Что подразумевает термин мониторинг качества электроэнергии

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 12.10.2015 2015-10-12

Статья просмотрена: 536 раз

Библиографическое описание:

Сельницын А. С. Мониторинг отклонения напряжения и частоты для определения качества электрической энергии // Молодой ученый. 2015. №20. С. 76-79. URL https://moluch.ru/archive/100/22580/ (дата обращения: 06.01.2020).

В статье рассматриваются принципы использования, методы и приборы для анализа и контроля качества электрической энергии, в частности для мониторинга отклонения напряжения и отклонения частоты электрической энергии. Проводится анализ отдельных результатов измерений; и сравниваются статистические характеристики с установленными нормативными значениями, и осуществляется сравнение различных приборов для анализа параметров качества электрической энергии.

Ключевые слова: параметры качества электрической энергии, отклонение напряжения, отклонение частоты

Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется через качество работы электроприёмников. При неудовлетворительном качестве электроэнергии наблюдаться спад КПД электроприборов и соответственно ухудшаться энергоэффективность. Термин «качество электрической энергии» подразумевает соответствие электрической энергии нормам производства, передачи, распределения электрической энергии.

Согласно [1] нормируется 11 показателей качества электроэнергии: импульсное напряжение, установившееся отклонение напряжения, размах изменения напряжения, коэффициент временного перенапряжения, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, глубина и длительность провала напряжения, отклонение частоты и доза фликера. Наиболее часто встречающимися нарушениями качества энергии являются отклонение частоты и отклонение напряжения.

Отклонение напряжения представляет собой разность между номинальным значением напряжения для данной сети и фактическим значением напряжения в выбранный интервал времени. Если напряжение длительное время выходит из номинального значения, то это приводит к сокращению рабочего ресурса электрических машин и источников электрической энергии. Понижение напряжения более пагубно влияет на потребителей из-за сильного роста токопотребления. При повышении токопотребления техника и электроника выходят из строя [2,3].

Отклонение частоты — это усредненная разность, между номинальным значением и её фактическим значением за 10 минут. Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы согласно [1] допускается не более чем 0,1 Гц . Кратковременные отклонения могут достигать 0,2 Гц. Изменение частоты в малых пределах оказывает колоссальное влияние на работу электропотребителей, а так же на работу электроэнергетических сетей. Снижение частоты ниже номинального значения приводит к увеличению потерь мощности в электроэнергетических сетях и к снижению напряжения в электроэнергетических сетях. Понижение частоты тока приводит к увеличению потерь мощности и напряжения в электросетях и к недовыработке продукции. Изменение частоты существенно снижает качество работы приборов и аппаратов, применяемых в радиотехнике и микропроцессорной технике.

Рис. 1. Временные зависимости отклонения напряжения

Увеличение установленной мощности электроприёмников с нелинейным и несимметричным характером нагрузки, появление новых электротехнических установок сделали искажённые режимы характерной и неотъемлемой чертой работы современной системы электроснабжения. При этом нарушение возможно как со стороны энергоснабжающей организации, так и по вине потребителей.

Для учёта параметров качества электроэнергии используются результаты измерений величины тока, углов фазовых сдвигов, напряжения в течение продолжительного времени, статистической обработки отдельных результатов измерений и сравнении полученных статистических характеристик с установленными нормативными значениями. Поэтому, для того, чтобы определить возможность использования того или иного прибора для контроля параметров качества электрической энергии, необходимо воспользоваться классификацией приборов по числу измеряемых электроэнергетических величин. Приборы классифицируются на измеряющие параметры одной электроэнергетической величины и измеряющие параметры двух и более основных электроэнергетических величин (напряжения, активной мощности, реактивной мощности, полной мощности, силы тока). При проведении краткосрочных и постоянных испытаний предъявляются разные требования к конструкции приборов. Классификация рассматриваемых приборов по конструктивному признаку предусматривает их деление на приборы переносные (мобильные) и приборы стационарные [4].

На базе лабораторного стенда ЭВ-4 была собрана экспериментальная установка, позволяющая оценивать точность измерения параметров тока, напряжения и углов фазовых сдвигов.

Рис. 2. Фотография экспериментальной установки для сравнения приборов мониторинга отклонения и частоты. 1 — источник энергии; 2 — испытуемый прибор; 3 — цифровой вольтметр; 4 — цифровой амперметр; 5 — комплект К-540; 6 — активное сопротивление нагрузки; 7 — индуктивное сопротивление нагрузки

Данная экспериментальная установка работает по следующему принципу: напряжение подаётся источником энергии, далее оно поступает на испытуемый прибор, затем происходит измерение напряжения цифровым вольтметром, следом измеряется ток цифровым амперметром, после величина тока, напряжен, и угол сдвига фаз измеряется комплектом К-540. Также имеются регулировки активного сопротивления и индуктивного сопротивления нагрузки. За основной прибор, по которому устанавливалось напряжение, был взят измерительный комплект К-540, так как по паспортным данным он имел наилучшие характеристики точности.

Рис. 3. Электрическая схема установки для сравнения приборов мониторинга отклонения и частоты. 1 — источник энергии; 2 — испытуемый прибор; 3 — цифровой вольтметр; 4 — цифровой амперметр; 5 — комплект К-540; 6 — активное сопротивление нагрузки; 7 — индуктивное сопротивление нагрузки

На экспериментальной установке было произведено сравнение приборов Овен ИМС-Ф1, VOLTCRAFT ENERGY MONITOR 3000, Вольтметр B-7. При измерение напряжения средняя погрешность прибора Овен ИМС-Ф1 составила 3,9 %,прибора VOLTCRAFT ENERGY MONITOR 3000 0,29 %, прибора Вольтметр B-7 0,24 %. При измерение силы тока средняя погрешность прибора Овен ИМС-Ф1 составила 11,89 %,прибора VOLTCRAFT ENERGY MONITOR 3000 1,09 %, прибора Вольтметр B-7 1,81 %. При измерение cos ϕ средняя погрешность прибора Овен ИМС-Ф1 составила 1,4 %,прибора VOLTCRAFT ENERGY MONITOR 3000 1,4 %. Так же данный экспериментальный стенд позволяет оценить точность других приборов.

Для обеспечения изменения параметров качества электрической энергии в широких пределах на базе стенда была собрана и испытана электрическая установка, включающая последовательно соединенные двигатель постоянного тока, синхронный генератор и асинхронный двигатель.

Рис. 4. Электрическая схема для моделирования параметров качества электрической энергии. 1- источник постоянного напряжения; 2 — двигатель постоянного тока; 3 — синхронный генератор; 4 — трансформаторы; 5 — комплект К-540; 6 — выходные провода 3-х фазного источника

Данная установка позволяет моделировать замкнутую энергетическую систему. А так же даёт возможность моделировать влияние электроприёмников на качество электрической энергии.

В данной работе были сравнены приборы: К-540, ИМC-Ф1, VOLTCRAFT ENERGY MONITOR 3000, Вольтметр B-7 на основе тестовых испытаний при измерении электрических параметров и параметров качества электрической энергии. Все исследуемые приборы могут применяться для оценки качества электрической энергии, при проведении исследовательских работ и в учебном процессе. На базе стенда ЭВ-4 была собрана и испытана установка, позволяющая моделировать параметры качества электрической энергии в широких пределах.

ГОСТ Р. 54149–2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — Введ. 21.12.2010; М.: Изд-во Стандартинформ, 2012, 20с.
Волгин М. Е. Надежность и качество электрической энергии в системах электроснабжения: учебное пособие для студентов электротехнических специальностей. — Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. — 81 с.
Вольдек А. И. Электрические машины. М: Энергия, 1974. 840 с.
Гатуллин, А. М. Основные принципы по — строения системы контроля, анализа и управления качеством электроэнергии [Текст] / А. М. Гатуллин, М. Н. Бадретдинов, В. Л. Матухин, Д. Ф. Губаев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2007.–№ 11–12.–С.42–49.

Управление качеством продукции — это не просто контроль качественных параметров и причин их отклонений. Это управленческая деятельность, охватывающая жизненный цикл продукции, системно обеспечивающая стратегические и оперативные процессы повышения качества продукции и функционирования самой системы управления качеством.

Из основ менеджмента известно, что разделение труда по мере развития производственных отношений привело к выделению специфических трудовых процессов — процессов управления. Менеджмент (управление) — воздействие одного лица или группы лиц (менеджеров) на другие лица для побуждения к действиям, соответствующим достижению поставленных целей при условии принятия менеджерами ответственности за результативность воздействия.

Менеджмент качества — скоординированная деятельность по руководству и управлению организацией применительно к качеству.

Основные задачи управлением качества электроэнергии (КЭ) можно представить в виде круга качества (рис. 13). Круг качества описывает основные процессы, обеспечивающие не только соответствие показателей качества электрической энергии, но и их стабильность во времени.

Основные процессы управления качеством электроэнергии:

Мониторинг — исследование рынка.

Прогнозирование основных направлений развития городов, населенных пунктов,

промышленных предприятий и т. д. Ошибки мониторинга развития энергосистемы в дальнейшем ведут к значительным капитальным затратам на строительство дополнительных подстанций, увеличению (или уменьшению) пропускной способности трансформаторов и ЛЭП и т. д.

Проектирование развития генерирующих и (или) сетевых объектов.

Проектирование энергосистемы определяет ее будущие технические возможности обеспечения качественной электроэнергией и надежной работы. Поэтому от правильности выполнения данного процесса будет зависеть потенциальная возможность:

дальнейшего развития системы электроснабжения без значительных материальных затрат на реконструкцию уже эксплуатируемых сетей;
обеспечения гибкости системы электроснабжения, а именно регулирования режимами, обеспечения надежности электроснабжения, компенсации нежелательных искажений и т. д.;
контроля показателей качества электроэнергии в режиме реального времени.

Заключение договоров с поставщиками материально-технического обеспечения.

Правильность выполнения данного процесса обеспечивает:

соответствие построенной системы электроснабжения принятым проектным решениям;
надежность функционирования как отдельно взятого оборудования, так и системы электроснабжения в целом.

Присоединение новых потребителей к электрическим сетям.

Процедура присоединения новых потребителей определяет электромагнитную совместимость эксплуатируемого и вновь подключаемого оборудования. Поэтому основными задачами при выдаче технических условий на технологическое присоединение являются:

определение степени влияния нагрузки подключаемого потребителя на действующий закон регулирования напряжения в распределительной электрической сети, в целях нахождения элементов сети, технические требования которых перестанут удовлетворять установленным требованиям, после выполнения присоединения потребителя (например, перегрузка трансформатора, значительные потери напряжения на отдельных участках ЛЭП и т. д.). В случае выявления таких элементов распределительной сети требуется до подключения присоединяемого потребителя проведение их реконструкции;
классификация электроприемников подключаемого потребителя (на искажающие или неискажаюшие) в целях предотвращения превышения нормируемых показателей качества электроэнергии в точке общего присоединения. В случае если электроприемники являются искажающими, необходимо предусмотреть на этапе проектирования системы электроснабжения потребителя устройство компенсации искажений;
предупреждение подключаемого потребителя о возможных уровнях перенапряжений, импульсов напряжений, частоты появления провалов напряжения, в целях разработки приемлемых технических решений на стадии проектирования системы электроснабжения потребителя, в случае если оборудование подключаемого потребителя не соответствует указанным показателям качества и потребитель при этом несет значительный материальный ущерб.

Заключение договоров с субъектами электроэнергетики и конечными потребителями

Заключение договоров с субъектами электроэнергетики и конечными потребителями — процесс, определяющий права и обязанности субъектов рынка электроэнергии при осуществлении технологического процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. В связи с разделением этих функций на сегодняшний день, как правило, проблема обеспечения качества электроэнергии ложится на плечи распределительных сетевых компаний, что является не совсем верным, так как энергосистема — это единый организм и результат работы (качество электроэнергии и надежность электроснабжения) зависит от каждого субъекта рынка электроэнергии: и от генерирующей станции, и от сбытовой компании, и от потребителя.

Управление технологическим процессом

Управление технологическим процессом включает в себя управление процессами производства, передачи и распределения электроэнергии. При управлении технологическим процессом выявляются все несоответствия, допущенные при выполнении ранее описанных процессов. Управление технологическим процессом позволяет влиять на показатели качества электроэнергии в реальном времени. Однако следует отметить, что в существующих электроэнергетических системах возможности регулирования зачастую сведены к минимальным или отсутствуют вовсе изза несоответствий, допущенных при выполнении ранее описанных процессов, требований, правил технической эксплуатации электрооборудования, несоблюдения сроков ремонта и замены оборудования и т. д.

Мониторинг процессов и контроль качества электроэнергии

Мониторинг процессов и контроль качества электроэнергии — это процедура сбора информации о соответствии всех вышеописанных процедур установленным требованиям (утвержденным на предприятии организационнометодическим документам, действующей нормативноправовой базе и т. д.), а результатов измерений показателей — качеству требованиям ГОСТ.

Анализ и улучшение качества электроэнергии подразумевает:

анализ результатов мониторинга процессов управления качеством и контроля качества электроэнергии;
анализ поступивших жалоб от потребителей;
разработку организационных, технических мероприятий и корректировку методической базы в целях улучшения как системы управления качеством электроэнергии, так и самих показателей качества электроэнергии.

Из всего вышесказанного следует, что при создании системы управления качеством электроэнергии (или системы менеджмента качества) в рамках одной распределительной системы сложно обеспечить у конечного потребителя электроэнергии качество поставляемого товара и стабильность его во времени.

Система управления качеством продукции должна предусматривать совокупность взаимосвязанных организационных, технических, экономических и социальных мероприятий по обеспечению целей управления качеством продукции.

Система управления качеством продукции охватывает коллективы людей, технические устройства, материальные средства и массивы (потоки) информации.

Системный подход к вопросам управления научноисследовательской или проектноконструкторской организацией, промышленным (производственным), ремонтным или другим эксплуатационным предприятием (объединением) требует рассматривать систему управления качеством продукции как неотъемлемую, а не автономную часть управления организациями и предприятиями. Поэтому управление качеством продукции на уровне отдельной организации (отдельного предприятия) организационно не может осуществляться независимо от управления объемом производства (ремонта) данной продукции.

А) Нормально допустимые и предельно допустимые нормы

Б) Кратковременно допустимые нормы.

В) Нормально допустимые и аварийно допустимые нормы.

Г) Длительно допустимые нормы.

д. Аварийно допустимые нормы.

5.1 Установлены два вида норм КЭ: нормально допустимые и предельно допустимые.

Оценка соответствия показателей КЭ указанным нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 ч, в соответствии с требованиями раздела 6.

Какими показателями характеризуются колебания напряжения?

А) Размахом напряжения и дозой фликера.

Б) Величиной перенапряжения.

В) Провалом напряжения.

Г) Временем колебания напряжения.

5.3 Колебания напряжения

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

– размахом изменения напряжения;

Нормы приведенных показателей установлены в 5.3.1-5.3.5.

БИЛЕТ 9

81. Что подразумевает термин "контроль качества электроэнергии при определении технических условий для технологического присоединения"?

А) Контроль, осуществляемый с целью установления и проверки выполнения требований к техническим условиям на присоединение энергопринимающих устройств потребителей к электрической энергии в части качества электроэнергии.

Б) Контроль, осуществляемый с целью проверки возможности присоединения энергопринимающих устройств потребителей к электрической энергии в части качества электроэнергии.

В) Контроль, осуществляемый с целью создания технических условий на присоединение энергопринимающих устройств потребителей к электрической энергии в части качества электроэнергии.

Г) Контроль, осуществляемый с целью разработки технических условий и проектной документации на присоединение энергопринимающих устройств потребителей к электрической энергии в части качества электроэнергии.

ГОСТ Р 53333-2008

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 52002, ГОСТ 13109, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 установленные требования: Требования, установленные в технических регламентах, стандартах, договорах, заключаемых субъектами оптового и розничного рынков электроэнергии, а также в иных документах.

3.3 контроль качества электрической энергии: Проверка соответствия значений показателей качества электрической энергии (ПКЭ) установленным требованиям.

3.4 периодический контроль качества электрической энергии: Контроль КЭ, осуществляемый в целях управления качеством электрической энергии, при котором периодичность поступления информации о ПКЭ и их оценки, определяемая организацией, осуществляющей контроль КЭ, должна соответствовать периодичности, установленной ГОСТ 13109.

3.5 контроль КЭ при определении технических условий для технологического присоединения: Контроль, осуществляемый с целью установления и проверки выполнения требований к техническим условиям на присоединение энергопринимающих устройств потребителей к электрической сети в части КЭ.

3.6 контроль КЭ при определении условий договора на оказание услуг по передаче электрической энергии: Контроль, осуществляемый с целью проверки соответствия значений ПКЭ требованиям, установленным в договоре между сетевой и энергоснабжающей (сбытовой) организацией или между двумя сетевыми организациями для согласованных пунктов контроля.

3.7 контроль КЭ при допуске к эксплуатации энергопринимающих устройств (электроустановок) потребителей, ухудшающих КЭ: Контроль, осуществляемый с целью проверки выполнения требований к допустимому вкладу электроустановок потребителя в ухудшение КЭ в точке присоединения.

3.8 контроль КЭ при рассмотрении претензий к качеству электрической энергии: Контроль, осуществляемый при рассмотрении претензий сетевой организации к потребителю электрической энергии или потребителя к сетевой организации при ухудшении КЭ, с целью проверки соответствия КЭ установленным требованиям для данных пунктов электрической сети и выявления стороны, виновной в ухудшении КЭ.

3.9 внеочередной контроль качества электрической энергии: Контроль, при котором поступление информации о КЭ осуществляется по мере необходимости. К внеочередному контролю относят контроль, осуществляемый в целях определения технических условий для присоединения электроустановок или требований к КЭ в договоре на оказание услуг по передаче электроэнергии, контроль при допуске к эксплуатации электроустановок потребителей, ухудшающих КЭ, контроль при разработке мероприятий по улучшению качества электрической энергии и др.

3.10 непрерывный контроль качества электрической энергии: Контроль КЭ, непрерывно осуществляемый в целях наблюдения, анализа и управления качеством электрической энергии с помощью стационарных средств измерения ПКЭ, работающих автономно, или автоматизированных информационно-измерительных систем.

82. Что подразумевает термин "точка общего присоединения"?

А) Электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электрической энергии точка электрической сети, в которой присоединены источники генерации и другие потребители электрической энергии.

Б) Электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электрической энергии точка электрической сети, в которой производится контроль качества электрической энергии.

В) Электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электрической энергии точка электрической сети, к которой присоединены или могут быть присоединены другие потребители электрической энергии.

Г) Электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электрической энергии точка электрической сети, к которой присоединены не менее трёх потребителей электрической энергии.