Сергей Шахматов - Качеството на нискочестотното смущаващо напрежение също може да бъде измерено
Автор:Сергей ШахматовИзточник:Списание Power Electronics #4, 2005 г.
Така наречените нелинейни товари в системите за обработка на данни и силовата електроника влошават качеството на захранващото напрежение. Те са вредни за електрическото оборудване и влияят на неговата максимална мощност. По-долу са основните типове изкривявания, които се срещат, техните причини, методи на измерване, допустими граници на изкривяване, като се предполага, че резултатите от измерването са записани поне една седмица.
За електроразпределителите доставката на висококачествен продукт означава преди всичко осигуряване на трифазно балансирано синусоидално напрежение с определена величина при честота 50 Hz в съответствие с изискванията на клиента.
Бавни промени: Набъбване на напрежението, спадове на напрежението и спадове на напрежението
Амплитудата на напрежението е решаващ фактор за качество, първото изискване в договора с доставчика. По време на преноса и разпределението на електроенергия през мрежата амплитудата на напрежението е подложена на непредвидими влияния (например в системи за мониторинг на мощността, в разпределителни системи, в системи за автоматична защита), което води до отклонения в амплитудата на напрежението до нива, близки до нулата. За характеризиране на тези процеси обикновено се използват два параметъра: амплитудата и продължителността на отклоненията.
Могат да се дефинират следните опции: нарастване на напрежението, спад на напрежението и прекъсване на напрежението. Вариацията на номиналното напрежение, която е посочена от доставчика, обикновено е ±10% от напрежението, измерено между фазите. Намаляване на напрежението - намаляване на нивото на напрежението под допустимото ниво (фиг. 1). Повечето от тези провалипродължават по-малко от 0,2 s в мрежи с ниско и високо напрежение. През годината има от няколко повреди до хиляда.
Фигура 1 - Пропадания на напрежението
При нормални условия краткотрайните прекъсвания на захранването се случват от няколко до няколкостотин пъти годишно и продължават не повече от 1 s.
Има няколко причини за колебания в напрежението. В зоната на отговорност на доставчика това може да бъде мълния и случайно късо съединение (повреда на изолацията, дефект на кабела, падане на дървета върху въздушни електропроводи). От страна на потребителя причината може да са негови неправилни действия. Свързването на големи товари води до колебания на напрежението, ако мощността на товара надвишава възможната изходна мощност на мрежата в дадена точка. Мощни електродвигатели, трансформатори, групи кондензатори са товарите, които най-често водят до колебания на напрежението в мрежата. Ефектът се засилва, ако такива товари са свързани към един и същи клон. Колебанията в напрежението могат да повредят ротационните двигатели. Ако има колебания в амплитудата на напрежението в мрежата на определено място, тогава колебанията ще засегнат всички консуматори, свързани на това ниво на мрежата.
Най-голямата трудност е точното измерване на колебанията в амплитудата на напрежението, особено ако колебанията присъстват и на трите фази, като същевременно имат различна амплитуда и продължителност.
Бърза промяна - Краткосрочни отклонения
Бъгове с продължителност по-малка от 10 ms са известни като краткотрайни пикове (Фигура 2). Те могат да бъдат причинени от мълния или, по-често, от електрическо оборудване (превключването на товари с по-голяма или по-малка индуктивност води до краткотрайни високочестотни удари на напрежението). Тези кратки изблици се появяват и при превключване между дветиристори, между фазите възниква краткотрайно късо съединение. Времето за изхвърляне варира от няколко микросекунди до няколко милисекунди. Обикновено тези удари са по-малко от 800 V, но могат да надхвърлят 1000 V в резултат на смесване.
Фигура 2 - Краткосрочни емисии
Фигура 3 - Анализатор на електрически мрежи S.D8352
Измерването на краткосрочни емисии изисква специални анализатори, използващи цифрова технология и високи тактови честоти.
Трептене (мигане) или бързи колебания на напрежението
Трептенето на светлината, причинено от бързи колебания на напрежението (фиг. 4), е много неприятно за човешкото око. Водят до главоболие, раздразнителност, а понякога дори отключват епилептичен пристъп.
Фигура 4 - Бързи колебания на напрежението
Количеството трептене може да се получи чрез измерване на колебанията на напрежението и извършване на статистически изчисления. Трептенето на напрежението може да бъде причинено от промени в натоварването в дъгови пещи, лазерни принтери, микровълнови печки или климатични системи.
Методът на измерване трябва да бъде такъв, че нивото на трептене да отразява адекватно степента на дискомфорт и следователно да отчита механизма на зрението. За да направите това, трябва да се определи нивото на трептене за достатъчно дълго време. Освен това, поради неизвестните причини за трептене, причинено от конкретно натоварване, моментната стойност на трептене може да варира значително и непредсказуемо по време на периода на измерване.
Период на измерване от 10 минути е добър компромис за определяне на краткотрайно трептене. Това време е напълно достатъчно, за да се изолира от изключително нежеланото влияние на колебания, които не са свързани с трептене. Това време също е напълно достатъчно за неопитнитечовекът забеляза препятствието и неговото постоянство. От друга страна, това време е минимално необходимо за характеризиране на смущението на оборудване с дълъг цикъл на работа. Период от 10 минути ви позволява да отделите правилно краткотрайното трептене от смущенията, причинени от източници като мелници, помпи или различни електрически уреди.
В случаите, когато е необходимо да се изчисли трептенето, причинено от работата на няколко товара с неопределено естество (например заваръчни машини или електродвигатели) или когато товарите имат голям или периодичен работен цикъл, е необходимо да се наблюдава смущението за по-дълъг период. Времето за измерване може да се удължи до 2 часа. То трябва да съответства на работния цикъл на товара или времето, през което наблюдателят може да възприеме дълготрайно трептене. Дългосрочното трептене може да се изчисли от краткосрочните нива на трептене. Това е стандартна функция на някои мрежови анализатори.
Хармоници и интерхармоници
В много случаи токът на натоварване е далеч от синусоидален. Изкривяването на тока причинява изкривяване на напрежението. Степента на изкривяване на напрежението също зависи от импеданса на източника.
Хармоничните изкривявания се причиняват от нелинейни товари, свързани към мрежата. Нелинейният товар е различна силова електроника (вариатори, инвертори, статични преобразуватели и т.н.), свързана към мрежата. По принцип всяко електрическо устройство, съдържащо токоизправител и превключваща електроника, изкривява консумирания ток и създава шумово напрежение в мрежата. Такова устройство е източник на множество хармонични смущения в мрежата.
Хармониците са суперпозицията на основната вълна с честота 50 Hz и други вълни с честоти, кратни на основната честота (фиг. 5). За определяне на хармониците на тока или напрежението се използваПреобразуване на Фурие, което разлага оригиналния периодичен сигнал на сумата от хармонични сигнали с честоти, кратни на основната честота. Ако сигналът има компонент, който не е кратен на основната честота, например 175 Hz, говорим за интерхармоници (интермодулационни продукти). Нивото на интерхармониците се увеличава с нарастващото използване на преобразуватели, високоскоростни вариатори и подобно контролирано оборудване.
Фигура 5 - Хармоници
Нивото на хармониците може да се характеризира с фактора на хармонично изкривяване THD (общо хармонично изкривяване). Обикновено хармониците се разглеждат в диапазона 100-2000 Hz, тоест хармоници от 2-ри до 50-ти ред. Съвременните измервателни уреди трябва да могат да анализират хармониците заедно и поотделно, за да се направи точна диагностика на инсталацията.
За някои електронни устройства спектрите могат да бъдат нестабилни, мигновени: неизправност (синхронизация, превключване), ненавременни нулирания, грешки в измерванията на електромери и др.
дисбаланс
Небалансиран трифазен товар или еднофазен товар, свързан към балансирана трифазна мрежа, може да доведе до дисбаланс на напрежението (фиг. 6). Дисбалансът на напрежението възниква поради небалансирани токове, протичащи през мрежата.
Фигура 6 - Дисбаланс на напрежението
Напрежението може да бъде забавено, като се използва симетричният метод с директно отрицателно фазово изместване или методът на хомополярните компоненти. Добре известно е, че компонентът с отрицателно фазово изместване причинява фалшиво забавяне и повишаване на температурата в AC двигателите. Допълнителното повишаване на температурата води до намаляване на експлоатационния животелектродвигатели, кондензатори, трансформатори и неутрални проводници.
Мрежов анализатор със съответната функция измерва нивото на дисбаланс и неговите три компонента.
Смята се, че няма да има проблеми с дисбаланса, ако нивото на дисбаланс е по-малко от 2%.
Флуктуациите на честотата обикновено се наблюдават в автономни мрежи или в мрежи, захранвани от автономен генератор. При нормални условия средната честота е в рамките на 50 Hz ± 1% (фиг. 8).
Фигура 7 - Преносим анализатор на електрически мрежи S.D 8334
Фигура 8 - Флуктуации на честотата
Заключение
Проблемът с краткотрайните спадове и прекъсвания на захранването става все по-важен поради високата чувствителност на някои части от оборудването към това явление. Фактът, че качеството на електрическата енергия зависи не само от доставчика, но и от потребителя, може да бъде неприятно изненадващ. Тестването на качеството на електроенергията изисква ефективни устройства за измерване на параметрите, описани по-горе. Новите трифазни мрежови анализатори ви позволяват да направите цялостен анализ на параметрите, които определят качеството на електрозахранването и да идентифицирате проблемите, наблюдавани в мрежата.