Порівняльна характеристика приладів, що вимірюють показники якості електричної енергії

Виходячи з досвіду роботи в даній області [20] і логіки розвитку подій, найбільш масове застосування повинен знайти максимально  функціональний і недорогий прилад, що орієнтований на проведення комплексних енергетичних обстежень насамперед самим персоналом мереж і промислових підприємств, дозволяє реєструвати і аналізувати графіки навантажень, оперативно перевіряти системи обліку, вимірювати основні ПЯЕ в мережі. Враховуючи, що ці завдання, як було показано раніше, нерозривно зв'язані між собою, наявність одну, що поєднує в собі одночасно всі ці функції, є гостро необхідним тому з розглянутих приладів хотілося б виділити  аналізатор електроенергії PM175 компанії SATEC оскільки він володіє найбільш широким і функціональним спектром вимірювань, особливо для вимірювання ПЯЕ та інших показників, що впливають на освітлювальні мережі, а також має можливість налаштування приладу на будь-який стандарт в тому числі і ГОСТ 13109-97.

Схеми електричного підключення

Рис. 1.4 4х-дротяне сполучення зіркою, що використовує 3 трансформатори      напруги і 3 трансформаторів струму (3 елементи)

Рис. 1.5 Тридротяне з'єднання відкритим трикутником, що використовує 2 трансформатори напруги і 2 трансформатори струму ( 2 елементи )

                             Розташування клем з'єднувачів і роз'ємів     

Рис. 1.6 З'єднувачі - вид ззаду

1.4. Обробка отриманих даних

З отриманих даних вимірювання ПЯЕ зробленими співробітниками ХНАМГ (Протокол вимірювань, додаток Б) можна наочно зобразити відхилення деяких показників якості, від ГОСТ 13109-97, що впливають на роботу освітлювальних мереж. Дивитися рис. 1.7 – 1.10.

Рис. 1.7  Відхилення лінійної напруги

З графіку видно що відхилення лінійної напруги виходить за межі нормально допустимих, згідно із стандартом на протязі не менше 95 % часу кожної доби фазна напруга повинна знаходитися в діапазоні 209-231 В (відхилення 5 %), останні 5 або менше відсотків часу кожної доби напруга може змінюватися від 198 до 242 В (відхилення 10 %).

Слід зазначити одне просте, але дуже важливе правило, загальне для будь-яких ЕП: при підвищенні напруги понад номінальної відбувається перевитрата електроенергії в порівнянні з рівнем її споживання в номінальному режимі роботи електроустаткування.

Освітлювальні прилади належать до ЕП, надзвичайно чутливих до коливань напруги, особливо лампи розжарювання.

Простий і дуже наочний приклад - термін служби звичайної лампочки розжарювання скорочується на 70%, якщо напруга її живлення вище номінальної всього на 10 %, а газорозрядні лампи ДНаТ при такій напрузі на 34 % збільшують споживання енергії.

При однакових коливаннях напруги негативний вплив ламп розжарювання виявляється в значно більшій мірі, чим газорозрядних ламп. Коливання напруги більше 10 % можуть привести до згасання газорозрядних ламп. Запалення їх залежно від типу ламп відбувається через декілька секунд і навіть хвилин.

Коливання напруги викликають мигання ламп розжарювання (флікер-ефект), що породжує неприємний психологічний ефект у людини, стомлення зору і організму в цілому. Це веде до зниження продуктивності праці, а у ряді випадків і до травматизму.

              Найбільш сильну дію на око людини надають мигання з частотою 3 - 10 Гц, тому допустимі коливання напруги в цьому діапазоні мінімальні - менше 0,5 % .

Рис. 1.8  Відхилення частоти

З графіку видно що частота знаходиться в нормально допустимих межах ±0,2 %.  Згідно із стандартом на протязі не менше 95 % часу кожної доби частота повинна знаходитися в межах 49.8-50.2 Гц, останні 5 або менше відсотків часу кожної доби частота може змінюватися від 49.6 до 50.4 Гц. Допускаються також сильніші зміни частоти: від 49.5 Гц до 51 Гц, але загальна тривалість таких змін не повинна перевищувати 90 годин за рік.

Жорсткі вимоги стандарту до відхилень частоти живлячої напруги обумовлені значним впливом частоти на режими роботи електроустаткування, хід технологічних процесів виробництва і, як наслідок, техніко-економічних показників роботи промислових підприємств.

Електромагнітна складова збитку обумовлена збільшенням втрат активної потужності в електричних мережах і зростанням споживання активної і реактивної потужностей. Відомо, що зниження частоти на 1 % збільшує втрати в електричних мережах на 2 %.

Такі ЕП, як лампи розжарювання, печі опору, дугові електричні печі на зміну частоти практично не реагують.

Підтримка нормальної частоти, відповідної вимогам стандарту є технічною, а не науковим завданням, основний шлях вирішення якої - введення генеруючих потужностей з метою створення резервів потужності в мережах енергозабезпечуючих організацій.

Рис. 1.9  Коефіцієнти несинусоїдальності фазної напруги

Рис. 1.10  Коефіцієнти несинусоїдальності міжфазної напруги

Вплив несинусоїдальності напруги

З графіків видно, що коефіцієнти несинусоїдальності напруги (фазної та між фазної ) не виходять за межі допустимих, згідно із стандартом на протязі не менше 95 % часу кожної доби коефіцієнт несинусоїдальності не повинен перевищувати 5 %. Останні 5 або менше відсотків часу кожної доби коефіцієнт несинусоїдальності має бути не більше 10 %.

ЕП з нелінійними вольт-амперними характеристиками споживають з мережі несинусоїдальні струми при підведенні до їх затисків синусоїдальної напруги. Струми вищих гармонік, проходячи по елементах мережі, створюють падіння напруги в опорах цих елементів і, накладаючись на основну синусоїду напруги, приводять до спотворень форми кривої напруги у вузлах електричної мережі. У зв'язку з цим ЕП з нелінійною вольт-амперною характеристикою часто називають джерелами вищих гармонік.

Струми 3-ої і 5-ої гармонік газорозрядних ламп складають 10 і 3 % від струму 1-ої гармоніки. Ці струми співпадають по фазі у відповідних лінійних проводах мережі і, складаючись в нульовому дроті мережі 380/220 В, обумовлюють струм в нім, майже рівний струму у фазному дроті. Рештою гармонік для газорозрядних ламп можна нехтувати.

1.5. Пропозиції щодо покращення показників якості, що впливають на освітлювальні мережі

Для покращення показників якості електричної енергії, що впливають на роботу освітлювальних мереж, слід впроваджувати прилади по використанню автоматичного регулювання напруги для систем електричного освітлення. До таких приладів можна віднести автоматичні регулятори напруги, стабілізатори напруги, джерела безперебійного живлення та інші.

Оскільки в переважній більшості міських і промислових електричних мереж, від яких живляться системи вуличного і внутрішнього освітлення, особливо у вечірній і нічний час, напруга в мережі вище номінальної на 5 - 10 %. Це приводить до значного прискорення зносу освітлювального устаткування, різкого   скорочення терміну служби електричних ламп, їх підвищеного електроспоживання на 15-30 % в порівнянні з номінальною напругою живлення.

              Додатковим джерелом перевитрати електроенергії на освітлення є запізнювання відключення освітлення в порівнянні з настанням світлого часу вранці, а також передчасне включення освітлення увечері. Це пояснюється тим, що автоматика включення-відключення регулюється з достатньо великим інтервалом часу , а зміна часу доби відбувається щодоби.

              Пропоную розглянути основні питання, які можуть вирішувати автоматичні регулятори напруги на прикладі вуличного стабілізатора ВАТ«НПП ИНТЕПС».

Стабілізатори вуличного виконання конструктивно виконані в міцному в, волого- пиленепроникному корпусі, адаптовані до сезонних перепадів температур, не вимагають установки в спеціальному приміщенні, можуть бути прикріплені до стовпа освітлення або опори повітряної лінії, а їх невеликі розміри максимально полегшують переміщення і монтаж. Клас виконання IP33 робить стабілізатори абсолютно безпечними для користувача.

Стабілізатори вуличного виконання можуть використовуватися для забезпечення якісним електроживленням різних об'єктів побутового і промислового призначення, наприклад, котеджів, приватних будинків, будівельних майданчиків і тому подібне Особливо рекомендовано їх використання для систем освітлення різних територій.

Основні характеристики:

•    Потужність от 3 кВА до 300 кВА;

•   Мікропроцесорна система управління;

•    Стабілізація вихідної напруги  ±1,4%;

•    Діапазон вхідної напруги – від 135 до 280 вольт;

•     ККД > 97 %;

•   Мінімальна потреба в технічному обслуговуванні.

        автоматичне включення і відключення освітлення відповідно до необхідної тривалості роботи освітлення для кожної доби протягом року.

Очікувані результати при правильно вибраному стабілізаторі (усередненні):

        зниження споживання електроенергії на освітлення при збереженні нормативних вимог до освітленості об'єктів ( в середньому на 20 % );

        зниження споживання електроенергії за рахунок виключення її перевитрати із-за невчасного включення-відключення освітлення ( близько 5 %);

        збільшення терміну служби електричних ламп і іншого освітлювального устаткування ( у 1,5 - 2 рази).

Графіки (рис.1.12 - 1.15) результати споживання потужностей різними типами ламп при використанні вуличного стабілізатора ВАТ«НПП ИНТЕПС» .

Рис. 1.12 Графік зміни напруги в часі в мережі 0,4 кВ

Рис. 1.13 Споживання активної потужності лампами типу ДРЛ 400 і 250

Рис. 1.14 Споживання активної потужності лампами NaHJ 400 і 250

Рис. 1.15 Люмініцентні лампи (1), Лампи розжарювання (2)

Висновки

На підставі аналізу складу завдань, що виникають при обстеженнях ЯЕЕ в електричних мережах, сформовані основні функціональні вимоги до приладів, призначених для таких обстежень.

Облік електричної енергії, аналіз режимів роботи електричних мереж нерозривно пов'язані з аналізом показників якості електричної енергії і складають єдине комплексне завдання, що обов'язково повинне бути враховане при розробці приладів для контролю показників ЯЕЕ в електричних мережах.

В своїй роботі я розглянув три прилади різних фірм виробників, різних цінових категорій, різного виконання (стаціонарних та переносних).

Всі розглянуті прилади придатні для вимірювання показників якості електричної енергії згідно ГОСТ 13109-97. Але я хочу виділити аналізатор електроенергії PM175 компанії SATEC оскільки він володіє найбільш широким і функціональним спектром вимірювань, особливо для вимірювання ПЯЕ та інших показників, що впливають на освітлювальні мережі, особливістю якого є можливість налаштування приладу на будь-який стандарт, для будь-якого складу споживачів, в тому числі і ГОСТ 13109-97.

В електричних мережах де необхідно вести безперервний моніторинг ЯЕЕ доцільно використовувати відносно дешевий прилад РМ 175,а для періодичного моніторингу ЭРИС-КЭ.02 або РЕСУРС-UF2M.

З отриманих даних експериментальних вимірювань показників якості електричної енергії, що впливають на роботу освітлювальних мереж, зробленими співробітниками ХНАМГ, результати аналізу показали, що лінійна напруга виходить  за межі гранично допустимих значень, а решта вимірюваних показників знаходиться в межах нормально допустимих значень (частота, коефіцієнти спотворення синусоїдальності кривої напруги). Підвищення  напруги за межі гранично допустимих меж негативно впливає на роботу освітлювальних мереж, оскільки перенапруження мережі приводить до збільшення споживаної енергії освітлювальними установками. Максимальне значення напруги було зафіксоване в фазі В (243,443 В), це 11,1% від нормально допустимого значення напруги, при такому перенапруженні термін служби ламп розжарювання скоротиться на 7,648 %, а  люмінесцентних на 70,57%.

              В роботі також були запропоновані заходи щодо покращення показників якості електричної енергії що впливають на роботу освітлювальних мереж: це застосування стабілізаторів напруги, окремих освітлювальних трансформаторів, автоматичних регуляторів напруги тощо.