Анализ качества электроэнергии

Диагностика качества электроэнергии на соответствие установленным нормам является сложной задачей, требующей качественного оборудования. К современным электросетям подключено большое количество новых типов оборудования, таких как солнечные панели, ветряки, инверторы, электромобили и аккумуляторы для зданий, новая силовая электроника, линии передачи постоянного высоковольтного тока и многое другое. Поэтому старые сети в полном объёме функционировать теперь не могут.

Данные изменения создают сложную систему, требующую постоянной оценки качества электроэнергии по ряду ключевых показателей, таких как напряжение и несинусоидальность тока в сети.

Почему это важно? Во-первых, в соответствии с законодательством в случае несоответствия параметров электроэнергии нормам, ответственность за понесенные потребителем убытки будет нести поставщик. В том числе даже малозначительные колебания напряжения могут вызывать дискомфорт у тысяч людей из-за мигания осветительных устройств. Подъем напряжения сверх нормы всего на 1% приводит к росту реактивной мощности на электромоторах до 7%. Падение напряжения на 15% может сделать запуск электродвигателей невозможным.

Для «умных» сетей (smart grid) стабильность качества электроэнергии играет особую роль, из-за того, что обычно такие сети соединяют различных потребителей (промышленность, транспорт, домохозяйства и т. д.) и используют различные источники энергии. Несоответствующее качество энергии может стать угрозой поломки дорогостоящей электроники, а также лишает «умную» сеть (smart grid) главного достоинства- надежности и эффективности. В итоге крупные инвестиции в «умную» сеть оказываются потраченными впустую.

На сегодняшний день обеспечение высокого качества энергии является приоритетом для большинства стран. Например, в китайской национальной программе долгосрочного и среднесрочного научно-технического развития на 2006-2020 гг. отмечено, что качество электроэнергии должно являться первостепенной задачей в области энергетики. В соответствии с этим учтены меры по стимулированию использования новейших технологий в области силовой электроники, а также меры контроля качества электроэнергии.

Таким образом, контроль качества энергии увеличивает надежность работы распределительной сети и позволяет принимать обоснованные решения по ее совершенствованию.

Контроль качества электроэнергии

Контроль качества электроэнергии необходимо проводить регулярно, например, по напряжению раз в год в соответствии с требованиями к эксплуатации электрических сетей. Также необходимо собирать статистические данные измерений для надежного выявления проблем и правильной модернизации сети. Анализ качества электроэнергии, как правило, более обширно используется в распределительных сетях высокого и среднего напряжения, которые соединяют генерирующие мощности и потребителей. Проблемы качества электроэнергии в распределительных сетях становятся все актуальнее с ростом нелинейных нагрузок, наращиванием количества случаев интеграции возобновляемых источников электроэнергии и микросетей и т. д.

Чаще всего ухудшение показателей качества электроэнергии происходит из-за:

• колебаний напряжения (вызывают сбои в работе оборудования, сокращают срок его службы);
• проседаний напряжения (нестабильная работа и отключение оборудования);
• несинусоидальности напряжения (резко увеличивается потеря энергии, увеличивается реактивный ток, увеличивается риск замыканий на землю и пробоя конденсаторов, расчет энергии счетчиками производится неверно, неправильно работают системы автоматической защиты сети, выходят из строя компьютеры и другая сложная электроника).

Важнейшее место для диагностики качества электроэнергии занимает эффективная аппаратура. Например, колебания напряжения в сети могут вызывать фликеры (мерцание) светильников, замыкание, неисправность электроники и другие многочисленные сбои в работе оборудования. Но даже если удастся установить, что причиной являются гармонические искажения напряжения, то все еще необходимо узнать, кто виновник ухудшения качества электроэнергии: поставщик электроэнергии или оборудование пользователей. В случае крупных потерь разбирательство может занять до полугода, и все это время может сохраняться риск новых сбоев.

Для решения этих проблем созданы анализаторы качества электроэнергии, такие как линейка анализаторов от китайской компании PITE Tech и американской Fluke Inc. Одним из лучших решений для исследования качества электроэнергии является анализатор Fluke 1738, который может в режиме настоящего времени регистрировать более 500 параметров качества электроэнергии. Также данные можно сразу отправлять через мобильное приложение Fluke Connect в удаленную базу данных отчетов измерений для дальнейшего анализа.

Анализатор Fluke 1738 имеет самый высокий рейтинг безопасности в отрасли: 600 V CAT IV/1000 V CAT III для использования на вводе в электроустановку и отходящих линиях. Fluke 1738 начинает измерения автоматически при подключении гибких датчиков-колец к кабелям, причем питание прибора осуществляется непосредственно от измеряемой цепи.

В трехфазной сети переменного тока для контроля качества электроэнергии используются такие приборы, как анализатор качества электроэнергии PITE 3561. Он одновременно анализирует гармоники, колебания напряжений и частоту тока, потребление энергии и другие параметры.

Преимуществами PITE 3561 являются:

1. возможность выполнения одиночных тестов;
2. возможность проведения длительного статистического измерения продолжительностью до 960 часов, используя встроенный энергонезависимый накопитель данных.

Функция записи является весомым преимуществом, поскольку помогает найти неочевидные случайные неисправности, собрать статистику по системе перед добавлением новых энергосберегающих объектов.

Компания PITE Tech позиционирует свой анализатор с 2-ух позиций:

• как универсальный инструмент для выявления проблем качества электроэнергии;
• как способ экономии средств благодаря своевременному предотвращению неполадок в системах распределения энергии.

Перечень функций современных анализаторов постоянно расширяется. Так, анализатор качества электроэнергии Fluke 430 серии II использует уникальный алгоритм, позволяющий отыскать источник утечки энергии в трехфазных и однофазных сетях и рассчитать денежную стоимость утрат энергии из-за гармоник, дисбаланса и т. д.

Таким образом, на сегодняшний день к качеству электроэнергии предъявляются повышенные запросы, а источников нарушения параметров тока может быть большое количество. Для энергокомпаний это создает повышенные риски убытков и требует особого внимания к диагностике качества электроэнергии. В то же время, сегодня доступны совершенные приборы для быстрого обнаружения проблем с качеством электроэнергии, и их внедрение существенно упрощает использование электросетей и снижает возможность появления нештатных ситуаций, прежде всего связанных с поломками дорогостоящего оборудования потребителей.