6 Измерение показателей
Устройства, используемые для измерения показателей
Выбор устройств
Традиционные методы контроля и измерений предусматривают использование:
осциллографов
Первые признаки искажений сигнала можно получить, просматривая сигналы тока или напряжения на осциллографе.
Отклонение формы волны от синусоидальной отчетливо указывает на наличие гармоник. На осциллограммах тока и напряжения появляются пики.
Заметим, однако, что данный метод не позволяет точно измерить гармонические составляющие.
аналоговых спектроанализаторов
Они представляют собой комбинацию полосовых фильтров и вольтметра действующих значений, обеспечивают среднее качество измерений и не могут измерять сдвиг фаз. Только последние модели цифровых анализаторов позволяют достаточно точно определить значения всех указанных выше показателей.
Функции цифровых анализаторов
Микропроцессоры цифровых анализаторов:
вычисляют значения показателей гармоник (показателя мощности, пик-фактора, мощности искажений, THD)
выполняют различные дополнительные функции (коррекцию, статистическое обнаружение, управление процессом измерений, отображение, обмен данными и др.)
в многоканальных анализаторах обеспечивают разложение в спектр токов и напряжений практически в реальном времени
Работа анализатора и обработка данных
Аналоговые сигналы преобразуются в последовательность числовых значений.
На основе этих данных алгоритм быстрого преобразования Фурье рассчитывает амплитуды и
фазы гармоник в большом количестве временных окон.
При расчете THD большинство цифровых анализаторов измеряют гармоники до 20-ого или 25-ого порядка.
Обработка последовательных значений, рассчитанных с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (сглаживание, классификация и статистика) может быть проведена самим измерительным устройством или внешним программным обеспечением.
Процедуры гармонического анализа распределительных сетей
Натурные измерения проводятся на промышленной или коммерческой электроустановке:
в качестве превентивной меры с целью получения общего представления о состоянии распределительной сети (составления карты сети)
в связи с принятием корректирующих мер:
для определения причины, источника возмущений и выбора технических решений, необходимых для их устранения
для проверки правильности выбранного решения (после введения изменений в распределительную сеть и проверки снижения доли гармоник)
Режим работы
Ток и напряжение исследуются:
на источнике питания
на шинах главного распределительного щита (или на шинах среднего напряжения)
в каждой отходящей цепи главного распределительного щита (или на шинах среднего напряжения)
Для измерений необходимо знать точные условия работы электроустановки и в частности состояние батарей конденсаторов (включены, не включены, количество отключенных ступеней)
Цели анализа
определить любое необходимое понижение рабочих параметров оборудования электроустановки или
количественно определить параметры любых необходимых систем фильтрации и защиты от гармоник, которые должны быть установлены в исследуемой распределительной сети
обеспечить возможность сравнения измеренных и номинальных значений параметров распределительной сети (максимальные значения гармонических искажений, допустимые значения, номинальные значения).
Использование измерительных устройств
Измерительные устройства служат для индикации как мгновенных, так и долговременных эффектов гармоник. Для анализа требуются значения параметров длительностью от нескольких секунд до нескольких минут в течение нескольких дней наблюдений. Требуемые значения параметров включают:
амплитуды гармоник токов и напряжений
содержание каждой гармоники в токе и напряжении
суммарный коэффициент искажений (THD) форм тока и напряжения
сдвиг фаз между гармониками тока и напряжения для одного и того же порядка и сдвиг фаз гармоник по отношению к базовому сигналу, например, к напряжению основной частоты
6.3 Тщательный контроль гармоник
Показатели гармоник могут быть измерены:
с помощью устройств, постоянно установленных в распределительной сети
или экспертом, проведшим минимум полдня на площадке, на которой размещена электроустановка (что дает ограниченное представление о состоянии электроустановки)
Стационарные устройства предпочтительней
В силу ряда причин предпочтительнее устанавливать в распределительной сети стационарные измерительные устройства:
присутствие эксперта ограничено по времени. Только несколько измерений в разных точках электроустановки и на протяжении достаточно длительного периода (от недели до месяца) позволяют получить общее представление о работе электроустановки и учесть все ситуации, которые могут возникнуть, в частности:
колебания напряжения источника питания
изменения в работе электроустановки
добавление нового оборудования к электроустановке
измерительные устройства, установленные в распределительной сети, обеспечивают получение необходимых данных и облегчают проведение диагностики экспертами, сокращая тем самым количество и продолжительность их посещений.
стационарные измерительные устройства выявляют любые новые возмущения, возникающие после установки нового оборудования, внедрения новых режимов работы или колебаний параметров питающей сети.
Преимущества использования встроенных устройств измерения и обнаружения
Устройства измерения и обнаружения, встроенные в электрическое распределительное оборудование:
для общей оценки (превентивного анализа) состояния сети, избавляют от необходимости:
брать измерительное оборудование в аренду
вызывать экспертов
присоединять и отсоединять измерительное оборудование.
Для общей оценки состояния сети анализ главных низковольтных распределительных щитов может быть часто выполнен входным устройством и/или измерительными устройствами, установленными в каждой их отходящих цепей.
для корректирующих мер имеются средства, позволяющие:
определить рабочие условия в момент аварийной ситуации
составить карту состояний распределительной сети и оценить внедренное техническое решение.
Использование специального оборудования для решения изучаемой проблемы повышает качество диагностики.
L - Обнаружение и устранение гармоник
7 Способы ослабления гармоник
Система PowerLogic (с устройствами Power Meter и Circuit Monitor) и прибор Micrologic обладают всеми необходимыми функциями для обнаружения гармонических искажений
Рис. L14. Устройство Circuit Monitor
Рис. L15. Устройство контроля Micrologic H с функцией измерения гармоник для силовых автоматических выключателей серии Masterpact NT и NW
Измерения - первый этап в установлении контроля загрязнений питающей сети гармониками. В зависимости от условий эксплуатации каждой электроустановки необходимое решение обеспечивается различными типами измерительного оборудования.
Устройства контроля мощности
Система PowerLogic с устройствами Power Meter и Circuit Monitor
Эти изделия обеспечивают возможность высокоэффективных измерений в распределительных сетях низкого и среднего напряжения. Они представляют собой цифровые устройства, обладающие функциями контроля качества электроэнергии.
PowerLogic - комплексная модульная система, состоящая из Power Meter (PM) и Circuit Monitor (CM). Она позволяет удовлетворить широкий диапазон потребностей - от самых простых (Power Meter) до очень сложных (Circuit Monitor). Эти устройства могут применяться в новых или существующих электроустановках, в которых должен поддерживаться высокий уровень качества электроэнергии. Режим их работы может быть локальным и/или дистанционным. В зависимости от места установки в распределительной сети, Power Meter обеспечивает начальную индикацию качества электроэнергии. Основные параметры, измеряемые устройством Power Meter:
суммарный коэффициент гармоник тока и напряжения (THD)
коэффициент мощности.
В зависимости от модели прибора, эти измерения могут быть объединены с функциями отметки времени и аварийной сигнализации.
Устройство Circuit Monitor (рис. L14) выполняет детальный анализ качества электроэнергии, а также анализирует возмущения в распределительной сети. Основными функциями этого устройства являются следующие:
измерения более 100 электрических параметров
хранение в памяти и привязка меток времени к минимальным и максимальным значениям каждого электрического параметра
функции сигнализации, инициируемые значениями электрических параметров
регистрация данных о событиях
регистрация отклонений параметров тока и напряжения
анализ гармоник
регистрация формы сигнала (контроль отклонений)
Micrologic - устройство контроля качества электроэнергии, встроенное в автоматический выключатель
В новых электроустановках устройство контроля Micrologic H (рис. L15), являющееся составной частью силовых автоматических выключателей серии Masterpact, особенно полезно для измерений на вводах электроустановок или на больших отходящих линиях. Устройство контроля Micrologic H обеспечивает точный анализ качества электроэнергии и детальную диагностику происшествий в сети и предназначено для работы совместно с монитором распределительного щита или контролером. Оно может:
измерять ток, напряжение, активную и реактивную мощность
измерять суммарный коэффициент искажений тока и напряжения (THD)
отображать амплитуду и фазу гармоник тока и напряжения до 51-ой гармоники включительно
регистрировать форму волны сигнала (контроль отклонений)
Функции, выполняемые устройством контроля Micrologic H, эквивалентны тем, которые выполняются устройством Circuit Monitor.
Работа устройств контроля качества электроэнергии
Программное обеспечение для дистанционной работы и анализа
В более общей структуре распределительной сети с функциями контроля, имеется возможность объединения различных контрольно-измерительных устройств с помощью сети передачи данных, что позволяет централизовать сбор данных и получить общее представление о возмущениях во всей распределительной электрической сети.
Затем, в зависимости от применения, оператор может провести измерения в реальном времени, рассчитать потребные значения, провести регистрацию форм сигналов, предусмотреть подачу предупредительных сигналов, и др.
Устройства контроля качества электроэнергии передают имеющиеся данные по сетям Modbus, Digipact или Ethernet.
Важная цель этой системы - способствовать выявлению и планированию работ по техническому обслуживанию и ремонту. Она позволяет существенно сократить продолжительность обслуживания и стоимость временно установленных устройств для проведения измерений на электроустановке или выбора параметров оборудования (фильтров).
Программное обеспечение контроля SMS
Программное обеспечение SMS - комплексное программное обеспечение, используемое для анализа распределительных сетей совместно с устройствами, входящими в систему PowerLogic. Оно устанавливается на персональном компьютере и может:
отображать результаты измерений в реальном времени
отображать «исторические» диаграммы за определенный период
выбирать способ представления данных (таблицы, различные графики)
проводить статистическую обработку данных (отображать гистограммы).
