Измерение параметров при гармонических искажениях?
Характерным, на сегодняшний день, является значительное увеличение находящихся в эксплуатации электронных устройств: колоссальное количество персональных компьютеров, источников бесперебойного питания и другого электронного оборудования, в которых используются малогабаритные импульсные источники питания. Кроме того получили широкое распространение такие мощные электронные устройства, как электронные регуляторы скорости, зарядно-выпрямительные устройства и др.
Они представляют собой существенно нелинейную электрическую нагрузку и вызывают искажения синусоидальной формы кривых напряжения и тока, что приводит к возникновению гармонических «загрязнений» электрической сети.
По этой причине в настоящее время электрические сети практически всех производственных предприятий и офисных зданий в той или иной степени «загрязнены».
Гармонические «загрязнения» электросетей могут приводить к целому ряду повреждений электротехнического оборудования и к нанесению значительного ущерба технологическим процессам, главными из которых являются следующие :
1. Выход из строя конденсаторов, используемых для улучшения cos Ф электросети, а также в электролюминесцентных светильниках.
2. Выход из строя в результате перегрева нулевых проводов из-за того, что в них суммируются токи всех третьих гармоник, при этом ток нулевого провода может более чем в два раза превысить номинальное значение фазного тока.
3. Перегрев мощных силовых трансформаторов.
4. Перегрев электродвигателей.
5. Искажения электромеханических характеристик электродвигателей.
6. Ложное срабатывание устройств токовой релейной защиты, перегрев предохранителей, ложное срабатывание защиты из-за наличия токов утечки.
7. Повреждение межобмоточной изоляции в трансформаторах и электродвигателях.
8. Перегрев питающих проводов и электрических кабелей.
9. Недостоверные показания измерительных приборов и некоторых датчиков обратной связи в системах автоматизации технологических процессов.
Гармонические «загрязнения» даже кратковременного характера могут привести к сгоранию конденсаторов и к помехам в работе электронной аппаратуры.
В ряде случаев при использовании электронных устройств высокой мощности гармоники, возникающие на одном производственном предприятии, могут передаваться к другим предприятиям через общие сети электропитания и именно там причинять вред.
Практика показала, что значительная часть электриков недостаточно знакома с областью показателей, характеризующих гармонические искажения, существующими стандартами на эти параметры, а также с аппаратурой, используемой для их измерения и необходимой для их своевременного выявления.
В настоящей статье приводятся определения основных параметров гармоник, указаны приборы для измерения этих параметров и предупредительной сигнализации. Эти приборы могут осуществить также защитное отключение конденсаторов, включение различных ступеней фильтров и частичный сброс нагрузок.
Уровень гармонических искажений характеризуется следующими параметрами:
1. Спектр гармоник – включает в себя действующие значения ( RMS AC ) напряжений и токов гармоник до 40-й или 63-й. Результаты измерений можно получить как в форме таблиц, так и соответствующих графиков.
Необходимые измерения, предупредительная сигнализация и защитные переключения могут быть выполнены с помощью следующих приборов SATEC : PM 296, C 191 HM.
2. Коэффициент гармонических искажений по напряжению – THD ( V )% (Voltage Total Harmonic Distortion).
Необходимые измерения, предупредительная сигнализация и защитные переключения могут быть выполнены с помощью следующих приборов SATEC : PM 296, C 191 HM, PM 172E, PM 172EH, RPT 091.
3. Коэффициент гармонических искажений по току - THD ( I )% (Current Total Harmonic Distortion).
Необходимые измерения, предупредительная сигнализация и защитные переключения могут быть выполнены с помощью следующих приборов SATEC : PM 296, C 191 HM, PM 172E, PM 172EH, RPT 091.
4. Коэффициент гармонических искажений с учетом максимально потребляемого тока за определенный период Т – TDD % ( Total Demand Distortion ).
В большинстве случаев можно принять, что максимально потребляемый ток I DEM за определенный период Т - равен номинальному. При этом указанный период Т может изменяться от 1 минуты до 60 минут.
Необходимые измерения, предупредительная сигнализация и защитные переключения могут быть выполнены с помощью следующих приборов SATEC : PM 296, C 191 HM, PM 172E, PM 172EH.
5. Коэффициент дополнительного нагревания трансформаторов из-за гармонических искажений- (К- Factor )
Необходимые измерения, предупредительная сигнализация и защитные переключения или частичный сброс нагрузок трансформаторов могут быть выполнены с помощью следующих приборов SATEC : PM 296, C 191 HM, PM 172E, PM 172EH, RPT 091, PM 130EH, RPM 072E.
Измерения токов, напряжений, мощностей и других параметров.
Для измерения истинных значений параметров ( True RMS AC ) при наличии гармонического «загрязнения» сети необходимы приборы, позволяющие осуществлять большое число мгновенных замеров текущих значений кривой, как правило, не менее 32 замеров за период. Такие измерения могут выполняться приборами PM 172E, PM 172EH, PM 130 EH.
Когда имеется потребность в измерении True RMS AC с учетом гармоник до 63-й, необходимо осуществить не менее 128 замеров за период. Такие измерения могут выполняться приборами PM 296, C 191 HM, PM 172E, PM 172EH, RPT 091.
Фирма SATEC изготовляет широкий набор приборов, основанных на новых технологиях, которые могут осуществлять измерения в электросетях, сильно «загрязненных» гармониками. Такие приборы способны измерять весь комплекс параметров, требуемых для того, чтобы охарактеризовать уровень гармоник и проверить их соответствие стандартам.
1. РМ 296 – имеет внутреннюю память, может осуществлять гармонический анализ, включая спектры напряжения, тока и мощности с учетом гармоник до 63-й. Он позволяет также выполнить анализ помех в сети, гармоник ограниченного времени действия, и различных событий, связанных с отличием от разрешенных стандартом значений параметров сети (напряжение, ток, частота, THD и др.).
Этот прибор рекомендуется для измерений на особо ответственных объектах с чувствительным оборудованием, как например, в больницах, аэропортах, производственных предприятиях с непрерывным технологическим циклом, а также в помещениях с большим скоплением народа ( большие торговые центры, крупные офисные здания и др.).
2. PM 172E, PM 172EH, RPT 091, C 191 HM, PM 130 EH – в дополнение к обычным параметрам измеряют TDD ( I )%, THD ( I )%, THD ( U )%. Эти приборы рекомендуется устанавливать в местах, где прогнозируются значительные гармонические искажения, например, в производственных предприятиях с большим количеством регуляторов частоты, в крупных офисных зданиях и т.д.
Заключение.
1. Внедрение современной электронной техники вызывает значительное «загрязнение» электрических сетей гармониками, причем именно сама эта техника в наибольшей степени чувствительна к этим «загрязнениям».
2. Только цифровые измерительные приборы с применением микропроцессоров способны в этих условиях осуществлять достоверные измерения ( True RMS AC ) токов, напряжений и мощностей.
3. Для обеспечения надлежащей работы оборудования и предотвращения повреждений необходимо регулярно определять уровень гармоник в сети путем измерения следующих параметров: THD , TDD , K - Factor и гармонического спектра как для постоянно присутствующих гармоник, так и для гармоник с ограниченным временем действия.
4. Необходимо постоянно измерять ток в нулевом проводе питающей сети и получать предупреждающие сигналы при его выходе за пределы нормы.
5. В фирме SATEC разработан весь набор измерительных приборов, позволяющих выполнять измерения гармоник, осуществлять предупредительную сигнализацию, включать фильтры, отключать конденсаторы и осуществлять частичное отключение нагрузок.