К основным задачам контроля качества электроэнергии (ККЭ) относятся: обнаружение помех и их оценка [1–3]; регистрация измеренных числовых характеристик в целях обработки и отображения результатов [4–7]; оценка измеренных значений показателей качества электроэнергии на соответствие установленным требованиям [8–9]; определение источника помех [10–11]; проведение коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем электроэнергии [12–16]. Для организации измерений необходимо определить вид контроля, точку осуществления измерений и виды контролируемых показателей качества электроэнергии (ПКЭ). В зависимости от длительности наблюдения можно выделить два вида организации контроля: периодический [17–22] и постоянный [23–26]. Отличие постоянного контроля от периодического заключается в непрерывности времени измерений и обработки результатов [27–32].
Возможны два варианта реализации поставленной задачи по контролю качества электроэнергии: система мониторинга, основанная на методах виртуального моделирования физических процессов; система мониторинга, основанная на применении контрольно-измерительных приборов. На сегодняшний день методы виртуального моделирования широко применяются во всех областях науки и производства, так как они позволяют оперативно и с наименьшими затратами определить определенные параметры конечного результата. Основным преимуществом второго варианта ККЭ является высокая точность, так как метод основан на измерениях физических величин. Также исследования, направленные на использование этого метода, позволяют определить принципиально новые требования к приборам учета и мероприятиям, обеспечивающим оптимизацию ККЭ [33].
Объектом исследования и анализа в настоящей статье являются показатели качества электроэнергии (а именно напряжение) учебно-лабораторного корпуса Политехнического института (филиала) ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Мирном [34–35]. Измерения ПКЭ проводились в рамках научно-исследовательской деятельности студенческого научного кружка «Энергоаудитор», функционирующего на базе учебно-научной исследовательской лаборатории электромагнитной совместимости и качества электроэнергии при кафедре электроэнергетики и автоматизации промышленного производства [36].
Измерения напряжения и дальнейший анализ результатов проводились согласно требованиям ГОСТ 32144-2013 (EN 50160:2010, NEQ) [37] с использованием приборов ELSPEC G-4400 BlackBox. Приборы были установлены в двух местах: в узле ввода учебно-лабораторного корпуса (УЛК) и на вводном щите одной из лабораторий [38–40].
В качестве результатов измерений приведем данные, относящиеся к продолжительным изменениям характеристик и к случайным событиям: медленные изменения напряжения, колебания напряжения и фликер, несинусоидальность и несимметрия напряжения, прерывания напряжения, провалы и перенапряжения, импульсные напряжения. Измерения согласно требованиям ГОСТ проводились в течение семи дней. Допустимые отклонения измеряемых параметров напряжения приведены в таблице.
Допустимые отклонения напряжения
|
№ п/п |
Показатель |
Максимально допустимое отклонение в течение 95 % времени интервала измерения |
Максимально допустимое отклонение в течение 100 % времени интервала измерения |
Продолжительность измерения |
|
1 |
Медленные изменения напряжения |
– |
+/– 10 % от номинального |
1 неделя (1008 интервалов времени измерений по 10 минут каждый) |
|
2 |
Колебания напряжения и фликер: |
|||
|
Кратковременная доза фликера |
– |
1,38 |
1 неделя (интервал времени 10 минут) |
|
|
Длительная доза фликера |
– |
1,0 |
1 неделя (интервал времени 2 часа) |
|
|
3 |
Несинусоидальность напряжения: |
|||
|
Гармонические составляющие напряжения (значения суммарных коэффициентов при напряжении 380 В) |
8,0 % |
12,0 % |
1 неделя (интервал времени 10 минут) |
|
|
4 |
Несимметрия напряжения: |
|||
|
Коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности |
2 % |
4 % |
1 неделя (интервал времени 10 минут) |
|
|
Коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой последовательности |
2 % |
4 % |
1 неделя (интервал времени 10 минут) |
|
Рис. 1. Схемы подключения ELSPEC G-4400 BlackBox к трехфазной сети
Рис. 2. Общая информация в окне браузера с прибора ELSPEC G-4400 BlackBox
Возможные схемы подключения анализаторов ELSPEC G-4400 BlackBox к трехфазной четырехпроводной электрической сети приведены на рис. 1.
Для наглядного отображения измеряемых параметров в онлайн-режиме используется браузерное приложение прибора (рис. 2).
Результаты измерений
Измерения проводились в течение семи дней (согласно требованиям ГОСТ) с 29 марта по 04 апреля 2017 г. Поставщиком электроэнергии для учебно-лабораторного корпуса являются Западные электрические сети (филиал) ПАО АК «Якутскэнерго». Результаты измерений и их дальнейший анализ для наглядности условно будем разделять на рабочие и выходные дни.
1. Медленные изменения напряжения: фазные напряжения – как в рабочие, так и в выходные дни показания на фазах А, В и С не превышают допустимого значения (рис. 3); межфазные напряжения – как в рабочие, так и в выходные дни показания на фазах АВ, ВС и АС не превышают допустимого значения (рис. 4).
Рис. 3. Среднее значение фазных напряжений за период измерения
Рис. 4. Среднее значение межфазных напряжений за период измерения
2. Колебания напряжения и доза фликера: за весь период измерений в рабочие и выходные дни показания кратковременной и длительной доз фликера не превышают допустимого значения.
3. Несинусоидальность напряжения: показания коэффициентов n-ых гармонических составляющих и суммарный коэффициент и в рабочие и в выходные дни за весь период измерений не превышал допустимых значений для всего ряда гармоник трехфазной сети.
4. Несимметрия напряжения: коэффициенты несимметрии по обратной и по нулевой последовательностям и в рабочие и в выходные дни не превышали допустимых значений.
5. Случайные события: за период измерений наблюдалось 2 провала напряжения, оба были зафиксированы в рабочие дни – 31 марта около 02:00 и 03 апреля около 05:00. Второй провал был значительнее первого, и ему предшествовали менее значительные снижения напряжения, не выходящие за нормы. В случае первого провала отклонения от норм ГОСТ составили 14,5 %, при втором провале – 21,8 %. Формы напряжения при провале представлены на рис. 5 и 6 соответственно для фазных и межфазных напряжений.
Рис. 5. Формы фазных напряжений при провале 31 марта около 02:00 часов
Рис. 6. Формы межфазных напряжений при провале 31 марта около 02:00 часов
Рис. 7. Детали данных при контроле качества электроэнергии
Заключение
В заключение подведем итоги по соответствию измеренных показателей качества электроэнергии (относящихся к напряжению) требованиям ГОСТ 32144-2013 (EN 50160:2010, NEQ). Как в рабочие, так и в выходные дни соответствие качества электроэнергии выполняется. Результаты измерений, относящиеся к продолжительным изменениям характеристик, полностью соответствуют требованиям ГОСТ. Результаты измерений, относящиеся к случайным событиям, несмотря на ряд провалов напряжения, также соответствуют требованиям ГОСТ, так как время несоответствия за весь период измерений составляет 1,9 % при допустимых 5 % (рис. 7).
Таким образом, можно сделать вывод, что качество электроэнергии в учебно-лабораторном корпусе полностью соответствует требованиям ГОСТ 32144-2013 (EN 50160:2010, NEQ). Поскольку провалы напряжения были зафиксированы в ночное время, это говорит о том, что они не связаны с работой (запуском, остановкой, регулированием) какого-либо лабораторного оборудования (вентиляторных и насосных установок, станков, стендов автоматизированного электропривода, электроплит столовой), установленного в учебно-лабораторном корпусе [41–43]. Дальнейшие исследования качества электроэнергии будут продолжены. Будут выбраны новые точки присоединения измерителей ПКЭ и использованы новые анализаторы отечественного производства серий «Ресурс» и «Энергомонитор».