Измерение качества электроэнергии

В этой статье я подробно расскажу, что такое качество напряжения, и как измерить его характеристики.

Что важно, это будет не теоретическая википедийная статья, а статья, максимально приближенная к реальной жизни.

Это будет возможно сделать благодаря моему партнерству с Инженерной Компанией «Энергопартнер», основная сфера деятельности которой – измерение всевозможных энергетических параметров, в том числе параметров качества электросетей. ИК «Энергопартнер» проводит измерения при помощи Анализатора качества электроэнергии HIOKI 3197.

Этот замечательный прибор уже фигурировал в моих статьях – Падение напряжения в электросети и Работа ИБП в цепях управляющего напряжения.

Без Анализатора качества часто вообще непонятно, что происходит в сети – какие помехи, импульсные перенапряжения и провалы, коэффициент мощности cos φ, и так далее. Приходится действовать наугад, используя свой опыт и эксперименты. А с японцем HIOKI из Нагано всё ясно-понятно.

Если нет анализатора качества – в народе обычно ставят стабилизаторы, но они отнюдь не решают все проблемы, и там не так всё однозначно. Пишу об этом в статьях Про стабилизаторы.

 

Внешний вид анализатора качества

HIOKI 3197 имеет свой ЖК дисплей 240х320, может записывать данные, которые потом скидываются на компьютер. На компьютер ставится программа, в которой всё можно просматривать и анализировать, выложу скриншоты.

В Hioki шунты выглядят так:

Клеммы для измерения напряжения:

При помощи шунтов и клемм прибор получает полную картину того, что происходит в электросети.

Теперь теория, тесно переплетающаяся с практикой.

 

Из чего сделана электроэнергия?

Электроэнергия, которой питается потребитель, имеет несколько параметров, которые мы сейчас рассмотрим. Параметры эти существуют не просто так, сами по себе. Питающая сеть – это система, состоящая из нескольких частей, которые взаимосвязаны и влияют друг на друга. Основные составляющие системы электропитания:

• Генератор (источник) электроэнергии,
• Линия электропередачи,
• Нагрузка.

Нас, конечно же, интересует питание нагрузки. Итак, посмотрим, что мы можем измерить и посмотреть реально в питающей сети:

 

Напряжение

Это – самый важный параметр, определяющий в основном качество и характеристики всей энергосистемы. Будем рассматривать трехфазную систему, не смотря на то, что в быту мы привыкли к одной фазе.

Если читатель не подготовлен, рекомендую мою статью – Чем три фазы отличаются от одной.

Старый ГОСТ 13109-97 “Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения” гласил, что действующее (или среднеквадратическое, что для синуса одинаково) фазное напряжение в питающей сети должно составлять 220 ±10% = 198…242 В. Однако, новый ГОСТ 29322-2014 “Напряжения стандартные” “повысил” напряжение до 230 В ±10 % = 207…253 В.

При этом разрешено действие напряжения и 220, и 230 В (ГОСТ 29322-2014, Табл.1, Прим. а). Линейные напряжения (между фазами) будут соответственно 380 и 400 В.

И ещё дополнение. Согласно ГОСТу 13109-97 (п.5.2), есть нормально допустимое отклонение (±5%), а есть предельно допустимое (±10%) отклонение напряжения от номинального значения. Но этот ГОСТ с 2014 г. не действует.

Действует ГОСТ 32144-2013, согласно которому номинальное напряжение низковольтной сети – 220/380 В, а “положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю” (п.4.2.2).

Также действует ГОСТ Р 50571.5.53–2013, который говорит о номинале 220/380 В (Табл.53А).

Следовательно, поскольку эти ГОСТы действующие, можно сказать, что напряжение должно оставаться в пределах от 198 до 253 В. И понятия “нормальное” и “предельное” отклонение сейчас не используются.

 

Что реально происходит в электросети, видно на экране анализатора качества электроэнергии Hioki 3197:

Напряжение колеблется около среднего уровня 395 В с отклонением 2..3 В за период измерения около 12 минут. Судя по одинаковым провалам на всех фазах, где-то примерно каждые пол минуты на 5-10 секунд включается мощная трехфазная нагрузка. Что бы это могло быть?

Это линейные напряжения, фазные в солидных сетях не измеряются. Но если это нужно, можно легко перевести фазное в линейное напряжение и обратно, используя формулу:

Для понимания – Uл = 380 В, Uф = 220 В, а формула “наоборот” будет выглядеть так:

График, приведенный выше, может записываться в память прибора и длиться до нескольких дней. Таким образом можно проанализировать, как меняется напряжение в течение суток, и подобрать стабилизатор, либо вообще его не ставить.

Кроме того (что очень важно!), можно зафиксировать и посмотреть все “артефакты” на напряжении. Например, скачки напряжения, провалы, пусковые токи, и т.д. Пороги событий устанавливаются в настройках.

Пример экрана, на котором отображены события:

Ток

Когда-то в детстве отец мне купил мой первый тестер – ТЛ-4М, за 40 рублей. Я мерил всё подряд, пока мою голову не посетила “гениальная” идея – измерить ток в розетке. Включил максимальный предел – 3 А, и…

В итоге – выбило пробки, в тестере сгорел шунт, а я понял – что ток измеряется всегда только ЧЕРЕЗ нагрузку. С тех пор средства измерения тока сильно шагнули вперед, и для этого используются только токовые клещи (трансформаторный метод), шунты практически не применяются.

Ток, точнее, его значение, форма и составляющие, значительно зависит от нагрузки. Например, вот как выглядит форма напряжения и тока при работе диммера:

Естественно, присутствуют гармоники тока и напряжения, которыми определяется форма.

Гармоники напряжения и тока можно увидеть в графическом виде, как на скрине выше, так и в виде таблицы – с 1-й до 50-й гармоники. И для однофазной, и для трехфазной сети.

Например, вот такая табличка:

Я же обещал, что прибор интересный? Для пытливого ума.

 

Частота

Все знают, что частота питающего напряжения у нас в розетке равна 50 Гц. Это означает, что 50 раз в секунду всё повторяется. Иначе говоря, длительность периода напряжения равна 20 мс.

Вас когда-нибудь било током? Помните, как трясло тело? Вот – это те самые 50 Гц. Хотя, по моим ощущениям, трясёт с частотой 10-20 Гц. Б-р-р.

Если точнее, то согласно ГОСТ 29322-2014 частота напряжения должна быть 50 ±0,2 Гц. То есть, от 49,8 до 50,2 Гц.

Пожалуй, частота – единственный параметр, на который ничего не влияет. И её стабильность зависит только от работы электростанции.

Вот как график частоты выглядит на экране анализатора качества электроэнергии:

 

 

Коэффициент мощности и гармоники

Это уже другая история, которую я рассказал в другой статье.

 

Заключение

У меня накопились десятки скриншотов и часы графиков параметров электроэнергии. Hioki умеет гораздо больше, чем изложено в этой короткой статье. Например, служить в качестве эталонного электросчетчика и строить график потребляемой мощности, измерять коэффициент мощности cos φ и коэффициент реактивной мощности tg φ.

Естественно, всё это рассказать и показать физически невозможно.

Но кому интересно ознакомиться с возможностями прибора полнее – выкладываю инструкцию по эксплуатации:

• Hioki manual / Инструкция по эксплуатации и подробное описание анализатора качества напряжения HIOKI 3197, pdf, 14.56 MB, скачан: 1291 раз./

Всем добра, приглашаю, как обычно, к общению в комментариях.