Διπλωματική εργασία. Υπογραφή Οικιακών Φορτίων Χαμηλής Τάσης. Τσιρανίδου Ευγενία Α.Ε.Μ.: 5899

Διπλωματική εργασία Υπογραφή Οικιακών Φορτίων Χαμηλής Τάσης Τσιρανίδου Ευγενία Α.Ε.Μ.: 5899 ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ Καθηγητής Λαμπρίδης Δημήτριος Λέκτορας Ανδρέου Γεώργιος Θεσσαλονίκη 2010

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική εργασία Υπογραφή Οικιακών Φορτίων Χαμηλής Τάσης Τσιρανίδου Ευγενία Α.Ε.Μ.: 5899 ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ Καθηγητής Λαμπρίδης Δημήτριος Λέκτορας Ανδρέου Γεώργιος Θεσσαλονίκη 2010

στον πατέρα μου

Πρόλογος Είναι γεγονός ότι οι σύγχρονες ανάγκες του ανθρώπου έχουν αυξήσει τις απαιτήσεις σε ενεργειακή κατανάλωση. Ωστόσο η ενέργεια δεν είναι αστείρευτος πόρος του φυσικού περιβάλλοντος και παρά τις πολυετείς προσπάθειες για την κατασκευή όλο και πιο οικονομικών ενεργειακά συσκευών, η αύξηση της ζήτησης σε ηλεκτρική ενέργεια προκαλεί πολυάριθμα προβλήματα.. Στα γενικότερα πλαίσια της αναζήτησης λύσεων για την ορθότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας κινείται και η παρούσα διπλωματική. Για την ακρίβεια αποτελεί την αρχή σε μια προσπάθεια βαθύτερης κατανόησης και ανάλυσης της λειτουργίας των οικιακών συσκευών, που αποσκοπεί στην αναγνώριση και ταυτοποίηση αυτών με τη βοήθεια των ηλεκτρικών τους χαρακτηριστικών. Έτσι ειδικά όργανα που ονομάζονται μη παρεμβατικοί επιτηρητές φορτίου και τοποθετούνται εκτός του χώρου του οικιακού καταναλωτή θα είναι σε θέση να αναγνωρίζουν τη λειτουργία συγκεκριμένων οικιακών φορτίων και υποστηριζόμενοι από το κατάλληλο λογισμικό και τον κατάλληλο τεχνολογικό εξοπλισμό να επεμβαίνουν στη λειτουργία των φορτίων, ακόμη και να διακόπτουν την λειτουργία τους σε περίπτωση που αυτό θεωρηθεί αναγκαίο από τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας. Πάνω σε αυτή τη βάση πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις κυρίως στιγμιαίων ρευμάτων και ενεργών τιμών ισχύος σε ένα σύνολο οικιακών συσκευών. Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων παρουσιάζονται με τη μορφή διαγραμμάτων και σχολιάζονται. Με βάση αυτά τα διαγράμματα εξάγονται επίσης συμπεράσματα για τα χαρακτηριστικά που μπορούν να διαφοροποιήσουν τα φορτία μεταξύ τους τόσο κατά τη λειτουργία τους αλλά και κατά την εκκίνηση τους. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τους επιβλέποντες αυτής της διπλωματικής εργασίας, Καθηγητή κ.λαμπρίδη Δημήτριο για τις συμβουλές και την καθοδήγηση τα τελευταία χρόνια των σπουδών μου και Λέκτορα κ.ανδρέου Γεώργιο για τη συνεργασία, τις ιδέες, τις συμβουλές και την πρακτική βοήθεια του στα προβλήματα που προέκυψαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής

εργασίας. Τέλος ένα μεγάλο ευχαριστώ αξίζουν η οικογένεια μου και όσοι φίλοι μου με υπέμειναν και με στήριξαν όλα αυτά τα χρόνια

Πίνακας Περιεχομένων Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή...1 1.1 Κίνητρα για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής...1 1.2 Μη Παρεμβατική Επιτήρηση Φορτίων (Non Intrusive Load Monitoring)... 3 1.3 Υπογραφές Φορτίων...5 Κεφάλαιο 2 : Μετρητικό Όργανο και Διαδικασία Μετρήσεων...7 2.1. Μετρητικό Όργανο...7 2.2. Διαδικασία Μετρήσεων...9 2.3. Μεταφορά και Επεξεργασία Δεδομένων...15 Κεφάλαιο 3 : Παρουσίαση Αποτελεσμάτων...19 3.1. Φορτία Μετρήσεων...19 3.2. Αποτελέσματα Μετρήσεων...20 3.2.1. Βραστήρας...20 3.2.2. Ηλεκτρική Εστία...27 3.2.3. Ηλεκτρικό Σίδερο...34 3.2.4. Θερμάστρα...41 3.2.5. Κλιματιστικό...48 3.2.6. Λάμπες...57 3.2.7. Σεσουάρ...70 3.2.8. Τοστιέρα...85 3.2.9. Φραπεδιέρα...92 3.2.10. Blender...99 3.2.11. Laptop...106 Κεφάλαιο 4 : Συμπεράσματα...115 4.1. Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων...115 4.2. Προτάσεις για μελλοντικές διπλωματικές...121 Αναφορές...122

Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή 1.1 Κίνητρα για την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής Σκοπός ενός συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας είναι η τροφοδότηση καταναλωτών µε την απαιτούµενη ηλεκτρική ενέργεια αξιόπιστα, µε υψηλά ποιοτικά χαρακτηριστικά και µε χαµηλό κόστος. Τα τελευταία χρόνια όµως η προοπτική της απελευθερωµένης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και της δηµιουργίας αυτόνοµων συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας, η ολοένα αυξανόµενη χρήση ευαίσθητων και µη γραµµικών ηλεκτρικών φορτίων, όπως επίσης και η συνεχώς αυξανόµενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας προκαλούν προβλήµατα στην ποιότητα ισχύος που παρέχεται στους καταναλωτές και στην αξιοπιστία του συστήµατος. Το γεγονός αυτό καθιστά επιτακτική την ανάγκη βελτιστοποίησης της λειτουργίας του συστήµατος. Για το σκοπό αυτό έχουν ληφθεί κατά καιρούς διάφορα µέτρα όπως : Αντιστάθµιση άεργου ισχύος σε επίπεδο υψηλής, µέσης και χαµηλής τάσης. Βελτίωση της συνεκτικότητας µεταξύ του συστήµατος των 400 kv και των 150 kv. Κατασκευή νέων κυκλωµάτων µεταφοράς. Βέλτιστη ρύθµιση των αυτοµετασχηµατιστών του συστήµατος και της άεργου παραγωγής των µονάδων. Εγκατάσταση λογισµικού που προσδιορίζει τα ασφαλή όρια λειτουργίας του συστήµατος. Η λήψη των παραπάνω µέτρων δεν εξασφαλίζει την πλήρη εξυγίανση του συστήµατος. Συχνά οδηγούµαστε σε βυθίσεις τάσης και διαταραχές και στην περίπτωση που όλες οι αναφερόµενες λύσεις δεν επαρκούν για την εξάλειψη των προβληµάτων, οι αρµόδιοι φορείς αναγκάζονται να προβούν στην έσχατη ενέργεια της διακεκοµµένης ή ελλιπούς τροφοδότησης φορτίων ή ακόµη και καθολικής διακοπής ρεύµατος (blackout) κυρίως λόγω αδυναµίας ανταπόκρισης στα υψηλά 1

φορτία αιχµής. Οι ενέργειες αυτές έχουν ως αποτέλεσµα τη σηµαντική µείωση της αξιοπιστίας του συστήµατος, τη διαταραχή της ευστάθειας και τεράστιες ζηµίες στην οικονοµία. Στα πλαίσια της αναζήτησης επιπλέον λύσεων για τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας του συστήµατος έχει προταθεί [1] ένα σύστηµα που θα λειτουργεί στο επίπεδο της διανοµής και θα έχει ως στόχο την αντιµετώπιση της αυξανόµενης ζήτησης φορτίου και συνεπακόλουθα τη µείωση της κατανάλωσης. Το σύστηµα αυτό προϋποθέτει τη συγκρότηση οµάδων καταναλωτών που θα συνεργάζονται µε τους αρµόδιους φορείς ώστε να επιτύχουν την οµαλοποίηση της κατανάλωσης. Η λειτουργία του συστήµατος θα διέπεται από ένα σύνολο προσυµφωνηθέντων κανόνων και απαιτεί τη χρήση εξελιγµένου εξοπλισµού. Σε γενικές γραµµές όσων αφορά τη λειτουργία αυτού του συστήµατος : Θα συγκροτούνται οµάδες καταναλωτών µε βάση διάφορα κριτήρια (τοπικά κυρίως), και όλα τα µέλη θα έχουν ως στόχο την οµαλοποίηση της ηµερήσιας καµπύλης κατανάλωσης τους, ώστε τελικά να είναι οµαλοποιηµένη και η συνολική καµπύλη κατανάλωσης τους. Ωστόσο ένα µέλος - ο διαχειριστής - θ αναλαµβάνει την γενική εποπτεία της λειτουργίας της οµάδας. Αυτό σηµαίνει ότι θ αναλαµβάνει να συγκεντρώνει δεδοµένα της οµάδας (π.χ. ηµερήσιες καµπύλες κατανάλωσης) για αρκετό χρονικό διάστηµα. Επίσης θ αναλαµβάνει το ρόλο του διαµεσολαβητή µεταξύ της.ε.η. (παραγωγοί,.ε.σ.μ.η.ε. και.ε.σ..η.ε.) και των καταναλωτών-µελών της οµάδας, όπως και την επικοινωνία µεταξύ των µελών της οµάδας. Προκειµένου να µπορέσει να υλοποιηθεί το παραπάνω σύστηµα θα πρέπει σε αρχικό στάδιο να µπορεί να διαπιστωθεί η συνολική κατανάλωση ενέργειας ενός καταναλωτή. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να εγκατασταθεί µια µετρητική διάταξη (π.χ ένας ψηφιακός µετρητής) στην είσοδο της παροχής του καταναλωτή, που θα συνοδεύεται µε το κατάλληλο λογισµικό, ώστε ο καταναλωτής να µπορεί να επεξεργάζεται τα δεδοµένα των µετρήσεων. 2

Κάθε οµάδα λοιπόν θα περιλαµβάνει κι ένα σύνολο συσκευών και προηγµένου εξοπλισµού, όπως ψηφιακούς µετρητές και πράκτορες ευφυούς λογισµικού. Ο ευφυής πράκτορας είναι στην ουσία ένα ευφυές λογισµικό, το οποίο εγκαθίσταται στους υπολογιστές των µελών της οµάδας. Το λογισµικό αυτό έχει την δυνατότητα να λειτουργεί µε µια σχετική αυτονοµία µε βάση τις προσωπικές επιθυµίες/απαιτήσεις του χρήστη ώστε να διεκπεραιώσει τους στόχους που αυτός του έχει αναθέσει. Έτσι µέσω του λογισµικού που συνοδεύει το ψηφιακό µετρητή, τα δεδοµένα της κατανάλωσης αποθηκεύονται στον υπολογιστή του χρήστη, όπου τα επεξεργάζεται ο πράκτορας-καταναλωτής. Ο χρήστης έχει προηγουµένως αποθηκεύσει τις απαιτήσεις του στον πράκτορα, κι αυτός δρα ανάλογα προκειµένου να τις εκπληρώσει. Ο πράκτορας µπορεί να επικοινωνεί µε το χρήστη και να επεµβαίνει στη λειτουργία των συσκευών, µειώνοντας ή διακόπτοντας την κατανάλωση τους. Τέλος για τον καλύτερο συντονισµό της οµάδας και για την επικοινωνία µε τους φορείς της.ε.η. υπάρχει ο πράκτορας-διαχειριστής. Για να είναι όµως αυτό το σύστηµα σε θέση ν αντιλαµβάνεται τι είδους συσκευές λειτουργούν στο χώρο ενός καταναλωτή (ώστε να µπορεί ο πράκτορας να επεµβαίνει σ αυτές), θα πρέπει να είναι εφοδιασµένο µε βάσεις δεδοµένων που θα περιέχουν στοιχεία της λειτουργίας των διάφορων συσκευών και συσκευές ελέγχου και επιτήρησης µεµονωµένων φορτίων. 1.2 Μη Παρεµβατική Επιτήρηση Φορτίων (Non Intrusive Load Monitoring) Στις περισσότερες περιπτώσεις συνηθίζεται για τη µέτρηση ηλεκτρικών χαρακτηριστικών να παρεµβάλλεται µεταξύ συσκευής και ρευµατοδότη ένα µετρητικό όργανο, το οποίο καταγράφει τη λειτουργία της συσκευής. Η µέθοδος αυτή χαρακτηρίζεται ως παρεµβατική και σε περιπτώσεις που χρειάζεται να γίνει καταγραφή της λειτουργίας όλων των συσκευών µιας σχετικά µεγάλης εγκατάστασης 3

είναι ακριβή και επίπονη. Με τις σηµερινές υπάρχουσες τεχνολογίες και τη συνεχώς αυξανόµενη ανάπτυξη των έξυπνων-ψηφιακών µετρητών καθώς και µε τη βοήθεια των προηγµένων υποδοµών µέτρησης η µη παρεµβατική επιτήρηση φορτίων (Non Intrusive Load Monitoring) αποτελεί µια ενδιαφέρουσα εναλλακτική. Η µη παρεµβατική επιτήρηση φορτίων µπορεί ν αναγνωρίσει τη λειτουργία [1] των ηλεκτρικών φορτίων ενός συστήµατος µε τη βοήθεια µετρήσεων που γίνονται σ ένα κεντρικό σηµείο, όπως o Γενικός Πίνακας ιανοµής µιας εγκατάστασης. Η NILM είναι µια διαδικασία κατά την οποία αναλύονται οι µεταβολές που παρουσιάζονται στο ρεύµα και την τάση µιας εγκατάστασης. Με βάση τις µεταβολές αυτές διαπιστώνεται ποιες συσκευές βρίσκονται σε λειτουργία κατά και µετά τη δεδοµένη χρονική στιγµή της µεταβολής καθώς και το ποσό της ενέργειας που αυτές καταναλώνουν. Μετρητές που λειτουργούν κατ αυτόν τον τρόπο ονοµάζονται µη παρεµβατικοί επιτηρητές φορτίου και χρησιµοποιούνται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις χαµηλής τάσης προκειµένου να διαπιστωθεί η λειτουργική συµπεριφορά κάθε οικιακής συσκευής µεµονωµένα. Επίσης ο τρόπος λειτουργίας τους επιτρέπει την ανίχνευση σφαλµάτων που µπορούν να διαταράξουν την οµαλή λειτουργία του συστήµατος. Μεγάλο πλεονέκτηµα των NILM είναι ότι µπορεί να αναγνωρίζει ξεχωριστά την κάθε συσκευή ακόµα και όταν πολλές συσκευές λειτουργούν ταυτόχρονα, αξιοποιώντας τη φιλοσοφία των υπογραφών φορτίων που αναλύεται σε επόµενη ενότητα. Πλεονέκτηµα επίσης των NILM έναντι ανάλογων αισθητήρων, οι οποίοι προσαρµόζονται σε κάθε συσκευή χωριστά, είναι ότι οι NILM προσαρµόζονται στο σηµείο κεντρικής παροχής. Μειώνεται έτσι αισθητά ο αριθµός αισθητήρων που χρησιµοποιούνται µε αποτέλεσµα τη µεγαλύτερη ευκολία εγκατάστασης. Η εγκατάσταση ενός NILM είναι σχετικά εύκολη και γίνονται συνεχώς προσπάθειες βελτίωσης της κατασκευής του κατά τέτοιο τρόπο ώστε να µειωθεί το κόστος του. Τέλος στα πλεονεκτήµατα ενός NILM συγκαταλέγεται και το γεγονός ότι επιτρέπει την αποθήκευση των µετρήσεων σε έναν υπολογιστή, ώστε αυτές να µπορούν αργότερα να επεξεργαστούν από τον χρήστη. 4

1.3 Υπογραφές Φορτίων Η υπογραφή ενός φορτίου ορίζεται ως η ηλεκτρική συµπεριφορά µίας συσκευής όταν λειτουργεί [2][3]. Παρόµοια µε την υπογραφή ενός ανθρώπου κάθε ηλεκτρική συσκευή περιέχει µοναδικά χαρακτηριστικά στην καταναλωτική της συµπεριφορά. Τα χαρακτηριστικά αυτά αφορούν την τάση, το ρεύµα, το αρµονικό περιεχόµενο και την ενεργό και άεργη ισχύ του, τόσο στη στάσιµη κατάσταση λειτουργίας, όσο και σε µεταβατικές καταστάσεις όπως π.χ κατά την έναρξη ή τον τερµατισµό της λειτουργίας του φορτίου, δηλαδή κατά το άνοιγµα/κλείσιµο ενός διακόπτη. Γενικά παρά το γεγονός ότι κάποιες ηλεκτρικές συσκευές µπορεί να έχουν παρόµοια χαρακτηριστικά (π.χ. ίσες ονοµαστικές ισχείς) θα παρουσιάζουν παρόλα αυτά σηµαντικές διαφοροποιήσεις σε άλλα ανιχνεύσιµα χαρακτηριστικά τους, ώστε να µπορούν απ αυτά ν αναγνωριστούν και να ταυτοποιηθούν. Ένας NILM διαθέτει ένα σύνολο αποθηκευµένων τέτοιων υπογραφών και µέσω σχετικού λογισµικού που διαθέτει και µε κατάλληλη διαδικασία σύγκρισης των τιµών ρεύµατος και τάσης που λαµβάνονται κάθε φορά αναγνωρίζει τον αριθµό των φορτίων που λειτουργούν ταυτόχρονα καθώς και τη φύση κάθε φορτίου ξεχωριστά. Έτσι η αναγνώριση και ταυτοποίηση κάθε συσκευής γίνεται τη στιγµή που αυτή τίθεται σε λειτουργία ή διακόπτεται η λειτουργία της. Αυτή η γνώση µπορεί να παρέχει οφέλη στις επιχειρήσεις παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, στους διαχειριστές του συστήµατος µεταφοράς και του δικτύου διανοµής καθώς και στους πελάτες-καταναλωτές. Συγκεκριµένα η επιχείρηση ηλεκτρισµού µπορεί να βελτιώσει το σχεδιασµό και τη λειτουργία του συστήµατος και του δικτύου και ν αναπτύξει νέα προϊόντα και υπηρεσίες. Οι ρυθµιστές µπορούν ν αναπτύξουν νέες πολιτικές και νέους κανόνες. Τέλος οι πελάτες ωφελούνται από τις µειωµένες τιµές και την βελτίωση στην ποιότητα της παρεχόµενης ισχύος καθώς και στην αξιοπιστία. Σε αυτά τα πλαίσια σκοπός της παρούσας διπλωµατικής είναι η µέτρηση και η παρουσίαση υπογραφών φορτίων. Πρόκειται για τη δηµιουργία ενός «προφίλ» για κάποιες οικιακές συσκευές µε βάση τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους µε στόχο τη 5

δηµιουργία και µετέπειτα χρήση µιας «βιβλιοθήκης» υπογραφών οικιακών φορτίων. Μια τέτοια βιβλιοθήκη µπορεί ν αποτελέσει τη βάση δεδοµένων για ένα σύστηµα NILM ώστε να µπορέσει να τοποθετηθεί στην είσοδο ενός οικιακού καταναλωτή και να εξάγει πληροφορίες σχετικά µε τις συσκευές που λειτουργούν στο χώρο αυτού του καταναλωτή. Σε γενικές γραµµές για την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής χρησιµοποιήθηκε ένα µετρητικό όργανο, µε τη βοήθεια του οποίου µετρήθηκαν σε µια σειρά οικιακών συσκευών το ρεύµα εκκίνησης και στάσιµης κατάστασης λειτουργίας, το αρµονικό περιεχόµενο, καθώς και η ενεργός, η άεργος και η µιγαδική ισχύς. Με βάση τ αποτελέσµατα αυτών των µετρήσεων προκύπτουν συµπεράσµατα για τη λειτουργία κάθε συσκευής µεµονωµένα αλλά και σε σύγκριση µε τη λειτουργία των υπολοίπων. Στο κεφάλαιο 2 δίνονται περισσότερες λεπτοµέρειες για το µετρητικό όργανο και για τη διαδικασία των µετρήσεων. Στη συνέχεια στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τ αποτελέσµατα των µετρήσεων µε τη µορφή διαγραµµάτων, ενώ το τέταρτο κεφάλαιο περιλαµβάνει τα συµπεράσµατα που προκύπτουν σχετικά µε τη λειτουργία των διάφορων οικιακών συσκευών. 6

Κεφάλαιο 2 : Μετρητικό Όργανο και ιαδικασία Μετρήσεων 2.1 Μετρητικό Όργανο Το όργανο που χρησιµοποιήσαµε για τις µετρήσεις είναι το «Fluke 1760», τριφασικός µετρητής ποιότητας ισχύος, που φαίνεται στην εικόνα 2.1. Εικόνα 2.1 : Πρόσοψη του Fluke 1760 Πρόκειται για ένα φορητό όργανο, το οποίο τροφοδοτείται από ρευµατοδότη και ενεργοποιείται µε διακόπτη. Το όργανο διαθέτει 8 εισόδους-κανάλια για µέτρηση τάσης και ρεύµατος, όπως επίσης και αντίστοιχους ακροδέκτες. Τέλος διαθέτει φωτεινούς δείκτες led, που ενηµερώνουν το χρήστη για την κατάσταση της µέτρησης και θύρα Ethernet για τη σύνδεση του µε υπολογιστή. Το όργανο διαθέτει όλες τις απαραίτητες λειτουργίες, µε την βοήθεια των οποίων µπορεί να εκτελέσει ανάλυση του δικτύου, να εκτιµήσει την ποιότητα της ασφάλειας και να εντοπίσει τυχόν παρεµβολές στο σύστηµα. Αναλυτικότερα το όργανο αυτό παρέχει στο χρήστη τις εξής δυνατότητες [4]: 7

Λεπτοµερή ανάλυση διαταραχών. Εκτελεί υψηλής ταχύτητας ανάλυση µεταβατικών φαινόµενων και αποκαλύπτει την αιτία της δυσλειτουργίας του εξοπλισµού. Συσχέτιση συµβάντων σε πολλαπλές θέσεις. Οι χρήστες µπορούν ν ανιχνεύσουν το σηµείο του σφάλµατος, είτε αυτό συµβαίνει εντός της µετρούµενης εγκατάστασης είτε όχι. Παράλληλη µέτρηση 2 ανεξάρτητων και ανόµοιων µεταξύ τους συστηµάτων. Επιβεβαίωση της ποιότητας της εισερχόµενης ισχύος και µελέτες ηλεκτρικών φορτίων. Με τη βοήθεια του οργάνου µπορούν να γίνουν οι παρακάτω µετρήσεις : Ενεργές τιµές µεγεθών εδοµένα τύπου παλµογράφου (στιγµιαίες τιµές) Τάσεις, ρεύµατα και ισχείς Μετρήσεις φορτίων και ενέργειας Ανάλυση αρµονικών τάσης και ρεύµατος Ταχεία µεταβατικά φαινόµενα Ανάλυση της κυµάτωσης των σηµάτων ελέγχου Ανάλυση της ποιότητας της τάσης δικτύου Οι ευπροσάρµοστοι αλγόριθµοι µέτρησης και οι ρυθµίσεις trigger επιτρέπουν στο χρήστη να βελτιστοποιήσει τις εφαρµογές του «Fluke 1760» ώστε το όργανο να καταγράψει µε ακρίβεια τα απαιτούµενα δεδοµένα. Τα δεδοµένα µπορούν να µεταφερθούν απευθείας σ έναν υπολογιστή ή µέσω ενός δικτύου Ethernet και µπορούν ν ανακτηθούν κατά τη διάρκεια των µετρήσεων χωρίς να σταµατήσει η διαδικασία της µέτρησης. Επίσης το όργανο διαθέτει εσωτερική µνήµη που επιτρέπει την αποθήκευση των δεδοµένων σ αυτό και τη µεταφορά τους στον υπολογιστή σε µεταγενέστερη στιγµή. Το «Fluke 1760» συνοδεύεται από το αντίστοιχο λογισµικό για λεπτοµερή ανάλυση ποιότητας ισχύος σε υπολογιστές που έχουν ως λειτουργικό σύστηµα τα Windows. Το λογισµικό καθιστά δυνατή την αποµακρυσµένη ρύθµιση του οργάνου, τον έλεγχο των µετρούµενων τιµών και τη φόρτωση των δεδοµένων. 8

Στην επόµενη ενότητα παρουσιάζεται η διαδικασία µετρήσεων σε βήµατα. 2.2 Μετρητική ιαδικασία Αφού εγκαταστήσουµε το πρόγραµµα και το ανοίξουµε, εµφανίζεται στην οθόνη µας το µενού έναρξης : Εικόνα 2.2 : Μενού έναρξης του λογισµικού του οργάνου Επιλέγουµε Live Modes-Setup για διαµόρφωση-ρύθµιση του οργάνου που είναι συνδεδεµένο µε τον υπολογιστή. Το όργανο συνδέεται µέσω τοπικού δικτύου Ethernet στον υπολογιστή. Ακολούθως συνδέουµε το όργανο µε το φορτίο και το φορτίο στο δίκτυο. Στη συνέχεια εµφανίζεται το µενού ρυθµίσεων : 9

Εικόνα 2.3 : Μενού ρυθµίσεων του λογισµικού του οργάνου Με στόχο τη µέτρηση των ρευµάτων (εκκίνησης και στάσιµης κατάστασης λειτουργίας), του αρµονικού περιεχοµένου και της ενεργής και άεργης ισχύος ενός φορτίου (rms τιµές) εισάγουµε ρυθµίσεις στα πεδία Recording Modes και Trigger Settings.Πιο συγκεκριµένα : Recording Modes: Γενικά σ αυτό το παράθυρο µπορούµε να καθορίσουµε τη διάρκεια µέτρησης, τους pre-trigger χρόνους και τους hold-off χρόνους µέχρι την επόµενη µέτρηση. Οι µετρήσεις που µας ενδιαφέρουν αφορούν κυρίως τις rms τιµές καθώς και τις στιγµιαίες τιµές των µεγεθών. Για τις rms τιµές τσεκάρουµε την επιλογή continuous recording έτσι ώστε να έχουµε τιµές καθ όλη τη διάρκεια της µέτρησης. Για τις στιγµιαίες τιµές επιλέγουµε να δουλέψουµε στο Oscilloscope mode. Η συχνότητα της δειγµατοληψίας είναι σταθερή και καθορισµένη από το πρόγραµµα, οπότε προκειµένου να αντιληφθεί το όργανο το ρεύµα εκκίνησης καθώς και να έχουµε µια όσο γίνεται πιο σαφή εικόνα του ρεύµατος στάσιµης κατάστασης λειτουργίας, επιλέγουµε τη µέγιστη δυνατή διάρκεια µέτρησης, που είναι 6,4 sec. Επίσης για να αποκλείσουµε την πιθανότητα να είναι τόσο µικρή η διάρκεια ρεύµατος, ώστε το όργανο να µην προλαβαίνει ν ανιχνεύσει την εκκίνηση, επιλέγουµε µια σχετικά µεγάλη τιµή του pre-trigger χρόνου γύρω στα 2-4 sec. Η θετική αυτή τιµή του pre-trigger χρόνου καθορίζει πόσο χρόνο πριν από την έναρξη της µέτρησης (η οποία καθορίζεται από τις trigger ρυθµίσεις) θα 10

ξεκινά στην πραγµατικότητα να µετρά το όργανο. Τα υπόλοιπα πεδία τ αφήνουµε ως έχουν. Εικόνα 2.4 : Ρυθµίσεις καταγραφής Trigger Settings: Με τις ρυθµίσεις σ αυτό το κοµµάτι έχουµε ως στόχο να ενεργοποιήσουµε τη διαδικασία των µετρήσεων. Πολλές φορές ένα συµβάν µπορεί να πληροί περισσότερες της µίας συνθήκες ενεργοποίησης. Η επιλογή ωστόσο των κατάλληλων συνθηκών ενεργοποίησης γίνεται ώστε οι συνθήκες αυτές ν ανταποκρίνονται όσο το δυνατό καλύτερα στο συµβάν που θέλουµε να καταγράψουµε. Οι επιλογές που µας δίνονται είναι οι παρακάτω : Rms trigger : τυπικές περιπτώσεις στις οποίες βρίσκει εφαρµογή είναι ο εντοπισµός των τιµών αιχµής της τάσης, του ρεύµατος ή ακόµα και της ισχύος, ώστε να προειδοποιεί σε περίπτωση που η ισχύς ξεπεράσει µια προκαθορισµένη τιµή για να προβεί ο χρήστης στις κατάλληλες ενέργειες. Επίσης εντοπίζει τις βυθίσεις τάσεις και µπορεί ν αναγνωρίσει αν οι διακυµάνσεις του φορτίου προκάλεσαν τη βύθιση, ή 11

αν αυτή οφείλεται σε διαταραχή σε κάποιο άλλο σηµείο του δικτύου (επιλογή Max και Min αντίστοιχα). Oscilloscope trigger : αυτή η επιλογή βρίσκει εφαρµογή στην λεπτοµερή ανάλυση µικρής διάρκειας τάσεων και τιµών αιχµής ρευµάτων (επιλογή Level και Max). Επίσης παρέχει τη δυνατότητα εντοπισµού ξαφνικών παραµορφώσεων των κυµατοµορφών (επιλογή Sine). Εκτός αυτών βοηθάει στον εντοπισµό υπερρευµάτων και βραχυκυκλωµάτων στο δίκτυο ή και σε γειτονικά δίκτυα (επιλογή Phase). Τέλος είναι κατάλληλη για ανάλυση οποιασδήποτε διαταραχής, καθώς αυτή οδηγεί σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις σε ξαφνική µεταβολή της κυµατοµορφής και έτσι γίνεται δυνατός ο προσδιορισµός της αιτίας της διαταραχής (επιλογή Wave). Στην δικιά µας περίπτωση το συµβάν που θέλουµε να καταγράψουµε είναι η εκκίνηση των φορτίων, οπότε επιλέγουµε να εισάγουµε ρυθµίσεις στο πεδίο Oscilloscope. Πιο συγκεκριµένα : αρχικά επιλέγουµε το πεδίο Level που δηλώνει ότι η µέτρηση θ αρχίσει όταν οι τιµές του δείγµατος είναι πάνω ή κάτω από το όριο που θέτουµε. Στη συνέχεια τσεκάρουµε την επιλογή Oscilloscope και θέτουµε µια αρκετά χαµηλή τιµή στο πεδίο του ρεύµατος, ώστε να είναι πολύ εύκολη και γρήγορη η ενεργοποίηση της µέτρησης (η επιλογή της τιµής του ρεύµατος σχετίζεται µε το ονοµαστικό ρεύµα του εκάστοτε φορτίου). Επειδή επιλέγουµε να είναι θετική η κλίση της κυµατοµορφής του ρεύµατος, η µέτρηση ξεκινά όταν το ρεύµα είναι µεγαλύτερο από την τιµή που δίνουµε. 12

Εικόνα 2.5 : Ρυθµίσεις ενεργοποίησης των µετρήσεων Στο ίδιο αποτέλεσµα (εντοπισµό της εκκίνησης του φορτίου) καταλήγουµε και µε χρονική ενεργοποίηση της µέτρησης. Έτσι µπορούµε να εισάγουµε στο πεδίο Time Trigger την χρονική στιγµή που θέλουµε να ξεκινήσει το όργανο να µετράει (µπορούµε να ορίσουµε και το χρονικό διάστηµα που θέλουµε να κρατήσει η µέτρηση) και να ορίσουµε να µετράει και Oscilloscope τιµές, όπως φαίνεται παρακάτω : 13

Εικόνα 2.6 : Ρυθµίσεις χρόνου Στη συνέχεια ενεργοποιούµε στο µενού ρυθµίσεων την επιλογή αρχικοποίησης των ρυθµίσεων (initialize) ώστε να λάβει το όργανο τις καινούριες ρυθµίσεις και να µην κρατήσει τις ρυθµίσεις κάποιας παλαιότερης µέτρησης. Μας δίνεται επίσης η επιλογή ν αποθηκεύσουµε αυτές τις ρυθµίσεις και να τις ξαναχρησιµοποιήσουµε σε περίπτωση που επιθυµούµε. Εκτός από τα ρεύµατα εκκίνησης και τα ρεύµατα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας µας ενδιαφέρει και η συµπεριφορά του φορτίου όταν αλλάζουµε (σε όσα φορτία είναι αυτό δυνατό) κάποιες ρυθµίσεις τους, όπως π.χ όταν αλλάζουµε τη θερµοκρασία στο κλιµατιστικό ή όταν αλλάζουµε την ένταση και τη θερµοκρασία σ ένα σεσουάρ. Σ αυτή την περίπτωση παρακολουθούµε τις rms τιµές του ρεύµατος και της ισχύος µε τη διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω. 14

2.3 Μεταφορά και Επεξεργασία εδοµένων Από τη στιγµή που ολοκληρωθεί η µέτρηση (περάσει το χρονικό διάστηµα που ορίσαµε ή τη σταµατήσει ο χρήστης κατά βούληση) µπορούµε να µεταφέρουµε τα δεδοµένα σ έναν υπολογιστή και να τ αποθηκεύσουµε ακολουθώντας την παρακάτω διαδικασία. Η µεταφορά των δεδοµένων µπορεί να γίνει και κατά τη διάρκεια της µέτρησης χωρίς να την επηρεάζει. Επιλέγουµε Transfer, Download Measurement Data και εµφανίζεται το παρακάτω παράθυρο : Εικόνα 2.7 : Μεταφορά και αποθήκευση δεδοµένων Επιλέγουµε τον τύπο των δεδοµένων που θέλουµε ν αποθηκεύσουµε και µε τους µπλε κέρσορες επιλέγουµε την χρονική διάρκεια που επιθυµούµε και πατάµε το Copy. Για να ολοκληρώσουµε τη διαδικασία της αποθήκευσης επιλέγουµε το φάκελο και το όνοµα του αρχείου τύπου.def που θέλουµε ν αποθηκεύσουµε. Για την επεξεργασία των δεδοµένων ανοίγουµε το κατάλληλο αρχείο και επιλέγουµε τον τύπο των δεδοµένων που θέλουµε να επεξεργαστούµε. Στην περίπτωση µας τα 15

δεδοµένα είναι rms τιµές τάσεων, ρευµάτων και ισχύος καθώς και δεδοµένα τύπου παλµογράφου. RMS Με την επιλογή RMS εµφανίζεται η παρακάτω γραµµή εργαλείων : Εικόνα 2.8 : Γραµµή εργαλείων για την επεξεργασία rms τιµών Επιλέγοντας το ηλεκτρικό χαρακτηριστικό που θέλουµε και την κυκλωµένη επιλογή, µπορούµε να παρουσιάσουµε την ενεργό τιµή του χαρακτηριστικού ως προς το χρόνο, όπως θα δούµε στο παρακάτω κεφάλαιο. Τιµές που είναι έξω από τα όρια των ονοµαστικών τιµών που θέτουµε στο µενού ρυθµίσεων εµφανίζονται σε πορτοκαλί φόντο. OSCILLOSCOPE Αντίστοιχα µε την επιλογή Oscilloscope εµφανίζεται η εξής γραµµή εργαλείων : Εικόνα 2.9 : Γραµµή εργαλείων για επεξεργασία δεδοµένων τύπου Oscilloscope Επιλέγοντας το κόκκινα κυκλωµένο κουµπί µας δίνεται η δυνατότητα να παρουσιάσουµε δεδοµένα ρεύµατος και τάσης σε σχέση µε το χρόνο ( ) και το πλάτος των αρµονικών σε σχέση µε τη συχνότητα ( ). Με το κίτρινα κυκλωµένο κουµπί (µε το οποίο στην ουσία επιλέγουµε τη φάση που µας ενδιαφέρει) µπορούµε να δούµε τις αρµονικές της ενεργού και άεργου ισχύος ( ) καθώς και τη µιγαδική ισχύ στην συχνότητα των 50 Hz µε µορφή 16

διανύσµατος ( ). Τέλος µε το µπορούµε ν απεικονίσουµε τις ενεργές τιµές όλων των µεγεθών µε τη µορφή πίνακα όπως φαίνεται παρακάτω : Εικόνα 2.10 : Πίνακας ενεργών τιµών Για την αποθήκευση των αποτελεσµάτων αξιοποιώντας την παρακάτω γραµµή εργαλείων Εικόνα 2.11 : Γραµµή εργαλείων για αποθήκευση διαγραµµάτων και πινάκων έχουµε τις εξής δυνατότητες : Είτε ν αποθηκεύσουµε τα δεδοµένα µε τη µορφή πίνακα ( ), είτε ν αντιγράψουµε τα διαγράµµατα ώστε να µπορούµε να τα εισάγουµε στον κειµενογράφο ( ), είτε να εκτυπώσουµε τα διαγράµµατα ( ), είτε τέλος να δηµιουργήσουµε ένα αρχείο Word που θα περιέχει τα δεδοµένα µε τη µορφή πίνακα ( ). 17

18

Κεφάλαιο 3 : Παρουσίαση Αποτελεσµάτων 3.1 Φορτία Μετρήσεων Τα φορτία που µετρήθηκαν στα πλαίσια της διπλωµατικής και η αντίστοιχη ονοµαστική τους ισχύς είναι τα εξής : Βραστήρας 2000-2400 W. Ηλεκτρική εστία 450 W. Ηλεκτρικό σίδερο 1600 W. Θερµάστρα 1200 W. Κλιµατιστικό 1200 W ( σε λειτουργία θέρµανσης) και 1000 W (σε λειτουργία ψύξης). 2 Λάµπες, η µία ενεργειακής απόδοσης τάξης Ε και ονοµαστικής ισχύος 60 W και η άλλη ενεργειακής απόδοσης τάξης Α και ονοµαστικής ισχύος 11 W. 2 Σεσουάρ, το ένα ονοµαστικής ισχύος 1600 W και το άλλο 1800 W. Τοστιέρα 1800 W. Φραπεδιέρα 65 W. Laptop της εταιρείας DELL και µοντέλο studio 1555 (είσοδος φορτιστή 100-240 V εναλλασσόµενο ρεύµα 1,5 Α και συχνότητας 50-60 Ηz και έξοδος 19,5 V και συνεχές ρεύµα 4,62 Α). Blender 450 W. Σε όλα τα φορτία εξετάζουµε το ρεύµα εκκίνησης, το ρεύµα στάσιµης λειτουργίας (στιγµιαίες τιµές), το αρµονικό περιεχόµενο τους και την ενεργό, άεργο και µιγαδική ισχύ (rms τιµές), µε εξαίρεση το laptop όπου λόγω του ότι έπρεπε να είναι ήδη σε λειτουργία κατά τη µέτρηση ώστε να είναι συνδεδεµένο σ αυτό το όργανο, δεν µετρήθηκε το ρεύµα εκκίνησης. Όσον αφορά στο αρµονικό περιεχόµενο παρουσιάζεται κατόπιν επεξεργασίας χωρίς την πρώτη αρµονική, ώστε να δίνεται µια καλύτερη εικόνα του µεγέθους των υπολοίπων. Για κάθε φορτίο παρουσιάζονται 2 διαφορετικές µετρήσεις που έγιναν είτε κατά τη διάρκεια της ίδιας µέρας είτε σε διαφορετικές µέρες από τον Απρίλιο του 2010 ως και τον Ιούνιο του ίδιου χρόνου. 19

Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται σε διαγράµµατα ως προς το χρόνο, εκτός από το αρµονικό περιεχόµενο που παρουσιάζεται ως προς τη συχνότητα. 3.2 Αποτελέσµατα µετρήσεων 3.2.1. Βραστήρας Ο βραστήρας είναι ένα τυπικό ωµικό φορτίο, οπότε η εκκίνηση του είναι οµαλή. Επίσης η ισχύς του φτάνει γρήγορα στην ονοµαστική της τιµή και η κατανάλωσηπαραγωγή άεργου ισχύος είναι µικρή. Τέλος πέρα από την πρώτη αρµονική, παρουσιάζονται ελάχιστες, µικρού πλάτους ανώτερες αρµονικές. Τα παραπάνω αποτελέσµατα παρουσιάζονται στα παρακάτω διαγράµµατα : Σχήµα 3.1 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης βραστήρα-1 η µέτρηση 20

Σχήµα 3.2 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης βραστήρα-2 η µέτρηση Σχήµα 3.3 : Αρµονικό περιεχόµενο βραστήρα-1 η µέτρηση 21

Σχήµα 3.4 : Αρµονικό περιεχόµενο βραστήρα-2 η µέτρηση Σχήµα 3.5 : Αρµονικό περιεχόµενο βραστήρα χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 22

Σχήµα 3.6 : Αρµονικό περιεχόµενο βραστήρα χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.7 : Ενεργός ισχύς βραστήρα-1 η µέτρηση 23

Σχήµα 3.8 : Ενεργός ισχύς βραστήρα-2 η µέτρηση Σχήµα 3.9 : Άεργος ισχύς βραστήρα-1 η µέτρηση 24

Σχήµα 3.10 : Άεργος ισχύς βραστήρα-2 η µέτρηση Σχήµα 3.11 : Φαινόµενη ισχύς βραστήρα-1 η µέτρηση 25

Σχήµα 3.12 : Φαινόµενη ισχύς βραστήρα-2 η µέτρηση 26

3.2.2. Ηλεκτρική εστία Η ηλεκτρική εστία συµπεριφέρεται παρόµοια µε το βραστήρα, καθότι πρόκειται επίσης για ωµικό φορτίο. Μία διαφορά ωστόσο είναι ότι οι τιµές του ρεύµατος είναι µικρότερες από αυτές του βραστήρα, λόγω του ότι πρόκειται για µια συσκευή που καταναλώνει λιγότερη ισχύ. Τ αντίστοιχα διαγράµµατα δίνονται στα σχήµατα παρακάτω. Σχήµα 3.13 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης ηλεκτρικής εστίας-1 η µέτρηση 27

Σχήµα 3.14 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης ηλεκτρικής εστίας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.15 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικής εστίας-1 η µέτρηση 28

Σχήµα 3.16 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικής εστίας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.17 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικής εστίας χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 29

Σχήµα 3.18 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικής εστίας χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.19 : Ενεργός ισχύς ηλεκτρικής εστίας-1 η µέτρηση 30

Σχήµα 3.20 : Ενεργός ισχύς ηλεκτρικής εστίας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.21 : Άεργος ισχύς ηλεκτρικής εστίας-1 η µέτρηση 31

Σχήµα 3.22 : Άεργος ισχύς ηλεκτρικής εστίας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.23 : Φαινόµενη ισχύς ηλεκτρικής εστίας-1 η µέτρηση 32

Σχήµα 3.24 : Φαινόµενη ισχύς ηλεκτρικής εστίας-2 η µέτρηση 33

3.2.3. Ηλεκτρικό σίδερο Και σ αυτή την περίπτωση τα σχόλια στ αποτελέσµατα δεν διαφέρουν πολύ. Τα διαγράµµατα δίνονται παρακάτω : Σχήµα 3.25 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης ηλεκτρικού σίδερου- 1 η µέτρηση 34

Σχήµα 3.26 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης ηλεκτρικού σίδερου- 2 η µέτρηση Σχήµα 3.27 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικού σίδερου-1 η µέτρηση 35

Σχήµα 3.28: Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικού σίδερου-2 η µέτρηση Σχήµα 3.29 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικού σίδερου χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 36

Σχήµα 3.30 : Αρµονικό περιεχόµενο ηλεκτρικού σίδερου χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.31 : Ενεργός ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-1 η µέτρηση 37

Σχήµα 3.32 : Ενεργός ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-2 η µέτρηση Σχήµα 3.33 : Άεργος ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-1 η µέτρηση 38

Σχήµα 3.34 : Άεργος ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-2 η µέτρηση Σχήµα 3.35 : Φαινόµενη ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-1 η µέτρηση 39

Σχήµα 3.36 : Φαινόµενη ισχύς ηλεκτρικού σίδερου-2 η µέτρηση 40

3.2.4. Θερµάστρα Η θερµάστρα είναι κι αυτή ένα ωµικό φορτίο και για το λόγο αυτό δε διαφέρει πολύ η µορφή των κυµατοµορφών των ηλεκτρικών της χαρακτηριστικών σε σχέση µε αυτή των προηγούµενων φορτίων. Αξίζει ωστόσο να διευκρινιστεί ότι οι διακοπές και οι διαταραχές που παρατηρούνται στο ρεύµα και στην ισχύ µπορούν να αποδοθούν στην αστάθεια των πλήκτρων πίεσης για την έναρξη-διακοπή της λειτουργίας της θερµάστρας. Σχήµα 3.37 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης θερµάστρας-1 η µέτρηση 41

Σχήµα 3.38 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης θερµάστρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.39 : Αρµονικό περιεχόµενο θερµάστρας-1 η µέτρηση 42

Σχήµα 3.40 : Αρµονικό περιεχόµενο θερµάστρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.41 : Αρµονικό περιεχόµενο θερµάστρας χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 43

Σχήµα 3.42 : Αρµονικό περιεχόµενο θερµάστρας χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.43 : Ενεργός ισχύς θερµάστρας-1 η µέτρηση 44

Σχήµα 3.44 : Ενεργός ισχύς θερµάστρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.45 : Άεργος ισχύς θερµάστρας-1 η µέτρηση 45

Σχήµα 3.46 : Άεργος ισχύς θερµάστρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.47 : Φαινόµενη ισχύς θερµάστρας-1 η µέτρηση 46

Σχήµα 3.48 : Φαινόµενη ισχύς θερµάστρας-2 η µέτρηση 47

3.2.5. Κλιµατιστικό Σ αυτό το σηµείο αξίζει ν αναφέρουµε κάποια στοιχεία για τη λειτουργία ενός συµβατικού κλιµατιστικού, όπως αυτό που χρησιµοποιήθηκε στις µετρήσεις. Το συµβατικό κλιµατιστικό λειτουργεί µέχρι να φτάσει την επιθυµητή θερµοκρασία. Στη συνέχεια σταµατά τη λειτουργία του και µόλις η θερµοκρασία του χώρου που ζεσταίνει ή ψύχει αρχίζει και αποκλίνει από την επιθυµητή, τίθεται ξανά σε λειτουργία, όπως φαίνεται στο σχήµα : Σχήµα 3.49 : Λειτουργία συµβατικού κλιµατιστικού Οι µετρήσεις έγιναν τόσο σε λειτουργία θέρµανσης όσο και σε λειτουργία ψύξης (εδώ παρουσιάζεται µέτρηση σε λειτουργία ψύξης). Το ρεύµα εκκίνησης του είναι αρκετά µεγαλύτερο, σχεδόν πενταπλάσιο από το ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας. Επίσης το ρεύµα αποκλίνει σχετικά από την ηµιτονοειδή µορφή, γεγονός που σηµαίνει ότι υπάρχουν αρµονικές στο ρεύµα. Αυτό διαπιστώνεται και από το διάγραµµα του αρµονικού περιεχοµένου του κλιµατιστικού, όπου παρατηρούµε αρµονικές χαµηλών συχνοτήτων, οι οποίες συγκεντρώνονται γύρω από την πρώτη αρµονική καθώς και λιγότερες ανώτερες αρµονικές που όµως έχουν µεγαλύτερο πλάτος. 48

Σχήµα 3.50 : Ρεύµα εκκίνησης κλιµατιστικού-1 η µέτρηση Σχήµα 3.51 : Ρεύµα εκκίνησης κλιµατιστικού-2 η µέτρηση 49

Σχήµα 3.52 : Αρµονικό περιεχόµενο κλιµατιστικού-1 η µέτρηση Σχήµα 3.53 : Αρµονικό περιεχόµενο κλιµατιστικού-2 η µέτρηση 50

Σχήµα 3.54 : Αρµονικό περιεχόµενο κλιµατιστικού χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση Σχήµα 3.55 : Αρµονικό περιεχόµενο κλιµατιστικού χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση 51

Σχήµα 3.56 : Ενεργός ισχύς κλιµατιστικού-1 η µέτρηση Σχήµα 3.57 : Ενεργός ισχύς κλιµατιστικού-2 η µέτρηση 52

Σχήµα 3.58 : Άεργος ισχύς κλιµατιστικού-1 η µέτρηση Σχήµα 3.59 : Άεργος ισχύς κλιµατιστικού-2 η µέτρηση 53

Σχήµα 3.60 : Φαινόµενη ισχύς κλιµατιστικού-1 η µέτρηση Σχήµα 3.61 : Φαινόµενη ισχύς κλιµατιστικού-2 η µέτρηση 54

Επίσης η λειτουργία του συµβατικού κλιµατιστικού γίνεται εύκολα αντιληπτή κι από το διάγραµµα της ισχύος όταν αλλάζει η ρύθµιση της θερµοκρασίας του. Για τη µέτρηση τέθηκε αρχικά η θερµοκρασία στους 25 ο C σε λειτουργία ψύξης. Μετά από 20 περίπου λεπτά το κλιµατιστικό «έπιασε» αυτή τη θερµοκρασία και σταµάτησε τη λειτουργία του. Για περίπου 10 λεπτά δε λειτουργούσε όταν µειώθηκε κι άλλο η θερµοκρασία του, οπότε άρχισε να ξαναλειτουργεί για να «πιάσει» τη νέα θερµοκρασία. Η τελευταία πτώση της ισχύος οφείλεται σε οριστική διακοπή της λειτουργίας του κλιµατιστικού. Σχήµα 3.62 : Μεταβολή της ενεργού ισχύος κλιµατιστικού µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας 55

Σχήµα 3.63 : Μεταβολή της άεργου ισχύος κλιµατιστικού µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας Σχήµα 3.64 : Μεταβολή της µιγαδικής ισχύος κλιµατιστικού µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας 56

3.2.6. Λάµπες Για τις 2 λάµπες θα παρουσιάσουµε τα αποτελέσµατα συγκριτικά. Όπως ήδη αναφέρθηκε η µια λάµπα είναι ενεργειακής απόδοσης Ε (πυρακτώσεως), ενώ η άλλη είναι λάµπα εξοικονόµησης ενέργειας µε ατµούς υδραργύρου. ιαπιστώνουµε εύκολα από τις κυµατοµορφές των ρευµάτων ότι το ρεύµα εκκίνησης είναι λίγο µεγαλύτερο στην λάµπα ενεργειακής απόδοσης Α, όπως επίσης ότι η κυµατοµορφή του ρεύµατος της ίδιας λάµπας απέχει αρκετά από την ηµιτονοειδή µορφή σε σχέση πάντα µε τ αντίστοιχα χαρακτηριστικά της λάµπας µε ενεργειακή απόδοση Ε. Αυτό συµβαίνει γιατί η λάµπα διαρρέεται από ρεύµα σε τακτά χρονικά διαστήµατα και όχι συνεχώς, µεταξύ των οποίων υπάρχουν διαστήµατα µε µηδενικό ρεύµα. Για το γεγονός αυτό ευθύνονται τα ηλεκτρονικά ισχύος που περιέχονται µέσα στη λάµπα. Σ αυτά επίσης αποδίδεται και το έντονο αρµονικό περιεχόµενο των λαµπτήρων εξοικονόµησης ενέργειας, όπως φαίνεται στο αντίστοιχο διάγραµµα. Σχήµα 3.65 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-1 η µέτρηση 57

Σχήµα 3.66 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-2 η µέτρηση Σχήµα 3.67 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-1 η µέτρηση 58

Σχήµα 3.68 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-2 η µέτρηση Σχήµα 3.69 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-1 η µέτρηση 59

Σχήµα 3.70 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-2 η µέτρηση Σχήµα 3.71 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 60

Σχήµα 3.72 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.73 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-1 η µέτρηση 61

Σχήµα 3.74 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-2 η µέτρηση Σχήµα 3.75 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας απόδοσης Α χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 62

Σχήµα 3.76 : Αρµονικό περιεχόµενο λάµπας απόδοσης Α χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση 63

Σχήµα 3.77 : Ενεργός ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-1 η µέτρηση Σχήµα 3.78 : Ενεργός ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-2 η µέτρηση Σχήµα 3.79 : Ενεργός ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-1 η µέτρηση 64

Σχήµα 3.80 : Ενεργός ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-2 η µέτρηση Σχήµα 3.81 : Άεργος ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-1 η µέτρηση 65

Σχήµα 3.82 : Άεργος ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-2 η µέτρηση Σχήµα 3.83 : Άεργος ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-1 η µέτρηση 66

Σχήµα 3.84 : Άεργος ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-2 η µέτρηση Σχήµα 3.85 : Φαινόµενη ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-1 η µέτρηση 67

Σχήµα 3.86 : Φαινόµενη ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Ε-2 η µέτρηση Σχήµα 3.87 : Φαινόµενη ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-1 η µέτρηση 68

Σχήµα 3.88 : Φαινόµενη ισχύς λάµπας ενεργειακής απόδοσης Α-2 η µέτρηση 69

3.2.7. Σεσουάρ Όπως ήδη αναφέρθηκε έγιναν µετρήσεις σε 2 διαφορετικής ισχύος και εταιρείας σεσουάρ µε στόχο να διαπιστωθεί αν παρουσιάζουν τυχόν διαφορές στη λειτουργία τους. Πρώτα παρουσιάζονται τ αποτελέσµατα του σεσουάρ των 1600 W, στο οποίο στο εξής θ αναφερόµαστε ως σεσουάρ 1 και έπειτα αυτά του σεσουάρ των 1800 W- σεσουάρ 2-, ώστε να φανούν συγκριτικά. Αυτό που παρατηρούµε είναι ότι η λειτουργίες τους δεν παρουσιάζουν ουσιαστικές και αξιοσηµείωτες διαφορές πέραν της αναµενόµενης µικρής διαφοράς στο µέγεθος της ισχύος. Σχήµα 3.89 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης σεσουάρ 1-1 η µέτρηση 70

Σχήµα 3.90 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης σεσουάρ 1-2 η µέτρηση Σχήµα 3.91 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης σεσουάρ 2-1 η µέτρηση 71

Σχήµα 3.92 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης σεσουάρ 2-2 η µέτρηση Σχήµα 3.93 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 1-1 η µέτρηση 72

Σχήµα 3.94 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 1-2 η µέτρηση Σχήµα 3.95 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 2-1 η µέτρηση 73

Σχήµα 3.96 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 2-2 η µέτρηση Σχήµα 3.97 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 1 χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 74

Σχήµα 3.98 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 1 χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.99 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 2 χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 75

Σχήµα 3.100 : Αρµονικό περιεχόµενο σεσουάρ 2 χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.101 : Ενεργός ισχύς σεσουάρ 1-1 η µέτρηση 76

Σχήµα 3.102 : Ενεργός ισχύς σεσουάρ 1-2 η µέτρηση Σχήµα 3.103 : Ενεργός ισχύς σεσουάρ 2-1 η µέτρηση 77

Σχήµα 3.104 : Ενεργός ισχύς σεσουάρ 2-2 η µέτρηση Σχήµα 3.105 : Άεργος ισχύς σεσουάρ 1-1 η µέτρηση 78

Σχήµα 3.106 : Άεργος ισχύς σεσουάρ 1-2 η µέτρηση Σχήµα 3.107 : Άεργος ισχύς σεσουάρ 2-1 η µέτρηση 79

Σχήµα 3.108 : Άεργος ισχύς σεσουάρ 2-2 η µέτρηση Σχήµα 3.109 : Φαινόµενη ισχύς σεσουάρ 1-1 η µέτρηση 80

Σχήµα 3.110 : Φαινόµενη ισχύς σεσουάρ 1-2 η µέτρηση Σχήµα 3.111: Φαινόµενη ισχύς σεσουάρ 2-1 η µέτρηση 81

Σχήµα 3.112 : Φαινόµενη ισχύς σεσουάρ 2-2 η µέτρηση Επίσης χρησιµοποιώντας το σεσουάρ 1 έγινε µέτρηση µεταβολής της έντασης και της θερµοκρασίας προκειµένου να παρατηρηθεί και η λειτουργία του κατά τη µεταβολή φορτίου. Παρακάτω δίνονται τα διαγράµµατα ισχύων που προέκυψαν από τη µέτρηση : 82

Σχήµα 3.113 : Μεταβολές στην ενεργό ισχύ του σεσουάρ 1 ανάλογα µε τη µεταβολή της έντασης και της θερµοκρασίας Πιο συγκεκριµένα οι µεταβολές που έγιναν είναι οι εξής : Στην αρχή ρυθµίζεται η θερµοκρασία στη χαµηλότερη κλίµακα και αυξάνεται η ένταση πρώτα στη χαµηλή και έπειτα την υψηλή σκάλα, όπως φαίνεται στα 2 πρώτα διαστήµατα. Μετά αυξάνεται η θερµοκρασία κατά µια κλίµακα και ρυθµίζεται η ένταση όπως και πριν. Έπειτα και όσο η ένταση είναι στην υψηλότερη σκάλα, ανεβαίνει η θερµοκρασία στην τελευταία κλίµακα και σιγά σιγά µειώνεται η ένταση. Οι µεταβολές της άεργου και µιγαδικής ισχύος δίνονται παρακάτω : 83

Σχήµα 3.114 : Μεταβολές στην άεργο ισχύ του σεσουάρ 1 ανάλογα µε τη µεταβολή της έντασης και της θερµοκρασίας Σχήµα 3.115 : Μεταβολές στην µιγαδική ισχύ του σεσουάρ 1 ανάλογα µε τη µεταβολή της έντασης και της θερµοκρασίας 84

3.2.8. Τοστιέρα Η τοστιέρα είναι ένα ωµικό φορτίο και εποµένως τ αποτελέσµατα είναι τ αναµενόµενα για ένα ωµικό φορτίο, όπως έχουν αναλυθεί και παραπάνω. Σχήµα 3.116 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης τοστιέρας-1 η µέτρηση 85

Σχήµα 3.117 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης τοστιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.118 : Αρµονικό περιεχόµενο τοστιέρας-1 η µέτρηση 86

Σχήµα 3.119 : Αρµονικό περιεχόµενο τοστιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.120 : Αρµονικό περιεχόµενο τοστιέρας χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 87

Σχήµα 3.121 : Αρµονικό περιεχόµενο τοστιέρας χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.122 : Ενεργός ισχύς τοστιέρας-1 η µέτρηση 88

Σχήµα 3.123: Ενεργός ισχύς τοστιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.124 : Άεργος ισχύς τοστιέρας-1 η µέτρηση 89

Σχήµα 3.125 : Άεργος ισχύς τοστιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.126 : Φαινόµενη ισχύς τοστιέρας-1 η µέτρηση 90

Σχήµα 3.127 : Φαινόµενη ισχύς τοστιέρας-2 η µέτρηση 91

3.2.9. Φραπεδιέρα Η φραπεδιέρα περιέχει έναν µικρό κινητήρα. Γι αυτό το λόγο το ρεύµα εκκίνησης είναι µεγάλο σε σχέση πάντα µε το ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας. Επίσης παρατηρούµε την εµφάνιση υψηλών αρµονικών γύρω στα 3 khz. Σχήµα 3.128 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης φραπεδιέρας-1 η µέτρηση 92

Σχήµα 3.129: Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης φραπεδιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.130 : Αρµονικό περιεχόµενο φραπεδιέρας-1 η µέτρηση 93

Σχήµα 3.131 : Αρµονικό περιεχόµενο φραπεδιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.132 : Αρµονικό περιεχόµενο φραπεδιέρας χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 94

Σχήµα 3.133 : Αρµονικό περιεχόµενο φραπεδιέρας χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.134 : Ενεργός ισχύς φραπεδιέρας-1 η µέτρηση 95

Σχήµα 3.135 : Ενεργός ισχύς φραπεδιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.136 : Άεργος ισχύς φραπεδιέρας-1 η µέτρηση 96

Σχήµα 3.137 : Άεργος ισχύς φραπεδιέρας-2 η µέτρηση Σχήµα 3.138 : Φαινόµενη φραπεδιέρας-1 η µέτρηση 97

Σχήµα 3.139 : Φαινόµενη ισχύς φραπεδιέρας-2 η µέτρηση 98

3.2.10. Blender To blender της µέτρησης είναι ένα blender χειρός. Κατά την µέτρηση ο κινητήρας του λειτουργούσε χωρίς φορτίο. Αυτό εξηγεί και το γεγονός ότι η τιµή της ενεργού ισχύος απέχει αρκετά από την ονοµαστική της τιµή. Από το διάγραµµα των ρευµάτων παρατηρούµε ότι το ρεύµα εκκίνησης είναι περίπου 6 φορές µεγαλύτερο από το ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας. Επίσης παρατηρούµε κι έναν σχετικά µεγάλο αριθµό αρµονικών. Σχήµα 3.140 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης blender-1 η µέτρηση 99

Σχήµα 3.141 : Ρεύµα εκκίνησης και ρεύµα στάσιµης κατάστασης blender-2 η µέτρηση Σχήµα 3.142 : Αρµονικό περιεχόµενο blender-1 η µέτρηση 100

Σχήµα 3.143 : Αρµονικό περιεχόµενο blender-2 η µέτρηση Σχήµα 3.144 : Αρµονικό περιεχόµενο blender χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 101

Σχήµα 3.145 : Αρµονικό περιεχόµενο blender χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.146 : Ενεργός ισχύς blender-1 η µέτρηση 102

Σχήµα 3.147 : Ενεργός ισχύς blender-2 η µέτρηση Σχήµα 3.148 : Άεργος ισχύς blender-1 η µέτρηση 103

Σχήµα 3.149 : Άεργος ισχύς blender-2 η µέτρηση Σχήµα 3.150 : Φαινόµενη ισχύς blender-1 η µέτρηση 104

Σχήµα 3.151 : Φαινόµενη ισχύς blender-2 η µέτρηση 105

3.2.11. Laptop To laptop είναι ένα φορτίο που παρουσιάζει έντονο αρµονικό περιεχόµενο λόγω των ηλεκτρονικών ισχύων που διαθέτει. Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της λειτουργίας του παρουσιάζονται στα παρακάτω σχήµατα : Σχήµα 3.152 : Ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας laptop-1 η µέτρηση 106

Σχήµα 3.153 : Ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας laptop σε µεγέθυνση-1 η µέτρηση Σχήµα 3.154 : Ρεύµα στάσιµης κατάστασης λειτουργίας laptop-2 η µέτρηση 107

Σχήµα 3.155 : Ρεύµα στάσιµης κατάστασης laptop σε µεγέθυνση-2 η µέτρηση Σχήµα 3.156 : Αρµονικό περιεχόµενο laptop-1 η µέτρηση 108

Σχήµα 3.157 : Αρµονικό περιεχόµενο laptop-2 η µέτρηση Σχήµα 3.158 : Αρµονικό περιεχόµενο laptop χωρίς την 1 η αρµονική-1 η µέτρηση 109

Σχήµα 3.159 : Αρµονικό περιεχόµενο laptop χωρίς την 1 η αρµονική-2 η µέτρηση Σχήµα 3.160 : Ενεργός ισχύς laptop-1 η µέτρηση 110

Σχήµα 3.161 : Ενεργός ισχύς laptop-2 η µέτρηση Σχήµα 3.162 : Άεργος ισχύς laptop-1 η µέτρηση 111

Σχήµα 3.163 : Άεργος ισχύς laptop-2 η µέτρηση Σχήµα 3.164 : Φαινόµενη ισχύς laptop-1 η µέτρηση 112

Σχήµα 3.165 : Φαινόµενη ισχύς laptop-1 η µέτρηση 113

114

Κεφάλαιο 4 : Συµπεράσµατα 4.1 Αξιολόγηση Αποτελεσµάτων Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής ήταν σε πρώτη φάση να διερευνηθεί η λειτουργία του οργάνου «Fluke 1760» και σε συνδυασµό µε τη µελέτη των αποτελεσµάτων που προκύπτουν από τις µετρήσεις να εξαχθούν συµπεράσµατα για τη λειτουργία οικιακών συσκευών ώστε να είναι δυνατή η αναγνώριση τους από τα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά. Στα πλαίσια αυτής της λογικής τα αποτελέσµατα που προέκυψαν µας οδηγούν σε κριτήρια µε βάση τα οποία µπορεί να γίνει ένας πρώτος διαχωρισµός µεταξύ των διάφορων οικιακών φορτίων και τα οποία αφορούν αποκλειστικά τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φορτίων. Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται µια πρώτη προσπάθεια προσδιορισµού αυτών των κριτηρίων. Ενεργός ισχύς φορτίων Το πρώτο ηλεκτρικό χαρακτηριστικό που διαφοροποιεί τα φορτία είναι η ενεργός ισχύς που καταναλώνουν. Υπάρχουν φορτία µικρής ισχύος και άλλα µεγαλύτερης. Έτσι για παράδειγµα µε βάση τα αποτελέσµατα των µετρήσεων είναι εύκολο να διαφοροποιηθεί η λειτουργία του κλιµατιστικού από τη λειτουργία µιας λάµπας ή της ηλεκτρικής εστίας, µια και το κλιµατιστικό καταναλώνει περίπου 1000 W ενώ η λάµπα και η ηλεκτρική εστία καταναλώνουν 60 και 450 W αντίστοιχα. 115

Σχήµα 4.1 : ιαφοροποίηση φορτίων µε βάση την ενεργό ισχύ τους Υπάρχουν όµως και φορτία στα οποία η κατανάλωση ενεργού ισχύος είναι παραπλήσια και έτσι είναι δύσκολη η διαφοροποίηση τους µε βάση αυτό το χαρακτηριστικό, όπως για παράδειγµα συµβαίνει µε το ηλεκτρικό σίδερο και το σεσουάρ 1. Σχήµα 4.2 : Φορτία µε παραπλήσια ενεργό ισχύ 116

Σε µια τέτοια περίπτωση αναζητούνται διαφορετικά κριτήρια όπως για παράδειγµα οι συνθήκες εκκίνησης τους. Συνθήκες εκκίνησης φορτίων Φορτία µε έντονα ωµικό χαρακτήρα έχουν οµαλότερη εκκίνηση από φορτία που περιέχουν κινητήρες. Έτσι η εκκίνηση του σίδερου είναι εµφανώς οµαλότερη από αυτή του σεσουάρ, όπως φαίνεται από τις κυµατοµορφές των αντίστοιχων ρευµάτων εκκίνησης. Σχήµα 4.3 : ιαφοροποίηση φορτίων µε βάση το ρεύµα εκκίνησης τους Άεργος ισχύς φορτίων Παρόµοια µε την ενεργό ισχύ των φορτίων και η άεργος ισχύς τους µπορεί να αποτελέσει κριτήριο για την αναγνώριση της λειτουργίας τους. Η συνηθισµένη διαδικασία καταγραφής της άεργου ισχύος όµως µπορεί να οδηγήσει σε εσφαλµένα συµπεράσµατα όταν αυτή είναι αµελητέα σε σχέση µε την ενεργό ισχύ, λόγω των µικρών αποκλίσεων στη γωνία µεταξύ τάσεων και ρευµάτων που 117

µπορεί να εισαχθούν από τη χρήση µετασχηµατιστών ρεύµατος. Αυτό το γεγονός εµφανίζεται και στις µετρήσεις της παρούσας εργασίας, καθώς φορτία που θεωρητικά θα έπρεπε να έχουν επαγωγικό χαρακτήρα, στις µετρήσεις παρουσιάζουν χωρητική άεργη ισχύ, κάτι που δεν µπορεί να αποδοθεί σε κάποιες περιπτώσεις µόνο στα χωρητικά στοιχεία τους. Το πρόβληµα αυτό πάντως αναµένεται να ξεπεραστεί στην πράξη, καθώς οι µετρητικές αποκλίσεις µπορούν να συµπεριληφθούν στις διαδικασίες αναγνώρισης. Παρακάτω φαίνεται η άεργος ισχύς του κλιµατιστικού και του σεσουάρ κατά την εκκίνηση τους, όπως επίσης και κατά τη λειτουργία τους. Σχήµα 4.4 : ιαφοροποίηση φορτίων µε βάση την άεργο ισχύ Αρµονικό περιεχόµενο Ένα επιπλέον κριτήριο που βοηθάει στην αναγνώριση φορτίων είναι το αρµονικό τους περιεχόµενο. Είναι γνωστό ότι φορτία, όπως ο υπολογιστής ή οι λάµπες εξοικονόµησης ενέργειας, που περιέχουν ηλεκτρονικά ισχύος έχουν έντονο αρµονικό περιεχόµενο σε σχέση µε τα υπόλοιπα, όπως ενδεικτικά φαίνεται στο παρακάτω σχήµα : 118

Σχήµα 4.5 : ιαφοροποίηση λαµπών µε βάση το αρµονικό τους περιεχόµενο Αρµονικές ανώτερης τάξης Σε περιπτώσεις που το αρµονικό περιεχόµενο των φορτίων δεν µας αρκεί για τη διαφοροποίηση τους, µπορούµε να αποκόψουµε την 1 η αρµονική και να οδηγηθούµε σε διαφοροποίηση των φορτίων µε βάση τις υπόλοιπες αρµονικές. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελεί η φραπιέρα η οποία παρουσιάζει αρµονικές γύρω στα 3 khz, γεγονός που τη διαφοροποιεί από όλα τα υπόλοιπα φορτία που µετρήθηκαν. 119

Σχήµα 4.6 : Ανώτερες αρµονικές φραπιέρας 120

4.2 Προτάσεις για µελλοντικές διπλωµατικές Η παρούσα διπλωµατική είναι µόνο η αρχή στο κεφάλαιο των υπογραφών οικιακών φορτίων και αφορά την καταγραφή ηλεκτρικών χαρακτηριστικών σε µεµονωµένα οικιακά φορτία. Με στόχο να αναλυθεί πλήρως η συµπεριφορά των οικιακών φορτίων ώστε να είναι δυνατή η αναγνώριση τους από τα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά, προτείνεται ένα σύνολο θεµάτων µε τα οποία κρίνεται σκόπιµο να ασχοληθεί κανείς αναλυτικά και διεξοδικά. Αναγνώριση οικιακών φορτίων µέσω των υπογραφών τους και µε βάση τα προαναφερθέντα κριτήρια. Μετρήσεις σε συσκευές µε µεγάλο εύρος ισχύων λειτουργίας, όπως για παράδειγµα οι υπολογιστές και τα κλιµατιστικά. Μετρήσεις σε ταυτόχρονη λειτουργία φορτίων και µελέτη της συνδυαστικής τους λειτουργίας. Αναγνώριση λειτουργίας-διακοπτικών χειρισµών µεµονωµένου φορτίου µέσα στη συνολική καµπύλη φορτίου. Χωρική αναγνώριση φορτίων. ηµιουργία βάσης δεδοµένων ηλεκτρικών χαρακτηριστικών οικιακών φορτίων. 121

Αναφορές [1] ηµητριάδου Ισµήνη-Αλεξάνδρα και Ρουσέτη Σουλτάνα-Χριστίνα, ιερεύνηση οικιακού προφίλ καταναλωτών χαµηλής τάσης, ιπλωµατική εργασία, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2009. [2] W K Lee, G S K Fung, H Y Lam, F H Y Chan and Mark Lucente, Exploration on Load Signatures, International Conference on Electrical Engineering, Japan 2004. [3] Jian Liang, Simon K.K.Ng, Gail Kendall and John W.M.Cheng, Load Signature Study-Part I : Basic Concept, Structure and Methodology, CLP Research Institute Hong Kong, China 2008. [4] Reference Manual Fluke 1760 PQ Analyze Software, Fluke Corporation, July 2006. 122

Επίλογος Τα βασικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική, κατόπιν μετρήσεων σε οικιακές συσκευές και παρουσίασης των ηλεκτρικών τους χαρακτηριστικών (ρεύματος, αρμονικού περιεχομένου, ενεργού, άεργου και φαινόμενης ισχύος) με τη μορφή διαγραμμάτων συνοψίζονται στα εξής : Όπως ήταν αναμενόμενο όλα τα οικιακά φορτία δεν συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο κατά τη λειτουργία τους. Αντιθέτως παρουσιάζουν ανιχνεύσιμα χαρακτηριστικά που μπορούν να τα διαφοροποιήσουν και να τα ταυτοποιήσουν. Η μελέτη των διαγραμμάτων που παρουσιάστηκαν οδηγεί στον προσδιορισμό μερικών από αυτά, όπως η ενεργός ισχύς κατά τη λειτουργία των φορτίων, η άεργος ισχύς τόσο κατά την εκκίνηση όσο και κατά τη λειτουργία τους, το ρεύμα εκκίνησης τους, το αρμονικό περιεχόμενο, καθώς και οι ανώτερες αρμονικές. Ωστόσο απαιτείται και προτείνεται περαιτέρω διερεύνηση των παραπάνω κριτηρίων διαφοροποίησης των φορτίων καθώς και άλλων θεμάτων που προκύπτουν από τη λειτουργία των οικιακών φορτίων.