Качество электроэнергии: показатели, нормы и методы повышения

Что такое качество электроэнергии. Каковы основные показатели качества электроэнергии. Какие существуют нормы качества электроэнергии по ГОСТ. Как измерить и оценить качество электроэнергии. Каковы методы и способы повышения качества электроэнергии.

Что такое качество электроэнергии и почему оно важно

Качество электроэнергии — это совокупность характеристик электрической энергии, определяющих ее пригодность для нормального функционирования электроприемников. Основными показателями качества являются напряжение, частота и форма кривой тока.

Почему качество электроэнергии так важно:

• От него зависит надежность работы и срок службы электрооборудования
• Влияет на энергоэффективность и потери в сетях
• Определяет бесперебойность технологических процессов
• Воздействует на качество продукции и производительность труда
• Влияет на безопасность эксплуатации электроустановок

Низкое качество электроэнергии может приводить к выходу из строя оборудования, браку продукции, повышенному энергопотреблению и другим негативным последствиям. Поэтому контроль и обеспечение качества электроэнергии крайне важны для любого потребителя.

Основные показатели качества электроэнергии

Согласно ГОСТ 32144-2013, выделяют следующие основные показатели качества электроэнергии:

1. Отклонение частоты
2. Медленные изменения напряжения
3. Колебания напряжения и фликер
4. Несинусоидальность напряжения
5. Несимметрия напряжений
6. Провалы напряжения и перенапряжения
7. Импульсные напряжения

Рассмотрим подробнее некоторые ключевые показатели:

Отклонение частоты

Номинальное значение частоты переменного тока в электрических сетях РФ составляет 50 Гц. Допустимые отклонения частоты в синхронизированных системах электроснабжения:

• ±0,2 Гц в течение 95% времени интервала в одну неделю
• ±0,4 Гц в течение 100% времени интервала в одну неделю

Медленные изменения напряжения

Положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электроэнергии не должны превышать 10% номинального напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Колебания напряжения и фликер

Допустимые значения для кратковременной дозы фликера Pst не должны превышать 1,38, для длительной дозы фликера Plt — 1,0 в течение 100% времени наблюдения в одну неделю.

Нормы качества электроэнергии по ГОСТ

Основным нормативным документом, регламентирующим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Этот стандарт устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц.

Основные нормируемые показатели качества электроэнергии по ГОСТ 32144-2013:

• Отклонение частоты: ±0,2 Гц
• Медленные изменения напряжения: ±10% от номинального
• Кратковременная доза фликера: не более 1,38
• Длительная доза фликера: не более 1,0
• Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения: не более 8%
• Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности: не более 4%

Методы измерения и оценки качества электроэнергии

Для измерения и оценки качества электроэнергии применяются специализированные приборы — анализаторы качества электроэнергии. Они позволяют измерять все основные показатели качества в соответствии с требованиями ГОСТ.

Основные методы измерения показателей качества электроэнергии:

1. Измерение действующих значений напряжения и частоты
2. Регистрация отклонений напряжения и частоты
3. Анализ гармонического состава напряжения
4. Измерение коэффициентов несимметрии напряжений
5. Регистрация провалов и перенапряжений
6. Измерение фликера

При оценке качества электроэнергии важно проводить долговременные измерения (не менее недели) для получения статистически достоверных данных. Результаты измерений сравниваются с нормативными значениями по ГОСТ.

Способы и методы повышения качества электроэнергии

Существуют различные технические решения для повышения качества электроэнергии:

• Установка стабилизаторов напряжения
• Применение фильтрокомпенсирующих устройств
• Использование симметрирующих устройств
• Установка источников бесперебойного питания (ИБП)
• Модернизация систем электроснабжения
• Компенсация реактивной мощности

Выбор конкретных методов зависит от вида проблем с качеством электроэнергии и особенностей электроустановки потребителя. Важно проводить комплексный анализ и подбирать оптимальные технические решения.

Влияние качества электроэнергии на работу оборудования

Низкое качество электроэнергии может негативно сказываться на работе различного электрооборудования:

• Электродвигатели: повышенный нагрев, снижение КПД, сокращение срока службы
• Трансформаторы: дополнительные потери, перегрев, сокращение срока службы
• Осветительные приборы: мерцание, снижение светового потока, сокращение срока службы ламп
• Электронное оборудование: сбои в работе, выход из строя компонентов
• Системы автоматики: ложные срабатывания, нарушение работы

Обеспечение качественного электроснабжения позволяет повысить надежность и эффективность работы оборудования, снизить эксплуатационные расходы.

Экономические аспекты качества электроэнергии

Низкое качество электроэнергии приводит к дополнительным экономическим потерям для потребителей:

• Повышенное энергопотребление и рост платежей за электроэнергию
• Преждевременный выход из строя оборудования
• Снижение производительности и качества продукции
• Простои производства из-за сбоев в работе оборудования
• Затраты на ремонт и замену вышедшего из строя оборудования

Инвестиции в повышение качества электроэнергии окупаются за счет снижения этих потерь. Поэтому важно проводить технико-экономическое обоснование мероприятий по улучшению качества электроснабжения.

что это такое, основные показатели

В типовом договоре энергоснабжения детально прописаны обязательства поставщика. Одно из них касается показателей качества электроэнергии. Будет полезным узнать, что конкретно подразумевается под этим термином, о каких показателях идет речь, а также получить информацию о действующих нормативных документах. Эти сведения позволят грамотно составить претензию к поставщику, если качество электроэнергии не отвечает установленным требованиям стандарта ГОСТ.

Что такое качество электроэнергии?

Для каждого типа электрической сети установлены определенные характеристики (параметры качества). Соответствие между ними и действительными значениями определяет качество электрической энергии.

Изменения ПКЭ могут возникнуть вследствие потерь электроэнергии при передаче на расстояние, увеличением потребляемой нагрузки, электромагнитных явлений и т.д.

Для оценки качества электричества осуществляются замеры основных показателей КЭ. Подробно они расписаны в нормах ГОСТа 13109-97, а также в его новой редакции 13109 99, приведем выдержки с кратким описанием каждого показателя.

Основные показатели качества электроэнергии

Поскольку идеального соответствия номинальным параметрам добиться невозможно, в нормировании показателей предусмотрены отклонения. Они могут быть допустимыми и предельно допустимыми. Ниже перечислены основные показатели качества и указаны приемлемые нормы для каждого из них

Отклонение напряжения

Данный показатель определяется при помощи специального коэффициента, характеризующего установившиеся отклонения  по отношению к номинальным. Для расчета используется следующая формула: δU_уст = 100% * (U_т — U_н)/_Uн , где U_т – текущий показатель , U_н – номинальный. Измерения показателей качества производится на приемниках электроэнергии. Осцилограмма данного процесса представлена ниже.

Рис. 1. Установившееся отклонение и колебания напряжения

Такие отклонения качества характерны при существенных изменениях нагрузки или больших потерях в процессе передачи электроэнергии. Допустимыми считаются показатели при U_уст не более 5,0%, предельно допустимые – 10,0%.

Колебания напряжения

Данный параметр характеризует временные отклонения амплитуды колебаний электротока. Осцилограмма процесса представлена на рисунке 1. Это составной параметр качества электроэнергии, поскольку для характеристики колебаний напряжения необходимо учитывать:

• размах изменений;
• дозу колебаний (частоту повторений) ;
• длительность отклонений.

Для первых двух пунктов необходимо дать небольшие пояснения.

Размах изменения напряжения.

Данный параметр качества электроэнергии описывается разностью между максимальными и минимальными отклонениями. Коэффициент размаха определяется следующей формулой: (U_Pmax — U_Pmin)/U_ном , где  U_Pmax – максимальная величина размаха,  U_Pmin – минимальная, U_ном – номинальное значение. Допустимое значение для коэффициента размаха – не более 10%.

Доза колебаний напряжения.

Данный критерий служит для описания частоты, с которой происходят отклонения. Следует учитывать, что если временной период между колебаниями меньше 30,0 миллисекунд, то их необходимо рассматривать как одно отклонение.

Для расчета используется следующее выражение: F_повт = m/T , при этом m определяет количество изменений за определенный временной период измерений – Т, равный 10-ти минутам. Нормы этого показателя напрямую связаны с дозой фликера, она будет описана ниже.

Отклонение частоты

В системах общего назначения для этого параметра установлено значение 50,0 Гц. Нормы стандарта допускают увеличение или уменьшение частоты на 2,0% или 4,0% (допустимые и предельные показатели, соответственно). Превышение допустимых отклонений частоты приводит выходу из строя импульсных БП, сбоям в работе электрогенераторов.

Доза фликера

Данный параметр описывает влияние на человека, производимое мерцанием источников света по причине изменения амплитуды электротока. Измерения производятся при помощи специальных приборов, определяющих допустимое мерцание.

Коэффициент временного перенапряжения

Эта характеристика определяет насколько текущая амплитуда выше предельно допустимого порога. Такие отклонения характерны при КЗ или коммутационных процессах. Случайный характер отклонений не позволяет нормировать показатель, но собранная статистика используется при определении качества электроэнергии однофазной или трехфазной сети.

Осцилограмма перенапряжения и провала напряжения

Провал напряжения

Под этим параметром подразумевается значительное снижение амплитуды (более 10,0% от номинального), с последующим восстановлением. Причиной провалов напряжения может быть КЗ, резкое увеличение нагрузки.

Характеристики для данного показателя качества электроэнергии описываются следующими составляющими:

• Глубина «проседания» напряжения, в некоторых случаях она может стремиться к нулю.
• Количеством отклонений за определенный промежуток времени.
• Продолжительностью.

Последнее требует пояснения.

Длительность провала напряжения.

По этому критерию можно судить как о качестве, так и надежности электроснабжения. «Проседание» с минимальной продолжительностью может не вызвать сбоев в работе электрических и электронных устройств. При длительности в несколько секунд, велика вероятность отключения оборудования с электрическими или электронными схемами управления. Помимо этого возрастает реактивная составляющая электродвигателей, что приводит к снижению коэффициента мощности.

В связи со случайной природой явления, его нормирование не предусмотрено.

Импульсное напряжение

Проявляется в виде краткосрочного (до 10-ти миллисекунд) увеличения амплитуды электроэнергии. Вызвать такой резкий скачок могут коммутационные процессы или грозовые разряды. Поскольку такие состояния сети носят случайный характер, нормирование импульсов не предусмотрено.

Импульс высокого напряжения

Для описания высокочастотных импульсов используются следующие характеристики:

• Параметр максимальной амплитуды. В сетях до 1-го кВ, при прямом попадании разряда молнии, амплитуда выброса может достигать 6-ти кВ.
• Длительность. Продолжительность высокоамплитудного (грозового) импульса, как правило, не превышает нескольких миллисекунд.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

К такому явному ухудшению качества электроэнергии может привести неправильно распределенная нагрузка между фазами одной цепи, КЗ на землю, обрыв нейтрали, подсоединение потребителя с несимметричной нагрузкой.

Характерный перекос фаз

В связи с этим установлено требование, согласно которому разница нагрузки между фазами одной цепи не должна быть более 30,0% в пределах одного электрощита и 15,0% в начальной точке питающей линии.

Для определения показателей несимметрии используются коэффициенты нулевой и обратной последовательностей. Первый рассчитывается по формуле: К_нп =  100% * U_нп / U_ном, второй: Коп = 100% * U_оп / U_ном, где U_нп – амплитуда нулевой последовательности, U_оп — обратной.

Согласно установленным нормам регулирования напряжения в сетях до 1-го кВ значение U_нп и U_оп должны быть не более 2% и 4% (допустимое и предельное значения).

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Данный вид некачественной электроэнергии связан с наличием сторонних гармоник. Чем выше частотность паразитной составляющей, тем больше величина искажения. Это видно если сравнить гармонику тока высокого (см. рис. 5) и третьего порядка (рис. 6).

Рис 5. Гармоника высокого порядка

Причина такого отклонения – подключение к сети потребителя с нелинейной ВАХ. Характерный пример – преобразователь на тиристорах.

Рис. 6. Гармоника третьего порядка

Для описания данного отклонения от качественных показателей используется коэффициент синусоидальных искажений, который определяется формулой Kи = _⎷∑U_N² / U_ном * 100%, где U – амплитуда гармоник.

Допустимые и предельно допустимые нормы, характеризующие качественную или некачественную электроэнергию для различных сетей, приведены в таблице ниже.

Допустимые коэффициент искажения синусоидальности для различных электросетей

Как проверить и измерить качество электрической энергии?

Прежде, чем приступать к измерениям, определяющим качество электрсети, следует принять во внимание, что ПКЭ должны быть зафиксированы представителями поставщика электроэнергии. По результатам проверки составляется акт, на основании которого можно предъявлять претензию.

Для проверки всех характеристик электроэнергии на соответствие требованиям ГОСТ 53144-2013, ГОСТ Р 54149-2010 и другим нормативным документам, потребуется специальная измерительная техника. Но часть основных показателей можно измерить, используя обычный мультиметр или определить несоответствие по косвенным признакам.

Как самостоятельно выявить снижение качества электроэнергии?

Перечислим показатели, которые можно проверить, используя мультиметр в режиме измерения переменного напряжения:

1. Устоявшееся отклонение.
2. Перенапряжение (включая перекос фаз).
3. Провалы.

Второй и третий пункт довольно условны, длительность искажения может быть недостаточной для реакции прибора, а перепады напряжения будет сложно отличить от перенапряжений и провалов.

К косвенным методам определения качества электроэнергии относится анализ состояния сети по работе лампы с нитью накала. Слишком яркое свечение укажет на повышенное напряжение, тусклое – будет свидетельствовать о «проседании», мигание засвидетельствует перепады.

Нехарактерная работа электрооборудования также свидетельствует о недостаточном качестве электроэнергии. Например, компрессор холодильника постоянно функционирует, нестабильная работа электроники, самопроизвольное отключение бытовой техники, все это указывает на недостаточное напряжение в бытовой сети. Превышение напряжения вызовет срабатывание реле защиты, если оно было установлено.

Список использованной литературы

• И.И.Карташев «Управление качеством электроэнергии» 2017
• В.Ф.Ермаков «Качество электроэнергии» 2008
• Белоусов В.Н. «Основные положения порядка сертификации электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» 2007
• Ананичева С.С., Алексеев А.А., Мызин А.Л. «Качество электроэнергии регулирование напряжения и частоты в энергосистемах» 2012
• Куско А., Томпсон М. «Качество энергии в электрических сетях» 2008
• К. Г. Коноплев «Повышение качества электрической энергии в автономных электрических системах при импульсном регулировании» 2006

Качество электроэнергии. Показатели и характеристики. Факторы

Электрическая энергия характеризуется такими показателями качества, как напряжение в сети, частота тока и форма синусоиды переменного тока. Поставщики электроэнергии обязаны поддерживать все ее параметры в соответствии с требованиями стандарта. В зависимости от работающих потребителей нагрузки, величина основных характеристик изменяется, что способствует при больших отклонениях возникновению неисправностей электрических бытовых устройств, т.к. снижается качество электроэнергии.

Факторы влияния

Качество электроэнергии во многом зависит от большого количества факторов, которые способны изменить ее параметры сверх заданных границ. Например, напряжение может стать слишком высоким из-за аварийной ситуации на электростанции. Низкие значения могут возникнуть вечером, когда люди включают много разных бытовых устройств.

Согласно нормативным документам допускается некоторое колебание параметров электрической энергии. В некачественных сетях питания приходится использовать специальные устройства, которые доводят параметры электроэнергии до нормативных показателей, называющиеся стабилизаторами напряжения. Контролирующим органом над качеством сетей питания является Роспотребнадзор, в который можно подавать претензии при возникновении проблем.

Факторы, влияющие на качество электроэнергии:

• Перепады напряжения, связанные с периодическим подключением мощных нагрузок.
• Изменение влажности воздуха.
• Отливы, а также приливы на морских электростанциях.
• На ветровых станциях – изменение силы и направления ветра.
• Обледенение питающих проводов.
• Качество электрических проводов, их старение.

Необходимость соблюдения основных характеристик

Количественный показатель и допустимые отклонения характеристик сети устанавливаются нормативными документами. Эти параметры были утверждены по закону ввиду вероятности пожаров из-за возгорания электрических устройств, а также нарушения работы чувствительных приборов, функционирующих на военных объектах, в научных лабораториях и в медицинских организациях.

Показатели качества электрической энергии периодически обновляются, так как появляются новые электронные потребители с более высокими требованиями к питанию. Электричество рассматривается как поставляемая продукция, которая должна соответствовать заданным показателям. При больших отклонениях этих параметров к поставщикам энергии может быть применена система административной ответственности. В случае пострадавших по их вине людей, дело может дойти и до уголовной ответственности.

Возможные последствия отклонений

Характеристики качества питания сети оказывают влияние на продолжительность эксплуатации электрических устройств, особенно в промышленности. В результате снижается эффективность работы линий, повышается потребление электричества. В электрических двигателях при ухудшении характеристик сети снижается момент вращения, приборы освещения начинают мерцать, что влияет на выращивание овощей в теплице, снижается продолжительность работы ламп. Также значительное влияние оказывается на различные биохимические процессы.

Как известно из физики, уменьшение напряжения при постоянной нагрузке на мотор приводит к значительному повышению силы тока, что способствует сбоям в работе систем защиты. В результате изоляция проводов может расплавиться, что приведет к негативным последствиям: выход из строя электронных систем, разрушение обмоток электродвигателей и т.д. При такой ситуации приборы учета будут фиксировать чрезмерное потребление энергии, что повышает финансовые расходы.

Показатели оценки качества:

• Допустимое отклонение напряжения (подключенные устройства способны работать в нормальном режиме). Существует два вида режима отклонений:
  — нормальный – отклонение +5%;
  — предельный – отклонение +10%.
  Напряжение должно восстанавливаться не более, чем за 2 минуты.
• Размах напряжения – разность значений амплитудного и действующего напряжения за один цикл колебаний. Этот показатель не должен быть более +10%.
• Доза фликера разделяется на длительную (около двух часов) и кратковременную (10 минут). Этот параметр означает степень восприимчивости глаза человека к мерцанию освещения, которое возникло из-за колебаний сети питания. Для измерения дозы фликера существует особый прибор – фликерметр, определяющий амплитудно-частотную характеристику. Полученные данные сравнивают с показателями чувствительности человеческого глаза.
  Стандартами установлены допустимые границы изменения этого параметра:

  — кратковременные колебания – не более 1,38;
  — длительные колебания – не больше 1,0.
  Для ламп накаливания этот параметр должен быть соответственно не более 1,0 и 0,74.

• Провал напряжения – резкое снижение его величины. Спустя некоторое время этот параметр снова восстанавливается до начального значения. Длительность провала может достигать 30 секунд.
• Импульсное напряжение действует длительностью в несколько микросекунд и более, в зависимости от причины появления импульса. Его допустимые значения не нормируются нормативными документами. Мощный импульс напряжения может возникнуть от разряда молнии, а также из-за одновременного подключения большого количества нагрузок.
  Нормативными документами установлено время восстановления напряжения, которое не оказывает влияния на эксплуатацию потребителей:

  — импульсы вследствие удара молнии – не больше 15 микросекунд;
  — импульсы от неравномерного подключения нагрузки – не более 15 миллисекунд.

• Коэффициенты, определяющие качество электроэнергии:
  — искажения синусоидальности;
  — временного перенапряжения;
  — несимметричности нулевой и обратной последовательности;
  — гармонических колебаний.
• Отклонение частоты тока приводит к неисправностям электрооборудования. Максимальное отклонение появляется, если мощность потребления постепенно повышается, а запаса мощности сети недостаточно. Допустимое нормальное отклонение частоты 0,2 герца в большую и меньшую сторону. Максимальное значение отклонения +0,4 Гц. В аварийных случаях допускается отклонение +0,5 -1 Гц.

Виды защит

Увеличение качества электрической энергии необходимо выполнять в установленные нормативными документами сроки, а защиту собственного электрооборудования потребитель может создавать с использованием специальных устройств, способных привести в норму параметры питания:

• Стабилизаторы напряжения позволяют поддерживать значение напряжения в заданных пределах, и способны обеспечить качество электроэнергии при отклонениях более 35%.
• Устройства защиты от перепадов напряжения действуют по аналогии работы реле. При чрезмерном увеличении напряжения выполняется обесточивание цепи.
• Источники бесперебойного питания поддерживают в рабочем состоянии подключенные устройства в течение заданного периода времени. Снабжение устройств электрической энергией осуществляется с помощью накопленной энергии в аккумуляторной батарее. В аварийных режимах ИБП могут поддерживать работу оборудования небольшого офиса несколько часов.

Похожие темы:

Показатели качества электроэнергии. АСКУЭ яЭнергетик

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду.

Википедия даёт чёткое, ёмкое, но достаточно сухое определение.

Для простоты и понятности будем считать, что качественная электроэнергия — это электрическая энергия, параметры которой находятся в пределах установленных нормирующими документами.

Если показатели качества выйдут из установленных норм, это может привести к негативным последствиям:

• Увеличению расходов на электричество и потерь в сетях.
• Снижению надёжности работы или выход из строя оборудования.
• Нарушению технологических процессов.

Показатели качества определены в ГОСТ 32144-2013.

Контроль показателей качества электроэнергии

АСКУЭ «яЭнергетик» зафиксирует нарушения в электроснабжении и сформирует претензию для подачи поставщику электроэнергии.

Контроль качества электроэнергии

Теперь давайте разберём основные критерии оценки:

• Отклонения напряжения определяет величину, при которой потребители могут функционировать без сбоев. От 220В нижний нормальный предел — 209В, в верхний — 231В, для 360В — 342В и 378В, соответственно.
• Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
• Доза фликера подразделяется на кратковременную (10 минут) и длительную (2 часа). Обозначает степень восприимчивости человеческого глаза к мерцанию света, причиной которого стало колебание питающей сети.
• Импульсное напряжение описывается временем восстановления, имеющего разную величину в зависимости от причины возникновения скачка.
• Коэффициенты для оценки качества питающей сети: по искажению синусоидальности, значения временного перенапряжения, гармонических составляющих, несимметричности по обратной и нулевой последовательностях.
• Интервал провала напряжения определяется периодом восстановления параметра, установленного в ГОСТ.
• Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.

Отклонения входного напряжения

Показатели качества электроэнергии стараются сделать соответствующими установленным номиналам, прописанным в законодательных актах. Внимание уделяется погрешностям, возникающим при замерах U и F. Если имеются погрешности, то можно обращаться в надзорные органы, чтобы привлечь к ответственности поставщика электричества.

Общие требования к качеству электроэнергии включают параметр отклонения питающего напряжения, который подразделяют на две группы:

• Нормальный режим, когда отклонение составляет ±5%.
• Предел допустимого режима установлен для колебаний ±10%. Для сети 220В минимальный порог 198В и максимальный 242В, а для 360В — 324В и 396В, соответственно.

Восстановление напряжения должно происходить не дольше 2 минут.

Отклонение частоты

Соблюдение частоты в определенных границах одно из необходимых требований потребителей. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах и снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам оплаты за электричество.

Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении частоты меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить их повреждение, либо проблемы с другими механизмами, не рассчитанных на высокий момент вращения.

Отклонение частоты может повлиять на работу электроники. Так на экране телевизора возникают помехи при изменении показателя на ±0,1Гц. Кроме визуальных дефектов, возрастает риск вывода из строя микроэлементов. Методом борьбы с отклонениями качества электроэнергии выступает введение резервных питающих узлов, позволяющих в автоматическом режиме восстанавливать напряжение в установленные промежутки времени.

Принято считать, что отклонением частоты является усреднённая за 10 минут разность между фактической величиной основной частоты и её номинальной величиной. При этом допускаются:

• в нормальном режиме работы отклонения не более 0,1 Гц;
• кратковременные отклонения не более 0,2 Гц.

Оповещения о критических параметрах

С помощью АСКУЭ яЭнергетик Вы можете получать уведомления о критических параметрах электроэнергии. Для этого нужно нажать кнопку «Добавить новое» в блоке оповещения у необходимого рпараметра. Далее указывается адрес электронной почты, параметры по каждой из фаз и режим отправки уведомлений.

После сохранения, когда параметр опустится ниже или поднимется выше указанного, на почту придёт оповещение, и Вы сможете принять меры для минимизации потерь производства.

Заключение

Следите за качеством электроэнергии! Если вовремя обнаружить проблему, можно избежать множества проблем.

АСКУЭ яЭнергетик поможет контролировать качественные параметры, вовремя принимать меры, а если Вы понесёте какие-либо потери по вине поставщика электроэнергии, поможем доказать факт некачественного электроснабжения и возместить ущерб.

методы повышения, формулы расчета, причины

Не рассматривая неизбежные переходные процессы, приведенные на рис. 10.7, отметим, что длительное повышение или понижение напряжения питающей сети приводит к сокращению срока службы двигателей и источников питания. Понижение напряжения менее желательно из-за значительного роста тока потребления, нарушения и выхода из строя электроники и вычислительной техники. Отрицательное воздействие оказывает полное пропадание питающего напряжения. Кратковременные всплески и провалы напряжения вызываются переходными процессами в электрической системе, сопровождаясь высокочастотными помехами, приводящими к сбою электронной аппаратуры. Всплеск напряжения может привести к выходу из строя потребителя, если коммутационная и особенно защитная аппаратура не удовлетворяет требованиям по быстродействию и селективности.

Что влияет на качество электроснабжения

Негативное влияние на силовое электрооборудование и измерительные приборы оказывают длительные искажения кривой напряжения, особенно искажения напряжения, имеющие характер «зазубрин», вызванные коммутацией силовых тиристоров и диодов в мощных источниках искажения. Наиболее опасными являются искажения кривой напряжения жения через ноль. Эти искажения могут вызвать дополнительные коммутации диодов маломощных источников питания, ускорение старения конденсаторов, сбой компьютеров и принтеров и другой аппаратуры.

Проблема качества в отечественных электрических сетях очень специфична. Во всех промышленно развитых странах подключение мощных нелинейных нагрузок, искажающих форму кривых тока и напряжения электрической сети, допускается только при соблюдении требований по обеспечению качества электроэнергии и при наличии соответствующих корректирующих устройств. При этом суммарная мощность вновь вводимой нелинейной нагрузки не должна превышать 3…5% от мощности всей нагрузки энергокомпании. Иная картина наблюдается в нашей стране, где такие потребители подключаются достаточно хаотично.

Выдача технических условий на присоединение во многом формальна из-за отсутствия четких методик и массовых сертифицированных приборов, фиксирующих «кто виноват». При этом промышленностью практически не выпускались необходимые фильтрокомпенсирующие, симметрирующие, многофункциональные оптимизирующие устройства и др.

В результате электрические сети России оказались перенасыщенными искажающим оборудованием.

В отдельных регионах сформировались уникальные по своей мощности и степени искаженности кривых тока и напряжения комплексы электрических сетей энергосистем и распределительных сетей потребителей, что существенно обострило проблему электроснабжения потребителей качественной электроэнергией.

Для определения соответствия значений измеряемых показателей качества электроэнергии нормам стандарта, за исключением длительности провала напряжения, импульсного напряжения, коэффициента временного перенапряжения, устанавливается минимальный интервал времени измерений, равный 24 ч, соответствующий расчетному периоду. Общая продолжительность измерений ПКЭ должна быть выбрана с учетом обязательного включения характерных для измеряемых ПКЭ рабочих и выходных дней. Рекомендуемая общая продолжительность измерения составляет 7 сут. Сопоставление ПКЭ с нормами стандарта необходимо производить за каждые сутки общей продолжительности измерений отдельно для каждого ПКЭ. Кроме того, измерения ПКЭ следует проводить по требованию энергоснабжающей организации или потребителя, а также до и после подключения нового потребителя.

Методов повышения качества электроэнергии

Существуют три основные группы методов повышения качества электроэнергии:

1. рационализация электроснабжения, заключающаяся, в частности, в повышении мощности сети, в питании нелинейных потребителей повышенным напряжением;
2. улучшение структуры 1УР, например обеспечение номинальной загрузки двигателей, использование многофазных схем выпрямления, включение в состав потребителя корректирующих устройств;
3. использование устройств коррекции качества — регуляторов одного или нескольких показателей качества электроэнергии или связанных с ними параметров потребляемой мощности.

Экономически наиболее предпочтительной является третья группа, так как изменение структуры сети и потребителей ведет к значительным затратам.

Проектирование же новых сетей потребителей необходимо вести с учетом современных требований к качеству, ориентируясь на разработку регуляторов качества электроэнергии различных типов. Целенаправленное воздействие на изменение одного вида искажений вызывает косвенное воздействие на другие виды искажений. Например, компенсация колебаний напряжениявызывает снижение уровней гармоник и приводит к изменению отклонений напряжения.

Отклонения напряжения являются медленными и вызываются или изменением уровня напряжения в центре питания, или потерями напряжения в элементах сети (рис. 10.8). требования по отклонениям напряжения для последних электроприемников не выполняются изза значительных потерь напряжения в кабельной линии и на шинах питания. суммарные потери напряжения л /ц.п, %, определяют по выражению:

Анализируя эпюру (см. рис. 10.8), можно сделать вывод, что обеспечить требования по отклонениям напряжения можно за счет регулирования напряжения в центре питания (гпп, рп) и путем снижения потерь напряжения в элементах сети.

Регулирование реализуется с помощью изменения коэффициента трансформации питающего трансформатора. для этого трансформаторы оснащаются средствами регулирования напряжения под нагрузкой (рпн) или имеют возможность переключения отпаек регулировочных ответвлений без возбуждения (пбв), т. е. с отключением их от сети на время переключения ответвлений. трансформаторы с рпн позволяют регулировать напряжение в диапазоне от ±10 до ±15 % с дискретностью 1,25…2,50%. трансформаторы с пбв обычно имеют регулировочный диапазон ±5 %.

Снижение потерь напряжения в питающих линиях или кабелях может быть реализовано за счет снижения активного и (или) реактивного сопротивления. Снижение сопротивления достигается путем увеличения сечения проводов или применением устройств продольной компенсации (УПК).

Продольная емкостная компенсация параметров линии заключается в последовательном включении конденсаторов в рассечку линии, благодаря чему ее реактивное сопротивление уменьшается: Х’л= XL ХC< Хл.

Колебания напряжения в системе электроснабжения промышленного предприятия вызываются набросами реактивной мощности нагрузок. В отличие от отклонений напряжения колебания напряжения происходят значительно быстрее. Частоты повторения колебаний напряжения достигают 10… 15 Гц при скоростях набросов реактивной мощности до десятков и даже сотен мегавар в секунду. Размах колебаний напряжений

Из выражения (10.33) следует, что для снижения bU, необходимо уменьшить Хкз или набросы реактивной мощности нагрузки QH, для снижения которых должны применяться быстродействующие источники реактивной мощности, способные обеспечить скорости набросов реактивной мощности, соизмеримые с характером изменения нагрузки. При этом выполняется условие

Подключение ИРМ приводит к снижению амплитуд колебаний результирующей реактивной мощности, но увеличивает их эквивалентную частоту. При недостаточном быстродействии применение ИРМ может привести даже к ухудшению положения.

Для снижения влияния резкопеременной нагрузки на чувствительные электроприемники применяют способ разделения нагрузок, при котором наиболее часто применяют сдвоенные реакторы, трансформаторы трехобмоточные, с расщепленной обмоткой или питают нагрузки от различных трансформаторов. Эффект использования сдвоенного реактора основан на том, что коэффициент взаимоиндукции между обмотками сдвоенного реактора не равен нулю, а падение напряжения, уменьшающееся на 50…60 % за счет магнитной связи обмоток реактора, в каждой секции определяется по формулам:

где Км — коэффициент взаимоиндукции между обмотками секций реактора; XL — индуктивное сопротивление секции обмотки реактора.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой позволяют подключать к одной ветви обмотки низшего напряжения резкопеременную нагрузку (источник искажений), а к другой — стабильную. Связь между изменениями напряжения в обмотках определяется по выражению

Снижение несимметрии напряжении достигается уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательностей и снижением значений самих токов. Учитывая, что сопротивления внешней сети (трансформаторов, кабелей, линий) одинаковы для прямой и обратной последовательностей, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения несимметричной нагрузки к отдельному трансформатору.

Основным источником несимметрии являются однофазные нагрузки. При соотношении между мощностью короткого замыкания в узле сети SK 3 к мощности однофазной нагрузки больше 50 коэффициент обратной последовательности обычно не превышает 2 %, что соответствует требованиям ГОСТ.

Снизить несимметрию можно, увеличив SK3 на зажимах нагрузки. Это достигается, например, подключением мощных однофазных нагрузок через собственный трансформатор на шины 110 — 220 кВ. Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были примерно равны между собой. Если несимметрию напряжения не удается снизить с помощью схемных решений, то применяются специальные устройства.

В качестве таких симметрирующих устройств применяют несимметричное включение конденсаторных батарей (рис. 10.9, а) или специальные схемы симметрирования (рис. 10.9, б) однофазных нагрузок.

Если несимметрия меняется по вероятностному закону, тодля ее снижения применяются автоматические симметрирующие устройства, в схемах которых конденсаторы и реакторы набираются из нескольких небольших параллельных групп и подключаются в зависимости от изменения тока или напряжения обратной последовательности (недостаток — дополнительные потери в реакторах). Ряд устройств основан на базе применения трансформаторов, например трансформаторов с вращающимся магнитным полем, представляющим собой несимметричную нагрузку, или трансформаторов, позволяющих осуществить пофазное регулирование напряжения.

Как уменьшить несинусоидальность напряжения

Снижение несинусоидального напряжения достигается:

• схемными решениями: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин; рассредоточение нагрузок по различным узлам питания с подключением параллельно им электродвигателей; группировка преобразователей по схеме умножения фаз; подключение нагрузки к системе с большей мощностью SK 3;
• использованием фильтровых устройств: включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров; включение фильтрокомпенсирующих устройств; применение фильтросимметрирующих устройств; применение ИРМ, содержащих фильтрокомпенсирутощие устройства;
• применением специального оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник: использование «ненасыщающихся» трансформаторов; применение многофазных преобразователей с улучшенными энергетическими показателями.

Развитие современной базы силовой электроники и методов высокочастотной модуляции привело к созданию устройств, улучшающих качество электроэнергии — активных фильтров, подразделяемых на последовательные и параллельные, на источники тока и напряжения. Это привело к получению четырех базовых схем (рис. 10.10).

В качестве накопителя энергии в преобразователе, служащем источником тока, используется индуктивность, а в преобразователе, служащем источником напряжения, используется емкость. Схема замещения силового резонансного фильтра приведена на рис. 10.11.

Сопротивление фильтра Z на частоте со равно При XL = Хс на частоте со наступает резонанс напряжений, означающий, что сопротивление фильтра для гармонической составляющей напряжения с частотой со равно 0.

При этом гармонические составляющие с частотой со будут поглощаться фильтром и не будут проникать в сеть. На этом явлении основан принцип построения резонансных фильтров.

В сетях с нелинейными нагрузками возникают, как правило, гармоники канонического ряда, порядковый номер которых v = 3, 5, 7,… Уровни гармоник с таким порядковым номером обычно убывают с увеличением частоты. Поэтому на практике применяют цепочки из параллельно включенных фильтров, настроенных на 3, 5, 7 и 11ю гармоники. Такие устройства называются узкополосными резонансными фильтрами. Если XL и Хс — сопротивление реактора и конденсаторной батареи на основной частоте, то, используя выражение (10.38), получаем

Фильтр, который помимо фильтрации гармоники будет генерировать реактивную мощность и компенсировать потери мощности в сети и напряжения, называется фильтрокомпенсирующим (ФКУ).

Если устройство помимо фильтрации высших гармоник выполняет функции симметрирования напряжения, то такое устройство называется филыросимметрирующим (ФСУ). Конструктивно ФСУ представляют собой несимметричный фильтр, включенный на линейное напряжение сети. Выбор линейных напряжений, на которые подключаются фильтрующие цепи ФСУ, а также соотношения мощностей конденсаторов*, включенных в фазы фильтра, определяются условиями симметрирования напряжения.

Таким образом, устройства типа ФКУ и ФСУ воздействуют одновременно на несколько показателей (несинусоидальность, несимметрия, отклонения напряжения). Такие устройства для повышения качества электрической энергии получили название многофункциональных оптимизирующих устройств (рис. 10.12). Целесообразность их разработки заключается в том, что резкопеременные нагрузки типа ДСП вызывают одновременное искажение напряжения по ряду показателей, что и потребовало комплексного решения проблемы.

К категории таких устройств относятся быстродействукшше статические источники реактивной мощности. По принципу регулирования реактивной мощности их можно подразделить на ИРМ прямой и косвенной компенсации. Такие устройства, обладая высоким быстродействием, позволяют снижать колебания напряжения. Пофазное регулирование и наличие фильтров обеспечивают симметрирование и снижение уровней высших гармоник.

При разработке стратегии повышения качества электроэнергии в электрических сетях и обеспечения условий электромагнитной совместимости следует учитывать, что для исправления положения необходимы значительные материальные ресурсы и достаточно продолжительный период времени. Разработка всего комплекса мероприятий требует технической и экономической оценки последствий пониженного качества, что затруднено в силу следующих обстоятельств:

• воздействие качества электроэнергии на качество и количество выпускаемой продукции, а также на сроки службы электроприемников носит интегральный характер; изменения большинства показателей качества во времени являются стохастическими в силу их за висимости от режимов работы большого числа электроприемников;
• последствия пониженного качества электроэнергии часто проявляются в окончательном продукте, на качественные и количественные характеристики которого воздействуют и другие факторы;
• отсутствие данных отчетного характера, позволяющих установить причинноследственные связи между реальными показателями качества, с одной стороны, и работой электрооборудования и качеством выпускаемой продукции — с другой;
• слабая оснащенность отечественных электрических сетей средствами измерения показателей качества электроэнергии.

Тем не менее для обеспечения требуемых ГОСТ 13109 — 97 показателей необходимо выполнение комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на установление причин и источников нарушений и заключающихся в индивидуальном и централизованном подавлении помех с обеспечением повышенной помехозащищенности чувствительных к искажениям электроприемников.

«ЭлектроЗамер» — замеры параметров качества электроэнергии

Замеры качества электроэнергии — это комплекс измерений производимых для проверки соответствия параметров электрической энергии, которую мы покупаем у производителей и поставщиков электроэнергии (МОЭСК, ОЭК, Мосэнерго и т.д.) тем требованиям, которые предъявляются к этим параметрам ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

К сожалению, качество электроэнергии поставляемой потребителям не всегда соответствует требованиям ГОСТ, вследствие чего может некорректно работать или выходить из строя электрооборудование, что особенно чувствительно для промышленных объектов, где простой линии в течении часа может создавать миллионные убытки.

ГОСТ 32144-2013 регламентирует и нормирует следующие параметров качества электроэнергии (ПКЭ):
— отклонение частоты;
— отрицательное и положительное отклонения напряжения;
— кратковременная доза фликера;
— длительная доза фликера;
— коэффициенты гармонических составляющих напряжения до 50 порядка;
— суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения;
— коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
— коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Есть также параметры электроэнергии, не регламентированные и не нормированные ГОСТ 32144-2013, но используемые при анализе её качества:
— действующее значение тока;
— суммарный коэффициент гармонических составляющих тока;
— коэффициенты гармонических составляющих тока до 50 порядка;
— фазовый угол сдвига между напряжением и током основной частоты, нулевой, прямой и обратной последовательности;
— активная, реактивная и полная мощность;
— активная и реактивная энергия;
— cos φ (коэффициент мощности).

Как правило, замеры параметров качества электроэнергии проводятся, когда работники, отвечающие за эксплуатацию электроустановки отмечают какие-либо негативные явления (скачки или провалы напряжения, частый отказ или выход из строя оборудования или осветительных приборов и т.д.) или аварийные режимы работы электроустановки.

Проблемы обеспечения качества электрической энергии — Энергетика и промышленность России — № 1 (41) январь 2004 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 1 (41) январь 2004 года

Работники Госэнергонадзора и Госстандарта не представляют содержания и объема работ по сертификации, не учитывают того, что показатели качества электрической энергии из-за специфики ее производства постоянно меняются. Только этим можно объяснить их попытки навязать энергосистемам проведение работ по сертификации электрической энергии.

Попытки практической реализации требований в АО Мосэнерго выявили целый ряд нерешенных вопросов по научному, организационно-методическому, нормативно-правовому и приборному обеспечению этих мероприятий. Поэтому в данной работе сделана попытка рассмотрения возможных подходов к решению вопросов, связанных с обеспечением качества электроэнергии и ее сертификацией.

Необходимо прежде всего разграничить понятия качество электроэнергии, сертификация электроэнергии и сертификация электротехнического оборудования.

Качество в общем случае должно определять степень соответствия товара, в том числе электрической энергии, некоторой общепринятой совокупности требований потребителей. В случае электроэнергии требования потребителей сформулированы в виде совокупности показателей качества (ПКЭ), для которых ГОСТ 13109 устанавливает нормально и предельно допустимые значения в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц.

Сертификация — совокупность действий, выполняемых уполномоченными на то подразделениями с целью определения степени соответствия параметров товара (продукции) установленным требованиям. Кроме того, сертификация должна предусматривать комплекс мероприятий, обеспечивающих стабильность поддержания требуемых показателей качества и их защиту от возможного искажения.

Электрическая энергия, как сертифицируемая продукция, обладает целым рядом особенностей, в числе которых неразрывность и одновременность процессов производства и потребления, когда искажающее влияние на ПКЭ может быть оказано как электроприемниками потребителя, так и привнесено извне в виде кондуктивной электромагнитной помехи, распространяемой по общей электрической сети. При этом источниками искажений качества электрической энергии могут быть как собственные электроприемники, так и электроприемники других потребителей, а также электротехническое оборудование электрических станций и сетей.

Следовательно, обязательным условием обеспечения требуемого качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения является исключение возможности применения любых электроприемников и электротехнического оборудования, являющихся источниками искажающих электромагнитных помех. Практически это означает обязательность сертификации всего электротехнического оборудования и электроприемников на электромагнитную совместимость, которая должна проводиться предприятиями-изготовителями.

На стадии проектирования нормируемые значения ПКЭ должны обеспечиваться принятием проектных решений, основанных на применении сертифицированного электроэнергетического оборудования и электроприемников, которые, удовлетворяя требованиям технологического процесса, обеспечивают допустимый уровень электромагнитных помех, вносимый системой электроснабжения как на вновь вводимых, так и на расширяемых и реконструируемых объектах.

Сертификация электрической энергии предполагает измерения ПКЭ длительностью 7 сут., которые должны проводиться «в точках общего присоединения потребителей или приемников электрической энергии к распределительным электрическим сетям центров питания энергоснабжающей организации».

При этом «точка общего присоединения — точка электрической сети энергоснабжающей организации, электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электрической энергии, к которой присоединены или могут быть присоединены другие потребители электрической энергии.

Центр питания — распределительное устройство генераторного напряжения электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения понизительной подстанции энергосистемы, к которым присоединены распределительные сети данного района».

Если ПКЭ в контрольных точках общего присоединения соответствуют требованиям ГОСТ 13109 в 20% общего их числа, то энергоснабжающей организации может быть выдан сертификат со сроком действия до 3 лет. Однако вызывает сомнение обоснованность и целесообразность реализации подобного подхода.

Решение вопроса о выдаче сертификата может зависеть от выбора контрольных точек и времени проведения измерений ПКЭ, поскольку качество электроэнергии зависит от режимов работы всех параллельно работающих энергосистем и удовлетворительные значения ПКЭ в летний период не могут служить гарантией отсутствия нарушений ГОСТ 13109 в другие времена года.

Из-за возможности появления кондуктивных помех нельзя гарантировать выполнения требований ГОСТ 13109 в точках общего присоединения в течение всего срока действия сертификата даже при условии, что состав и режимы работы всех потребителей энергосистемы, получившей сертификат, за это время не изменялись.

В то же время для сертификации потребуется проведение огромного объема измерений. Так, в случае Мосэнерго для проведения измерений в 20% всех точек общего присоединения с помощью одного прибора потребуется около 140 тыс. сут. Следовательно, для проведения сертификационных испытаний за разумные сроки (1-2 мес.) потребуется использовать несколько тысяч приборов и соответствующее число специалистов-измерителей. При меньшем числе приборов измерения могут растянуться на годы, и процедура сертификации станет бесконечной и бессмысленной.

Следовательно, предусмотренная сертификация является формальной и дорогостоящей процедурой, которая не гарантирует успешного решения задачи стабильного поддержания требуемого качества электроэнергии, отпускаемой потребителям, и будет периодически отвлекать большие людские и материальные ресурсы энергосистем.

В Мосэнерго, начиная с марта 1998 г., проводятся измерения ПКЭ на шинах разных уровней напряжения всех электростанций, а также на шинах всех предприятий электрических сетей (ПЭС) и Московской кабельной сети, от которых отходят внешние воздушные и кабельные линии электропередачи, по которым осуществляется отпуск электроэнергии в соседние АО-энерго, ПЭС и системы электроснабжения потребителей. Кроме того. Энергосбыт Мосэнерго осуществляет выборочные измерения ПКЭ на шинах центров питания, от которых осуществляется электроснабжение потребителей.

Измерения проводятся с помощью приборов ППКЭ-1-50 персоналом Мосэнерго, прошедшим специальное обучение, сдавшим соответствующие экзамены и получившим разрешение на проведение подобных измерений. Измеряются отклонения частоты и напряжения, коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям, коэффициенты искажения синусоидальности формы кривой напряжения и ее гармонических составляющих до 40-й включительно.

Результаты измерений ПКЭ показывают, что с шин всех электрических станций Мосэнерго отпускается электрическая энергия, полностью удовлетворяющая требованиям ГОСТ 13109 по следующим ПКЭ: коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям, коэффициенты искажения синусоидальности формы кривой напряжения и ее гармонических составляющих до 40-й включительно. Не обнаружены случаи распространения искажений синусоидальности формы кривой по системообразующей электрической сети Мосэнерго. В то же время на границах раздела между потребителями и энергоснабжающей организацией имеют место случаи превышения допустимых значений ПКЭ по отклонению напряжения, несимметрии и искажениям формы кривой напряжений.

Опыт проведения измерений ПКЭ дает возможность сформулировать ряд положений, реализация которых позволит решить задачу обеспечения требуемого качества электроэнергии, отпускаемой потребителям.

Важнейшей задачей, без решения которой нельзя обеспечить поддержание требуемого качества электроэнергии, является обнаружение и устранение всех источников искажения качества электроэнергии по коэффициентам несимметрии напряжения обратной и нулевой последовательностей и коэффициентам искажения синусоидальности формы кривой напряжения и ее гармонических составляющих.

Сопоставление различных способов решения задачи обнаружения источников искажения по перечисленным ПКЭ показало, что наиболее эффективным является анализ результатов измерений направления и значения потоков мощности раздельно по каждому искажению. Поэтому по инициативе Мосэнерго была начата разработка приборов для измерения потоков мощности, вызванных нарушениями симметрии и искажениями формы кривой. В настоящее время такие приборы разработаны в Московском энергетическом институте (МЭИ) и завершаются разработкой в Московском государственном открытом университете (МГОУ).

Разрабатываемые приборы обеспечивают измерение значений и направления потоков мощности искажений, соответствующих токам обратной и нулевой последовательностей, и потоков мощности искажений по каждой фазе контролируемой сети раздельно для каждой гармонической составляющей со 2-й по 40-ю включительно.

Результаты измерений позволяют решать две важные задачи: обнаружение и количественную оценку мощности источников искажений и экономическое стимулирование мероприятий по нормализации ПКЭ.

Обнаружение источников искажений может осуществляться методом последовательного приближения прибора навстречу потоку мощности анализируемого искажения от места предыдущего измерения.

Наиболее полная характеристика исследуемого центра питания может быть получена при измерении потоков мощности искажений по каждому вводу и всем отходящим линиям одновременно.

Устранение выявленных источников искажений в большинстве случаев связано с существенными затратами времени и средств. Чтобы стимулировать разработку и реализацию мероприятий по нормализации ПКЭ, целесообразно применение дополнительной платы, взимаемой с владельцев оборудования, являющегося источником искажений.

Средняя за расчетный период суммарная с учетом всех составляющих искажений активная и реактивная мощность и соответствующая активная и реактивная энергия могут быть измерены существующими электронными счетчиками.

Для измерения средней мощности и энергии искажений за расчетный период должны применяться специализированные счетчики, изготавливаемые на базе упомянутых приборов. Следовательно, приборы для измерения мощности искажений должны изготавливаться и применяться в двух модификациях: как анализаторы для обнаружения источников искажений и как электросчетчики, обеспечивающие учет энергии искажений за расчетный период.

Чтобы стимулировать проведение мероприятий по нормализации качества электроэнергии, тарифы на активную мощность и электроэнергию искажений должны быть существенно выше действующих тарифов на электроэнергию с нормированными значениями ПКЭ.

Устанавливается допустимый расчетный вклад (ДРВ) потребителя в значение ПКЭ в точке общего присоединения к электрической сети. Для определения допустимых значений ПКЭ в точке общего присоединения до подключения потребителя правила устанавливают оптимизационный и нормативный методы.

Оптимизационный метод основан на использовании специальных программ, требующих большого объема исходных данных. Оценка возможной погрешности задания этих данных затруднительна, и потому не может быть гарантирована необходимая точность получаемых результатов.

Применение нормативного метода основано на допущении, что относительная мощность искажений, приходящаяся на единицу мощности трансформаторов центра питания, одинакова как для всех существующих, так и вновь подключаемых потребителей.

В качестве исходных данных для определения ДРВ используются 30-минутный максимум нагрузки потребителя в часы максимальных нагрузок энергосистемы, максимальная активная мощность трансформаторов центра питания и допустимое значение ПКЭ в центре питания до подключения потребителя.

Практическая реализация правил не встречает затруднений, если осуществляется одновременное подключение потребителей к шинам вновь сооружаемого центра питания. В этом случае разрешение на подключение получат только те потребители, чей фактический вклад в ПКЭ не превышает ДРВ. Потребители, чей фактический, т.е. измеренный после пробного включения, вклад превышает ДРВ, разрешения на присоединение не получат. Они обязаны в установленные сроки провести мероприятия по нормализации ПКЭ. Разрешение на подключение будет выдано только после повторных измерений, подтверждающих допустимость фактических значений ПКЭ.

Однако возможность применения такого подхода при подключении вновь вводимого потребителя к шинам существующего центра питания, от которого уже получают электроэнергию другие потребители, весьма проблематична с нормативно-правовой стороны.

Указанное обстоятельство можно проиллюстрировать на примере, когда значения ПКЭ на шинах центра питания до подключения нового потребителя удовлетворяют требованиям ГОСТ, а фактические, т.е. полученные при пробном включении значения ПКЭ подключаемого потребителя, не превышают ДРВ.

Суммы компенсационных выплат за нарушение ПКЭ по частоте за каждый расчетный период должны в безакцептном порядке переводиться со счетов участников ФОРЭМ, виновных в нарушении частоты, на специальный счет ЦБ РФ. Накопленные суммы остатков с этого счета должны расходоваться на специальные проекты, утверждаемые общим собранием акционеров РАО «ЕЭС России». При этом в качестве первоочередных должны рассматриваться проекты, направленные на сооружение гидроаккумулирующих электростанций, создание мощных потребителей-регуляторов и др.

По ПКЭ — отклонению напряжения для потребителей, которые рассчитываются за активную и реактивную мощность и энергию, может устанавливаться безусловное обязательство энергоснабжающей организации поддерживать в точке общего присоединения или в оговоренной точке контроля значения отклонения напряжения в соответствии с нормами ГОСТ 13109-97.

Для потребителей, которые рассчитываются только за активную мощность и энергию, обязательства энергоснабжающей организации поддерживать в точке общего присоединения или в оговоренной точке контроля значения отклонения напряжения в соответствии с нормами ГОСТ 13109-97 могут дополняться в договоре условиями применения имеющихся у потребителя средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.

Чтобы исключить возможность генерации кондуктивных помех электрическим оборудованием электростанций, необходимо проведение измерений и реализация мероприятий по обеспечению требуемых ГОСТ 13109 значений ПКЭ на всех действующих электростанциях. «Указанные измерения и мероприятия были проведены на всех электростанциях Мосэнерго сразу после приобретения приборов ППКЭ-1-50 и обучения персонала пользованию этими приборами.

Должны предусматриваться обязательные контрольные измерения ПКЭ на всех вновь вводимых, реконструируемых и расширяемых электрических станциях и подстанциях.

Кроме того, обязательно должны проводиться измерения ПКЭ в центрах питания вновь вводимых, реконструируемых и расширяемых потребителей. Организовывать и финансировать эти измерения должны владельцы подключаемых систем электроснабжения. Разрешение на эксплуатацию вновь вводимой системы электроснабжения должно выдаваться только при условии, что значения всех ПКЭ, измеренные на общих шинах питания, не превышают нормируемых значений во всех возможных режимах работы.

Одновременно должна проводиться работа по нормализации ПКЭ в рамках рассмотрения претензий по качеству электроэнергии, поступающих от потребителей в подразделения Энергосбыта, Энергонадзора и судебно-арбитражные органы.

Только при выполнении комплекса указанных мероприятий можно в перспективе рассчитывать на то, что для электроснабжающей организации проблема обеспечения качества электрической энергии по всем показателям, установленным ГОСТ, будет сведена к поддержанию частоты (договорного сальдо-перетока) и требуемых графиков напряжения во всех центрах питания электрической сети.

Выводы

1. Предусмотренная сертификация энергосистем по ПКЭ является формальной и доростоящей процедурой, которая не гарантирует решения задачи обеспечения требуемого качества электроэнергии, отпускаемой потребителям, и предполагает периодическое отвлечение больших людских и материальных ресурсов энергосистем для ее проведения.

2. Чтобы стимулировать разработку и реализацию мероприятий по нормализации ПКЭ, предложено взимать дополнительную плату с источников искажений, пропорциональную значению потоков мощности искажений, вызванных нарушениями ПКЭ.

3. Для обнаружения источников искажений ПКЭ и учета потоков мощности искажений, вызванных нарушениями ПКЭ, необходимо организовать серийный выпуск соответствующих приборов и оснащение ими всех энергосистем.

4. Вследствие общесистемного характера ПКЭ по частоте предложено ввести экономическую ответственность всех участников ФОРЭМ за отклонения сальдо-перетоков от заданных согласованных графиков при отклонениях частоты, превышающих нормально допустимые значения.

5. Для обеспечения производства и отпуска электрической энергии, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 13109, сразу после приобретения приборов для измерения и анализа ПКЭ должны быть проведены контрольные измерения ПКЭ на всех существующих электростанциях.

6. Измерения ПКЭ должны проводиться на всех вновь сооружаемых, расширяемых и реконструируемых электростанциях, подстанциях и системах электроснабжения потребителей.

7. Постоянно должны проводиться работы по нормализации ПКЭ в рамках рассмотрения претензий по качеству электроэнергии, поступающих от потребителей в подразделения Энергосбыта, Энергонадзора и судебно-арбитражные органы.

Учет контроля и качества электроэнергии эффективно

Учет и измерение многоконтурного оборудования

…

Учет, измерения и анализ одноконтурного оборудования

…

Датчики тока

…

Трансформаторы тока

…

Прочие электрические измерительные приборы

…

Коммуникационные интерфейсы

…

Комплект ПО

…

Руководство для электроустановок переменного тока

…

ПОДРОБНЕЕ Руководство для электроустановок постоянного тока

…

ПОДРОБНЕЕ Руководство по выбору программных решений

…

ПОДРОБНЕЕ

Универсальные измерительные приборы (также анализаторы мощности) регистрируют все соответствующие электрические величины электрических сетей. Диапазон измерений варьируется от токов и напряжений через потребление энергии и производительность до отображения отдельных гармонических составляющих тока и напряжения для оценки качества напряжения.

Измерительные приборы для измерения качества и энергии (PEM) обеспечивают прозрачность для электрических установок. Регулируемые пороговые значения позволяют уведомлять через релейные выходы. Все записанные данные могут быть легко вызваны через шинные системы или через браузер.

Учет контроля и качества электроэнергии представлен в компании «ПРЕОРА» следующим оборудованием:

• учет и измерение многоконтурного оборудования;
• датчики тока;
• коммуникационные интерфейсы;
• учет, измерения и анализ одноконтурного оборудования;
• трансформаторы тока;
• комплект ПО;
• прочие электрические измерительные приборы.

Представленные продукты для учета контроля и качества электроэнергии информируют о том, сколько энергии используется, каковы основные нагрузки, когда больше всего потребляется электроэнергия, сколько за нее платят, и о качестве используемой энергии. Эти аппаратные и программные продукты нужны для мониторинга энергопотребления, чтобы повысить производительность и срок службы оборудования, сократить потребление электроэнергии и затраты, а также увеличить прибыль компании.

Обнаружение проблем с качеством электроэнергии и (как их устранить)

Низкое качество электроэнергии может дорого обходиться вам, сокращая срок службы вашего оборудования, отключая ваше автоматизированное оборудование и выделяя постороннее тепло, которое необходимо отводить. Что еще хуже, низкое качество электроэнергии может происходить внутри вашего предприятия.

Многогранность проблем качества электроэнергии

Проблемы с электропитанием, которые наиболее часто затрагивают промышленные предприятия, включают провалы (или провалы) напряжения, выбросы, гармоники, переходные процессы, а также несимметрию напряжения и тока.К подходящим инструментам для исправления этих проблем относятся знания и инструменты для электрических испытаний, идеально подходящие для каждой задачи.

Также необходима точная однолинейная схема объекта. На однолинейной схеме указаны источники питания переменного тока, нагрузки, которые они обслуживают, и их номинальные характеристики. Это ваша электрическая дорожная карта предприятия, и без нее практически невозможно исследовать проблемы с качеством электроэнергии.

Испытания, измерения, поиск и устранение неисправностей, ремонт или любые другие работы, выполняемые с любой электрической системой, должны выполняться только квалифицированным персоналом, который был обучен безопасному выполнению этих функций, с использованием надлежащих процедур и с использованием испытательных инструментов, рассчитанных на электрические системы для которые они предназначены.

Что такое провал напряжения?

Провисание — это уменьшение величины напряжения, обычно от 10 до 90% напряжения в течение более 8 миллисекунд (один полупериод при 60 Гц или 10 мс для систем 50 Гц) и менее 1 минуты, по данным Института Инженеры по электротехнике и электронике (IEEE). Промышленное оборудование, чувствительное к скачкам напряжения, включает программируемые логические контроллеры (ПЛК), роботов и частотно-регулируемые приводы (ЧРП).

Более 50% случаев провалов напряжения происходят в одном здании из-за увеличения требований по току, таких как запуск больших индуктивных нагрузок (обычно двигателей), которые создают временные условия броска тока.Однако провалы напряжения возникают и из-за внешних событий. Большинство внешних событий, которые приводят к провалам напряжения, связаны с природой, например, с растительностью, влияющей на линии электропередач. Но некоторые из-за неосторожного поведения человека.

Обнаружение проседаний может быть довольно сложной задачей, поскольку трудно предсказать, когда они произойдут. Вы можете использовать функцию MIN / MAX высококачественного цифрового мультиметра для обнаружения единичных провалов в наихудшем случае продолжительностью 100 миллисекунд или более при подаче питания на нагрузку. При подозрении на повторяющиеся провалы используйте функцию построения трендов «Провалы и выбросы» на высокопроизводительном анализаторе качества электроэнергии.

Если вам необходимо «документировать» события качества электроэнергии на более длительный срок, доступны регистраторы событий, которые могут записывать провалы, выбросы, прерывания, переходные процессы и отклонения частоты в течение нескольких недель.

Устранение проблем, вызывающих проседания, обычно сводится к передовым методам электротехники. Например, проводка должна соответствовать нагрузкам, которые они питают. Сведите к минимуму полное сопротивление источника, ограничив длину участков фидера субпанелями. Не подключайте субпанели каскадом к другим субпанелям.При необходимости и по возможности уменьшите нагрузку на панель. Трансформаторы не должны быть перегружены; это может вызвать повышенные потери энергии и, в конечном итоге, преждевременный выход из строя.

Сначала устраните проблемы с проводкой и / или нагрузкой. Когда ваша установка будет в порядке, вы можете воспользоваться другими решениями по снижению проседания, такими как регуляторы напряжения и трансформаторы постоянного напряжения.

Что такое гармоники напряжения?

Гармоники кратны основной частоте. Эти гармоники искажают форму волны напряжения, которая должна быть чистой синусоидальной волной.

Устройства, которые проводят ток меньше всего синусоидального напряжения, являются нелинейными нагрузками и, следовательно, генерируют гармоники. Это включает в себя любое устройство с выпрямителем и переключающей электроникой, такой как частотно-регулируемые приводы, электронные балласты, электронное испытательное оборудование и импульсные источники питания.

Поскольку гармонический ток, протекающий через полное сопротивление системы, вызывает гармонические искажения напряжения, он также может вызвать падение напряжения. В тяжелых случаях это искажение напряжения может вызвать тепловое срабатывание реле и защитных устройств, а также логические сбои в ПЛК и ЧРП.По мере увеличения искажения напряжения линейные нагрузки начинают потреблять гармонический ток. В двигателях некоторые из этих гармонических токов — в первую очередь пятая и одиннадцатая гармоники, вызывают противодействие в двигателе, что приводит к увеличению тока, что снижает эффективность двигателя, увеличивает нагрев и сокращает срок службы двигателя.

Измерьте гармоники в точке общей связи с помощью анализатора качества электроэнергии или анализатора гармоник. Для простых снимков вы можете использовать высококачественный цифровой мультиметр для измерения гармонического напряжения или высококачественные клещи для измерения гармонического тока.Однако цифровой мультиметр и токоизмерительные клещи должны иметь истинное среднеквадратичное значение, поскольку для точных измерений искаженных форм сигналов необходимы средства тестирования истинных среднеквадратичных значений.

Многие 6-пульсные частотно-регулируемые приводы генерируют пятую и седьмую гармоники. Однако 12- и 18-пульсные приводы помогают уменьшить гармоники, потому что с увеличением количества импульсов их амплитуды уменьшаются. Другие решения для подавления генерируемых приводом гармоник включают пассивные внешние дроссели / фильтры, фильтры-ловушки гармоник и активные фильтры.

В чем разница между скачками и переходными процессами?

Переходные процессы — это кратковременные скачки напряжения выше нормальной синусоидальной волны.Их величина может более чем в 5-10 раз превышать номинальное напряжение системы. Переходные процессы отличаются от скачков. Скачок — это переходный процесс с высокой энергией, который обычно связан с ударами молнии.

Большинство событий, вызывающих переходные процессы, происходят внутри предприятия. К ним относятся переключение конденсаторов, прерывание тока, работа силовой электроники, дуговая сварка, замыкание контактов и реле, а также включение и отключение нагрузки.

По данным Министерства энергетики США, к распространенным причинам несимметрии напряжения относятся:

• Несимметричный блок трансформаторов, питающий трехфазную нагрузку, которая слишком велика для банка
• Неравномерно распределенные однофазные нагрузки в той же энергосистеме
• Неизвестно однофазное замыкание на землю
• Обрыв в первичной цепи распределительной системы

Когда переходные напряжения превышают номинальные значения электрической изоляции, напряжение может привести к постепенному пробою диэлектрика изоляции или, возможно, к внезапному выходу из строя.Переходные процессы также портят электронные компоненты. Один высокоэнергетический переходный процесс может пробить полупроводниковый переход, а иногда повторяющиеся низкоэнергетические переходные процессы могут иметь тот же эффект.

Вы можете обнаруживать переходные процессы на более низкой скорости, используя те же инструменты и методы, которые вы использовали бы для обнаружения провалов. Почти все электронное оборудование, изготовленное за последние три десятилетия, включает в себя некоторый уровень защиты от переходных процессов — обычно это металлооксидный варистор. Подавление переходных перенапряжений (TVSS) обеспечивает дополнительную защиту от переходных процессов.Вы можете применить защиту TVSS в нескольких точках по всему объекту в зависимости от типа защитного оборудования. Применить оборудование категории C на служебном входе; применить оборудование категории B на распределительных щитах; и применять оборудование категории А на уровне отдельных цепей.

Несимметрия напряжения и несимметрия тока

Несимметрия напряжения — это мера разницы напряжений между фазами трехфазной системы. Это снижает производительность и сокращает срок службы трехфазных двигателей.Дисбаланс напряжения на клеммах статора двигателя вызывает большой дисбаланс тока, приводящий к отрицательному крутящему моменту и более высоким рабочим температурам, которые могут быть в 6-10 раз больше, чем дисбаланс напряжений. Несбалансированные токи приводят к пульсации крутящего момента, повышенной вибрации и механической нагрузке, повышенным потерям и перегреву двигателя.

Несбалансированность напряжения и тока также может указывать на проблемы с обслуживанием, такие как неплотные соединения и изношенные контакты.

С помощью высококачественного цифрового мультиметра можно выполнить базовые измерения несимметрии межфазных напряжений, а с помощью высококачественных клещей для измерения разбаланса фазных токов.Для точных измерений дисбаланса в реальном времени необходим трехфазный анализатор качества электроэнергии, позволяющий решать проблемы, связанные с дисбалансом. Разомкнутые цепи и однофазные замыкания на землю исправить легче, чем балансировку нагрузки, которая обычно требует корректирующих изменений конструкции на уровне системы.

Заключение

Вопросы качества электроэнергии часто взаимосвязаны. Решайте проблемы качества электроэнергии на основе подхода всего предприятия, не упуская из виду то, как они влияют на отдельные нагрузки. Иногда устранение одной проблемы с качеством электроэнергии может усугубить другую.Взгляд на общую картину с помощью трехфазного анализатора качества электроэнергии позволяет устранить причины проблем с качеством электроэнергии, а не только лечить симптомы.

Найдите подходящий инструмент качества электроэнергии

Связанные ресурсы

Термины и определения, касающиеся качества электроэнергии

Вот стандартные типы нарушений качества электроэнергии. Для получения информации о как уменьшить эти помехи, см. качество электроэнергии применения буферного оборудования.

Искажения (гармоники)

Форма сигнала

Искажение возникает, когда гармонические частоты добавляются к напряжению 60 Гц (60 Гц). или форма волны тока, из-за чего обычно гладкая волна выглядит неровной или искаженной. Искажения могут быть вызваны твердотельными устройствами, такими как выпрямители, регулируемая скорость элементы управления, люминесцентные лампы и даже сами компьютеры.

На высоких уровнях искажения могут вызвать сбои в работе компьютеров и вызвать двигатели, трансформаторы и провода слишком сильно нагреваются. Искажения, наверное, самые сложный и наименее понятный из всех нарушений питания.

Наверх

Regresar al Principio

Отклонения частоты

Форма сигнала

Обычное энергоснабжение в США подается с частотой 60 циклов в секунду. или 60 Гц (60 Гц).В крупных взаимосвязанных инженерных системах, таких как SRP, частота очень стабильно и отклонения редко являются проблемой.

Однако в энергосистемах меньшего размера, особенно в системах с местными генераторами, отклонения частоты могут вызвать неисправность электронного оборудования и повлиять на скорость часов с моторным приводом.

Наверх

Regresar al Principio

Переходные процессы

Форма сигнала

Переходные процессы — это внезапные, но значительные отклонения от нормального уровня напряжения или тока.Переходные процессы обычно длятся от 200 миллионных долей секунды до полсекунды. Переходные процессы обычно вызывается молнией, электростатическими разрядами, переключением нагрузки или неисправной проводкой.

Переходные процессы могут стирать или изменять компьютерные данные, что затрудняет обнаружение вычислений. ошибки. В крайних случаях переходные процессы могут разрушить электронные схемы и повредить электрические оборудование.

Наверх

Regresar al Principio

Шум

Форма сигнала

Шум, или, точнее, электрический шум, представляет собой быструю последовательность переходных процессов, отслеживаемых и вниз по кривой напряжения. Величина этих быстрых переходных процессов обычно составляет намного меньше, чем у изолированного переходного процесса.

Шум часто возникает в электродвигателях и устройствах управления двигателями, дуговых печах, электросварщики, реле и удаленные атмосферные разряды, такие как молния.

Хотя электрический шум менее разрушителен, чем большой быстрый переходный процесс, он может вызвать у компьютеров неисправности и могут мешать работе оборудования связи или другого чувствительное электронное оборудование.

Наверх

Regresar al Principio

Падения напряжения

Форма сигнала

Просадка напряжения — это кратковременное снижение значений напряжения. Напряжение проседает дольше, чем две минуты классифицируются как пониженное напряжение. Распространенные причины провалов напряжения и пониженные напряжения — это короткие замыкания (неисправности) в системе электроснабжения, запуск двигателя, добавление нагрузки потребителями и добавление большой нагрузки в зоне обслуживания инженерных сетей.

Прогибы могут привести к неисправности компьютеров и другого чувствительного оборудования или к их простому отключению. выключенный. Пониженное напряжение может привести к повреждению некоторых типов электрического оборудования.

Наверх

Regresar al Principio

прерывания

Форма сигнала

Прерывания происходят, когда уровень напряжения падает до нуля.Прерывания классифицируются как кратковременный, временный или долгосрочный. Кратковременные перерывы происходят, когда обслуживание прерывается, но затем автоматически восстанавливается менее чем за две секунды.

Временные прерывания происходят, когда обслуживание прерывается более чем на две секунды, но автоматически восстанавливается менее чем за 2 минуты. Длительные перерывы длятся дольше более двух минут, и для восстановления работы могут потребоваться полевые работы.

В некоторых случаях кратковременные отключения могут остаться незамеченными или не вызвать видимых проблем. Однако даже кратковременные перебои в работе могут длиться достаточно долго, чтобы отключиться. компьютеры и нарушить работу чувствительного электрического оборудования.

Наверх

Regresar al Principio

Скачки напряжения

Форма сигнала

Повышение напряжения — это кратковременное увеличение значений напряжения.Долговечные скачки напряжения более двух минут классифицируются как перенапряжения. Скачки напряжения и перенапряжения обычно вызваны значительными изменениями нагрузки и переключением линии питания.

Если волдыри достигают слишком высокого пика, они могут повредить электрическое оборудование. Напряжение электросети регулирующее оборудование может не реагировать достаточно быстро, чтобы предотвратить все вздутие или провисание.

Наверх

Regresar al Principio

Мерцание

Мерцание можно определить как небольшие изменения амплитуды уровней напряжения, возникающие при частоты менее 25 Гц (25 Гц).Мерцание вызывается большими, быстро меняющимися такие нагрузки, как дуговые печи и электросварщики.

Мерцание редко бывает вредным для электронного оборудования, но доставляет больше неудобств, потому что оно вызывает раздражающие заметные изменения уровней освещения.

Наверх

Regresar al Principio

Качество электроэнергии и энергоэффективность для измерения мощности

Введение

Глобальные экологические рыночные силы значительно влияют на то, как производятся продукты.Доступная чистая энергия — это цель устойчивого развития, направленная на повышение эффективности наших продуктов сегодня.

Более 40 процентов всей энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, используется для эксплуатации зданий, и большая часть этой энергии потребляется приборами и оборудованием, связанным со зданиями. Министерство энергетики США (DOE) реализует минимальные стандарты эффективности для широкого спектра приборов и оборудования, используемых в жилых и коммерческих зданиях. В настоящее время стандарты эффективности DOE охватывают более 60 категорий продукции.В 2015 году эти стандарты помогли сократить наш национальный счет за электроэнергию на 80 миллиардов долларов, что эквивалентно потребностям в электроэнергии почти каждого третьего американского домохозяйства.

Цель этого документа — показать тесную взаимосвязь между эффективностью и качеством электроэнергии, а также предоставить информацию о причинах качества электроэнергии, типах проблем, связанных с качеством электроэнергии, а также предоставить рекомендации по вопросам измерения.

Питание переменного тока

Обычно электрическая мощность распределяется в виде синусоидального напряжения, создаваемого электромеханическим источником генерации.Когда электрический ток течет по проводу или проводнику, вокруг провода создается круговое магнитное поле, сила которого зависит от величины тока. Когда одиночный провод проходит через постоянное магнитное поле, индуцируется электромагнитное поле (ЭМП). Это создает мгновенное напряжение, которое зависит от скорости или скорости (омега на рисунке 1), с которой вращается катушка, и от угла поворота (тета на рисунке 1).

Рисунок 1. Проволока, проходящая через постоянный магнит, создает мгновенное напряжение

Линейные и нелинейные нагрузки

Когда электрическая нагрузка подключена к источнику напряжения, она потребляет ток для выполнения работы.Если ток следует по той же синусоидальной схеме, что и напряжение, то говорят, что нагрузка линейно следует за напряжением и называется линейной нагрузкой.

Когда синусоидальное напряжение подается на нагрузку из линейных элементов, таких как резистор, катушка индуктивности или конденсатор, ток всегда будет синусоидальной волной той же частоты и формы волны, но со сдвигом фазы.

Рисунок 2: Форма кривой напряжения и тока при линейной нагрузке

Рис. 3. Три примера линейной нагрузки: лампочка представляет собой резистивную нагрузку, двигатель — индуктивную нагрузку, а монитор — емкостную нагрузку

Однако, если подключенная нагрузка не соответствует синусоидальной форме волны напряжения, то это называется нелинейной нагрузкой.Нелинейные нагрузки вызывают нагрузку на трансформаторы и генераторы, составляющие энергосистему. Было обнаружено, что это напряжение имеет преимущественно термическую природу. Поскольку энергосистемы, несущие нелинейные нагрузки, менее эффективны, важно идентифицировать их и принимать корректирующие меры для уменьшения их негативного воздействия на энергосистему.

Рисунок 4. Нелинейная нагрузка, такая как приводная система, использует нелинейные устройства для преобразования постоянного тока в переменный с использованием методов ШИМ

Качество электроэнергии

Качество электроэнергии — это мера отклонения от нормальной синусоиды, из которой был создан источник питания.Из-за все более широкого использования нелинейных устройств в энергосистемах низкое качество электроэнергии становится все более серьезной причиной беспокойства потребителей и производителей электроэнергии.

С точки зрения инженера, низкое качество электроэнергии вызывает избыточное тепло в электрическом оборудовании, таком как двигатели и трансформаторы, вызывает неэффективную работу из-за потери реактивной мощности и может потенциально повредить оборудование, часто из-за несбалансированной нагрузки и высоких нейтральных токов.

С точки зрения бизнеса, низкое качество электроэнергии увеличивает затраты из-за неэффективной реактивной мощности, увеличивает эксплуатационные расходы (OPEX) из-за более высоких затрат на обслуживание и замену поврежденного оборудования и снижает пропускную способность системы.

Что такое качество электроэнергии?

Качество электроэнергии зависит от совместимости источника питания и нагрузки. С точки зрения потребителя, низкое качество электроэнергии — это несовместимость, которая отрицательно сказывается на сети или источнике генерации. С точки зрения электрогенератора качество электроэнергии зависит от чистоты выходной мощности и ее совместимости с нагрузкой.

Причины низкого качества электроэнергии

Низкое качество электроэнергии проявляется в различных явлениях.Измерение следующих явлений может помочь специалистам понять потенциальные проблемы с энергосистемами и дать представление о методах смягчения последствий.

Повышение напряжения Повышение напряжения определяется как увеличение среднеквадратичного уровня напряжения до 110–180% от номинального при промышленной частоте от ½ цикла до одной минуты. Это вызвано молнией или переключением большой нагрузки на линии электропередач.

Падение / падение напряжения Падение или провал напряжения определяется стандартом IEEE 1159 как снижение среднеквадратичного уровня напряжения до 10–90% от номинального при промышленной частоте в течение от ½ цикла до одной минуты.Создание моментов на нагрузках двигателя, погодные условия и проблемы с коммунальным оборудованием могут вызвать пусковой ток и провалы напряжения.

Прерывание / падение напряжения Падение напряжения включает в себя как серьезные провалы среднеквадратичного значения напряжения, так и полное прерывание приложенного напряжения с последующим немедленным повторным приложением номинального напряжения. Кратковременные или длительные перебои в электроснабжении часто вызваны молнией или открытыми выключателями.

Переходное перенапряжение (импульс) Переходное перенапряжение — это нарушение качества электроэнергии, которое связано с разрушительными большими значениями тока, напряжения или того и другого.Молния или переключение большой нагрузки в линии электропередачи может вызвать кратковременное изменение напряжения.

Пусковой ток Пусковой ток определяется как максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством при первом включении. Создание моментов на нагрузке двигателя может вызвать пусковой ток, а также разряд конденсатора в системах силовых преобразователей.

Мерцание Мерцание обычно ограничивается приложениями освещения и описывается как систематические изменения огибающей формы сигнала напряжения или серия случайных изменений напряжения, величина которых находится в пределах значений напряжения, установленных ANSI C84.1. Мерцание проявляется в изменении светоотдачи.

Гармоники Гармоники описываются IEEE как синусоидальные напряжения или токи с частотами, кратными основной частоте. Гармоники обычно вызываются нелинейными нагрузками в энергосистеме.

КПД

Последние инновации, такие как управление двигателем с ШИМ и импульсные источники питания, призваны повысить эффективность. К сожалению, они также вводят нелинейные элементы, которые создают проблемы с качеством электроэнергии и вызывают проблемы, которые они призваны исправить.Расчет того, насколько явления низкого качества электроэнергии влияют на производительность продукта, включает измерение энергоэффективности.

Измерение эффективности

КПД определяется как выходная мощность, деленная на потребляемую мощность. 100% -ный КПД желателен, но непрактичен из-за потерь и искажений в обычных энергосистемах, как показано в разделе о качестве электроэнергии выше.

Рисунок 5: Система преобразования энергии для солнечной панели, подключенной к сети, имеет несколько точек измерения эффективности

На рисунке 5 показан пример измерения эффективности в солнечной энергетической системе.В этом примере входной постоянный ток преобразуется в переменный через инвертор, фильтруется и регулируется повышающим трансформатором для входа в систему электросети.

Следующие уравнения показывают, как и где в системе проводятся измерения эффективности.

КПД инвертора постоянного / переменного тока Инверторы постоянного / переменного тока неизбежно вносят сильно искаженный входной ток, что приводит к серьезным гармоникам тока и низкому коэффициенту мощности.

Эффективность фильтра Фильтр состоит из линейных устройств, которые не должны влиять на гармоники, но сдвиг фазы может со временем изменять мощность и, в конечном итоге, энергоэффективность.Измерение THD важно для характеристики фильтра ШИМ и обеспечения его указанной эффективности.

КПД трансформатора Потери в трансформаторе включают потери в меди из-за омического сопротивления обмоток, потери в стали из-за вихревых токов и гистерезисные потери.

Эффективность системы Эффективность системы зависит от нагрузки, которой в данном случае является здание. Все многочисленные компоненты вносят некоторые потери в систему в целом. Характеристика всей системы — важное измерение.Также важно отметить, что полная характеристика включает длительный период времени для учета энергии (ватт-часы или джоули), в отличие от показаний мощности с более короткой продолжительностью времени. В конечном итоге необходимо измерять энергоэффективность.

Гармоники

Общей причиной плохого качества электроэнергии в большинстве энергосистем являются гармоники.

Гармоники определяются как напряжения или токи, которые действуют на частотах, целых (целых) кратных основной частоте.Результирующая форма волны представляет собой сумму нескольких синусоид с разными частотами. Основной сигнал можно назвать сигналом первой гармоники. Вторая гармоника имеет частоту в два раза больше основной, третья гармоника имеет частоту в три раза больше основной и т. Д.

Рисунок 6: Гармоники состоят из нескольких частот, кратных основной гармонике

На рисунке 6 красные кривые — это фактические формы сигналов, видимые нагрузкой из-за добавления гармонических составляющих к основной частоте.Теоретически бывают как четные, так и нечетные гармоники. Обычно в сети переменного тока отсутствуют даже гармоники. Причины для беспокойства — нечетные гармоники, присутствующие в системе переменного тока, и их вклад в общее гармоническое искажение.

Гармоники обычно классифицируются по названию, частоте и последовательности. В таблице ниже 3-я гармоника — это 150 Гц и последовательность 0. Гармоническая последовательность относится к вращению вектора гармонических напряжений и токов относительно основной формы волны в сбалансированном трехфазном четырехпроводном двигателе.

Мы можем суммировать эффекты последовательности как кратные основной частоты 50 Гц, как показано в следующей таблице.

Таблица 1: Эффекты последовательности, кратные основной частоте

Гармоника прямой последовательности (четвертая, седьмая, десятая и т. Д.) Будет вращаться в том же направлении (вперед), что и основная частота, тогда как гармоника обратной последовательности (вторая, пятая, восьмая и т. Д.) Вращается в противоположном направлении. (обратная) основной частоты.

Важно отметить, что большинство гармонических токов, обнаруживаемых в распределительной системе, являются гармониками нечетного порядка (третья, пятая, седьмая). Как правило, гармоники прямой последовательности нежелательны, поскольку они ответственны за перегрев проводников, линий электропередач и трансформаторов из-за сложения форм сигналов.

Таблица 2: Тип гармонической последовательности по-разному влияет на нагрузку или систему

Гармоники обратной последовательности, с другой стороны, циркулируют между фазами и создают дополнительные проблемы с двигателями.Противоположное вращение вектора ослабляет вращающееся магнитное поле, необходимое двигателям (особенно асинхронным двигателям), что приводит к уменьшению механического крутящего момента.

Тройные гармоники

Другой тип специальных гармоник, тройной, имеет нулевую последовательность вращения. Триплены кратны третьей гармонике (третьей, девятой, пятнадцатой и т. Д.), Отсюда и их название, и поэтому они смещены на ноль градусов. Гармоники нулевой последовательности циркулируют между фазой и нейтралью (или землей).

В отличие от гармонических токов прямой и обратной последовательности, которые компенсируют друг друга, гармоники третьего порядка или тройные гармоники не компенсируются. Вместо этого они арифметически складываются в общий нейтральный провод, на который действуют токи всех трех фаз. В результате амплитуда тока в нейтральном проводе может в три раза превышать амплитуду фазного тока на основной частоте. Это может привести к снижению его эффективности и перегреву.

Расчет гармоник

Эффективный способ расчета влияния гармоник на энергосистему — это вычисление общего гармонического искажения (THD) и общего искажения потребления (TDD).Хотя эти измерения часто являются стандартными функциями испытательного оборудования, важно понимать, как и почему они рассчитываются.

Полное гармоническое искажение

THD — это отношение среднеквадратичных значений гармоник, выраженное в процентах от основной или общей гармоники. Он учитывает гармонические составляющие до 50-го порядка, но специально исключает интергармоники. При необходимости могут быть включены гармонические составляющие порядков больше 50. Чем выше процент, тем больше искажается форма сигнала.

Уравнение THD, как определено CSA, включает все гармоники в знаменателе.

Уравнение THD согласно определению IEC включает в знаменатель только основную гармонику.

Полное искажение спроса (TDD)

TDD — это отношение среднеквадратичных значений гармоник, выраженное в процентах от максимального тока потребления. Он учитывает гармонические составляющие до 50-го порядка, но специально исключает интергармоники.При необходимости могут быть включены гармонические составляющие порядка более 50. TDD — это скользящее среднее THD, основанное на номинальном значении тока системы. Разница между уравнением TDD и уравнением THD — это знаменатель, IL. IL равняется сумме всех токов, соответствующих максимальному спросу в течение каждого из двенадцати предыдущих месяцев, деленной на 12.

Измерение гармоник

Существует два метода измерения гармоник: дискретное преобразование Фурье и быстрое преобразование Фурье.

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ)

DFT преобразует конечную последовательность равноотстоящих выборок функции в последовательность одинаковой длины равноотстоящих выборок дискретного временного преобразования Фурье (DTFT), которое является комплексной функцией частоты. Поэтому говорят, что ДПФ является представлением исходной входной последовательности в частотной области.

Быстрое преобразование Фурье (БПФ)

БПФ — это вычислительный алгоритм, который сокращает время вычислений и сложность больших преобразований, и представляет собой просто алгоритм, используемый для быстрого вычисления ДПФ.

Рисунок 7: Фурье утверждает, что сложная форма волны может быть понята и математически определена как смесь основной частоты с другими синусоидальными волнами, кратными этой частоте

Применяя преобразование Фурье, мы можем разбить сложную форму волны на ее основные компоненты, которые оказываются синусоидальными волнами с различными частотами, амплитудами и фазами.

Разрешение и полоса пропускания

Разрешение по частоте — это расстояние в Гц между двумя соседними точками данных в ДПФ.Разрешение БПФ определяется как частота дискретизации, деленная на количество точек данных. Частота дискретизации определяет полосу пропускания БПФ, поэтому с увеличением частоты дискретизации увеличивается и ширина полосы. Чем выше скорость выборки, тем ниже разрешение БПФ.

Пример: 10 Мвыб. / С и 10 тыс. Точек = 10 000 000/10 000 = 1 000 Гц или 1 кГц. Увеличение глубины памяти приводит к замедлению вычислений.

Пример измерения гармоник

Используя предыдущий пример преобразователя постоянного / переменного тока солнечной энергии, на рис. 8 показано преобразование входного постоянного тока, которое в конечном итоге преобразуется в форму волны переменного тока с помощью ШИМ.Выпрямленные каскады создают гармоники, которые приводят к потерям. Эти гармонические искажения могут проявляться в сети и влиять на другие системы. Измерение THD на выходе фильтра становится важным измерением для предотвращения усиления каких-либо проблем с качеством электроэнергии через каскад трансформатора.

Рисунок 8: Система преобразователя постоянного тока в переменный создает гармоники в системе преобразователя из-за нелинейных компонентов

Стандарты эффективности и качества электроэнергии Стандарты качества электроэнергии

содержат рекомендации по допустимым значениям искажений, принятой в отрасли терминологии, контрольным точкам измерения и пределам испытаний.Органы по стандартизации часто являются некоммерческими ассоциациями, состоящими из производителей, экспертов в области энергетики, защитников интересов потребителей и других заинтересованных сторон, которые стремятся привести различные отрасли в соответствие с нормами тестирования и производства. Существуют сотни стандартов, относящихся к отраслям и рынкам. Когда новый стандарт вводится в производство, регулирующие органы имеют право ограничить продажу или использование несовместимых продуктов. Соблюдая стандарты испытаний, как производители, так и потребители стремятся добиться экономии затрат, экономии энергии, энергетической безопасности, сокращения выбросов и технологических инноваций.

Ниже приведены несколько стандартов, определяющих эффективность и качество электроэнергии, охватывающих бытовую технику, промышленность, HVAC и Mil / Aero отрасли.

IEEE 519 Стандарт IEEE 519 разработан Институтом инженеров по электротехнике и электронике, некоммерческой профессиональной ассоциацией, занимающейся продвижением технологических инноваций в области электроэнергетики. Специфический стандарт IEEE 519, который касается гармоник, обычно называется IEEE 519-2014 и подробно описывает рекомендуемые методы и требования, касающиеся управления гармониками в электроэнергетических системах.

IEC 61000-3-2 (EN 61000-3-2) Международный стандарт IEC 61000-3-2 направлен на установление пределов гармонических токов, потребляемых электрическими устройствами, и поддержание качества сетевого напряжения. Версия 3-2 предназначена для измерения гармоник оборудования с током 16 А или ниже.

IEC 61000-3-12 (EN 61000-3-12) Международный стандарт IEC 61000-3-12 направлен на установление пределов гармонических токов, потребляемых электрическими устройствами, и, таким образом, на поддержание качества сетевого напряжения.Версия 3-2 предназначена для измерения гармоник оборудования с током выше 16 А, но не выше 75 А.

IEC 61000-3-3 (EN 61000-3-3) Международный стандарт IEC 61000-3-3 устанавливает пределы изменений напряжения, колебаний напряжения и мерцания в общественных низковольтных системах электроснабжения для оборудования с номинальным током ≤ 16A. .

IEC 61000-3-11 (EN 61000-3-11) Международный стандарт IEC 61000-3-3 устанавливает пределы изменений напряжения, колебаний напряжения и мерцания в общественных низковольтных системах электроснабжения для оборудования с номинальным током> 16A и ≤ 75А.

IEC 61000-4-7 (EN 61000-4-7) Международный стандарт IEC 61000-4-7 применяется к приборам, предназначенным для измерения спектральных составляющих в диапазоне частот до 9 кГц, которые накладываются на основную часть мощности. системы питания на 50 и 60 Гц.

IEC 62301 Процедура тестирования 62301 Международной электротехнической комиссии (IEC) описывает метод измерения энергопотребления в режиме ожидания в бытовых приборах, также называемый мощностью вампира. Это более широко известно как «Energy Star».«Этикетка подразумевает энергоэффективность выше среднего и обычно используется для бытовых товаров.

MIL-STD-704 MIL-STD-704 определяет стандартизированный интерфейс питания между военным самолетом и его оборудованием и вагонами, охватывающий такие темы, как напряжение, частота, фаза, коэффициент мощности, пульсации, максимальный ток, электрический шум. , а также ненормальные условия (повышенное и пониженное напряжение) для систем переменного и постоянного тока.

DO-160 DO-160 — это стандарт экологических испытаний авионики, опубликованный Американской радиотехнической комиссией по аэронавтике (RTCA).Специфический тест, касающийся качества электроэнергии, — это радиочастотное излучение и восприимчивость, определенные в разделах 20 и 21 стандартов.

MIL-STD-1399 MIL-STD-1399, раздел 300, устанавливает стандарты использования питания переменного тока на военных кораблях.

Стандарт ANSI / AHRI 210 / 240-2008 ANSI / AHRI определяет региональный стандарт сезонного коэффициента энергоэффективности (SEER). SEER фокусируется на рынке HVACR и определяет отношение общего охлаждения в течение нормальных периодов работы к общему количеству потребляемой электроэнергии за тот же период.Кроме того, он определяет коэффициент эффективности нагрева (HSPF) для измерения эффективности теплового насоса в режиме нагрева, в отличие от SEER, который измеряет эффективность теплового насоса в режиме охлаждения.

Собираем все вместе

Хотя количество стандартов питания исчисляется сотнями, стандарты, перечисленные в таблице 3, представляют собой более распространенные требования в современной промышленности. Каждый стандарт существует для отрасли, и пределы испытаний и требования различаются для каждого. В таблице ниже показано, как энергоэффективность и качество электроэнергии связаны с соблюдением требований.

Таблица 3: Отраслевые стандарты требуют особых измерений

Заключение

Гармоники более распространены в современных электрических системах из-за все более широкого использования нелинейных устройств для управления мощностью. Из-за пагубного воздействия на двигатели, трансформаторы, коммутационные устройства, предохранители и другие устройства становится все более важным точно измерять и количественно определять порядок гармоник, чтобы не только определить соответствие системам и стандартам, но и помочь в смягчении последствий, чтобы уменьшить вредное воздействие.

Осциллографы и анализаторы мощности

способны измерять гармоники, однако выбор правильного прибора зависит от области применения, стандарта и других важных деталей.

Типы проблем с качеством электроэнергии

Нарушения качества электроэнергии варьируются от скачков напряжения, которые длятся всего микросекунды, до отключений, которые продолжаются в течение нескольких часов. Вот некоторые распространенные примеры:

Временное прерывание

• Описание: Запланированное или случайное полное отключение электроэнергии в локализованном районе населенного пункта

• Продолжительность: От 2 секунд до 2 минут

• Причины: Отказ оборудования, погода, животные, человеческий фактор (автокатастрофы, воздушные змеи и т. Д.))

• Эффект: Выключение системы

• Возможные решения: Источник бесперебойного питания, источник бесперебойного питания с генератором

---

Долгосрочное отключение

• Описание: Запланированное или случайное полное отключение электроэнергии в локализованном районе населенного пункта

• Продолжительность: Более 2 минут

• Причины: Отказ оборудования, погода, животные, человеческий фактор (автокатастрофы, воздушные змеи и т. Д.))

• Эффект: Выключение системы

• Возможные решения: Источник бесперебойного питания, источник бесперебойного питания с генератором

---

Мгновенное прерывание

• Описание: Очень короткое плановое или случайное отключение питания

• Продолжительность: Миллисекунд до секунды или двух

• Причины: Операции переключения, пытающиеся изолировать электрическую проблему и поддерживать электропитание в вашем районе

• Эффект: Отключение оборудования, потеря программирования или отказ дисковода

• Возможные решения: Источник бесперебойного питания, мотор-генератор, резервный источник питания

---

Провисание или пониженное напряжение

• Описание: Понижение напряжения

• Продолжительность: Миллисекунды до нескольких секунд, пониженное напряжение — это просадки, которые продолжаются более нескольких секунд

• Причины: Пуск или отключение основного оборудования, короткое замыкание (устранение неисправности), недостаточный размер электрической цепи

• Эффект: Потеря памяти или ошибки данных, тусклый или яркий свет, сужение экранов дисплея, выключение / сброс оборудования

• Возможные решения: Переместить компьютер в другую электрическую цепь, регулятор напряжения, трансформатор постоянного напряжения (феррорезонансный трансформатор), стабилизатор питания, источник бесперебойного питания, мотор-генератор, накопитель конденсатора / маховика / сверхпроводника

---

Выброс или перенапряжение

• Описание: Повышение напряжения

• Длительность: От миллисекунд до нескольких секунд, перенапряжения — это всплески, которые продолжаются более нескольких секунд

• Причины: Пуск или отключение основного оборудования, короткое замыкание (устранение неисправности), недостаточный размер электрической цепи

• Эффект: Потеря памяти или ошибки данных, тусклый или яркий свет, сужение экранов дисплея, выключение оборудования

• Возможные решения: Переместить компьютер в другую электрическую цепь, регулятор напряжения, стабилизатор напряжения, источник бесперебойного питания, мотор-генератор

---

Переходный процесс, импульс или скачок

• Описание: Резкое изменение напряжения от нескольких сотен до тысячи вольт.

• Продолжительность: микросекунд

• Причины: Переключение электросети, запуск и останов оборудования или механизмов, статические разряды, молния

• Эффект: Ошибки обработки, потеря данных, сгоревшие платы

• Возможные решения: Ограничитель перенапряжения (для переходных процессов), стабилизатор напряжения, мотор-генератор

---

Паз

• Описание: Нарушение противоположной полярности сигнала

• Продолжительность: микросекунд

• Причины: Переключение электросети, запуск и останов оборудования или механизмов, статические разряды, молния

• Эффект: Ошибки обработки, потеря данных, сгоревшие платы

• Возможные решения: Ограничитель перенапряжения (для переходных процессов), стабилизатор напряжения, мотор-генератор

---

Шум

• Описание: Нежелательный высокочастотный электрический сигнал от другого оборудования

• Продолжительность: Спорадически

• Причины: Электромагнитные помехи: от приборов, микроволновых и радиолокационных сигналов; от радио- и телепередач, дуговой сварки, обогревателей; от лазерных принтеров, термостатов, неплотная проводка; или из-за неправильного заземления.

• Эффект: Беспокоит чувствительное электронное оборудование, но обычно не разрушает. Это может вызвать ошибки обработки и потерю данных.

• Возможные решения: Изолирующий трансформатор, стабилизатор питания, источник бесперебойного питания, мотор-генератор

---

Гармонические искажения

• Описание: Изменение чистой синусоидальной волны (искажение синусоидальной волны) из-за нелинейных нагрузок на источнике питания

• Продолжительность: Спорадически

• Причины: Нелинейные нагрузки

• Эффект: Вызывает перегрев двигателей, трансформаторов и проводки

• Возможные решения: Электрически разделить нелинейные нагрузки и провод согласно Приложению A для ограничения гармонических искажений

Измерение качества электроэнергии | Схемы измерения переменного тока

Раньше для больших систем питания переменного тока понятие «качество электроэнергии» было неслыханным, если не считать коэффициента мощности.

Практически все нагрузки были «линейными», что означает, что они не искажали форму синусоидальной волны напряжения и не вызывали несинусоидальные токи в цепи. Это уже не так.

Нагрузки, управляемые «нелинейными» электронными компонентами, становятся все более распространенными как в быту, так и в промышленности, а это означает, что напряжения и токи в энергосистеме (ах), питающей эти нагрузки, богаты гармониками: какими должны быть хорошие, чистые синусоидальные напряжения. и токи становятся сильно искаженными, что эквивалентно наличию бесконечной серии высокочастотных синусоидальных волн, кратных основной частоте линии электропередачи.

Эффекты чрезмерных гармоник

Избыточные гармоники в системе питания переменного тока могут перегревать трансформаторы, вызывать чрезвычайно высокие токи нейтрального проводника в трехфазных системах, создавать электромагнитный «шум» в виде радиоизлучений, которые могут создавать помехи чувствительному электронному оборудованию, уменьшать выходную мощность электродвигателя в лошадиных силах и бывает трудно точно определить.

При подобных проблемах с энергосистемами инженерам и техническим специалистам требуются способы точного обнаружения и измерения этих условий.

Качество электроэнергии

Качество электроэнергии — это общий термин, обозначающий отсутствие в системе питания переменного тока гармонических составляющих. Измеритель «качества электроэнергии» — это измеритель, который дает некоторую форму индикации содержания гармоник.

Измерение качества электроэнергии

Простой способ для техника определить качество электроэнергии в своей системе без сложного оборудования — это сравнить показания напряжения двух точных вольтметров, измеряющих одно и то же напряжение системы: один измеритель является устройством «усредняющего» типа (например, электромеханический измеритель перемещений). а другой — тип единицы измерения «истинное среднеквадратичное значение» (например, высококачественный цифровой измеритель).

Помните, что измерители «усредняющего» типа откалиброваны так, что их шкалы показывают среднеквадратичное значение в вольтах, , исходя из предположения, что измеряемое переменное напряжение синусоидально . Если напряжение не имеет формы синусоиды, усредняющий измеритель , а не зарегистрирует правильное значение, тогда как измеритель истинного среднеквадратичного значения всегда будет, независимо от формы волны.

Эмпирическое правило здесь следующее: чем больше разница между двумя измерителями, тем хуже качество электроэнергии и тем выше содержание гармоник.

Энергосистема с хорошим качеством электроэнергии должна генерировать одинаковые показания напряжения на двух счетчиках с точностью до номинальной погрешности двух приборов.

Еще одно качественное измерение качества электроэнергии — это проверка осциллографа: подключите осциллограф (ЭЛТ) к источнику переменного напряжения и наблюдайте за формой волны. Все, что угодно, кроме чистой синусоиды, может указывать на проблему:

Это умеренно уродливая «синусоида».Здесь определенная гармоническая составляющая!

Тем не менее, если необходим количественный анализ (точные числовые значения), ничто не может заменить инструмент, специально разработанный для этой цели.

Такой прибор называется измерителем качества электроэнергии и иногда более известен в электронных кругах как низкочастотный анализатор спектра . Этот прибор обеспечивает графическое представление частотного спектра переменного напряжения на экране ЭЛТ или цифрового дисплея.”

Подобно тому, как призма разделяет луч белого света на составляющие его цветовые компоненты (сколько красного, оранжевого, желтого, зеленого и синего в этом свете), анализатор спектра разделяет сигнал со смешанной частотой на составляющие его частоты, и отображает результат в виде гистограммы: (рисунок ниже)

Измеритель качества электроэнергии — это низкочастотный анализатор спектра.

Каждое число на горизонтальной шкале этого измерителя представляет собой гармонику основной частоты.Для американских энергосистем «1» представляет 60 Гц (1-я гармоника или основная гармоника ), «3» — 180 Гц (3-я гармоника), «5» — 300 Гц (5-я гармоника) и скоро.

Черные прямоугольники представляют относительные величины каждой из этих гармонических составляющих в измеренном переменном напряжении.

Чистая синусоида с частотой 60 Гц будет показывать только высокую черную полосу над цифрой «1» без черных полос, показываемых на всех других частотных маркерах на шкале, потому что чистая синусоида не имеет гармонического содержания.

Измерители качества электроэнергии

, подобные этому, можно было бы лучше назвать обертонными измерителями, потому что они предназначены для отображения только тех частот, которые, как известно, генерируются энергосистемой.

В трехфазных энергосистемах переменного тока (преобладающих для приложений большой мощности) четные гармоники имеют тенденцию подавляться, поэтому только гармоники, существующие в значительной мере, имеют нечетные номера.

Рейтинг качества электроэнергии

— 3DFS

Рейтинг качества электроэнергии (PQR)

Традиционные показатели качества электроэнергии рассчитываются с учетом гармоник и коэффициента мощности, однако существует третье, не менее важное соображение о качестве электроэнергии — баланс между фазами.Известно, что дисбаланс между фазами на уровне электрической панели индуцирует нейтральные токи на стороне нагрузки и вызывает вихревые токи в вышестоящем трансформаторе на стороне электросети, которые являются прямыми потерями, поэтому всегда следует учитывать при расчетах эффективности потока электроэнергии.

Рейтинг качества электроэнергии — это показатель, созданный 3DFS для демонстрации ИСТИННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ потока электроэнергии в электрических сетях; включая гармоники, коэффициент мощности И баланс по фазам.При производстве, передаче, распределении, хранении, преобразовании или потреблении электроэнергии этот показатель показывает, сколько потерь электроэнергии происходит в данный момент.

Например,

1. Электрическая сеть с PQR 28% использует 28% потребляемой энергии в виде электричества, а остальные 72% в виде тепла или вибрации где-то в электрической сети
2. Та же самая электрическая сеть, защищенная технологией 3DFS, имеет PQR 94% и имеет только 6% тепловых потерь в электрической сети, что означает, что электрическая энергия осталась электричеством и полностью передала энергию для работы в нагрузках.

1. Большой генератор с PQR 31% вырабатывает 31% энергии в виде электричества и 69% в виде тепла или вибрации в генераторе или подключенной электрической сети.
2. Тот же генератор с программно-определяемым электричеством в подключенной панели работает с PQR или 97%, увеличивая выходную мощность генератора за счет снижения потерь тепла до 3%, что сразу же позволяет экономить до 25% топлива, необходимого для работы.

---

PQR показывает, насколько эффективно энергия в электрической сети потребляется в соответствии с назначением работы и насколько способствует расточительству и нестабильности.

На этом изображении показан момент, когда исправление электрических цепей начинает улучшать рейтинг качества электроэнергии с 22% до 92%

Качество электроэнергии — Lewis County PUD

Влияют ли на вас проблемы с качеством электроэнергии?

Проблемы с качеством электроэнергии возникают в результате сбоев, которые вызывают неправильную работу или повреждение оборудования. Существует множество различных типов проблем с качеством электроэнергии, которые вызывают различные типы симптомов.Общие симптомы проблемы с качеством электроэнергии:

• Неожиданное отключение электронного оборудования
• Перегрев оборудования
• Мерцающие огни
• Тусклый и / или яркий свет
• Двигатель неожиданно отключается

Если у вас возникли эти или другие проблемы с качеством электроэнергии, PUD округа Льюис вам поможет.

Что вызывает проблемы с качеством электроэнергии?

Несколько распространенных причин проблем с качеством электроэнергии:

• Провалы напряжения (снижение напряжения на 10% -90% менее 1 минуты)
• Скачки напряжения (увеличение напряжения на 110% или больше в течение менее 1 минуты)
• Плохое заземление
• Плохое соединение нейтрали
• Гармонические искажения
• Включение и выключение оборудования
• Неисправное оборудование

Большинство проблем с качеством электроэнергии возникает из-за какого-то оборудования, однако может быть сложно найти источник проблемы.

Что мы можем сделать?

Lewis County PUD предоставляет информацию, рекомендации и помощь в определении источника (источников) помех нашим клиентам, у которых есть проблемы с качеством электроэнергии. Мы разберемся с источником причины, если будет определено, что она связана с электрической системой, или предоставим потребителю некоторые рекомендации по устранению любой из его собственных проблем.

Как вы можете помочь

Если вы считаете, что у вас возникла проблема с качеством электроэнергии, вы можете сделать несколько вещей, чтобы помочь диагностировать проблему.

• Создайте журнал нарушений. Запишите следующую информацию для каждого события или нарушения.
  • Дата / время
  • Расположение
  • Действующее устройство (а)
  • Симптом (ы)
  • одновременных событий
• Проверить электрическое оборудование.
  • Проверить, не работает ли неисправное устройство
  • Проверить электрические соединения
  • Проверить панель выключателя на предмет слышимого шума, перегрева, оплавлений или прожогов.