SONEL - удобно, точно, надежно!
Наша библиотека
Многозначные меры электрического сопротивления SONEL
Аттестация рабочих мест с люксметром LXP-1
Указатели напряжения и правильности чередования фаз серии TKF
«Лучшая защита – это... изоляция»
Новое поколение измерителей параметров электроизоляции серии MIC
ТЕСТ-ДРАЙВ MRU-200
КЛАССИЧЕСКИЕ ПРEЕМНИКИ
Новое поколение многофункциональных измерителей
Великий комбинатор. Первое знакомство с многофункциональным измерителем MPI-525
Комплекты для поиска скрытых коммуникаций LKZ-700
Оранжевая эволюция электроизмерительных клещей
MPI-502 УЛЬТРА
А класс. PQM-701 Анализатор параметров качества электрической энергии
Теория и практика измерения параметров качества электроэнергии
Восстановление ресурса аккумуляторов SONEL
Измерение сопротивления заземляющих устройств
Импульсный метод измерения заземляющих устройств в вопросах и ответах
Тепловизоры KT-160, KT-160A
MZC-304, MZC-305 Новые измерители сопротивления петли короткого замыкания
Измерение полного сопротивления петли короткого замыкания
Аксессуары для измерителей SONEL
АБСОЛЮТНЫЙ НОЛЬ. Диапазоны измерения и отображения
Превосходство как наваждение
ТРЕТИЙ, НЕ ЛИШНИЙ
О периодичности испытаний электрооборудования
Магазин мер сопротивлений
Техника безопасности на досуге
Элементы питания
Значение закона Ома
Трехфазная система ЭДС
Первые исследования электрического напряжения
Электробезопасность на улице
Аккумуляторы
Битва электрических королей
Электромагнитный двигатель
Человека защитит УЗО
Об устройствах защитного отключения (УЗО)
Токи утечки в электроустановках зданий
Автоматический выключатель
Схемы измерений заземлителей
Основные характеристики заземлителей
Напряжение прикосновения
Напряжение прикосновения (дополнение)
Защита трубопроводов от коррозии
Измерения сопротивления изоляции проводов, кабелей, силового электрооборудования и аппаратов
Измерение сопротивления постоянному току
Измерение параметров качества электрической изоляции
Качество электрической энергии
Качество электроэнергии — основы мониторинга и анализа
Доклад Министра энергетики С.И.Шматко в рамках «Правительственного часа» на заседании Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации (3 июня 2009 года)
Новый стандарт по качеству электрической энергии
Параметры качества электроэнергии

Теория и практика измерения параметров качества электроэнергии

Главная // Наша библиотека // Статьи // Теория и практика измерения параметров качества электроэнергии

Введение

С начала развития энергетики вплоть до 80-х годов прошлого века проблемы качества электропитания и связанных с этим многих явлений практически не существовало. Большинство потребителей имели линейный характер потребления, для привода машин применялись двигатели без инверторных систем. Существующие немногочисленные нелинейные потребители работали, как правило, в выделенных сетях, так что их влияние на электроэнергетическую систему было незначительным.

Но бурное техническое развитие 90-х и двухтысячных годов, а также снижение экономических и политических барьеров привело к модернизации существующего оборудования. Начался необратимый процесс включения в систему оборудования, которое имело несколько циклов преобразования поступающей электроэнергии. В связи с этим все чаще двигатели управляются с помощью инверторов, которые позволяют не только плавно изменять скорость вращения двигателя, но и дают возможность легко интегрировать любой элемент в общую систему технологической линии, управляемой с компьютера.

В домашнем хозяйстве кроме лампочки и электрического чайника мы имеем дело с микроволновой печью, компьютером, устройствами аудио и видео, которые потребляют из сети значительно искаженный ток, а фазовый инвертор имеется даже в пылесосе или миксере. В административных зданиях тысячи ламп потребляют ток с уровнем искажения свыше 150%, а офисное оборудование — копировальные аппараты, компьютеры, блоки бесперебойного питания, кондиционеры — в большинстве своем являются источником значительных искажений.

Качество электропитания

Проблемы, причиной которых является плохое качество электропитания, являются чрезвычайно важными и способны сильно осложнить жизнь потребителей электроэнергии, причиняя им значительные материальные убытки. К наиболее важным факторам, связанными с качеством электроэнергии, относятся:

  • появление в электросети высших гармоник;
  • провалы и прерывания напряжения;
  • кратковременные события большой амплитуды — перенапряжения;
  • мерцание света (flicker);
  • асимметрия.

Как уже было упомянуто выше, причиной искажения тока и напряжения в сети являются нелинейные потребители, использующие несинусоидальный ток. Наиболее часто встречаемыми нелинейными потребителями являются:

  • приводные устройства — инверторы, системы мягкого запуска двигателей, управляемые и неуправляемые выпрямители, блоки питания постоянного тока;
  • электротермические устройства — индукционные печи повышенной частоты, дуговые печи, индукционные нагреватели, сварочные аппараты, электросварочные станы (для листового железа, пленки и т.п.), микроволновые установки, лазеры;
  • осветительное оборудование — газоразрядные лампы, лампы с изменяемой частотой (компактные люминесцентные лампы), дуговые лампы;
  • устройства общего использования — радиоприемники, аудио-видео устройства, компьютеры, принтеры, микроволновые печи;
  • офисное оборудование — рабочие станции, серверы, мониторы, UPS, ксероксы, кондиционеры.

Высшие гармоники в сети

Все устройства, упомянутые ранее, потребляя ток нелинейным способом, приводят к возникновению гармоник, и таких устройств становится с каждым днем больше.

Практика свидетельствует, что гармоники с кратностью выше 20 появляются очень редко и обычно незначительны, поэтому в качестве стандарта для анализирующих устройств принимается 25 в качестве максимальной кратности гармоник, хотя имеются анализаторы, способные регистрировать гармоники, кратные 50 и выше.

Высшие гармоники могут вызывать неблагоприятные явления в электросети:

  • перегрев проводов или нейтральных шин;
  • потери в трансформаторах вплоть до их повреждения;
  • в системах компенсации мощности могут возникнуть повреждения конденсаторов, что при резонансе приводит к взрыву таких элементов;
  • потери в двигателях, связанные не только с потерями энергии, но и с более быстрым механическим износом;
  • проблемы коммутации, особенно для устройств защитного отключения (УЗО);
  • неправильная работа электронных устройств вплоть до их повреждения;
  • проблемы с пересылкой и преобразованием данных.

Рис.1 Протекание искаженного тока через люминесцентную лампу.

Провалы напряжения

Провалами напряжения являются кратковременные понижения величины напряжения. Пороговым значением для провала напряжения принимают 10% от номинального напряжения сети. Продолжительность такого явления условно определяется в пределах от 10 мс до 1 мин. Причиной возникновения таких падений напряжения главным образом является подключение потребителей большой мощности в пределах электросети, как со стороны потребителя, так и со стороны поставщика электроэнергии. Это явление случается тем чаще, чем больший импеданс линии (например, в сельской местности, где имеются воздушные линии низкого напряжения с малым поперечным сечением, при одновременном увеличении потребляемой мощности). Реже причиной падений напряжения являются короткие замыкания, возникающие как в распределительных, так и в потребительских электросетях.

Мерцание света (Flicker)

Английское слово flicker означает мигание (мерцание). Применительно к проблемам, связанным с качеством электроэнергии, оно обозначает явление периодического изменения светового потока в результате изменения напряжения питания освещения. Это явление вызывает ухудшение самочувствия, раздражение, иногда головные боли, то есть вызывает дискомфорт и снижение эффективности работы у человека. Исследования показали, что максимальная нагрузка возникает при частоте, равной около 9 изменениям освещенности в секунду. Наиболее чувствительными источниками света являются традиционные лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Наибольшей «стойкостью» к мерцанию характеризуются флуоресцентные лампы. Мерцание света является главным образом результатом падений напряжения в результате подключения и отключения нагрузок большой мощности, и определенный уровень мерцания присутствует в большинстве электросетей. В рамках определения параметров качества электроэнергии применяют два показателя для характеристики мерцания света: кратковременная доза фликера Pst, измеренная в интервале времени 10 минут, и длительная доза фликера Plt, измеренная в интервале времени 2 часа, в точке передачи электрической энергии.

Для указанных показателей установлены следующие нормы: кратковременная доза фликера Pst не должна превышать значения 1,38, длительная доза фликера Plt не должна превышать значения 1,0 в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Асимметрия

Асимметрия является понятием, связанным с трехфазными сетями и может относиться:

  • к асимметрии напряжений питания;
  • к асимметрии токов нагрузки.

Асимметрия напряжений (токов) возникает в трехфазных сетях, когда значения трех составляющих напряжений (токов) отличаются между собой и/или углы между отдельными фазами отличаются от 120°.

Наиболее частым источником асимметрии является неравномерная нагрузка на отдельные фазы. Хорошим примером является подключение к трехфазной сети больших однофазных нагрузок, таких как железнодорожные тяговые двигатели, дуговые печи. В нормальных условиях, например, в упомянутых сетях низкого напряжения в сельской местности асимметрия может усиливать падения напряжения.

Эти явления особенно опасны для трехфазных двигателей, в которых даже незначительная асимметрия напряжений может вызвать во много раз большую асимметрию токов. В таких условиях вращающий момент двигателя уменьшается, и увеличиваются тепловые потери в обмотках и механический износ. Асимметрия также неблагоприятно отражается на питающих трансформаторах.

Рис.2 Анализатор качества электроэнергии PQM-701

Представленные выше явления — это часть проблем, связанных с качеством электропитания. Для того чтобы исключить угрозы безопасности эксплуатации электрических сетей и питаемого ими оборудования, мы должны определить явления, имеющие место в этой же сети, и дать им правильную интерпретацию. Для того чтобы это сделать, необходимо иметь соответствующие инструменты для диагностики. Таким инструментом является анализатор PQM-701.

Измеритель предназначен для очень широкого круга потребителей, которым необходимо контролировать качество электрической энергии с использованием переносного оборудования. Он предназначен для использования в сетях с номинальными напряжениями от 110 В до 690В. Также имеется возможность подключения с использованием трансформаторов напряжения. Он может работать в однофазных, двухфазных сетях с общей нейтралью N, трехфазных сетях (схема звезда, треугольник). Таким образом, PQM-701 является прибором, который может найти применение как для энергосистем общего пользования, служб технического обслуживания и эксплуатации промышленных предприятий, так и среди лиц, предоставляющих сервисные услуги по анализу качества электросети.

Анализатор размещен в простом, но при этом надежном корпусе со степенью защиты IP65. Конструкция корпуса позволяет устанавливать анализатор практически в любых условиях как внутри, так и снаружи помещений. Измеритель оснащен встроенным нагревателем, который автоматически включается, когда температура внутри измерителя опустится ниже 0°C. Благодаря этому обеспечиваются оптимальные условия для работы электронных систем анализатора, что позволяет работать при температурах до −20°С без учета дополнительной погрешности по температуре. Специальные ремешки, которые входят в комплект, позволяют закреплять прибор, например, на столбе. Также можно воспользоваться специальным крепежом на DIN-рейке.

Анализатор имеет пять разъемов подачи входных напряжений, обозначенных L1/A, L2/B, L3/C, N и PE, при этом вход N (нейтральный провод) является общим. Диапазон напряжений, измеряемых в четырех измерительных каналах, составляет ±1150 В. Для измерения токов служат четыре входа, к которым можно подключить несколько видов токоизмерительных клещей. Среди них имеются гибкие клещи F-1, F-2, F-3 с номинальным диапазоном 3000 A (отличающиеся только максимальным диаметром обхвата), а также жесткие токоизмерительные клещи C-4 (диапазон 1000 A AC), C-5 (диапазон 1000 A AC/DC) и C-6 (диапазон 10 A AC).

Прибор оснащен съемной картой памяти типа SD (англ. Secure Digital) большой емкости. После окончания измерений карту памяти можно вынуть из разъема анализатора и использовать внешнее устройство чтения карт SD совместно с прилагаемым программным обеспечением для максимально быстрой передачи данных в компьютер. Данные также можно считать с помощью двух каналов передачи данных: USB или радиоканала.

Анализатор качества электроэнергии PQM-701 является технически совершенным продуктом, позволяющим выполнять всесторонние измерения, анализ и регистрацию параметров электрических сетей 50 Гц, а также анализировать качество электрической энергии согласно ГОСТ Р 54149 — 2010, ГОСТ Р 51317.4.30-2008, ГОСТ Р 51317.4.7-2008. PQM-701 регистрирует пик-факторы для тока и напряжения, частоту в диапазоне от 40 Гц до 70 Гц, активную, полную, реактивную мощность, вместе с определением ее характера (емкостная либо индуктивная). Очевидно, что такие параметры, как активная, реактивная, полная энергия, коэффициент мощности (Power Factor), cosφ и tgφ также регистрируются. Регистрируются такие величины как степень перегрузки трансформатора, обусловленная гармоническими помехами (K), гармоники тока и напряжения (до 50-ой гармоники), коэффициент гармонических искажений (THD) по току и напряжению, длительная и кратковременная доза фликера, асимметрия напряжений и токов. Регистрируются также все события, такие как провалы, перенапряжения и прерывания напряжения вместе с осциллограммами (также и для токов). За каждый период усреднения измеритель может регистрировать осциллограммы для тока и напряжения. Все упомянутые возможности позволяют выполнять всесторонний анализ явлений в исследуемой электрической сети.

PQM-701 поставляется в комплекте со всеми необходимыми проводами для подключения и питания (питание с фазы L-1). В комплект входят зажимы «крокодил», провод для передачи данных, карта памяти SD, кабель USB, кейс для транспортировки, комплект для крепления прибора на столбе, программное обеспечение, а также адаптер OR-1 для беспроводной передачи данных. Аккумулятор, обеспечивающий работу устройства в случае исчезновения напряжения на фазе L1, встроен внутрь устройства.

В связи с широкой гаммой токоизмерительных клещей, они поставляются как дополнительное оборудование, которое пользователь выбирает в зависимости от своих потребностей. Можно выбрать клещи: C-4 до 1000 A AC, C-5 до 1000 A AC/DC, C-6 до 10 A AC, а также гибкие клещи: F-1 (∅40 см), F-2 (∅25 см), F-3 (∅12 см) до 3 кА AC.

Рис.3 PQM-701 в комплекте со стандартными аксессуарами

Ключевым элементом, обеспечивающим работу устройства при выполнении регистрации и анализа данных, является программное обеспечение Sonel Analysis. Программа позволяет, как конфигурировать отдельные измерительные функции и анализировать накопленные в процессе измерений данные, так и наблюдать за текущими параметрами сети с помощью измерителя.

Программа позволяет выполнять полное конфигурирование анализатора с учетом регистрируемых параметров. На программном уровне можно задать режим запуска регистрации, создать расписание включений и выключений регистрации прибора, а также установить распределение памяти для отдельных конфигураций измерения.

Абсолютно независимо от выполняемого процесса регистрации и выбранных в режиме конфигурации параметров, имеется возможность просмотра в реальном времени многих величин, которые измеряются анализатором PQM-701:

  • графики тока и напряжения для отдельных фаз;
  • график значений тока и напряжения как функция времени для отдельных фаз;
  • значения всех параметров в табличной форме, измеряемых PQM-701;
  • смещения напряжений и токов, представленные на векторной диаграмме;
  • гармоники токов и напряжений до 50-ой.

Главной целью программы является считывание данных с измерителя и их анализ. Пользователю предлагается возможность просмотра данных измерений в табличном виде, просмотра событий вместе с их осциллограммами, а также создания отчетов и формирование различных графиков.

Экран событий предоставляет пользователю широкие возможности для анализа всех выбранных событий. Программа имеет возможность печати отчетов и графиков. В случае, когда за период регистрации записано большое количество событий, имеется возможность обозначить маркером только те из них, которые существенны для пользователя.

Рис.4 Конфигурация анализатора. Рис.5 Осциллограммы тока и напряжения.
Рис.6 Данные измерений. Рис.7 Осциллограммы события.

Подведение итогов

PQM-701 вместе с программным обеспечением является эффективным инструментом для применения во всех областях электроэнергетики: как в энергосистемах общего пользования, так и на промышленных предприятиях. Стойкий к воздействию внешних факторов, легкий в обслуживании и с дружественным интерфейсом, он представляет собой прекрасную альтернативу уже имеющемуся на рынке оборудованию, особенно с учетом ввода в действие с 2013 года новых стандартов по качеству электроэнергии.