Power quality meten: wanneer heeft u meer nodig dan een multimeter?

Een multimeter is uitstekend geschikt om bijvoorbeeld spanning, stroom en weerstand te meten. Maar wat als een machine regelmatig onverwacht uitvalt, LED-verlichting knippert of een frequentieregelaar storingen veroorzaakt terwijl de gemeten netspanning gewoon rond de 230 V ligt?

Dan kan er sprake zijn van een probleem met de power quality, oftewel de kwaliteit van de elektrische energievoorziening.

Een gewone multimeter geeft vooral aan wat de waarde op het moment van meten is. Een powerquality-analyser gaat veel verder. Deze kan onder andere spanningsdips, pieken, harmonischen, fase-onbalans en inschakelstromen registreren en gedurende langere tijd vastleggen.

In dit artikel leggen we uit wanneer een multimeter niet meer voldoende is.

Wat is power quality?

Bij een ideale elektrische voeding is de spanning stabiel en heeft de wisselspanning een nette sinusvorm. In de praktijk wordt deze sinus beïnvloed door aangesloten apparatuur en veranderingen in de belasting.

Denk bijvoorbeeld aan:

• frequentieregelaars;
• LED-drivers;
• schakelende voedingen;
• UPS-systemen;
• laadapparatuur;
• elektromotoren;
• zonnepanelen en omvormers.

Een installatie kan daardoor elektrisch prima functioneren tijdens een korte meting, terwijl er gedurende de dag toch storingen optreden.

Spanningsdips en spanningspieken

Een spanningsdip is een tijdelijke daling van de voedingsspanning. Dit kan bijvoorbeeld optreden wanneer een grote motor wordt ingeschakeld of wanneer elders in de installatie een zware belasting wordt aangesloten.

Mogelijke gevolgen zijn:

• contactoren die afvallen;
• PLC's of computers die resetten;
• storingen in machines;
• verlichting die kort flikkert.

Daarnaast kunnen kortdurende overspanningen of spanningspieken voorkomen. Ze kunnen bijvoorbeeld ontstaan door schakelhandelingen of inductieve belastingen.

Het probleem is dat zo'n verschijnsel soms maar zeer kort duurt. Kijkt u op dat moment niet naar uw multimeter, dan ziet u niets bijzonders.

Een powerquality-analyser kan deze gebeurtenissen automatisch registreren, inclusief het tijdstip en de duur.

Harmonischen

Veel moderne apparatuur neemt geen mooi sinusvormige stroom op uit het net. Hierdoor ontstaan harmonischen: frequentiecomponenten die een veelvoud zijn van de grondfrequentie van 50 Hz.

Voorbeelden zijn:

• 3e harmonische: 150 Hz;
• 5e harmonische: 250 Hz;
• 7e harmonische: 350 Hz.

Vooral elektronische voedingen, LED-drivers en frequentieregelaars kunnen harmonischen veroorzaken.

Te veel harmonische vervorming kan onder andere leiden tot:

• extra opwarming van kabels en transformatoren;
• hoge stromen in de nulleider;
• storingen in elektronische apparatuur;
• ongewenst aanspreken van beveiligingen;
• een slechter rendement van de installatie.

Een powerquality-analyser kan de afzonderlijke harmonischen en de totale harmonische vervorming, meestal weergegeven als THD, meten.

Een normale multimeter kan dit niet of slechts zeer beperkt.

Fase-onbalans

Bij een driefaseninstallatie is het wenselijk dat de belasting zo gelijk mogelijk over de drie fasen is verdeeld.

In de praktijk kan bijvoorbeeld worden gemeten:

• L1: 45 A;
• L2: 27 A;
• L3: 51 A.

Een dergelijke onbalans kan leiden tot extra verliezen en opwarming. Vooral elektromotoren zijn gevoelig voor spanningsonbalans.

Een powerquality-analyser meet tegelijkertijd de spanningen en stromen van de verschillende fasen en kan de onbalans berekenen. Daarmee krijgt u veel sneller inzicht in de daadwerkelijke belasting van de installatie.

Inschakelstromen

Een elektromotor, transformator of andere zware belasting kan bij het inschakelen gedurende korte tijd een stroom opnemen die veel hoger is dan de normale bedrijfsstroom.

Stel dat een motor tijdens normaal bedrijf 25 A opneemt. Tijdens het starten kan de stroom gedurende korte tijd vele malen hoger zijn.

Dit kan bijvoorbeeld zorgen voor:

• spanningsdips;
• aangesproken beveiligingen;
• problemen met generatoren of UPS-systemen;
• storingen bij andere aangesloten apparatuur.

Met een multimeter is een dergelijke korte stroompiek moeilijk te meten. Een powerquality-analyser of geschikte stroomtang met inrush-functie kan de inschakelstroom wel registreren.

Cos φ en blindvermogen

Niet alle opgenomen elektrische energie wordt omgezet in nuttig vermogen.

Bij wisselspanningsinstallaties onderscheiden we onder andere:

• actief vermogen (W): het daadwerkelijk gebruikte vermogen;
• blindvermogen (var): vermogen dat heen en weer beweegt tussen bron en belasting;
• schijnbaar vermogen (VA): de combinatie van actief en reactief vermogen.

De arbeidsfactor of power factor geeft aan hoe effectief het opgenomen vermogen wordt benut. Bij sinusvormige spanningen en stromen wordt daarbij vaak gesproken over cos φ.

Een slechte arbeidsfactor kan leiden tot hogere stromen en daarmee tot hogere verliezen en een zwaardere belasting van kabels, transformatoren en verdeelinrichtingen.

Een powerquality-analyser kan actief, reactief en schijnbaar vermogen én de arbeidsfactor tegelijkertijd meten en registreren.

Bij sterk vervormde stromen is overigens niet alleen de faseverschuiving van belang. Ook harmonischen beïnvloeden de totale power factor. Daarom geeft een powerqualitymeting meer informatie dan alleen een afzonderlijke cos φ-meting.

Netvervuiling door LED-drivers en frequentieregelaars

Steeds meer installaties bevatten vermogenselektronica. Denk aan:

• LED-verlichting;
• frequentieregelaars;
• computers en servers;
• acculaders;
• EV-laadpunten;
• zonnepanelen;
• warmtepompen.

Deze apparatuur gebruikt vaak schakelende elektronica. Daardoor kan de opgenomen stroom sterk afwijken van een sinusvorm.

Een LED-driver kan bijvoorbeeld maar gedurende een klein gedeelte van iedere sinusperiode stroom opnemen. De gemiddelde belasting lijkt misschien beperkt, terwijl er toch relatief hoge piekstromen en harmonischen ontstaan.

Ook frequentieregelaars kunnen aanzienlijke harmonische stromen veroorzaken.

Een True-RMS multimeter geeft bij vervormde signalen een betrouwbaardere effectieve waarde dan een gemiddelde-waarde-meter. Dat betekent echter nog niet dat u weet waarom de golfvorm vervormd is.

Daarvoor is een powerquality-analyser nodig.

Kortdurend meten of langdurig loggen?

Dit is misschien wel het belangrijkste verschil in de praktijk.

Stel dat een machine iedere paar dagen onverwacht uitvalt. U meet met een multimeter:

L1-N = 230,4 V

Niets aan de hand.

Maar misschien heeft zich drie uur eerder gedurende 200 milliseconden een spanningsdip voorgedaan. Die ziet u tijdens een losse meting niet meer terug.

Daarom kan langdurig loggen noodzakelijk zijn.

Een powerquality-analyser kan bijvoorbeeld gedurende een dienst, 24 uur of meerdere dagen aangesloten blijven en continu waarden registreren zoals:

• spanning;
• stroom;
• frequentie;
• harmonischen;
• THD;
• vermogen;
• arbeidsfactor;
• fase-onbalans;
• dips en overspanningen.

U kunt daardoor achteraf precies bekijken wanneer een storing plaatsvond en wat er op dat moment met de elektrische installatie gebeurde.

Dat maakt langdurig loggen bijzonder waardevol bij storingen die maar af en toe optreden.

Energiemeter of powerquality-analyser?

Een energiemeter en een powerquality-analyser worden soms door elkaar gehaald, maar hebben een ander doel.

Energiemeter	Powerquality-analyser
Gericht op energieverbruik	Gericht op kwaliteit van spanning en stroom
Meet bijvoorbeeld kWh	Meet dips, harmonischen, onbalans enz.
Vaak geschikt voor langdurig verbruiksloggen	Geschikt voor storingzoeken en langdurige PQ-registratie
Kan vermogen en soms power factor meten	Meet uitgebreid vermogen, power factor en netkwaliteit
Meestal geen uitgebreide golfvormanalyse	Kan golfvormen en gebeurtenissen vastleggen
Vooral: hoeveel energie wordt gebruikt?	Vooral: wat gebeurt er elektrisch in de installatie?

Wilt u weten hoeveel energie een machine of installatie verbruikt, dan kan een energiemeter voldoende zijn.

Wilt u achterhalen waarom een installatie of machine storingen vertoont, dan komt u al snel bij een powerquality-analyser uit.

Wanneer is een multimeter niet meer voldoende?

Een goede True-RMS multimeter blijft één van de belangrijkste meetinstrumenten voor de elektrotechnicus. Voor een snelle controle van spanning, stroom of frequentie is deze meestal uitstekend geschikt.

Een powerquality-analyser wordt interessant wanneer u vragen krijgt zoals:

• Waarom valt deze machine af en toe uit?
• Waarom knippert de verlichting?
• Waarom wordt de nulleider zo warm?
• Waarom loopt één fase veel zwaarder dan de andere?
• Hoe groot is de inschakelstroom?
• Veroorzaakt deze frequentieregelaar harmonische vervorming?
• Wanneer ontstaat de storing precies?
• Hoe gedraagt de installatie zich gedurende een volledige werkdag?

Dan is één actuele meetwaarde simpelweg niet voldoende.

Welke powerquality-analyser heeft u nodig?

Niet iedere powerquality-analyser heeft dezelfde mogelijkheden. Let bij de keuze onder andere op:

• één- of driefasenmeting;
• aantal spannings- en stroomkanalen;
• harmonische analyse;
• registratie van spanningsdips en overspanningen;
• registratie van inschakelstromen;
• meetmogelijkheden voor actief, reactief en schijnbaar vermogen;
• power factor en cos φ;
• fase-onbalans;
• mogelijkheid tot langdurig loggen;
• geheugen en software voor analyse en rapportage.

Meetwinkel levert verschillende powerquality-analysers voor zowel storingzoeken als langdurige monitoring van elektrische installaties.

Conclusie

Een multimeter vertelt u vooral wat u op dit moment meet. Een powerquality-analyser kan vertellen wat er gedurende een langere periode in uw installatie gebeurt.

Bij eenvoudige spannings- en stroommetingen is een goede True-RMS multimeter meestal voldoende. Heeft u te maken met onverklaarbare storingen, spanningsdips, harmonischen, hoge inschakelstromen, fase-onbalans of problemen door moderne vermogenselektronica? Dan is een powerquality-analyser het aangewezen meetinstrument.

Twijfelt u welk meetinstrument geschikt is voor uw toepassing? Neem dan contact op met Meetwinkel per mail via info@meetwinkel.nl of telefonisch op 088-2450000.

Wij helpen u graag bij de keuze tussen een multimeter, energiemeter en powerquality-analyser.