Порівняльна характеристика приладів, що вимірюють показники якості електричної енергії

Дози флікера

Флікер - особливий параметр якості електроенергії. ГОСТ 13109-97 визначає термін «флікер» (мерехтіння) як сприйняття людиною коливань світлового потоку джерел освітлення, викликаних коливанням напруги, проте, все частіше під флікером розуміються і самі ці зміни напруги.

              Методика вимірювання флікера визначена в ГОСТ 51317415-99. Обчислення дози флікера вимірювальними приладами здійснюється за допомогою мікропроцесорних систем, що моделюють реакцію «лампа - око - мозок».

              Найбільший вплив флікер надає на джерела штучного освітлення, тоді як інші мережеві пристрої не такі чутливі до даних явищ. Різні лампи по різному поводяться: люмінесцентні лампи більшою мірою пригнічують зміни напруги, чим лампи розжарювання. З метою зменшення збитку від флікера (стомлюваність зору, втома, професійні захворювання) рекомендується апарат - джерело флікера по можливості підключати в точці мережі, де розрахункова потужність короткого замикання значно перевищує потужність, споживану апаратом.

Причиною їх появи є наявність споживачів з нелінійним навантаженням, таких як комп'ютери, перетворювачі тиристорів і тому подібне. При цьому разом із спотворенням відбувається генерування значного потоку реактивної потужності в зовнішню електромережу, що погіршує якість роботи інших споживачів електроенергії і вимагає використання пристроїв автоматичної компенсації реактивної потужності або інших пристроїв, що коректують форму вхідного струму.

1.2. Важливість контролю якості електричної енергії в освітлювальних мережах

У зв'язку з сучасними концепціями розвитку освітлення, виникає безліч проблем: невідповідність технологічним і функціональним вимогам більшості трансформаторних підстанцій; більшість освітлювальних установок мають другу і третю категорії надійності електропостачання; великий знос основних засобів значно знижує ефективність роботи освітлювальних установок; оскільки освітлювальна техніка стає складнішою, це спричиняє за собою збільшення споживання електроенергії і необхідності забезпечення належної якості електричної енергії.

Системний підхід до вирішення вищеперелічених проблем і повинен привести до підвищення ефективності роботи джерел світла в освітлювальних установках. Тому для перспективного розвитку всіх видів освітлення  назріла необхідність впровадження нового світлотехнічного устаткування, застосування освітлювальних установок з високим ККД, сучасним вимогам економічності, що відповідають, технологічності т.д.

Враховуючи всі проблеми, оцінка впливу показників якості електричної енергії надає важливу роль на нормальне функціонування освітлювальних мереж.

Багато досліджень показали: у реальних умовах експлуатації великий вплив на розрядні лампи відіграє якість електроенергії, особливо коливання і відхилення напруги в мережі, відхилення від нормованих параметрів пускорегулюючої апаратури.  Лампи типу ДНаТ запалюватимуться і працюватимуть при напрузі живлення на 10% нижче номінального при правильному типі ПРА, проте для отримання максимального терміну служби і світловидатності напруга живлення мережі і паспортна напруга баласту повинні бути в межах ±3%. Коливання напруги ±5% допустимі в перебігу короткого проміжку часу. У реальних умовах в мережах зовнішнього освітлення це відхилення складає від -11 до +11%, що призводить до різкого зниження терміну служби розрядних ламп.

Напруга на виводах ламп не повинна бути вище 105% і нижче 95% номінальної напруги (ГОСТ 13109-97). Тривалість терміну служби у розрядних ламп, в основному, обмежується зменшенням емісійної здатності активних електродів, що викликає супутнє і таке, що укорочує термін служби збільшення напрузі горіння впродовж терміну роботи лампи. Тому бажано знижувати струм лампи з підвищенням напруги, тобто забезпечувати роботу лампи з постійною потужністю. У ідеалі, для розрядних ламп необхідний струмовий баласт з обмеженням потужності, так, щоб рівень номінальної потужності не перевищувався в процесі експлуатації лампи, в меншій мірі це відноситься до ламп низького тиску, наприклад, ЛЛ або КЛЛ, напруга на яких може значно змінюватися лише в самому кінці терміну служби. Зниження напруги на 1% викликає зменшення світлового потоку ламп розжарювання на 3-4%, люмінісцентних ламп - на 1,5%.

Перенапруження мережі приводить до збільшення споживаної енергії освітлювальними установками. При підвищенні напруги на 10% у ламп розжарювання викликає збільшення споживаної потужності на 16,4%, а у люмінісцентних ламп - на 20%. Це викликає значне скорочення терміну служби ламп і збільшення кількості ламп необхідних для експлуатації освітлювальних приладів. При перенапруженні мережі на 3% відносний термін служби скоротиться до 66,2%, а при перенапруженні мережі на 10% - до 7,8% від номінального у ламп розжарювання і у розрядних ламп відповідно при 3% до 90%, а при перенапруженні 10% відносний термін служби скоротиться до 73%.

Для усунення впливу низької якості електроенергії на ефективність освітлювальних мереж необхідно застосовувати окремі трансформатори для освітлювального навантаження і компенсуючі пристрої, що включаються і відключаються строго по добовому графіку.

По даним досліджень, отриманими співробітниками Харківської національної академії міського господарства порушення по сталому відхиленню напруги зафіксовані на 70% об'єктів вимірювань, причому на 34% об'єктів зафіксовані порушення гранично допустимих значень. Пікові значення параметра 13% і -47% від номіналу при уставках ±5%  (нормально допустиме значення - НДЗ) і ±10 (гранично допустиме значення - ГДЗ).

Для вимірювань використовувався багатофункціональний вимірник показників якості електричної РЕСУРС – UF2M.

Виходячи з вище сказаного можна зробити виcновок, що контроль і важливість вимірювання показників якості електричної енергії відіграє велику важливість на роботу освітлювальних мереж.

1.3. Порівняльна характеристика приладів, що вимірюють показники якості електричної енергії

Постійно зростаючі вимоги до якості електропостачання споживачів, необхідність контролю якості електричної енергії в електричних мережах і цілий ряд інших подібних проблем ставлять завдання створення і швидкого впровадження в практику експлуатації електричних мереж, спеціалізованих приладів для реєстрації комплексу параметрів їх режимів, необхідних для вирішення вказаних питань. Далі мова піде про малогабаритні прилади, що дозволяють реєструвати графіки навантаження споживачів в часі, оперативно перевіряти системи обліку електроенергії безпосередньо на об'єктах, вимірювати і аналізувати параметри режимів мережі, показники якості електроенергії (ПЯЕ) і так далі. Такі прилади повинні володіти достатньо високим «інтелектом» і відповідати цілому ряду спеціальних вимог.

У своїй роботі як приклад, для ілюстрації функціональних особливостей таких приладів, використана серія з 3 спеціалізованих приладів: аналізатор електричної енергії «РМ 175» компанії SATEC (Ізраіль-США), вимірювач показників якості електричної енергії Ресурс-UF2M-3T52-5-100-1000 науково-виробничого підприємства "Энерготехника" (м. Пенза) та «ЭРИС-КЭ.02» випускається ВАТ "Энергоконтроль" розробленого Московським енергетичним інститутом.

Прилади, призначені для проведення комплексних енергетичних обстежень електричних мереж, повинні реєструвати графіки зміни напруги, активної і реактивної потужностей, вимірювати ПЯЕ ГОСТ 13109-97, а також цілий ряд інших параметрів. По технічному виконання їх необхідно виконувати в окремих пластмасових корпусах з метою їх можливості використання як самостійно, так і у складі інших інформаційно-обчислювальних комплексів. Прилади повинні бути забезпечені інтерфейсами зв'язку RS-232 і RS-485, мати сервісне програмне забезпечення на ПЕОМ для зручнішого перегляду результатів, їх аналізу і тривалого зберігання.

Важливою характеристикою приладів є обов'язкова наявність струмових вимірювальних ланцюгів. Окрім реєстрації графіків активних і реактивних потужностей на основній гармоніці 50 Гц, це дає також можливість реєструвати активні і реактивні складові потужностей спотворень з урахуванням напряму їх протікання. Якщо за сталі відхилення напруги і відхилення частоти відповідальність, як правило, цілком несе електрозабезпечуюча організація, то несиметрія напруги і несинусоїдальність можуть виникати як з вини електрозабезпечуючої організації, так і з вини споживачів, у разі наявності у останніх нелінійних спотворюючих навантажень. Визначення джерела спотворення здійснюється на основі аналізу потужностей спотворень як по окремих гармоніках для несинусоїдальності напруги, так і по прямій і зворотній послідовності для несиметрії напруги. Це необхідно для вирішення можливих суперечок між споживачем і електрозабезпечуючою організацією про винуватця спотворень, що вносяться, а також для пошуку і визначення джерел спотворень в електричній мережі.

Для зручності користування прилади доцільно забезпечувати роз'ємними струмовимірювальними кліщами, що дозволяють підключати струмові вимірювальні ланцюги приладу не тільки «у врізання» трансформаторів струму, але і безпосередньо на струмоведучі шини без порушення їх цілісності.

Іншою важливою характеристикою приладів є можливість вимірювання електричної енергії за фіксований інтервал часу. Це дозволяє використовувати дані прилади для перевірки систем обліку електроенергії безпосередньо на об'єктах без їх попереднього відключення і демонтажу.

Дані прилади повинні не тільки вимірювати ПЯЕ, але і додатково контролювати одночасно дві складові активної потужності, активну потужність по першій гармоніці і активну потужність з урахуванням всіх потужностей спотворення. Їх зіставлення дозволить оцінити, яким приладом краще вимірювати ПЯЕ  енергії і як вони впливають на освітлювальні мережі.

1.3.1.  «ЭРИС-КЭ.02»

Рис. 1.1 Зовнішній вигляд приладу «ЭРИС-КЭ.02»

ПРИЗНАЧЕННЯ І СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ

Вимірювач показників якості електричної енергії ЭРИС-КЭ.02 призначений для вимірювання показників якості електричної енергії, встановлених  ГОСТ 13109-97 і похідних від них.

Сфера застосування:

а) контроль ЯЕ в однофазних і трифазних електричних мережах з номінальною частотою 50 Гц  і системах енергопостачання загального призначення;

б) обстеження електромереж підприємств (енергоаудит);

в) вимірювання активної і реактивної енергії як лічильник електричної енергії відповідно до ГОСТ 30206-94 та ГОСТ 26035-83.

ОПИС

На теперішній час ЭРИС-КЭ.02 є єдиним з приладів, що випускаються в Росії, який вимірює всі 11 показників якості електроенергії, що містяться в ГОСТ 13109-97, зокрема вимірює дозу флікера і імпульсну напругу. Має по 4 вхідних канали для напруги і для струмів, що дозволяє досліджувати питання електромагнітної сумісності в сучасних п'ятидротяних мережах 0,4 кВ, які останнім часом знаходять наймасовіше застосування в системах електропостачання різних адміністративно-технічних споруд і в побутовому секторі. Забезпечений алфавітно-цифровим і графічним дисплеями. Наявність останнього зручно для правильної фазіровки приладу при підключенні, при експрес-аналізі отримуваних результатів на місці, оскільки він дозволяє проглядати безпосередньо на приладі графіки зміни різних параметрів в часі: векторні діаграми струмів і напруги, гістограми різних ПЯЕ, спектри гармонік і іншу необхідну інформацію. Незалежна пам'ять розрахована на зберігання всіх результатів вимірювань за останні півтора місяці.

При проведенні вимірювань ПЯЕ на предмет відповідності ЯЕ ГОСТ 13109-97 вся інформація групується на інтервалах 0,5 години (за бажанням замовника інтервали можуть бути збільшені до 1, 2, 4 і більше годин), усередині яких визначаються всі ПЯЕ, будуються гістограми їх характеристик, усереднені спектри гармонік і так далі. Також проводиться аналогічна обробка інформації на інтервалі доба, місяць, де визначаються величини Т1 і Т2 для всіх характеристик, верхні і нижні межі інтервалу, в якому знаходяться 95 % зміряних значень ПЯЕ на завершеному інтервалі усереднювання, найбільші і середні арифметичні значення, найменші значення для характеристик, які можуть набувати як позитивних, так і негативних значень, а також інші характеристики, потрібні ГОСТом.

Вимірювач забезпечує формування і зберігання в незалежній пам'яті масивів архівної інформації на інтервалах перегляду, рівних по тривалості інтервалам усереднювання, добі, місяцю. Об'єм незалежної пам'яті дозволяє зберігати архів завглибшки до восьми тижнів - для інтервалів усереднювання 0,5 г і до двох років - для інтервалів 12 г.

Для проведення досліджень електромагнітної сумісності є два додаткові режими роботи, коли всі ПЯЕ розраховуються послідовно на інтервалах або 3 с, або 60 с. Отримані результати, на відміну від «ГОСТівських» вимірювань, в приладі заздалегідь не обробляються, а просто запам'ятовуються у всьому об'ємі незалежної пам'яті у вигляді послідовних масивів. Далі ця інформація переноситься в ПЕВМ, де може бути переглянута і оброблена відповідно до необхідних користувачеві алгоритмів.

Крім того, є ще один додатковий режим - «цифровий осцилограф», коли на інтервалі 10 - 20 періодів першої гармоніки з дискретністю 256 крапок на період здійснюється запис миттєвих значень напруги і струмів по всіх вхідних каналах. Після цифрової обробки результати вимірювань і службова інформація відображаються на цифровому і графічному дисплеї або за допомогою зовнішньої ЕОМ. Запуск такого режиму здійснюється або вручну, або за заздалегідь заданою ознакою (або їх сукупності) - «розрахунковим обуренням», наприклад, при зниженні напруги нижче заданого рівня, перевищенні коефіцієнта несинусоїдальності заданого рівня і так далі при цьому запам'ятовуються періоди як до початку розрахункового обурення, так і безпосередньо після нього. Даний режим роботи приладу необхідний як для реєстрації різних аварійних і перехідних режимів в електричних мережах з метою їх подальшого аналізу, визначення причин виникнення і вживання відповідних заходів по їх недопущенню надалі, так і для дослідження різних питань електромагнітної сумісності.

Окрім нормованих ПЯЕ, встановлених в ГОСТ 13109-97, прилад вимірює також допоміжні параметри електроенергії, такі як частота повторень змін напруги і частота появи провалів напруги, тривалість імпульсу і тимчасового перенапруження, глибина провалу напруги. ЭРИС-КЭ також визначає по інтервалах вимірювань відносний час перевищення нормально допустимих і гранично допустимих нормованих значень ПЯЕ. Це час, встановлений “Інструкцією про порядок розрахунку за теплову і електричну енергію”, визначає знижки (надбавки) до тарифів залежно від якості електроенергії, що відпускається.