Измерение показателей гармоник

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)


Содержание

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 характеристики гармоник (коэффициент мощности, крест-фактор, мощность 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 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-го или 25-го 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

Необходимые измерения проводятся на действующей электроустановке:

  • в качестве предупредительной 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 высокого напряжения);
  • в каждой отходящей цепи главного распределительного щита (или на шинах высокого напряжения).

Для измерений необходимо точно знать условия работы электроустановки и в частности состояние батарей конденсаторов (включены, не включены, количество отключенных ступеней).

Цели анализа

  • Определить необходимость снижения номинальных параметров установленного оборудования.
  • Количественно определить параметры необходимых систем фильтрации и защиты от гармоник, которые должны быть установлены в исследуемой распределительной сети.
  • Обеспечить возможность сравнения измеренных и допустимых значений параметров распределительной сети (максимальные значения гармонических искажений, допустимые значения, номинальные значения).

Использование измерительных устройств

Измерительные устройства служат для индикации как мгновенных, так и установившихся параметров гармоник. Для анализа требуются значения параметров длительностью от нескольких секунд до нескольких минут в течение нескольких дней наблюдений.

Требуемые значения параметров включают в себя:

  • 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.


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).

Преимущества стационарные устройств

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 (предварительного 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 вводным устройством и/или измерительными устройствами, установленными в каждой из отходящих цепей.

  • для корректирующих мер имеются средства, позволяющие:

  -  определить рабочие условия в момент аварийной ситуации;
  -  составить карту распределительной сети и оценить внедренное техническое решение.

Использование специального оборудования для решения изучаемой проблемы повышает качество диагностики.