13. Вимірювання
показників якості електроенергії
Сьогодні
в енергосистемах все ширше застосування знаходять вимірювально-інформаційні
системи, які поряд з обліком споживаної електроенергії дають можливість здійснювати
вимірювання та контроль цілого ряду параметрів, що характеризують
електропостачання. Зокрема такі системи дозволяють здійснювати збирання,
опрацювання та накопичення інформації про споживання електроенергії (активної,
реактивної) за окремими підрозділами, агрегатами протягом розрахункового
періоду часу (за добу, місяць, квартал) визначення середнього за певний
проміжок часу (хвилина, година, доба) значення активної та реактивної енергії
та окремо - в години максимуму та мінімуму навантаження енергосистеми;
прогнозування споживання енергії та сигналізацію перевищення заданої споживаної
потужності; вивід інформації в коді для її реєстрації та передавання в систему
АСУ підприємства чи енергосистеми і ін.
Під якістю електроенергії
розуміють ступінь відповідності її параметрів встановленим
нормам значень. Параметром електроенергії
називають величину, яка кількісно
характеризує яку-небудь властивість електроенергії.
Норми якості електроенергії
встановлюють за показниками
її якості - величнами які визначають
якість електроенергії за
одним або кількома її параметрами.
Вимогами міждержавного стандарту ГОСТ
13109-97 встановлено широке
коло норм та показників якості електроенергії, що охоплюють більшість можливих варіантів нормальної експлуатації споживачами електричних мереж.
У практиці аналізу
енергосистем здебільшого використовують групи показників якості електроенергії за такими ознаками:
- відхилення напруги (від номінального
значення);
- коливання напруги;
- несинусоїдальність напруги;
- відхилення частоти;
- провал напруги та тимчасові перенапруги;
- несиметрія напруг (для трифазних мереж).
Відхилення напруги. Відхилення напруги від її
номінального значення характеризується показником усталеного відхилення напруги δUy на виводах приймачів
електроенергії, нормально допустиме
значення якого дорівнює ± 5%, а граничнодопустиме ±10% від номінальної напруги UH0M.
Усталене відхилення напруги
обчислюютьза виразом:
Де - усереднене
середньоквадратичне значення
напруги з N спостережень (не
менше 18 спостережень) за інтервал часу в одну хвилину; UHOM - номінальна лінійна чи фазна напруга.
Здебільшого усталене відхилення напруги δUy визначається за показами автономних цифрових вольтметрів
або як таких, що входять у склад складніших приладів чи інформаційно-
вимірювальних систем.
Коливання напруги. Одним із основних показників, що
характеризують коливання напруги, є розмах зміни напруги δUt.
Розмах зміни напруги визначаютьза формулою:
де Ut та Ut+1 -
значення екстремумів напруги, що визначаються на кожному півперіоді основної
частоти.
Несинусоїдальність напруги. Несинусоїдальність
напруги характеризується коефіцієнтом спотворення форми кривої напруги та
коефіцієнтом n-ї
гармонічної складової. Коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги КU визначається як
де U1 - діюче значення напруги основної частоти; Un — діюче значення n-ї гармоніки.
Оцінюють значення цих коефіцієнтів як результат
усереднення N їх вимірювань на
інтервалі часу в Зс. Кількість вимірювань повинна бути не менше ніж 9.
При цьому основними вимірювальними засобами є спектральні
аналізатори та вимірювачі нелінійних спотворень електричних сигналів. Перші з
них грунтуються на застосуванні системи фільтрів, кожен з яких налаштований на
кратну основній частоту повторення. Останнім часом, завдяки розвиткові
мікропроцесорів, використовують спеціальні алгоритми цифрових фільтрів, що
базуються на опрацюванні миттєвих значень дискретизованих сигналів. Такі
прилади дають змогу отримувати спектральний розклад сигналів електромережі із
задекларованою кількістю n гармонік з точністю не вище ±1%.
Відхилення частоти. Відхилення частоти напруги змінного струму
в електричних мережах характеризується показником відхилення частоти в ± 0,2 Гц як нормально до-пустиме та ± 0,4 Гц як гранично допустиме.
Вимірювання відхилення частоти Δf
здійснюють так. Для кожного і-го спостереження
за встановлений проміжок часу вимірюють дійсне значення частоти і обчислюють
усереднене значення частоти fy як
результат усереднення N спостережень fі на проміжку часу 20 с за формулою
,
Де fном- номінальне значення частоти.
Вимірювачі Δf будуються
здебільшого на основі цифрових схем визначення періоду повторення та частоти
синусоїдальних сигналів. При цьому точність вимірювання знаходиться в межах ±0,05.. .±0,10%.
Провали напруги та тимчасові перенапруги. Провали напруги та тимчасові перенапруги можуть виникати
в результаті перерегулювань систем стабілізації напруги або внаслідок
комутаційних процесів мережі (риє. 12.9).
Явище провалу напруги фіксується в момент часу tв коли
з'являється різке зниження обвідної середньоквадратичного значення напруги на
півперіоді основної частотя нижче від рівня 0,9Uном.
Р. Провал напруги (а); часова
перенапруга (б) та
імпульсне спотворення напруги (в)
Завдяки комутативним та атмосферним явищам в мережі
найчастіше можливі два І види різкого збільшення напруги. Перший з них
характеризується порівняно тривалим (до однієї хвилини) зростанням амплітуди
напруги із збереженням форми сигналу, близької до синусоїдальної (рис. 12.9,6).
Це збільшення напруги називають часовою перенапругою. Початком цього явища вважають
момент різкого перевищення амплітуди напруги Um упродовж
кожного півперіоду значення
l,lUном, причому тривалість
фронту такого зростання напруги
не повинна перевищувати 5 мс. Закінчення перенапруги відбувається в момент повернення
амплітуди контрольованої напруги до значення Uном.
Інтервал між цими моментами часу називають тривалістю
часової перенапруги.
Крім цього, в електричній мережі часто зустрічаються
швидкісні спотворення форми напруги (рис. 12.9,в).
Здебільшого тривалість таких однополярних імпульсів становить Δtімп = 1мкс..5мс. Розрізняють амплітуду власне
імпльса, відокремленого від
кривої синусоїдальної напруги, та максимальне сумарне значення напруги з
урахуванням миттєвого значення синусоїдальної напруг.
Якщо для вимірювання показників часової перенапруги та
провалів напруги здебільшого застосовують спеціалізовані цифрові вольтметри на
основі АЦП та одно-кристальних мікропроцесорів, то для контролю імпульсів
напруги частіше використовують імпульсні вольтметри. Найпростіші, але менш
точні схеми з похибкою вимірювання в межах ± 1,0....±
5,0 % реалізуються за допомогою різних варіантів випрямних схем амплітудного
значення напруги на швидкодіючих напівпровідникових діодах. Застосування
принципів побудови аналогових обчислювальних машин з різними функціональними і
операційними перетворювальними схемами дає змогу точніше виділити момент появи
і закінчення імпульсу на фоні синусоїдального сигналу напруги та визначити
амплітуду імпульсу.