PQ3198 - Analizador de calidad de la energía de clase A con cuarto canal aislado

Especificaciones clave

• IEC 61000-4-30 Clase A 
• CH4 aislado: segundo sistema, CA o CC
• Registro simultáneo de tendencias y eventos 
• Supraarmónicos de 2 a 80 kHz, transitorios de 6 kV
• CAT IV 600 V 

Aplicaciones típicas

• Pruebas de carga durante la puesta en servicio de centros de datos: SAI, generadores de reserva, pasos de carga 
• Evaluación de la calidad de la tensión según la norma EN 50160 
• Localización de las causas de caídas de tensión, transitorios y disparos de equipos
• Análisis de armónicos y supraarmónicos procedentes de inversores y cargadores de vehículos eléctricos 
• Monitorización a largo plazo de la calidad de la energía en la distribución eléctrica industrial 
• Medición de potencia y eficiencia en inversores de dos sistemas

Descripción detallada del producto

Cuando se pone en servicio un centro de datos, sus sistemas SAI y generadores de reserva deben demostrar, bajo carga, que la conmutación se realiza sin problemas. El HIOKI PQ3198, un analizador de calidad de la energía de Clase A conforme a la norma IEC 61000-4-30, documenta precisamente eso: realiza un seguimiento de la tensión y la frecuencia a lo largo de cada paso de transferencia y de carga, registrando tendencias y eventos en una medición sin interrupciones. La resolución de problemas y las evaluaciones de la calidad de la tensión basadas en normas forman parte igualmente de sus funciones. 

El analizador cuenta con cuatro canales de tensión y cuatro de corriente. Los canales 1 a 3 cubren desde sistemas monofásicos hasta trifásicos de cuatro hilos, y el canal 4, aislado de ellos, queda libre para el neutro o para un circuito independiente, incluida la corriente continua. Los datos de medición se guardan en una tarjeta SD; el instrumento incluye una tarjeta de 2 GB. Los sensores de corriente no se suministran, por lo que pueden pedirse para adaptarse a cada trabajo. 

Pruebas de carga durante la puesta en servicio 

Una secuencia de prueba típica consiste en desconectar la red eléctrica, dejar que el SAI cubra el intervalo, poner en marcha el generador de reserva y, finalmente, volver a conectarse a la red, a menudo con cambios de carga entremedio. El PQ3198 sigue registrando la tendencia durante todo el proceso y captura cada uno de estos momentos como un evento. En el caso de caídas, picos, interrupciones y corrientes de arranque, almacena valores RMS de medio ciclo que abarcan desde 0,5 s antes hasta 29,5 s después del disparador, junto con la forma de onda de una ventana de 200 ms y dos ciclos a cada lado, de modo que la causa y la respuesta quedan recogidas en un único conjunto de datos. 

Dado que el analizador funciona con su batería Z1003 durante unas 3 horas, un corte de corriente deliberado no interrumpe el registro. El comportamiento del generador tras un cambio de carga —es decir, cuánto desciende la frecuencia y con qué rapidez se estabiliza— se refleja en la frecuencia medida en cada ciclo, con valores disponibles también para 200 ms y 10 s. La configuración rápida y la comprobación del cableado agilizan el paso de un punto de medición al siguiente, y PQ ONE genera los informes para la documentación de aceptación. 

Medición de dos sistemas a la vez 

En la mayoría de los analizadores de calidad de la energía, el canal 4 está reservado para el neutro. En el PQ3198, está aislado galvánicamente de los canales 1 a 3, lo que significa que también puede medir un segundo sistema totalmente independiente, ya sea de CA o CC, simultáneamente con la medición trifásica. En un sistema trifásico de cuatro hilos, realiza su función habitual y mide la corriente del neutro y la tensión entre el neutro y tierra. 

Por ello, a menudo no es necesario un segundo instrumento. El PQ3198 calcula la potencia en ambos lados y el rendimiento entre ellos, por ejemplo, en inversores con frecuencias fundamentales de 40 Hz a 70 Hz y frecuencias portadoras de hasta 20 kHz, donde un sensor de CA/CC en el canal 4 capta el lado de CC. También puede supervisar las fuentes de alimentación de CC mientras controla la red de CA, hasta los raíles internos de los equipos de ±24 V, ±15 V o ±5 V. Dado que los cambios en las magnitudes de CC también desencadenan eventos, una perturbación en un lado puede relacionarse con su efecto en el otro. 

Eventos y tiempo de registro 

Entre los desencadenantes de eventos se incluyen transitorios, picos de tensión, caídas de tensión, interrupciones, fluctuaciones de frecuencia y corrientes de arranque, así como rebasamientos de límites para valores RMS, picos, armónicos, supraarmónicos, THD, desequilibrio, potencia y tensión de señalización de la red eléctrica. Una comparación de formas de onda detecta desviaciones respecto a la forma de onda de tensión anterior, y las señales externas en el terminal EVENT IN pueden activar eventos o iniciar y detener el registro. 

Cada medición admite hasta 9999 eventos; con la grabación repetida diaria, ese límite se aplica por día durante un máximo de 366 días, y la grabación repetida semanal amplía una medición hasta 55 semanas. Los intervalos de grabación oscilan entre 1 s y 2 h, además de los intervalos de 150 ciclos (50 Hz) y 180 ciclos (60 Hz) especificados por la norma. Los datos se guardan directamente en la tarjeta SD, y la tarjeta Z4003 de 8 GB está disponible para mediciones a largo plazo. 

Perturbaciones que la tendencia RMS no detecta 

Las operaciones de conmutación producen picos de tensión demasiado breves para que se reflejen en los valores RMS. Para capturarlos, el PQ3198 muestrea la tensión a 2 MS/s y detecta transitorios de hasta 6 kV de pico en el rango de 5 kHz a 700 kHz, a partir de una duración de 0,5 µs. Para cada transitorio, conserva la forma de onda desde 2 ms antes hasta 2 ms después. 

Por encima del rango armónico clásico, los inversores, las fuentes de alimentación conmutadas y los cargadores de vehículos eléctricos emiten supraarmónicos, que las resonancias del cableado pueden amplificar hasta más de 10 V. El PQ3198 los mide tanto en tensión como en corriente, desde 2 kHz hasta 80 kHz. Los armónicos de tensión, corriente y potencia se capturan desde el orden 0 hasta el 50 con ángulos de fase, los interarmónicos desde el orden 0,5 hasta el 49,5, junto con la THD. La comparación de los ángulos de fase de la tensión y la corriente armónicas revela la dirección en la que fluye un armónico y, por lo tanto, si se origina en la red de suministro o en la propia instalación. 

La clase A y lo que garantiza 

La norma IEC 61000-4-30 Clase A establece el método de medición, la agregación y la precisión para cada parámetro. Eso es lo que hace que los resultados sean comparables, independientemente de quién los haya medido, dónde o cuándo. El PQ3198 cumple con la Clase A de la Edición 3 (2015) y también realiza mediciones de acuerdo con la norma IEEE 1159. 

La precisión de tensión a 50/60 Hz es de ±0,1 % de la tensión nominal. La precisión de corriente es de ±0,1 % de la lectura ±0,1 % del fondo de escala y la precisión de la potencia activa es de ±0,2 % de la lectura ±0,1 % del fondo de escala, cada una de ellas sumada a la precisión del sensor de corriente, y la frecuencia durante 200 ms se mide con una precisión de ±0,02 Hz. HIOKI garantiza estos valores durante un año. Se pueden medir tensiones de hasta 600 V y, gracias a su clasificación CAT IV 600 V, el PQ3198 está homologado para realizar mediciones en la entrada de servicio y en la tensión de alimentación.

El muestreo se realiza a 200 kHz para tensión y corriente. Entre los parámetros se incluyen los valores RMS y RMS de medio ciclo, picos, frecuencia durante un ciclo, 200 ms y 10 s, potencia activa, reactiva y aparente, factor de potencia, desequilibrio y factor K. La energía activa se mide por separado para el consumo y la regeneración. El parpadeo (Pst y Plt según la norma IEC 61000-4-15, más ΔV10) y la tensión de señalización de la red eléctrica completan el cuadro. Además de los sistemas de 50 Hz y 60 Hz, también se pueden medir los de 400 Hz.

Elección de los sensores de corriente

Las mediciones de corriente y potencia requieren sensores de corriente: uno para sistemas monofásicos de dos hilos, dos o tres para sistemas trifásicos, dependiendo del cableado, y uno más si se utiliza el canal 4. El modelo adecuado depende del conductor, del nivel de corriente y del espacio disponible alrededor del punto de medición.

La mayoría de los usuarios optan por cuatro sensores de pinza de CA CT7136, con tres en las fases y uno en el neutro a través del canal 4. Tienen una capacidad nominal de 600 A, admiten conductores con un diámetro de hasta 46 mm y cumplen con la categoría CAT IV 600 V, al igual que el analizador. Cuando se prefiere un sensor flexible, el CT7045 es la elección más habitual: corriente nominal de 6000 A y un bucle para conductores de hasta 180 mm de diámetro.

Cada tipo de sensor tiene sus ventajas. Los sensores de pinza de CA se instalan en segundos; los sensores flexibles lleguen a lugares estrechos y rodeen conductores de gran tamaño; los sensores de pinza de CA/CC con puesta a cero automática incorporan la CC y se mantienen estables durante mediciones prolongadas. El CT7116 está diseñado para corrientes de fuga y de tierra de protección, no para la medición de potencia. Todos los sensores de la tabla cuentan con un conector PL14, y basta con pulsar una tecla para que el PQ3198 los reconozca y configure. 

Dado que el PQ3198 suministra alimentación a los sensores de CA/CC y a los flexibles, estos no necesitan pilas, y ninguna se agotará ni siquiera tras semanas de medición. En el caso de los supraharmónicos en la corriente, el factor limitante es el ancho de banda del sensor. Los modelos CT7126 y CT7131 tienen una clasificación CAT III de 300 V y, por lo tanto, quedan descartados para mediciones CAT IV. Con los cables de extensión L0220, los sensores de CA/CC pueden colocarse 2 m más lejos del instrumento y el resto de sensores, a 10 m. 

Los sensores HIOKI con salida BNC que ya están en uso, por ejemplo, el 9669 para hasta 1000 A, los sensores de fuga 9657-10 y 9675 o el sensor flexible CT9667, se conectan mediante el cable de conversión L9910 y se configuran manualmente.

In situ 

La configuración rápida ofrece cinco patrones de medición: eventos de tensión, calidad de la energía estándar, corriente de arranque, solo registro de valores medidos y EN 50160. El cableado, el tipo de corriente, el intervalo de registro y los umbrales de eventos se configuran en consecuencia y pueden modificarse posteriormente. Antes de que comience el registro, una comprobación del cableado verifica las conexiones, la orientación de los sensores de corriente y la secuencia de fases.

Una pantalla a color de 6,5 pulgadas muestra las lecturas y las formas de onda. Con la batería instalada, el PQ3198 pesa 2,5 kg, y la correa magnética Z5020 permite colgarlo de superficies metálicas.

Software y acceso remoto 

PQ ONE, disponible para su descarga en la página web de HIOKI, es el software para PC destinado al análisis. Muestra tendencias, eventos y formas de onda, y sus recuentos de eventos por día u hora sacan a la luz concentraciones en determinados momentos. Evalúa las mediciones según la norma EN 50160 y la curva ITIC, convierte las vistas de pantalla directamente en informes y exporta cualquier sección de los datos en formato CSV. 

Conectado a una LAN, el PQ3198 funciona con GENNECT One, que muestra lecturas en tiempo real y transfiere automáticamente los archivos de medición al ordenador. Basta con un navegador web para el control remoto a través del servidor HTTP integrado, y los datos de medición se pueden descargar a través de FTP. 

Aplicaciones 

Más allá del centro de datos, el PQ3198 ayuda a las plantas industriales a determinar si las desconexiones inexplicables de los equipos se deben a perturbaciones en el suministro. En la conexión a la red de las plantas de energía fotovoltaica y eólica, registra fluctuaciones de tensión y frecuencia, transitorios y armónicos, y sus lecturas de frecuencia a lo largo de un ciclo, 200 ms y 10 s muestran la estabilidad con la que un inversor mantiene su frecuencia de salida. Una vez instalado durante varias semanas, recopila los datos necesarios para una evaluación de la calidad del suministro según la norma EN 50160. 

El PQ3198 ha sido desarrollado por HIOKI en Japón y se fabrica en las propias plantas de HIOKI en Japón.