Качество электроэнергии в сети электропитания

Промышленность, торговля, медицина, банки и другие поставщики услуг чрезвычайно зависят от электрических и электронных систем. Эти системы во многом влияют на качество электроэнергии, но они также очень чувствительно реагируют на помехи. Таким образом, производственная ответственность всех современных предпринимателей заключается в том, чтобы при любых условиях круглосуточно контролировать свои собственные электрические системы.

Меры должны приниматься сразу при появлении первых признаков плохого качества электроэнергии, таких как перегретые трансформаторы и кабели, чрезмерный ток в нейтральных проводниках без какой-либо причины, срабатывание защитных устройств, мигающие индикаторы, сбои в работе компьютера и проблемы с сетью данных, помехи в телефонных линиях или необъяснимо увеличенные затраты на электроэнергию. Причины могут быть выявлены, а неисправности устранены с помощью соответствующего измерительного оборудования.

Самые важные стандарты качества электроэнергии

В вопросах качества электроэнергии следует учитывать соответствующий стандарт EN 50160 и стандарты по ЭМС серии EN 61000. Стандарт EN50160 описывает наиболее важные показатели надежности электроснабжения, в то время как в стандартах по ЭМС серии EN 61000 определены предельные значения паразитного излучения и устойчивости к помехам, а также процедуры испытаний и измерений. Применимы следующие стандарты:

Источник питания

• EN 50160 Характеристики напряжения электроэнергии, подаваемой от общих электрических систем.

Предельные значения для устройств потребления

• EN 61000-3-2 Гармонический ток (I < 16 А в одной фазе);
• EN 61000-3-12 Гармонический ток (I > 16 A и < 75 A в одной фазе);
• EN 61000-3-3 Изменения напряжения, колебания напряжения и фликер (I < 16 A);
• EN 61000-3-11 Изменения напряжения, колебания напряжения и фликер (I > 16 A и < 75 A в одной фазе).

Контрольно-измерительные процеccы

• EN 61000-4-7 Методы измерений гармоник;
• EN 61000-4-15 Фликерметр. Функциональные и конструктивные требования;
• EN 61000-4-30 Методы измерений показателей качества электрической энергии.

Измерительные приборы MAVOWATT 2XX и MAVOSYS 10 соответствуют классу A по стандарту EN 61000-4-30 и отвечают требованиям к выполнению соответствующих контрольно-измерительных процессов. Стандарт EN 50160 и его отличительные особенности будут подробно рассмотрены далее по тексту.

Договор между электроснабжающими организациями и потребителями — стандарт EN 50160

Стандарт EN 50160 определяет «электрическую энергию» как продукт на основе выбранных характеристик качества напряжения. Каждый европейский потребитель может рассчитывать, что качество напряжения в общественных системах электроснабжения низкого и среднего напряжения будет находиться в указанных пределах. При нормальных условиях эксплуатации стандарт EN 50160 применяется в месте подключения сети общего пользования к потребителю, а также в точке подключения к ней частного энерговырабатывающего оборудования. Контроль этих характеристик в точке подключения к сети и внутри самой сети является важной частью управления системами для электроснабжающих компаний и операторов промышленных электросетей.

Анализаторы напряжения, например серии MAVOWATT компании Gossen-Metrawatt, четко отображают все характеристики, указанные в стандарте EN 50160, и показывают, соответствуют ли они стандарту.

Колебания мощности: причины, последствия и решения

Колебания мощности в сети подтверждаются измерениями анализаторов напряжения. Пользователь получает полезную информацию о типе помех либо непосредственно через результаты измерений, либо косвенно через возникающие последствия. После выявления причины обученные электрики получают полезные рекомендации относительно эффективных методов устранения неполадок.

Переходные процессы

Переходные перенапряжения происходят главным образом в результате операций переключения в пределах сети. Кроме того, причинами пиков напряжения до нескольких кВ является молния, а также сгоревшие предохранители и автоматические выключатели, которые срабатывают из-за короткого замыкания.

Переходные процессы приводят к отказу контроллеров, сбоям в работе компьютеров, разрушению элементов сети, а также обмоток электродвигателя и трансформатора, дуговым пробоям в устройствах и помехам в сигнальных линиях и линиях передачи данных.

Эти проблемы можно успешно устранить путем установки варисторов или конденсаторов для защиты от перенапряжений.

Гармоники

Гармоники представляют собой синусоидальные составляющие сигнала, наложенные на основную частоту напряжения или тока. Отношение частоты гармонической составляющей к частоте сети обозначает номер гармоники h. Целое число кратное частоте сети называется гармоникой. В случае нецелочисленных кратных мы говорим о субгармониках.

Из-за увеличения использования нелинейных потребителей электроэнергии в сетях электропитания появляется все большее количество гармоник. В определенной степени это связано с блоками питания с выходами постоянного тока, которые обычно используются в компьютерах, принтерах, копировальных аппаратах, факсах, низковольтных галогенных лампах и электронных контроллерах. Дополнительные гармонические составляющие возникают из-за электронных балластов для люминесцентных ламп, энергосберегающих ламп, частотных преобразователей для приводных устройств с регулируемой скоростью, приводов постоянного тока и электрических дуговых печей.

Влияние гармоник на сеть включает в себя увеличение потерь, сбои в работе и отказ электрооборудования и систем. Очевидно, что нелинейные потребители электроэнергии особенно чувствительны к гармоникам. В этом контексте особое внимание необходимо уделять нейтральному проводнику, через который сбрасываются все гармонические токи с номерами гармоник, кратными трем. Синфазные составляющие складываются в нейтральном проводнике и могут привести к перегрузке, включая опасность возникновения пожара или сбой с уходом напряжения через разомкнутую нейтральную точку и повреждение подключенных устройств. Кроме того, следует соблюдать осторожность при наличии гармонических составляющих с большими номерами — они могут влиять на компенсирующее оборудование и разрушать его конденсаторы из-за перегрева.

Вместо того, чтобы блокировать сети электропитания, что теперь рассматривается как технически устаревшая мера, сейчас для компенсации гармоник используются интеллектуальные активные фильтры.

Субгармоники

Субгармонические напряжения возникают в виде обратного воздействия на сеть мощного эксплуатационного оборудования, преобразование энергии которого происходит с частотой, отличной от частоты сети или, в некоторых случаях, не зависит от 50 Гц. К такому оборудованию относятся асинхронные электродвигатели, приводные устройства с частотными преобразователями, эксплуатационное оборудование с мультициклическими регуляторами и системы дистанционного управления нагрузкой с помощью пульсирующих сигналов звуковой частоты. Как следствие, в системах управления нагрузкой с помощью пульсирующих сигналов возникает фликер и помехи. Это можно устранить, установив соединение в точке с большей мощностью короткого замыкания, улучшая сглаживание в промежуточных цепях преобразователей или используя режекторные фильтры.

Колебание напряжения

Колебаниями напряжения называются изменения среднеквадратичного значения напряжения. Они делятся на медленные изменения напряжения в течение дня, продолжительность которых может измеряться в секундах или минутах, и отдельные быстрые изменения напряжения с продолжительностью в секундном и миллисекундом диапазоне. Частые быстрые изменения напряжения воспринимаются как фликер и описываются в соответствующем разделе. Источниками колебания напряжения являются машины и оборудование с большими изменениями нагрузки, которые используются в сетях электропитания с минимальной мощностью короткого замыкания. В результате — нарушение нормальной работы, снижение мощности машин, снижение производительности и колебания качества производства. Этого можно избежать за счет использования систем стабилизации напряжения.

Провалы напряжения

В случае провалов напряжения среднеквадратичное значение напряжения уменьшается до уровня от 1 % до 90 % от номинального напряжения, что обусловлено краткосрочными чрезмерными системными нагрузками, особенно в сетях с минимальной мощностью короткого замыкания. Это вызвано чрезмерным пусковым током больших электродвигателей, который намного превышает номинальный ток. То же самое касается электродвигателей, которые необходимо запускать с большими нагрузками. В результате происходит отключение систем из-за перегрузки по току, выключение устройства из-за пониженного напряжения, нарушение работы контроллеров и простой электродвигателей. Эффективное улучшение обеспечивается за счет использования компенсации пускового тока, ограничения тока при запуске двигателя с помощью соединения "звезда", соединения "треугольник" или схем плавного пуска и увеличения мощности короткого замыкания сети.

Фликер

Быстрые и частые изменения нагрузки влияют на напряжение сети и приводят к мерцанию освещения, что раздражающе воздействует на человека. Это вызывает усталость глаз, дискомфорт и головокружение. Самыми распространенными источниками фликера являются сварочные аппараты, электрические и дуговые печи, рентгеновское оборудование, ветросиловые турбины и приводные устройства с прерывистыми нагрузками, такие как прессы, штамповочные машины, измельчители, краны и подъемники.

Для компенсации фликера необходимы компенсационные системы. С помощью специального управляющего оборудования они всего за несколько миллисекунд включают или выключают необходимую компенсационную аппаратуру, а также динамические регуляторы. Эту проблему также можно устранить путем изоляции сети освещения, подключения к другой фазе или с помощью отдельного трансформатора.

Асимметрия

Из-за неравномерного распределения однофазных и использования двухфазных потребителей электроэнергии трансформаторы и сети электропитания испытывают асимметричную нагрузку. Активная нагрузка потребителя энергии приводит к неравномерному фазовому напряжению, а реактивная нагрузка вызывает фазовый сдвиг, который отклоняется от идеального значения 120°. Как следствие, возникают повышенные потери, шумное гудение трансформатора и неустойчивый режим работы электродвигателя, что приводит к более высоким потерям и сокращению их срока службы из-за тепловой перегрузки и износа подшипников. В результате неопределенной компенсации реактивного тока также возникают высокие затраты на него. Асимметрию можно компенсировать с помощью сбалансированной фазовой нагрузки, увеличения мощности короткого замыкания сети или систем динамического контроля симметрии. Для компенсации реактивного тока должны использоваться системы с регулировкой асимметрии.

Анализаторы напряжения компании Gossen-Metrawatt — всегда правильный выбор

Существует только одно убедительное решение многочисленных проблем, с которыми сталкиваются пользователи в области электроснабжения - MAVOWATT и MAVOLOG — разнообразные инструменты анализа напряжения питания для обеспечения качества электроэнергии в сети электропитания. С помощью этих инновационных изделий можно регистрировать все соответствующие измеряемые параметры, которые являются решающими для обеспечения качества электроэнергии источника питания. Колебания и события могут быть легко выявлены, задокументированы и проанализированы с учетом применимых стандартов — идеальной основы для устойчивой оптимизации. Оптимизация повышает надежность работы, обеспечивает стабильное качество продукции и гарантирует высокий уровень экономической эффективности. А стабильная электрическая система обеспечивает истинное чувство безопасности.