Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Кузнецов Н. М., Бебихов Ю. В., Самсонов А. В., Егоров А. Н., Семенов А. С.,
1.4. Выбор контрольно-измерительной техники для регистрации показателей качества электроэнергии
К основным задачам измерения показателей качества электроэнергии относится: обнаружение помех и их оценка; регистрация измеренных числовых характеристик в целях обработки и отображения результатов; оценка измеренных значений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на соответствие установленным требованиям; определение источника помех; проведение коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем электроэнергии.
Для организации измерений необходимо определить вид контроля, точку осуществления измерений и виды контролируемых ПКЭ.
В зависимости от длительности наблюдения можно выделить два вида организации контроля качества электроэнергии: периодический и постоянный. Отличие постоянного контроля (мониторинга) от периодического заключается в непрерывности во времени измерений и обработки результатов.
Номенклатуру измеряемых параметров, характеризующих качество электроэнергии, устанавливают ГОСТ 13109-97 и ГОСТ Р 51317.4.30-2008.
Большинство отечественных сертифицированных средств измерения (СИ) ПКЭ спроектированы и реализованы под ГОСТ 13109-97. Номенклатура измеряемых параметров включает собственно ПКЭ (нормируемые и ненормируемые), а также вспомогательные параметры электрической энергии, являющиеся дополнительными характеристиками ПКЭ. Однако и эта достаточно обширная номенклатура не охватывает всего необходимого перечня, когда возникает задача анализа КЭ. Здесь под анализом подразумевается комплекс измерений и расчетов, необходимых при выявлении источника ухудшения КЭ, при определении долевого и фактического вклада в уровни ПКЭ в точке общего присоединения. При этом токи и напряжения должны представляться соответствующими векторами.
В целом же при определении номенклатуры параметров, измеряемых конкретным СИ, следует исходить из его назначения и области применения. Такой подход позволяет использовать в каждом конкретном случае не универсальные приборы, а специализированные на решение определенных задач.
Введя условно в обозначение вида прибора соответствующие индексы (А-анализ, К-контроль и У-учет) можно предложить номенклатуру измеряемых параметров в том виде, как она представлена в табл. 1.7. В таблице знаком «+» обозначены параметры, которые данный вид прибора должен измерять, а знаком «–» – те, которые прибор измерять не должен.
Представляется, что приведенный перечень параметров является вполне исчерпывающим для решения любых задач в области КЭ по существующим и перспективным методикам анализа и контроля КЭ. Более того, располагая такими СИ, можно проводить контроль уровней эмиссии, вносимой теми или иными приборами, аппаратурой или электротехническим оборудованием.
Общие требования, предъявляемые к СИ ПКЭ, являются обязательными по причине того, что определяют те условия, при которых СИ ПКЭ должны нормально функционировать в рамках основной погрешности, при обеспечении должного уровня безопасности от поражения электрическим током.
Общие требования предъявляются по: конструктивному исполнению; климатическим воздействиям; электропитанию; входным каналам; принципу действия; хранению результатов измерения; отображению результатов измерений.
Таблица 1.7
Номенклатура измеряемых параметров
|
Вид |
Наименование измеряемых характеристик |
Условное обозначение |
Вид прибора |
||
|
А |
К |
У |
|||
|
Показатели качества электро-энергии по ГОСТ 13109-97 |
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения |
KU |
+ |
+ |
+ |
|
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения для n от 2 до 40 |
KU(n) |
+ |
+ |
- |
|
|
Коэффициент несимметрии напряжений |
K2U |
+ |
+ |
+ |
|
|
Коэффициент несимметрии напряжений |
K0U |
+ |
+ |
+ |
|
|
Установившееся отклонение напряжения |
dUy |
+ |
+ |
+ |
|
|
Отклонение частоты |
Df |
+ |
+ |
+ |
|
|
Доза фликера: – кратковременная – длительная |
Pst Plt |
+ + |
+ + |
+ + |
|
|
Размах изменения напряжения |
dUt |
+ |
- |
- |
|
|
Амплитуда импульса напряжения |
Uимп |
+ |
+ |
- |
|
|
Длительность провала напряжения |
Dtп |
+ |
+ |
- |
|
|
Коэффициент временного перенапряжения |
Кпер U |
+ |
+ |
- |
|
|
Вспомогательные параметры электрической энергии по ГОСТ 13109-97 |
Частота повторений изменений напряжения |
FdUt |
|||
|
Интервал между смежными изменениями напряжения |
Dti, i+1 |
+ |
- |
- |
|
|
Длительность импульса на уровне 0,5 Uимп |
tимп |
+ |
- |
- |
|
|
Глубина провала напряжения |
dUп |
+ |
- |
- |
|
|
Частость появления провалов напряжения |
Fп |
+ |
- |
- |
|
|
Длительность временного перенапряжения |
Dtпер U |
+ |
- |
- |
|
|
Критерии соответствия измеренных ПКЭ требованиям ГОСТ 13109-97 |
Время превышения (относительное) нормально допустимых значений нормируемых ПКЭ |
Т1 |
+ |
+ |
+ |
|
Время превышения (относительное) предельно допустимых значений нормируемых ПКЭ |
Т2 |
+ |
+ |
+ |
|
|
Значения ПКЭ, соответствующие 95 % измеренных значений |
K95 |
+ |
+ |
- |
|
|
Параметры, учитываемые при анализе качества электроэнергии |
Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока |
KI |
+ |
- |
- |
|
Коэффициент n-й гармонической составляющей тока для n от 2 до 40 |
KI(n) |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности |
K2I |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент несимметрии токов по нулевой последовательности |
K0I |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент мощности по первой гармонике |
сos j(1) |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент мощности по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 |
сos j(n) |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент мощности по обратной последовательности |
сos j2 |
+ |
- |
- |
|
|
Коэффициент мощности по нулевой последовательности |
сos j0 |
+ |
- |
- |
|
|
Полная, активная и реактивная мощность с учетом всех искажений (по гармоникам с n от 2 до 40, а также обратной и нулевой последовательности) |
ST, PT, QT |
+ |
- |
+ |
|
|
Полная, активная, реактивная мощность по первой гармонике |
S(1), P(1), Q(1) |
+ |
- |
- |
|
|
Полная, активная, реактивная мощность по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 |
S(n), P(n), Q(n) |
+ |
- |
- |
|
|
Полная, активная, реактивная мощности по обратной последовательности |
S2, P2, Q2 |
+ |
- |
- |
|
|
Полная, активная, реактивная мощности по нулевой последовательности |
S0, P0, Q0 |
+ |
- |
- |
|
|
Полная, активная и реактивная мощность искажений |
DST, DPT, DQT |
+ |
- |
- |
|
|
Активная и реактивная энергия с учетом всех искажений (по гармоникам с n от 2 до 40, а также обратной и нулевой последовательности) |
WPT, WQT |
+ |
- |
+ |
|
|
Активная, реактивная энергия по первой гармонике |
WP(1), WQ(1) |
+ |
- |
- |
|
|
Активная, реактивная энергия по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 |
WP(n), WQ(n) |
+ |
- |
- |
|
|
Активная, реактивная энергия по обратной последовательности |
WP2, WQ2 |
+ |
- |
- |
|
|
Активная, реактивная энергия по нулевой последовательности |
WP0, WQ0 |
+ |
- |
- |
|
|
Активная и реактивная энергия искажений |
DWPT, DWQT |
+ |
- |
- |
|
|
Среднеквадратичное значение напряжения |
U |
+ |
+ |
- |
|
|
Среднеквадратичное значение тока |
I |
+ |
+ |
- |
|
|
Коэффициент превышения током номинального значения |
КI пр |
+ |
- |
- |
|
Конструктивное исполнение
Данное требование, для СИ ПКЭ, отражает необходимость обеспечения защиты от поражения электрическим током. Для чего корпус СИ ПКЭ выполняется из диэлектрических материалов. Также должен быть предусмотрен зажим защитного заземления, соединенный с внутренними токопроводящими (не токоведущим в нормальном режиме работы) частями СИ ПКЭ. В случае появления потенциала на этих частях, этот потенциал сравнивается (или становится близким) с потенциалом земли, при правильном заземлении СИ ПКЭ.
Требование конструктивного исполнения включает защиту от несанкционированного доступа. Данная защита реализуется возможностью опломбировки органов управления и использованием системы паролей. Опломбировка дает возможность определения ошибочных результатов измерений при непредусмотренном изменении схемы включения прибора. Несанкционированный доступ к изменениям установок или настроек СИ ПКЭ осуществляется системой паролей.
Климатические воздействия
Измерения ПКЭ могут производиться при различных условиях окружающей среды в месте установки СИ ПКЭ. Такими условиями могут быть: низкие (неотапливаемые помещения) и высокие (ТП мачтового типа) температуры, повышенная (необслуживаемые ТП расположенные на открытом воздухе в зимний период или при дожде) и пониженная (ТП мачтового типа в солнечную погоду) влажность.
Требования по климатическому исполнению для СИ ПКЭ: СИ ПКЭ должны нормально функционировать при температурах от –30 до +40 °С и относительной влажности до 90 %.
Электропитание
Приборы должны обеспечивать возможность подключения как к сети переменного напряжения 220 В, так и ко вторичным цепям трансформаторов напряжения 57,7 и 100 В, допуская функционирование СИ при провалах напряжения и при кратковременных перенапряжениях в диапазоне, по меньшей мере, 640 % от номинального напряжения питающей сети.
Входные каналы
СИ ПКЭ должны обеспечивать возможность проведения измерений в трех фазах контролируемой сети с заземленной или изолированной нейтралью. Номинальные напряжения входных измерительных каналов 57,7; 100 и 220 В.
В случае работы прибора под Стандарт МЭК 61000.4.30 «Электромагнитная совместимость (ЭМС). Техника испытаний и измерений. Методы измерений качества электрической энергии», СИ ПКЭ должно быть дополнено четырьмя каналами по току: ток трех фаз и ток в нейтрале.
Принцип действия
СИ ПКЭ должны в реальном масштабе времени обеспечивать непрерывное измерение ПКЭ и вспомогательных параметров электроэнергии. СИ ПКЭ должны быть цифровыми программируемыми приборами, использующими высокоразрядные аналого-цифровые преобразователи и быстродействующие процессоры.
Хранение результатов измерений
СИ ПКЭ должны обладать достаточной по объему энергонезависимой памятью, позволяющей длительно сохранять результаты измерений. Архивы с результатами контроля КЭ, накапливаемые в памяти СИ, должны содержать информацию о времени проведения измерений.
Отображение результатов измерений
СИ ПКЭ должны обеспечивать возможность отображения как текущей информации о параметрах режима, так и архивной, накопленной ранее. Большинство из существующих СИ ПКЭ имеют для этого алфавитно-цифровой дисплей, а небольшое число приборов дополнительно оснащено графическим дисплеем, который упрощает проведение измерений и оперативный анализ результатов.
На начало 2011 года, в Государственный реестр средств измерения РФ внесено более 50 измерительных приборов и комплексов как отечественного, так и зарубежного производства, способных производить оценку показателей качества электроэнергии в соответствии со стандартами: ГОСТ 13109-97, ГОСТ Р 51317.4.30 (EN 61000-4-30).
Наиболее распространенные, среди испытательных лабораторий и центров качества электроэнергии, средства измерения отечественного производства, такие как «ЭРИС-КЭ.02», «Энергомонитор-3.3 Т1», «РЕСУРС-UF», ИВК «ОМСК-М» рассмотрены более подробно в приложении, и описаны в соответствии с их паспортами. Дополнительно, ряд менее распространенных приборов для контроля качества электроэнергии как отечественного, так и зарубежного производства, сведены в табл. 1.8.
Таблица 1.8
Данные по средствам измерения показателей качества электроэнергии
|
Наименование средства |
Номер в Государственном реестре средств из- |
Стандарт, под которым |
Данные |
|
Серия приборов ЭРИС КЭ |
№ 40572-09 |
ГОСТ 13109-97 |
ООО «Энергоконтроль», Москва |
|
Энергомонитор-3.3 Т1 |
№ 31953-06 |
ГОСТ 13109-97 и EN 50160 |
ООО «НПП МАРС-ЭНЕРГО», Санкт-Петербург |
|
«РЕСУРС-UF» |
№ 19044-04 |
ГОСТ 13109-97 |
НПП «Энерготехника», Пенза |
|
ИВК «Омск-М» |
№ 21571-01 |
ГОСТ 13109-97 |
ООО Энерготехнология, Омск |
|
C.A 8230 – однофазный графический анализатор качества питания |
28710-09 |
EN50160 |
Chauvin Arnoux, Франция |
|
C.A 8335 QUALISTAR PLUS+AmpFlex450 – анализатор параметров электросетей, качества и количества электроэнергии (с клещами AmpFlex 450 мм) |
28710-09 |
EN50160 |
Chauvin Arnoux, Франция |
|
Fluke 434 – анализатор качества электроэнергии для трехфазной сети |
нд |
EN50160 |
FLUKE, США |
|
MI 2092 – анализатор качества электроэнергии |
36080-07 |
EN50160 |
Metrel, Словения |
|
Power Sentinel 1133A – регистратор (анализатор) |
36636-07 |
Полностью программируемый |
Arbiter Systems, США |
|
PQM-701 – анализатор параметров качества электрической энергии |
На испытаниях |
ГОСТ Р 51317.4.7–2008 |
Sonel, Польша |
|
АКЭ-823 – микропроцессорный регистратор – анализатор качества электроэнергии |
36526-07 |
нд |
АКИП, Россия |
|
МЭТ-5080 – многофункциональный электрический тестер – анализатор качества электроэнергии |
29749-05 |
нд |
АКИП, Россия |
|
Парма РК 3.01 – регистратор (анализатор) качества электроэнергии |
25731-05 |
ГОСТ 13109-97 |
ООО «ПАРМА», Россия |
|
Энергомонитор-3.2 – прибор для непрерывного измерения показателей качества электрической энергии и электроэнергетических величин (ПКЭ) |
36290-07 |
ГОСТ 13109-97 |
ООО «НПП Марс-Энерго», Россия |
|
Энерготестер ПКЭ – прибор для измерения показателей качества электрической энергии и электроэнергетических величин |
39900-08 |
ГОСТ 13109-97, |
ООО «НПП МАРС-ЭНЕРГО», Россия |
|
Анализатор качества электроэнергии AR 5 |
17900-05 |
ГОСТ 13109-97 |
CIRCUTOR, Испания |
|
Прибор для измерения качества и учета электрической энергии, регистрации и контроля нормальных и аварийных режимов энергосети G4400 |
37706-08 |
ГОСТ 13109-97, |
ELSPECT Ltd, Израиль |
Таким образом, рекомендуется при выборе средств измерения для проведения контроля качества электроэнергии учесть следующее:
– средство измерения показателей качества электроэнергии должно соответствовать ГОСТ 13109-97 (или ГОСТ Р 51317.4.30) и обязательно должно быть зарегистрировано в Государственном реестре средств измерения РФ;
– средство измерения должно обеспечивать помимо контроля по напряжению измерения дополнительных характеристик электроэнергии по току и мощности.