‘Power quality’ is voor velen een onbekend fenomeen en het wordt in de vakpers en tijdens bijeenkomsten onderbelicht. Maar een slecht elektriciteitsnet kan de reden zijn voor onverwachte en onverklaarbare problemen met apparaten en machines binnen huishoudens, kantoor- en winkelpanden en de industrie. Phoenix Contact, Rittal en Eplan organiseren gezamenlijk themadagen over dit fenomeen.
De term ‘Power quality’ wordt gebruikt om elektrische energie die een belasting voedt en het vermogen van die belasting om goed te functioneren, te beschrijven. Zonder de juiste voeding kan een elektrisch apparaat (of belasting) niet goed functioneren, vroegtijdig uitvallen of helemaal niet werken. Elektrisch vermogen kan op verschillende manieren van slechte kwaliteit zijn en er kunnen vele oorzaken van slechte kwaliteit zijn.
Oorzaak en gevolg
Veel apparaten in huishouden en industrie functioneren door de aangeleverde wisselspanning via een gelijkspanningsbrug om te zetten in een gelijkspanning. Tegenwoordig is nagenoeg elk apparaat een schakelende voeding en draagt daarmee bij aan vervorming van het elektriciteitsnet. Al deze apparaten kenmerken zich door een niet-lineair gedrag: de stroom door het apparaat heen is niet sinusvormig en meestal ook niet in fase met de spanning. Dat feit op zich kan al aanleiding zijn tot problemen. Deze kunnen worden verergerd door hoge inschakelstromen, asymmetrische belastingverdelingen (bij driefasen systemen) en sterk wisselende belastingen.
De gevolgen kunnen vergaand zijn: kabels, transformatoren, railsystemen en motoren worden te heet, condensatoren en zekeringen branden door en er treden onverklaarbare storingen van elektrische apparaten op. In het ergste geval treedt brand op, in minder ernstige situaties leidt een slechte power quality tot slecht functioneren, kortere levensduur en irritant flikkeren van verlichting.
Het net levert ons geen constante keurige 230 V één fase dan wel 400 V drie fasen. Er kunnen (trage en snelle) variaties zijn in het spanningsniveau en er kunnen dips, onderbrekingen en flikker voorkomen. Spanningsdips in het net zijn niet te vermijden. Ze zijn het gevolg van blikseminslag, kortsluiting ergens in het net, kabelbreuk en het starten van zware motoren en transformatoren. Spanningsonderbrekingen in het openbare net zijn in Nederland gelukkig schaars.
Daarnaast hebben we te maken met de spanningsvorm (harmonischen), frequentieschommelingen en spanningsasymmetrie. Harmonischen (vooral bekend van frequentieregelaars) worden veroorzaakt door niet-lineaire belastingen en door het injecteren van stromen met hogere frequentie. Deze harmonischen gaan zich superponeren op de grondgolf (sinus). Via netimpedantie ontstaan spanningsharmonischen. Spoelen en condensatoren zorgen voor versterking of verzwakking van de harmonischen. Het eindresultaat is overbelasting van installatiedelen.
Maatregelen
Veel problemen kunnen worden voorkomen door de juiste hulpapparatuur toe te passen. De nadruk ligt hierbij op ‘juiste’ want het komt nogal eens voor dat een elektrisch systeem onder tijdsdruk niet goed wordt doorgerekend en/of dat om budgetredenen voor goedkope hulpapparatuur wordt gekozen; of niet geplaatst. Er zijn normen waaraan huishoudelijke en industriële apparatuur moet voldoen. Voor de industrie geldt NEN-EN-IEC 61000, die in een aantal delen beschrijft waaraan een elektriciteitsnet moet voldoen.
Meten is weten
Alvorens problemen op te lossen, moet de oorzaak bekend zijn. Hiertoe moet de interactie tussen spanning en stroom worden bepaald. Maar wát moet worden gemeten, wáár, en waarmee? Multimeter en stroomtang voldoen prima bij lineair belaste stroomnetten, maar bij vervuilde netten moet naar een ander instrumentarium worden gegrepen.
Het volledige artikel vindt u in het decembernummer van Aandrijftechniek.
