PQ3198 - Klasse A-netkwaliteitsanalysator met geïsoleerd vierde kanaal

Belangrijkste specificaties

• IEC 61000-4-30 Klasse A 
• Geïsoleerde CH4: tweede systeem, wisselstroom of gelijkstroom
• Gelijktijdige registratie van trends en gebeurtenissen 
• Supraharmonischen 2–80 kHz, transiënten 6 kV
• CAT IV 600 V 

Typische toepassingen

• Belastingstests tijdens de inbedrijfstelling van datacenters: UPS, noodgeneratoren, belastingsstappen 
• Beoordeling van de spanningskwaliteit volgens EN 50160 
• Het opsporen van de oorzaken van spanningsdalingen, transiënten en het uitschakelen van apparatuur
• Onderzoek naar harmonischen en supraharmonischen van omvormers en EV-laders 
• Langdurige monitoring van de stroomkwaliteit in industriële stroomdistributiesystemen 
• Vermogens- en efficiëntiemetingen op omvormers in twee systemen

Gedetailleerd productoverzicht

Wanneer een datacenter in gebruik wordt genomen, moeten de UPS-systemen en noodgeneratoren onder belasting aantonen dat ze soepel overschakelen. De HIOKI PQ3198, een klasse A-stroomkwaliteitsanalysator volgens IEC 61000-4-30, documenteert precies dat: het volgt de spanning en frequentie tijdens elke omschakeling en belastingsstap, en registreert trends en gebeurtenissen in één ononderbroken meting. Het oplossen van storingen en op normen gebaseerde beoordelingen van de spanningskwaliteit maken net zo goed deel uit van zijn takenpakket. 

De analysator heeft vier spannings- en vier stroomkanalen. Kanalen 1 tot en met 3 bestrijken eenfasige systemen tot en met driefasige vierdraads systemen, en kanaal 4, dat hiervan geïsoleerd is, kan worden gebruikt voor de nulleider of voor een apart circuit, inclusief gelijkstroom. Meetgegevens worden opgeslagen op een SD-kaart; een kaart van 2 GB wordt bij het instrument meegeleverd. Stroomsensoren worden niet meegeleverd, zodat deze kunnen worden besteld afgestemd op de specifieke toepassing. 

Belastingstests tijdens de inbedrijfstelling 

Een typische testprocedure bestaat uit het uitschakelen van het net, het overbruggen van de stroomonderbreking door de UPS, het inschakelen van de noodgenerator en ten slotte het terugkoppelen naar het net, vaak met tussentijdse belastingsstappen. De PQ3198 blijft gedurende het hele proces de trend registreren en legt elk van deze momenten vast als een gebeurtenis. Voor spanningsdalingen, spanningspieken, onderbrekingen en inschakelstroom slaat het apparaat halve-cyclus RMS-waarden op die 0,5 s vóór tot 29,5 s na de trigger bestrijken, samen met de golfvorm van een venster van 200 ms en twee cycli aan weerszijden, zodat oorzaak en reactie in één enkele dataset zijn opgenomen. 

Omdat de analysator ongeveer 3 uur op zijn Z1003-batterijpakket werkt, wordt de opname niet onderbroken door een opzettelijke stroomuitval. Het gedrag van de generator na een belastingsstap, dat wil zeggen hoe ver de frequentie daalt en hoe snel deze zich stabiliseert, komt tot uiting in de frequentie die per cyclus wordt gemeten, waarbij ook waarden voor 200 ms en 10 s beschikbaar zijn. Snelle installatie en de bedradingscontrole versnellen de overgang van het ene meetpunt naar het volgende, en PQ ONE genereert de rapporten voor de acceptatiedocumentatie. 

Twee systemen tegelijk meten 

Bij de meeste stroomkwaliteitsanalysatoren is kanaal 4 gereserveerd voor de nulleider. Bij de PQ3198 is dit kanaal galvanisch geïsoleerd van de kanalen 1 tot en met 3, wat betekent dat het ook een tweede, volledig afzonderlijk systeem, wisselstroom of gelijkstroom, gelijktijdig met de driefasige meting kan meten. In een driefasig vierdraads systeem vervult het de gebruikelijke functie en meet het de nulleidersstroom en de spanning tussen nulleider en aarde. 

Daardoor is een tweede instrument vaak overbodig. De PQ3198 berekent het vermogen aan beide zijden en het rendement daartussen, bijvoorbeeld bij omvormers met fundamentele frequenties van 40 Hz tot 70 Hz en draaggolffrequenties tot 20 kHz, waarbij een AC/DC-sensor op kanaal 4 de gelijkstroomzijde registreert. Het kan ook gelijkstroomvoedingen in de gaten houden terwijl het wisselstroomnetwerk wordt bewaakt, tot aan apparatuurinterne rails van ±24 V, ±15 V of ±5 V. Omdat veranderingen in gelijkstroomgrootheden ook gebeurtenissen activeren, kan een storing aan de ene kant worden gekoppeld aan het effect ervan op de andere kant. 

Gebeurtenissen en opnametijd 

Triggers voor gebeurtenissen zijn onder meer transiënten, spanningspieken, spanningsdalingen, onderbrekingen, frequentieschommelingen en inschakelstroom , evenals overschrijdingen van grenswaarden voor RMS-waarden, pieken, harmonischen, supraharmonischen, THD, onbalans, vermogen en netspanningssignalen. Een golfvormvergelijking detecteert afwijkingen ten opzichte van de vorige spanningsgolfvorm, en externe signalen op de EVENT IN-aansluiting kunnen gebeurtenissen activeren of de opname starten en stoppen. 

Elke meting kan maximaal 9999 gebeurtenissen bevatten; bij dagelijkse herhaalde opname geldt die limiet per dag voor maximaal 366 dagen, en bij wekelijkse herhaalde opname wordt een meting verlengd tot wel 55 weken. De opname-intervallen variëren van 1 s tot 2 h, naast de 150-cyclus (50 Hz) en 180-cyclus (60 Hz) intervallen die door de norm zijn gespecificeerd. De gegevens worden rechtstreeks op de SD-kaart opgeslagen, en voor langetermijnmetingen is de Z4003-kaart met 8 GB beschikbaar. 

Storingen die een RMS-trend mist 

Schakelhandelingen veroorzaken spanningspieken die veel te kort zijn om in RMS-waarden zichtbaar te worden. Om deze vast te leggen, bemonstert de PQ3198 de spanning met 2 MS/s en detecteert hij transiënten tot 6 kV piek in het bereik van 5 kHz tot 700 kHz, vanaf een duur van 0,5 µs. Voor elke transiënt bewaart het apparaat de golfvorm van 2 ms ervoor tot 2 ms erna. 

Boven het klassieke harmonische bereik zenden omvormers, schakelende voedingen en EV-laders supraharmonischen uit, die door resonanties in de bedrading kunnen worden versterkt tot meer dan 10 V. De PQ3198 meet deze zowel in spanning als in stroom van 2 kHz tot 80 kHz. Harmonischen van spanning, stroom en vermogen worden geregistreerd van de 0e tot de 50e orde met fasehoeken, interharmonischen van orde 0,5 tot 49,5, samen met de THD. Door de fasehoeken van harmonische spanning en stroom te vergelijken, wordt de richting bepaald waarin een harmonische stroomt, en dus of deze afkomstig is uit het voedingsnet of uit de installatie zelf. 

Klasse A en wat deze garandeert 

IEC 61000-4-30 Klasse A schrijft de meetmethode, de aggregatie en de nauwkeurigheid voor elke parameter voor. Dat maakt de resultaten vergelijkbaar, ongeacht wie de meting heeft uitgevoerd, waar of wanneer. De PQ3198 voldoet aan Klasse A van editie 3 (2015) en meet tevens in overeenstemming met IEEE 1159. 

De spanningsnauwkeurigheid bij 50/60 Hz is ±0,1 % van de nominale spanning. De stroomnauwkeurigheid is ±0,1 % van de aflezing ±0,1 % f.s. en de nauwkeurigheid van het actief vermogen is ±0,2 % van de aflezing ±0,1 % f.s., telkens met de nauwkeurigheid van de stroomsensor erbij, en de frequentie over 200 ms wordt gemeten tot op ±0,02 Hz. HIOKI garandeert deze waarden gedurende één jaar. Er kunnen spanningen tot 600 V worden gemeten, en met zijn CAT IV 600 V classificatie is de PQ3198 goedgekeurd voor metingen bij de netaansluiting en de inkomende voeding.

De bemonsteringsfrequentie bedraagt 200 kHz voor spanning en stroom. Tot de parameters behoren RMS- en halve-cyclus-RMS-waarden, pieken, frequentie over één cyclus, 200 ms en 10 s, actief, reactief en schijnbaar vermogen, vermogensfactor, onbalans en K-factor. Actieve energie wordt afzonderlijk gemeten voor verbruik en teruglevering. Flicker (Pst en Plt volgens IEC 61000-4-15, plus ΔV10) en netspanningssignalen maken het plaatje compleet. Naast 50 Hz- en 60 Hz-systemen kunnen ook 400 Hz- systemen worden gemeten.

Stroomsensoren kiezen

Voor stroom- en vermogensmetingen zijn stroomsensoren nodig: één voor eenfasige tweedraadsinstallaties, twee of drie voor driefasige systemen, afhankelijk van de bedrading, en nog één extra als kanaal 4 wordt gebruikt. Welk model geschikt is, hangt af van de geleider, het stroomniveau en de ruimte rondom het meetpunt.

De meeste gebruikers kiezen voor vier CT7136 AC-klemmen, waarvan drie op de fasen en één op de nulleider via kanaal 4. Ze hebben een nominale stroomsterkte van 600 A, zijn geschikt voor geleiders met een diameter tot 46 mm en voldoen net als de analysator aan CAT IV 600 V. Wanneer de voorkeur uitgaat naar een flexibele sensor, is de CT7045 de meest gekozen optie: een nominale stroomsterkte van 6000 A en een lus voor geleiders met een diameter tot 180 mm.

Elk type sensor heeft zijn sterke punten. AC-klem-op-sensoren zijn binnen enkele seconden geïnstalleerd; flexibele sensoren komen op krappe plekken en rond grote geleiders; AC/DC-klem-op-sensoren met automatische nulstelling voegen DC toe en blijven stabiel tijdens langdurige metingen. De CT7116 is bedoeld voor lek- en beschermingsaardstromen, niet voor vermogensmetingen. Alle sensoren in de tabel hebben een PL14-connector, en één druk op de knop is voldoende om de PQ3198 ze te laten herkennen en configureren. 

Aangezien de PQ3198 de AC/DC- en flexibele sensoren van stroom voorziet, hebben ze geen batterijen nodig, en kan geen enkele leeg raken, zelfs niet na wekenlang meten. Voor supraharmonischen in de stroom is de bandbreedte van de sensor de beperkende factor. De CT7126 en CT7131 hebben een classificatie van CAT III 300 V en komen daarom niet in aanmerking voor CAT IV-metingen. Met L0220-verlengkabels kunnen de AC/DC-sensoren 2 m verder van het instrument worden geplaatst en alle andere sensoren 10 m. 

HIOKI-sensoren met BNC-uitgang die al in gebruik zijn, bijvoorbeeld de 9669 voor maximaal 1000 A, de 9657-10- en 9675-lekstroomsensoren of de CT9667 flexibele sensor, worden aangesloten via de L9910-conversiekabel en handmatig ingesteld.

Ter plaatse 

De snelle installatie biedt vijf meetpatronen: spanningsgebeurtenissen, standaard netkwaliteit, inschakelstroom, uitsluitend registratie van meetwaarden en EN 50160. Bedrading, stroomtype, registratie- interval en drempelwaarden voor gebeurtenissen worden dienovereenkomstig ingesteld en kunnen achteraf worden gewijzigd. Voordat de registratie begint, controleert een bedradingscontrole de aansluitingen, de richting van de stroomsensoren en de fasevolgorde.

Een 6,5-inch kleurendisplay toont meetwaarden en golfvormen. Met de accu geïnstalleerd weegt de PQ3198 2,5 kg, en met de Z5020 magnetische riem kan het apparaat aan metalen oppervlakken worden opgehangen.

Software en toegang op afstand 

PQ ONE, als download verkrijgbaar bij HIOKI, is de pc-software voor analyse. Het toont trends, gebeurtenissen en golfvormen, en de telling van gebeurtenissen per dag of per uur brengt clusters op bepaalde tijdstippen aan het licht. Het evalueert metingen aan de hand van EN 50160 en de ITIC-curve, zet schermweergaven direct om in rapporten en exporteert elk deel van de gegevens in CSV-formaat. 

Aangesloten op een LAN werkt de PQ3198 samen met GENNECT One, dat live meetwaarden weergeeft en meetbestanden automatisch naar de pc overbrengt. Een webbrowser volstaat voor bediening op afstand via de ingebouwde HTTP-server, en meetgegevens kunnen worden gedownload via FTP. 

Toepassingen 

Buiten het datacenter helpt de PQ3198 industriële installaties te achterhalen of onverklaarbare uitschakelingen van apparatuur worden veroorzaakt door storingen in de stroomvoorziening. Bij de netaansluiting van PV- en windenergie-installaties registreert het apparaat spannings- en frequentieschommelingen, transiënten en harmonischen, en de frequentiemetingen over één cyclus, 200 ms en 10 s laten zien hoe stabiel een omvormer zijn uitgangsfrequentie handhaaft. Na een installatieperiode van enkele weken verzamelt het apparaat de gegevens die nodig zijn voor een beoordeling van de netkwaliteit volgens EN 50160. 

De PQ3198 is ontwikkeld door HIOKI in Japan en wordt geproduceerd in de eigen fabrieken van HIOKI in Japan.