13 694 subscribers

Измерение параметров качества электроэнергии

421 full read
1k story viewsUnique page visitors
421 read the story to the endThat's 42% of the total page views
2 minutes — average reading time

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.

Статья не претендует на википедийность!
Если нужны академические знания, с ними можно ознакомиться в книгах и учебниках, которые выложены для свободного скачивания у меня на блоге, на странице Скачать.

Это будет возможно сделать благодаря применению 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 и помехоподавляющие фильтры, но и 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.

Анализатор качества электросети
Анализатор качества электросети
Анализатор качества электросети

В Hioki шунты выглядят так:

Клещи для измерения тока
Клещи для измерения тока
Клещи для измерения тока

Клеммы для измерения напряжения:

Клеммы для измерения напряжения
Клеммы для измерения напряжения
Клеммы для измерения напряжения

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

Процесс измерения параметров качества электроэнергии в трехфазной сети
Процесс измерения параметров качества электроэнергии в трехфазной сети
Процесс измерения параметров качества электроэнергии в трехфазной сети

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.

Какое напряжение должно быть с сети по ГОСТ, я рассказал в другой статье на Дзене.

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

Линейные напряжения в трехфазной сети
Линейные напряжения в трехфазной сети
Линейные напряжения в трехфазной сети

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:

Формула линейного напряжения, зависимость от фазного
Формула линейного напряжения, зависимость от фазного
Формула линейного напряжения, зависимость от фазного

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

Формула зависимости фазного напряжения от линейного при отсутствии перекоса фаз
Формула зависимости фазного напряжения от линейного при отсутствии перекоса фаз
Формула зависимости фазного напряжения от линейного при отсутствии перекоса фаз

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:

События и деталировка на экране анализатора качества
События и деталировка на экране анализатора качества
События и деталировка на экране анализатора качества

Ток

Когда-то в детстве в "Кульспорттоварах" 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 измеряется всегда только ток, протекающий ЧЕРЕЗ нагрузку.
С тех пор средства оперативного 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:

Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер
Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер
Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер

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

Гармоники напряжения и тока
Гармоники напряжения и тока
Гармоники напряжения и тока

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:

Список гармоник тока и напряжения
Список гармоник тока и напряжения
Список гармоник тока и напряжения

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:

Hioki 3197 – Частота питающей сети
Hioki 3197 – Частота питающей сети
Hioki 3197 – Частота питающей сети

По графику видно, что частота вполне укладывается в норматив с большим запасом.

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 кое-что есть в других статьях на Канале Дзен и на блоге СамЭлектрик.ру.

Оригинал статьи.

А какие способы измерения параметров качества электросети вы знаете? Делитесь в комментариях, будет интересно почитать!

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт - https://samelectric.ru/ и в группу ВК - https://vk.com/samelectric

Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!

Обращение к хейтерам:
за оскорбление Автора и Читателей канала - отправляю в баню.