Измерение показателей качества электрической энергии: Измерение показателей качества электрической энергии

Измерение показателей качества электрической энергии

1. Измерение качества электрической энергии
2. Государственные стандарты
3. Принцип работы анализатора качества электроэнергии
4. Кто проводит исследования?
5. Цели проверки
6. Классификация проверок
7. Многофункциональные измерительные приборы
8. Показатели частоты
9. Медленные отклонения в напряжении
10. Колебания в напряжении сети
11. Быстрые одиночные отклонения напряжения
12. Несинусоидальность
13. Коэффициент несимметрии

Измерение качества электрической энергии

Измерение качества электрической энергии осуществляется с помощью специальных устройств и приборов. Во время исследования фиксируется значения трансформаторов, вторичных токов и напряжения сети. Существуют различные виды анализаторов электроэнергии. В процессе проверки выявляются параметры энергосистемы, которые анализируются на соответствие ГОСТам и нормативной документацией.

Государственные стандарты

ГОСТ определяет ряд показателей качества электрической энергии:

• отклонения частоты;
• провалы напряжения и колебания;
• напряжение импульсивное;
• несимметричность внутри трехфазных систем;
• несинусоидальность кривой.

Отклонения от установленных значений указывает на проблемы в работе оборудования. В таких ситуациях наблюдается снижение мощности и надежности оборудования, повышение расхода энергии и нерациональности использования ресурсов.

Принцип работы анализатора качества электроэнергии

Прибор выполняет функцию проверки величин и уровень соответствия требованиям. Принцип его работы основан на измерителе электрических величин. Аппарат фиксирует значения тока и напряжения за короткие интервалы времени.

Современные технологии позволяют получить исчерпывающую информацию о работе системы:

• постоянное отклонение напряжения;
• пиковые нагрузки и токи;
• природа переходных процессов в сети;
• фиксация времени с наибольшими потреблениями электрической энергии;
• искажения кривых тока;
• падения и провалы.

Анализаторы выпускаются в мобильной и стационарной форме. Они могут использоваться систематически или эпизодически, в зависимости от поставленной цели. Комплексная проверка корректности работы оборудования – это залог длительной и эффективной работы техники на предприятии. Своевременное выявление неполадок позволяет устранить неисправность до возникновения серьезных проблем.

Контроль за работой техники осуществляется с целью выявления дефектов в электрической сети и их устранения. Для выполнения задания требуется подсоединить анализатор к системе. Места контроля – это точки подключения к потребительской сети. При работе с простыми системами допускается подсоединение в местах, расположенных максимально близко к этим точкам.

Полученная информация обрабатывается с помощью математических алгоритмов. Это позволяет достигнуть ряда целей:

• рассчитать параметры работы;
• проанализировать качество электроэнергии;
• установить количество энергии.

Показатели измеряются на определенном отрезке времени. Низкое напряжение – это самая частая причина плохого качества энергии. Это значение анализируется дважды в год. Другие нормы определяются один раз в 12 месяцев.

Кто проводит исследования?

Право проводить измерения имеют лаборатории с аттестатами Ростехнадзор. В службах квалифицированные работники, использующие сертифицированное оборудование. Точность результатов гарантируется высоким качеством используемой измерительной техники.

Оборудование проходит многочисленные проверки, перед началом эксплуатации. Класс точности, определяется соответствующими специалистами и технологами.

Цели проверки

Полученные результаты позволяют добиться соблюдения заданных в договоре поставщика параметров. Анализ обеспечивает получение данных для составления развернутого отчета о работе системы. Экспертиза выявляет перечень отклонений или их отсутствие. Полученный документ дает основания, для предъявления поставщику обоснованных претензий о несоответствии качества энергии общепринятым нормам. В результате вторая сторона договора устранит все проблемы, и выявленные нарушения в оговоренный промежуток времени.

Измерения обеспечивают расчет коэффициента рациональности использования электричества. Благодаря этому производство выходит на технологичный уровень работы с минимальным расходом ресурсов. При необходимости, из электрической сети устраняются объекты, работающие неэффективно или во вред всей системе.

Проводить исследования стоит для реальных и запланированных систем энергоснабжения. Экспертизу приурочивают к энергетическому аудиту промышленного объекта. Итоги проверки, дают данные для повышения уровня энергетической эффективности в промышленной сфере.

Полученные значения сохраняются и используются при проведении следующего аудита. Специалисты сравнивают данные и делают соответствующие выводы о работе системы.

Классификация проверок

В зависимости от цели контроль качества распределяется на 4 вида:

• оперативный;
• инспекционный;
• диагностический;
• коммерческий учет.

Виды анализа имеют свои особенности, характеристики и целевое назначение. Необходимость проведения той или иной инспекции определяется узкими специалистами на основе общепринятых стандартов работы электрических сетей.

Диагностический вид контроля, предназначен для решения спорных вопросов между поставщиком и потребителем. Он проводится в местах распределения электричества между двумя сторонами договора. На основе полученных данных, создается официальный отчет, позволяющий доказать невыполнение правил соглашения. После рассмотрения отчета, виновная сторона будет обязана устранить нарушения и повысить качество электроэнергии.

Инспекционный контроль проводится сертифицированными службами с целью выявления отклонений от официальных требований и нормативов. Аудит является обязательным для всех сторон договора и проводится с определенной периодичностью.

При возникновении дефектов проводится оперативный контроль. Он выявляет реальные и потенциальные угрозы понижения качества электричества в сети. В результате проверки проводятся мероприятия по устранению нарушений работы и профилактические процедуры.

Коммерческий учет, предназначен для рассмотрения ставок и тарифов поставщика. Анализ осуществляется в местах раздела электросети между двумя сторонами договора. Исследование назначается при необходимости определения уровня надбавок и скидок за предоставленное качество ресурса.

Многофункциональные измерительные приборы

Современные многофункциональные приборы обеспечивают получение результатов не только в цифровом формате, но и в денежном эквиваленте. Модели отличаются рядом показателей:

• задачи;
• область применения;
• функционал.

Модели нового поколения ускоряют процесс получения значений по прогнозированию, фиксации, устранению и предотвращению возникновения новых проблем в работе системы. С помощью специальных аппаратов, специалисты определяют механические и электрические параметры.

Отсутствие контроля приводит к частым неполадкам, сбоям энергосистемы и чрезмерным расходам электричества. Общего показателя эффективности работы сети недостаточно для проведения глубинного анализа. Большие предприятия обращаются в сертифицированные службы для осуществления контроля над всеми компонентами рабочей зоны.

Важно анализировать нагрузки в динамике. Это позволит выявить уровень износа электросети и своевременно провести мероприятия по устранению потенциальных угроз. При выявлении вины поставщика, потребитель будет лишен необходимости брать на себя обязанность по решению проблем.

Показатели частоты

Отклонения в диапазоне от 50 Гц и выше допускаются при серьезных авариях. По нормативам, показатель не должен превышать 0,4 Гц во время работы сети. При использовании автономных генераторов требования смягчаются (±1 Гц и ±5 Гц).

Эти сети не способны поддерживать высокую стабильность. В процентном соотношении предельно допустимое значение составляет 10%. Нормальный показатель не превышает 5%.

Медленные отклонения в напряжении

Интервал изменений превышает 1 минуту. При анализе определяется промежуток времени, на протяжении которого напряжение отклонялось на 10% от номинального показателя (220 и 380 для бытовых сетей). Дискретность при этом составляет 10 минут. Замеры проводятся на протяжении недели.

Колебания в напряжении сети

Основу оценки этого значения составляет понятие фликера. Он характеризует то, как человек воспринимает мерцания света от источника. Выделяют длительную и кратковременную фазу – 2 часа и 10 минут соответственно. Обе величины не должны превышать 1,38 и 1,0 в разрезе недельных измерений. Для расчета показателей применяются сложные формулы.

Быстрые одиночные отклонения напряжения

Одиночные колебания – это случайные изменения. Возникновения отклонений свидетельствуют о переключении электроустановок или незначительных нарушениях в работе сети (сбои или далекие короткие замыкания в системе). Эти колебания относят к провалам перенапряжения и напряжения. В таблице определены общепринятые нормативные показатели.

Несинусоидальность

Наличие импульсивного тока в сети, приводит к ряду изменений в системе параметров. Наблюдается изменение кривой напряжения, которая раскладывается на основную и частотную. Возникновение гармоник может нарушить работы полупроводниковых приборов. Для устранения такой угрозы следует контролировать уровень этого параметра.

Коэффициент несимметрии

Это один из основных параметров при оценке качества работы в трехфазных и двухфазных сетях. Превышение коэффициента, наблюдается при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Параметр регламентирован ГОСТом и используется при проведении любых проверок сети.

Не все процессы происходят систематически. Существует ряд характеристик, которые фиксируются в случайных ситуациях. Для их возникновения требуются определенные условия и совпадения по сопутствующим изменениям.

Прерывание напряжения случается во время аварий или плановых ремонтных работ. Провалы возникают при подключении оборудования высокой мощности, или коротких замыканиях.

Перенапряжения фиксируются по ряду причин:

• короткие замыкания;
• резкое снижение нагрузки;
• обрывы нейтральных проводников;
• замыкания на землю.

При воздействии молний происходят импульсивные перенапряжения.

Минимальный интервал измерений составляет неделю. За 7 дней прибор собирает достаточное количество информации для подготовки точных результатов. Математический алгоритм исключает риск ошибки и позволяет автоматизировать процесс измерений. В результате пользователь получает усредненные значения и определяет основные проблемы в работе сети.

Измерение показателей качества электроэнергии в действующей распределительной сети

По материалам статьи “Power quality indices measurement in real distribution network”.
Автор: Велимир Стругар, дипломированный инженер, магистр электроинженерии,
Черногорское электрическое предприятие,

Отдел по распределению электроэнергии

В статье представлена информация о влиянии различных устройств, эксплуатируемых в распределительной системе Черногорского электрического предприятия, а точнее, распределительной сети в городе Тивате. Измерения в Тивате проводились более года (с 16 апреля 2004 года по конец июля 2005 года). 

Быстрая навигация по статье:

1. Введение
2. Что такое качество электроэнергии?
 2.1. Происхождение высших гармоник в электрической сети
  2.1.1. Источники гармонических возмущений
  2.1.2. Влияние на оборудование заказчиков
3. Методы измерения качества электроэнергии
4. Результаты по контрольной точке «высоковольтная линия «Лепетан» 10 кВ»
5. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Селяново Б»
6. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»

7. Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Плавда»
8. Имитационная модель
9. Оборудование для анализа качества электроэнергии
10. Заключение

В этой статье мы проанализировали некоторые контрольные точки в распределительной сети города Тиват в Республике Черногория. Здесь также представлены результаты анализа данных точек.
Для начала, мы можем посмотреть результаты для контрольной точки под названием высоковольтная линия «Лепетан» 10 кВ. Процесс измерения охватывал вторичные токи и напряжения измерительных трансформаторов тока и напряжения, эти значения записывались и анализировались. Результаты измерений были обработаны и представлены в MS Excel.

В данном случае использовалось следующее измерительное оборудование: ручной анализатор «FLUKE 430» и устройство для непрерывной записи измерительных данных «Анализатор качества электроэнергии MI 2192».

После проведения измерений, когда благодаря им проблема была подтверждена, водопроводно-канализационной организации пришлось принять меры, так как именно она является главным виновником того, что результаты не соответствуют требованиям.

Полученные результаты измерений иногда превышали предел предусмотренный стандартами (EN 50160). Превышение возникало, когда запускали насосы. 
Фактические данные легли в основу разработки имитационной модели. Полученную модель использовали для разработки фильтра для подавления паразитных гармоник в электрических сетях. Представлены результаты применения фильтра. К счастью, водопроводно-канализационная организация установила у себя пассивный фильтр для компенсации соответствующих гармоник.

Существует множество определений качества электроэнергии, в зависимости от точки зрения человека. Простое определение, принятое среди большинства клиентов — качество электроэнергии хорошее, если приборы, подключенные к электросети, работают удовлетворительно. Как правило, плохое или низкое качество поставляемой электроэнергии проявляется в необходимости несколько раз перезагружать компьютер, чувствительные устройства блокируются, свет мигает, электронные приводы и контрольно-измерительное оборудование работают неправильно. С другой стороны, для электроэнергетических компаний энергосистем общего назначения качество электроэнергии определяется параметрами напряжения, которые влияют на чувствительное оборудование.

Другое определение качества электроэнергии основывается на принципе ЭМС и является следующим: термин «качество электроэнергии» относится к широкому спектру электромагнитных явлений, которые характеризуют напряжение и ток в определенный момент времени в определенной точке энергосистемы (IEEE 1159:1995 «Методические указания IEEE для мониторинга качества электроэнергии»).

МЭК 61000-4-30 «Методы испытаний и измерений — методы измерения качества электроэнергии» (при подготовке) определяют качество электроэнергии как «характеристики электричества в определенной точке электрической системы, в сравнении с набором контрольных технических параметров».
Мы можем описать уровень качества электроэнергии значениями коэффициента нелинейных искажений THDU, THDI и других параметров, основанных на высших гармониках напряжения и токов.

Происхождение высших гармоник в электрической сети

На рисунке 1 объясняется принцип образования гармоник в электрических сетях. С позиции пользователя, сеть энергоснабжения можно представить ​​как генератор G и расчетное полное сопротивление Xs. Напряжение генератора считается чистым синусоидальным напряжением с номинальным среднеквадратичным значением.

Напряжение в точках подключения потребителей отличается от напряжения генератора из-за падения напряжения на расчетном полном сопротивлении. В случае линейной нагрузки (в этом примере используется резистор, но данный пример подходит для любой комбинации RLC) текущее и последующее падение напряжения также будет синусоидальным. Накапливаемое в точках подключения напряжение будет чисто синусоидальным с пониженной амплитудой и фазовым сдвигом на напряжение генератора.

Рисунок 1. Принцип образования гармоник в электрических сетях

Нелинейные нагрузки (выпрямители тока, частотно-регулируемые приводы, люминесцентные лампы, ПК, ТВ…) потребляют ток с высоким коэффициентом THDI (несинусоидальная форма волны). В аналитических целях, нелинейные нагрузки можно смоделировать с линейными нагрузками и источником гармоник (тока). Гармоники тока вызывают несинусоидальное падение напряжения на расчетном полном сопротивлении и искаженное напряжение на клеммах питания. Нелинейные нагрузки искажают питающее напряжение таким образом, что с помощью измерительного прибора можно обнаружить только нечетные гармоники. Если нагрузка контролируется несимметрично, положительные и отрицательные полупериоды тока различаются по форме и среднеквадратичному значению, в результате чего появляются четные гармоники и постоянные составляющие тока. Данная ситуация приводит к насыщению и перегреву магнитных систем трансформаторов. В некоторых регионах, значительные постоянные составляющие тока могут появляться в результате геомагнитных бурь.

Другим источником гармоник является сама сеть энергоснабжения. Намагничивание магнитной системы трансформатора и ее насыщение вызывают несинусоидальные токи, которые проявляются как коэффициент нелинейных искажений THDU на клеммах питания. На рисунке 2 показано, как распространяется гармоническое возмущение. Форма сигнала напряжения в конкретной точке измерения искажается под влиянием тока, создаваемого всеми генераторами помех (преобразователями частоты, сварочными аппаратами, ПК, силовыми трансформаторами. ..) в системе.

Рисунок 2. Распространение гармонического возмущения

Источники гармоник:

• однофазные выпрямители — 3-я гармоника, THDI 80%;
• трехфазные нагрузки — 5-я, 7-я, 11-я, 13-я, 17-я гармоника;
• несимметрично-контролируемое питание — четные гармоники и постоянный ток;
• число импульсов выше — коэффициент THDI ниже;
• последовательная индуктивность снижает коэффициент THDI;
• низковольтная сеть питания — коэффициент THDU 1,5 ÷ 4,5%, в основном, 5-я гармоника.

Влияние на оборудование заказчиков:

• снижается общая энергоэффективность;
• преждевременный износ компонентов системы;
• тройные гармоники могут создавать сильный ток в нейтральной линии, что приводит к перегреву и потерям;
• повышенный нагрев, шум и вибрации в трансформаторах и двигателях;
• ток в батарее конденсаторов увеличивается с порядком гармоники, вызывая сбои;
• наличие гармоники увеличивает вероятность резонанса;
• проблемы с частотами подачи сигналов;
• автоматическое отключение предохранительных устройств;
• если коэффициент THDU поднимается выше 8%, частота отказов электронных приводов и выключателей повышается.

Методы измерения качества электроэнергии основаны на цифровой обработке входных сигналов. Каждый входной сигнал (3 напряжения и 3 тока) отбирается 128 раз в каждом входном цикле. Продолжительность данного входного цикла зависит от частоты на входе синхронизации (один из трех вводов напряжения или токовый ввод). При 50 Гц период входного цикла составляет 20 мсек. Основные измеренные значения рассчитываются в конце каждого периода выборки, результаты отображаются на дисплее или записываются. Результаты, основанные на быстром преобразовании Фурье (БПФ), рассчитываются только каждый 8 -й входной цикл (каждые 160 мсек, 50 ​​Гц). Для вычисления данных величин используются следующие уравнения.

Таблица 1. Основные расчеты

Таблица 2. Дополнительные расчеты (с использованием основных значений)

Таблица 3. Дополнительные расчеты (с использованием БПФ)

Таблица 4. Общие значения

В 3ϕ системах с обычным 3-проводным соединением, следующие значения недоступны для отображения и записи:

• ток в нулевом проводнике;
• фазовый угол напряжения-тока;
• фазовый коэффициент мощности.

Измерения резких перепадов напряжения: согласно МЭК / 61000-4-15.

Высоковольтная линия 10 кВ «Лепетан» подает электроэнергию с нескольких трансформаторных подстанций 10/04 кВ на очень разные нагрузки: агротехнические комплексы, административные здания, многоквартирные дома, школы, детские сады, супермаркеты, склады, водопроводно-канализационная организация, казармы и др. На одной из трансформаторных станций 10/04 кВ была обнаружена проблема с качеством электроэнергии, поскольку у одного из потребителей форма кривой тока была очень нелинейной. Это трансформаторная станция 10 /0,4 кВ под названием «Plavda». Нелинейным потребителем является водопроводная станция, оборудованная насосом с мощными асинхронными двигателями. Конкретно этот замер в контрольной точке высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан» проводился с марта по июль 2005 года. На рисунке 4 приведено расположение трансформаторной подстанции рассматриваемой высоковольтной линии.

Рисунок 4. Расположение трансформаторной станции высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Общая длина высоковольтной линии «Лепетан» составляет около 1,4 км. На следующих рисунках представлены диаграммы форм сигналов напряжений и токов и гармонические спектры.

Рисунок 5. Форма сигнала напряжения высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Рисунок 6. Гармонический спектр напряжений высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Рисунок 7. Форма кривой тока высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

Таблица 5. Показатели качества электроэнергии высоковольтной линии 10 кВ «Лепетан»

На рисунке 6 представлен гармонический спектр напряжений с преобладанием 5-й и 7-й гармоник напряжения. Наибольшее влияние на коэффициент THDU, если рассматривать состояние качества электроэнергии в начале высоковольтной линии «Лепетан» (на электрической шине 10 кВ в ТС 35/10 кВ Тиват), оказывала 5-я гармоника напряжений. Главным виновником данного уровня 5-й гармоники была водопроводно-канализационная организация, подключенная к ТС 10/04 кВ «Plavda». Эта проблема была устранена после того, как местная водопроводно-канализационная компания в городе Тиват установила правильное оборудование для устранения гармоник высокого порядка в электрических сетях.

Таблица 6. Численные значения составляющих качества электроэнергии

Основной рабочей характеристикой высоковольтной линии «Лепетан» был плохой коэффициент мощности (таблица 5). Частота была в допустимых пределах. В таблице 6 представлены численные значения качества электроэнергии для напряжений и токов компонентов высоковольтной линии «Лепетан».

Данная подстанция является первой на высоковольтной линии «Лепетан». Установленная мощность силового трансформатора составляет 630 кВА. Данная трансформаторная станция, в основном, снабжает электроэнергией частные подворья, несколько административных зданий, школу и детские ясли. А также, эта станция обеспечивает освещение общественных мест. Информация о зарегистрированных напряжениях представлены на следующем рисунке.

Рисунок 8. Изменение напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Одна часть изменений коэффициента THDU представлена ​​на рисунке 9. Максимальное значение коэффициента THDU составило 7,53% и было зарегистрировано 6 июня 2005 г. в 20:07. Данное значение было абсолютно недопустимым.

Рисунок 9. Изменения коэффициента THDU в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Рисунок 10. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново Б»

Мы можем увидеть очевидное сходство на рисунках 9 и 10. В один и тот же момент, коэффициенты THDU и 5-й гармоники напряжений имеют максимальное значение. Ясно, что 5-я гармоника напряжения имеет доминирующее влияние на форму кривой коэффициента THDU. Значение 5-й гармоники напряжения (4,9%) превысило предельно допустимое (согласно государственным стандартам Венгрии и Австралии). Согласно IEEE-519, это значение незначительно ниже предельно допустимого.

Это вторая трансформаторная подстанция на высоковольтной линии «Лепетан». Установленная мощность силового трансформатора составляет 630 кВА. Данная трансформаторная подстанция снабжает электроэнергией, в основном, здания, несколько частных домов и освещение общественных мест. Зарегистрированные данные представлены на следующих рисунках.

Рисунок 11. Изменения коэффициента THDU в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»

Рисунок 12. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Селяново СИЗ»

И вновь, мы видим очевидное сходство между коэффициентом THDU и формой кривой 5-й гармоники напряжений.

Данная трансформаторная подстанция снабжает электроэнергией несколько частных подворий рядом с водопроводно-канализационной организацией в Тивате. Установленная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА. Зарегистрированные данные представлены на следующих рисунках.

Рисунок 13. Изменения напряжений в точке ТС «Plavda»

Рисунок 14. Изменения коэффициента THDU в точке ТС «Plavda»

Рисунок 15. Изменения 3-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Plavda»

Рисунок 16. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке
ТС 10/04 кВ «Plavda»

В данном случае, доминирующее влияние на форму кривой коэффициента THDU имеет 3-я гармоника напряжения (рисунок 15). Наибольшее значение 3-й гармоники напряжения бывает рано утром (4,03%). У водопроводно-канализационной организации имеются несколько небольших однофазных асинхронных двигателя и два трехфазных асинхронных двигателя с частотной регулировкой.

Имитационная модель была разработана в специальном программном обеспечении — SuperHarm®. Было достигнуто надлежащее соответствие между результатами измерений и результатами моделирования. Моделирование проводилось для двух эксплуатационных условий — низкой и высокой нагрузки. А также, рассматривалось использование пассивного фильтра.

На рисунках 17 и 18 показан спектр гармоник тока до и после подключения фильтра для 7-й гармоники. Достигнуто достаточное снижение искажения тока и напряжения. Фильтр размещался в точке измерения на уровне напряжения 10 кВ. Самые высокие значения коэффициентов THDU и THDI отмечены в период низкой ежедневной нагрузки, поэтому данный режим представлен на верхних рисунках. Ситуация стала лучше после установки фильтра в режиме высокой нагрузки. Улучшение качества напряжения видно на рисунках 19 и 20, а также представлено в таблице 1. Примечательно, что 7-я гармоника, значения коэффициентов THDU и THDI уменьшаются после установки фильтра (нижняя часть таблицы 7).

Рисунок 17. Спектр гармоник тока до установки фильтра в точке измерения

Рисунок 18. Спектр гармоники тока после установки фильтра в точке измерения

Рисунок 19. Спектр гармоник напряжения до установки фильтра в точке измерения

Рисунок 20. Гармонический спектр напряжения после установки фильтра в точке измерения

Таблица 7. Коэффициенты THDI и THDU в точке измерения до и после установки фильтра — режим низкой нагрузки

TS 10/0. 4kV Harmonic Current Phase A & C Low Load
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0.4.A	50	20.0003	10.5573	0.38219	0.77426	1.92686
BUS0. 4.C	50	20.9483	7.26388	0.466255	1.02319	1.02525
TS 10/0.4kV Harmonic Current Phase A & C Low Load Filter Applied
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0. 4.A	50	19.7251	6.30617	0.398267	0.953288	0.692753
BUS0.4.C	50	21.2563	6.58458	0.485869	1.25978	0.368601

 

Voltage Harmonic Content Phase A & C Low Power
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0. 4.A	50	19713.6	2.9338	77.4364	195.141	538.906
BUS0.4.C	50	20067.3	2.85104	85.0342	276.725	493.481
Voltage Harmonic Content Phase A & C Low Power
Name	Freq	Fund	% THD	h4	H5	H7
BUS0. 4.A	50	19987.4	1.22174	34.492	83.1519	226.994
BUS0.4.C	50	20145.8	1.26372	37.8745	122.594	219.887

Для диагностики, оценки качества электроэнергии, прогнозирования и устранения проблем в сети электропитания используются анализаторы Fluke 430 серии II (Series II).

Рисунок 21. Анализаторы качества электроэнергии Fluke 434-II, 435-II и 437-II

Благодаря запатентованной технологии анализаторы Fluke 434, 435 и 437 серии II, рассчитывая дисбаланс и мощности гармоник, определяют истинные потери электроэнергии, а уникальный алгоритм Fluke показывает их в денежном выражении.Модели различаются по функционалу, области применения и задачам и ориентированы на специалистов разного уровня подготовки:

• Fluke 434-II ориентирован на пользователей с базовыми знаниями в области оценки качества электроэнергии. Прибор определяет базовые значения параметров качества электроэнергии: напряжение, сила тока, частота, мощность, провалы, выбросы, гармоники, нарушение баланса;
• Fluke 435-II обладает аналогичными с Fluke 434-II функциями, но ориентирован для более опытных пользователей в области оценки качества электроэнергии. Модель обладает функцией PowerWave, которая осуществляет высокоскоростной сбор данных по среднеквадратичным значениям, показывает полупериод и форму сигнала, характеризующие динамику электросистем и с высокой детализацией отображаются на экране. Это позволяет увидеть какое сочетание вызывает потенциальные проблемы;
• Fluke 437-II — идеальное решение для специалистов области ВПК, авиации и промышленности, а также в других областях, связанных с транспортировкой. В модели 437-II которой присутствуют все функции модели 435-II, включая PowerWave, но также присутствует возможность проведения измерений на частоте до 400 Гц.

Подробнее об анализаторах качества электроэнергии Fluke 430 серии II читайте на отдельной странице.

Идеальным прибором для анализа работы электродвигателей является портативный анализатор Fluke 438-II. Он упрощает выполнение работ по обнаружению, прогнозированию, предотвращению и устранению проблем качества электроэнергии в трехфазных и однофазных электрораспределительных системах, предоставляя техническим специалистам информацию о механических и электрических параметрах, необходимую для эффективной оценки работы электродвигателя.

Рисунок 22. Анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II. Подробнее читайте здесь.

При доминирующей нагрузке, такой как эта промышленная установка, качество электроэнергии усугубляется на шинах муфтовых соединений высоковольтных линий. В данной ситуации, потребитель из одной распределительной системы отрицательно влияет на соседнюю распределительную систему. Возникают вопросы, кто и каким образом должен на это реагировать. Такие негативные воздействия, отмеченные в пункте А, также влияют и на самого потребителя, что приводит к частым производственным неполадкам и увеличению производственных расходов. Прежде чем направлять претензию компании — поставщику электроэнергии, данный тип потребителей должен проверить динамические характеристики их собственных электрических устройств. Для них важно определить, оказывает ли какое-либо устройство негативное влияние на другие устройства. И только после этого, претензия компании — поставщику электроэнергии будет иметь свои основания. Это особенно важно в случае приватизации промышленных потребителей в нашей стране.

Проблема может быть решена путем установки фильтров в нужных местах. Моделирование показало, что подключение фильтра приводит к значительному снижению гармонических искажений.

Следующим открытым вопросом является возмещение убытков потребителям одной сетевой компании если данные убытки возникли из-за другого потребителя другой сетевой компании. Компания, поставляющая электроэнергию должна разработать соответствующие правила, определяющие условия для подключения нелинейных потребителей. При переходе на нерегулируемый рынок, ясно, что поставщик отвечает за качество электроэнергии. В этом смысле, крупнейших потребителей, которые, в значительной степени, являются источником нелинейной нагрузки, необходимо обязать снижать уровень гармонических искажений в точках общего подключения.

Если вам нужна профессиональная консультация по вопросам анализа качества электроэнергии, просто отправьте нам сообщение!

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

 

Основы измерения и анализа качества электроэнергии

Анализ электрических параметров, связанных с распределением электроэнергии, рассматривается многими как сложная инженерная работа. Тем не менее, для инженеров, электриков и техников, устраняющих проблемы с оборудованием в наши дни, а также для подрядчиков, обслуживающих электрические системы, которые они, возможно, когда-то установили, измерение качества электроэнергии становится такой же необходимостью, как и использование токоизмерительных клещей для выяснения, почему перегруженные цепи не работают. спотыкаясь.

Когда какая-либо электрическая система не соответствует своему назначению, настало время исследовать проблему, найти причину и принять меры по ее устранению. Целью системы распределения электроэнергии является обеспечение надлежащей работы нагрузок. Когда нагрузка не работает должным образом, в качестве одной из возможных причин следует подозревать качество электроэнергии в системе. Независимо от того, используется ли он для устранения неполадок или для получения исходных данных, измерение/анализ параметров электрической системы называется анализом качества электроэнергии.

Установка и использование оборудования для контроля качества электроэнергии, а также получение и интерпретация полезных данных могут быть пугающими для тех, кто не знаком с процессом. Ключом к успеху является знание того, где и как измерять, а также как интерпретировать результаты.

Средства измерения

Для измерения качества электроэнергии доступно несколько средств измерения. Анализаторы качества электроэнергии являются наиболее часто используемыми инструментами для наблюдения за показаниями в режиме реального времени, а также для сбора данных для загрузки в компьютеры для анализа. Хотя некоторые из них постоянно установлены в системе распространения, портативные анализаторы необходимы для многих приложений, особенно для устранения неполадок.

Портативные анализаторы качества электроэнергии довольно легкие (обычно от 4 до 5 фунтов) и позволяют измерять множество параметров. Наиболее типичные включают напряжение, силу тока, частоту, провалы (провалы) и выбросы значений напряжения, коэффициент мощности, гармонические токи и результирующие искажения и коэффициент амплитуды, мощность и энергию, дисбаланс напряжения и тока, значения пускового тока и мерцание света. . Если анализатор измеряет и записывает такие основные параметры, вы можете успешно решать большинство проблем с качеством электроэнергии.

Портативные регистраторы данных обычно контролируют многие из тех же параметров, что и анализаторы качества электроэнергии; однако они предназначены для долговременной записи (от нескольких дней до нескольких недель). Кроме того, регистратор данных обычно не выводит на экран значения в реальном времени, которые может предоставить анализатор. Дополнительное испытательное оборудование, такое как осциллографы и записывающие цифровые мультиметры, также находит применение в определенных целях.

Процесс

Проведение обследования качества электроэнергии начинается с планирования. Просто определите цель опроса и запишите ее в блокнот или папку, которая будет использоваться на протяжении всего процесса для систематизации и хранения данных. Начните с хорошей однолинейной схемы системы электроснабжения объекта. Если таковой не существует, то это отличное время, чтобы обновить ее.

При проведении общего обследования качества электроэнергии с целью получения исходных данных для будущих сравнений или выявления любых непосредственных скрытых проблем с распределением электроэнергии, которые могут существовать, начните мониторинг как можно ближе к точке обслуживания. Однако будьте осторожны, измерение рядом с сервисом обычно означает наличие большого тока короткого замыкания. Поэтому будьте осторожны при подключении анализатора в точке распределительной системы после главного выключателя, которая ограничивает уровни падающей энергии до допустимых значений. Поскольку проблемы с качеством электроэнергии могут исходить либо от электроснабжающей компании, либо создаваться внутри объекта, обязательно свяжитесь с коммунальной службой, чтобы выявить любые возможные проблемы на этой стороне счетчика.

Внутри объекта продолжайте «углубляться» в систему распределения, следуя однолинейной схеме. Получите данные в источнике каждой отдельно производной системы. Например, сделайте записи на первом щите или распределительном щите после трансформатора с 480 В на 208 Y/120 В. Обязательно делайте пометки на чертежах и делайте множество заметок для дальнейшего использования.

Цифровые камеры хорошо подходят для быстрого захвата данных паспортной таблички и последующего определения точного места подключения. Отметьте состояние завода и любое работающее оборудование. Распечатайте цифровые фотографии и сохраните все данные обследования в папке для ноутбука. Эти заметки станут ценными при анализе данных и проведении дальнейших исследований.

Следуйте инструкциям производителя по подключению и настройке анализатора. Из-за большого количества необходимого испытательного оборудования и сопроводительной документации часто лучше иметь тележку с оборудованием, предназначенную для работы с качеством электроэнергии. В дополнение к техническим знаниям, основным ключом к успешному обследованию является планирование и организация. Три распространенные ошибки при подключении анализаторов качества электроэнергии:

1. Несоблюдение полярности тока. Убедитесь, что стрелка на токоизмерительных клещах указывает на нагрузку. Если стрелка указывает в неправильном направлении, на анализаторе для этой фазы будет получено отрицательное значение тока.
2. Несоответствие датчиков тока/напряжения. Если входная фаза анализатора «А» подсоединена к фазе «В», очевидно, что показания будут ошибочными. Отдельные провода имеют цветовую маркировку, чтобы провода напряжения и тока для каждой фазы были одного цвета, и подключайте их осторожно, чтобы предотвратить такие ошибки.
3. Использование батареи для завершения продолжительного сеанса мониторинга. Хотя полностью заряженные батареи анализатора рассчитаны на несколько часов, нет ничего более неприятного, чем обнаружить, что ключевые события, связанные с качеством электроэнергии, не были записаны из-за отключения анализатора. Убедитесь, что анализатор подключен к источнику переменного тока для записи параметров, когда вы находитесь вдали от оборудования.

Анализ данных

Независимо от того, наблюдаете ли вы значения в режиме реального времени на цветном экране анализатора или анализируете загруженные данные на ноутбуке в магазине, необходимо понимать параметры качества электроэнергии и их характеристики. Стандарты качества электроэнергии IEEE и NFPA 70B — отличные ресурсы, помогающие понять терминологию, проблемы и корректирующие действия в области качества электроэнергии. Чтобы облегчить анализ данных, каждый производитель предоставляет программное обеспечение для своего конкретного испытательного оборудования. Вот на что следует обращать внимание при анализе данных:

При перегреве нейтрали, перегреве трансформаторов или двигателей, ложном срабатывании автоматических выключателей, перегоревших предохранителях, необычном звуковом шуме в крупном распределительном оборудовании или при обнаружении искаженных синусоидальных волн напряжения следует подозревать наличие гармоник. Величина различных частот гармоник и величина общего гармонического искажения, создаваемого гармониками, являются критическими факторами для определения серьезности и методов коррекции любой гармонической проблемы. Измеряйте гармоники в их источнике (например, частотно-регулируемый привод, ИБП) и ожидайте, что они уменьшатся дальше по течению от оборудования. Искажение синусоидальной волны является хорошим индикатором того, что вам следует проанализировать значения гармоник ( Рисунки 1, 2, и 3 ).

Переходные процессы представляют собой чрезвычайно кратковременные скачки напряжения, иногда неправильно называемые «скачками». Уровни напряжения, достигаемые во время переходного процесса, могут вызвать проблемы с оборудованием, начиная от неисправности и заканчивая разрушением. Если вы испытываете необычные нарушения изоляции, записывайте данные в течение длительного времени на оборудовании. Наиболее серьезные переходные процессы часто вызываются близлежащими ударами молнии. Однако они также могут быть результатом переключения нагрузок.

Провалы и скачки напряжения являются наиболее распространенными причинами снижения качества электроэнергии. В то время как в определениях приводятся конкретные цифры для величины и продолжительности изменений значений напряжения вверх или вниз, суть в том, что изменения на 10% и более в любом направлении от нормального напряжения могут вызвать проблемы. Эти условия должны длиться от ½ цикла до 1 мин. Слишком высокое напряжение (скачок) может возникнуть при отключении от линии больших нагрузок. Провалы, снижение напряжения, как правило, более неприятны и могут вызвать дребезг контакторов и реле или их полное отключение. Такое оборудование, как ПЛК и приводы с регулируемой скоростью, может работать со сбоями, а компьютеры могут зависать. Наблюдайте за записями напряжения на предмет провалов и скачков напряжения и пытайтесь связать эти изменения с изменениями условий или работы станции (например, чиллер или другая большая нагрузка, циклически отключаемая или включаемая).

Асимметрия напряжения между фазами трехфазного двигателя может привести к тому, что значения тока в 6-10 раз превысят значение асимметрии напряжения. Поскольку ток вызывает нагрев, а перегрев является одной из основных причин выхода из строя двигателя, системы распределения следует контролировать на наличие дисбаланса. Дисбаланс часто является результатом циклического включения и выключения однофазных нагрузок, поэтому следите за дисбалансом на щитах и ​​распределительных щитах в течение типичного производственного цикла.

Ключом к успеху в измерении и анализе качества электроэнергии является успех в трех ключевых областях. Установите цели и спланируйте опрос, просматривая однолинейные диаграммы, чтобы определить точки для мониторинга. Изучите функции и особенности испытательного оборудования и способы его использования для получения необходимых значений. Наконец, знайте, на что обращать внимание при наблюдении за данными в полевых условиях или после их загрузки в компьютер. Обучение успешному измерению электрических параметров, связанных с правильной работой оборудования, очевидно, является ключевым шагом в решении проблем качества электроэнергии.

Бернетт является сертифицированным энергоаудитором и тренером NTT, Сентенниал, Колорадо. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Как измерить качество электроэнергии

Определение качества электроэнергии

Качество электроэнергии. Что это значит? Короче говоря, качество электроэнергии измеряет, насколько напряжение, частота и форма сигнала источника питания соответствуют установленным спецификациям. Это относится к качеству напряжения (а не к мощности или электрическому току). Итак, как мы определяем, хорошо это или плохо?

Хорошее качество электроэнергии  это стабильное напряжение питания, которое остается в заданном диапазоне, устойчивая частота переменного тока, близкая к номинальному значению, и плавные формы напряжения и тока (сравнимые с идеальной синусоидой).

Таким образом, плохое качество электроэнергии описывает колебания постоянного напряжения питания или частоты за пределами номинального диапазона, обычно измеряемые как по величине (величина отклонения), так и по продолжительности (как долго значение находилось за пределами допуска).

Измерение качества электроэнергии

Измерение и характеристика качества электроэнергии уже давно представляет интерес для электроэнергетики. В результате в электроэнергетике были разработаны стандарты для описания изменений качества электроэнергии для разных стран.

Каждая страна и континент принимает комбинацию международных стандартов и местных производных для определения качества электроэнергии:

• EN50160 — европейский стандарт качества электроэнергии, устанавливающий допустимые пределы искажений для различных параметров, определяющих напряжение. в сети переменного тока.
• IEEE-519   — североамериканский стандарт для систем электропитания. Определено как «рекомендуемая практика» и, в отличие от EN50160, это руководство относится как к искажению тока, так и к напряжению.
• IEC 61000-4-30   — стандарт, определяющий методы контроля качества электроэнергии.

Все эти стандарты сосредоточены на подаче сетевого напряжения на электрическую нагрузку. Группы отраслевых пользователей дополнительно определили термины и язык качества электроэнергии, когда они определили кривую допуска.

Совет индустрии информационных технологий (ITIC) создал кривую ITIC в сотрудничестве с Центром приложений силовой электроники EPRI (PEAC). Они намеревались вывести кривую, которая могла бы лучше отражать производительность типичных компьютеров с однофазным питанием 120 В, 60 Гц и их периферийных устройств, а также других устройств информационных технологий, таких как факсимильные аппараты, копировальные аппараты и терминалы торговых точек. Приведенная ниже кривая стала стандартом для определения условий качества электроэнергии для потребителей электроэнергии.

Кривая допуска качества электроэнергии ITIC

Кривая ITIC создает четыре области, названные в зависимости от воздействия напряжения и продолжительности события:

Переходные процессы   — это кратковременные изменения напряжения, которые могут во много раз превышать нормальные условия напряжения. . Они длятся так короткое время, что не может быть доставлено много энергии. Переходные процессы длятся менее одного цикла. В 60-герцовой системе, такой как Северная Америка, один цикл составляет 0,01666 секунды или около 20 миллисекунд.

Провалы и выбросы — это несколько более длительные изменения напряжения с меньшим изменением амплитуды.

• Выбросы — это скачки напряжения выше нормы, которые длятся от 20 миллисекунд до 10 секунд.  
• Провалы — это более низкие, чем обычно, скачки напряжения, которые длятся от 20 миллисекунд до 10 секунд. Из этих двух провисание более распространено и обычно оказывает наибольшее влияние на чувствительные нагрузки, подключенные к сети.

Повышенное и пониженное напряжение — это долгосрочные (> 60 секунд) изменения напряжения с небольшим изменением амплитуды.

• Перенапряжение — это скачок напряжения выше нормального (обычно 110–120 % от номинального) в течение более 1 минуты.
• Пониженное напряжение — это скачок напряжения ниже нормального (обычно 80–90 % от номинального) в течение более 1 минуты.

Отключения — это просто длительные понижения напряжения, когда подаваемое напряжение в сети падает до нуля более чем на десять секунд.

Установившиеся (длительные) условия (справа от кривой ITIC) считаются «приемлемыми», если подаваемое напряжение находится в пределах плюс или минус десять процентов (+/- 10 %) от номинального значения. Проще говоря, если вы измерили напряжение в розетке, приемлемо, если измеренное напряжение находится в диапазоне от 108 В (-10% от номинального 120 В) до 132 В (+10 % от номинального 120 В).

Качество электроэнергии коммунальных предприятий

Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) является независимым агентством, которое регулирует передачу природного газа, нефти и электроэнергии между штатами. Миссия FERC заключается в обеспечении потребителей эффективной, безопасной, надежной и надежной энергией. Короче говоря, FERC использует статистику надежности в качестве количественных показателей для измерения качества услуг, предоставляемых коммунальными службами.

FERC использует шесть (6) стандартных показателей, определенных Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE):

1. SAIDI (индекс средней продолжительности перерывов в работе системы)

SAIDI — это аббревиатура, обозначающая индекс средней продолжительности перерывов в работе системы. Он рассчитывается путем умножения средней продолжительности отключений потребителей на их общее количество и последующего деления на общее количество потребителей, обслуживаемых сетью. Таким образом, SAIDI описывает общую продолжительность среднего прерывания работы клиента .

SAIDI — важная метрика, которую должны понимать клиенты со стороны спроса. Кроме того, это метрика, с которой следует начинать при определении ожидаемого времени системы резервного электроснабжения, необходимого для подачи питания.

Например, в последнем (2020 г.) годовом отчете о надежности электроснабжения коммунальной компании PG&E в северной Калифорнии показано, что показатель SAIDI для местного района Сан-Хосе был намного хуже, чем за последние пять лет.

Показатели надежности коммунальных предприятий PG&E на 2020 год для Сан-Хосе, район

2. SAIF (Системный индекс средней частоты прерываний)

SAIFI — еще одна аббревиатура, обозначающая системный средний индекс частоты прерываний. Он рассчитывается путем деления общего количества потребителей, прерванных из-за сбоя, на общее количество потребителей в системе. Короче говоря, SAIFI описывает, как часто у среднего клиента возникают перебои.

Для клиентов со стороны спроса это еще одна важная метрика для понимания. Метрика используется при определении ожидаемого количества отключений системы резервного электропитания в год.

Таблица 23 коммунальной службы PG&E выше показывает, что показатель SAIFI для местного района Сан-Хосе увеличился (хуже) более чем на 23% до почти одного отключения на одного клиента в год.

3. CAIDI: Индекс средней продолжительности перерыва в работе клиента

Аббревиатура CAIDI расшифровывается как Индекс средней продолжительности перерыва в работе клиента. CAIDI рассчитывается путем деления общего количества минут прерываний клиентов на общее количество прерванных клиентов. CAIDI описывает среднее время, необходимое для восстановления обслуживания.

Таблица 23 коммунальной службы PG&E выше также отражает, что показатель CAIDI для местного района Сан-Хосе составляет более двух часов времени отключения на одно прерывание.

4. CAIFI: Индекс средней частоты прерываний обслуживания клиентов

CAIFI означает средний индекс частоты прерываний обслуживания клиентов. Он рассчитывается путем деления количества прерываний на количество клиентов, испытывающих перебои. Таким образом, CAIFI описывает, сколько сбоев повлияло на качество обслуживания клиентов.

5. MAIDI: индекс средней продолжительности мгновенных перерывов

MAIDI относится к индексу средней продолжительности мгновенных перерывов. Этот показатель включает только «мгновенные» прерывания. Для тех клиентов, которые не понимают термин коммунальных услуг «мгновенный», это, как правило, неисправность, сеть автоматически реагирует на восстановление обслуживания. IEEE далее определяет мгновенные сбои как те, которые длятся менее пяти минут.

6. MAIFI: Мгновенный средний индекс частоты прерываний

MAIFI — это окончательная аббревиатура, означающая индекс частоты мгновенных средних прерываний. Опять же, эта метрика включает только кратковременные сбои, длящиеся менее 5 минут.

Эти показатели можно найти в руководстве IEEE 1366.

Зачем измерять качество электроэнергии?

Просто исходя из приведенных выше противоречивых определений между терминами качества электроэнергии, используемыми потребителями, и терминами, используемыми поставщиками коммунальных услуг, становится ясно, что качество электроэнергии является важным показателем для обеих групп. Перевод между двумя группами является реальной практикой электротехники, на которой APT специализируется более двадцати лет.

Клиенты, приобретающие и устанавливающие генераторы, автоматические переключатели, источники бесперебойного питания (ИБП), когенерационные системы, такие как солнечные батареи (фотоэлектрические), топливные элементы (например, Bloom Energy) или накопители энергии (например, Tesla PowerWalls), не понимая их надежности. метрики часто являются пустой тратой денег.