruck erkennt der PQ3198 sie und stellt sie automatisch ein. 

Die AC/DC- und die flexiblen Sensoren versorgt der PQ3198 selbst; eine Sensorbatterie kann deshalb auch bei wochenlangen Messungen nicht leer werden. Bei Supraharmonischen im Strom setzt die Bandbreite des Sensors die Grenze. Für Messungen nach CAT IV kommen CT7126 und CT7131 mit CAT III 300 V nicht infrage. Mit den Verlängerungskabeln L0220 rücken die AC/DC-Sensoren bis zu 2 m, alle anderen bis zu 10 m weiter vom Gerät ab. 

Wer bereits HIOKI-Stromsensoren mit BNC-Ausgang besitzt, etwa den 9669 für Ströme bis 1000 A, die Ableitstromwandler 9657-10 und 9675 oder den flexiblen CT9667, schließt sie über das Konvertierungskabel L9910 an. Diese Sensoren werden von Hand eingestellt.

Einrichten mit Quick Setup

Die Schnelleinrichtung bietet fünf Messmuster: Spannungsereignisse, Standard-Netzqualität, Einschaltstrom, reine Messwertaufzeichnung und EN 50160. Sie stellt Verdrahtungsart, Stromart, Aufzeichnungsintervall und Ereignisschwellen passend ein, alles lässt sich danach anpassen. Eine Verdrahtungsprüfung zeigt vor dem Start, ob Anschlüsse, Stromrichtung der Sensoren und Phasenfolge stimmen. 

Messwerte und Kurven zeigt ein 6,5-Zoll-Farbdisplay. Der PQ3198 wiegt mit Akku 2,5 kg; mit dem Magnetgurt Z5020 lässt er sich an Metallflächen aufhängen. 

Auswertung und Fernzugriff 

Ausgewertet wird am PC mit der Software PQ ONE, die HIOKI zum Download bereitstellt. Sie stellt Trends, Ereignisse und Kurvenformen dar, zählt Ereignisse nach Tag oder Stunde und deckt so Häufungen zu bestimmten Zeiten auf. Messungen bewertet sie nach EN 50160 und anhand der ITIC-Kurve, Berichte entstehen direkt aus der Bildschirmansicht, und beliebige Abschnitte lassen sich als CSV-Dateien exportieren. 

Im LAN arbeitet der PQ3198 mit der PC-Software GENNECT One zusammen, die Messwerte in Echtzeit darstellt und Messdateien automatisch auf den PC überträgt. Ohne zusätzliche Software lässt er sich über seine HTTP-Server-Funktion mit einem Webbrowser fernbedienen, Messdaten stehen per FTP zum Download bereit. 

Typische Einsätze

Über das Rechenzentrum hinaus hilft der PQ3198 in der Industrie herauszufinden, ob hinter unerwarteten Anlagenabschaltungen eine Störung in der Versorgung steckt, und an Photovoltaik- und Windkraftanlagen macht er Spannungs- und Frequenzschwankungen, Transienten und Oberschwingungen am Netzanschluss sichtbar. Wie stabil ein Wechselrichter seine Ausgangsfrequenz hält, zeigt die Frequenzmessung über eine Periode, 200 ms und 10 s. Über Wochen installiert, liefert der PQ3198 außerdem die Daten für eine Bewertung der Spannungsqualität nach EN 50160. 

Der PQ3198 wurde von HIOKI in Japan entwickelt und wird in eigenen Werken von HIOKI in Japan gefertigt.