Замеры, контроль и анализ параметров качества электроэнергии⚡

В этой статье мы вам поговорим про параметры качества электроэнергии и значимость их проверки. Обсудим основные понятия и термины, предоставим информацию о стандартах качества и последствиях отклонения от этих стандартов. Рассмотрим, почему важно регулярно проверять качество электроэнергии, а также расскажем о выявление потенциальных проблем. Опишем процесс проверки качества электроэнергии, включая установку специализированных приборов (анализаторов качества электроэнергии) и интерпретацию полученных с их помощью данных.

Хорошее качество электроэнергии, которое отвечает требованиям ГОСТ 32144-2013, мы, как правило, не замечаем и не интересуемся этим вопросом, потому что все оборудование работает исправно, осветительные приборы светят ровным стабильным светом, а напряжение всегда присутствует во всех розетках и поступает ко всем приборам.

Вопросом качества электроэнергии мы обычно задаемся, когда периодически сталкиваемся с отказами в работе электрооборудования или очевидно нештатными режимами функционирования электросетей и электрооборудования. Такими нарушениями в работе электроустановки могут быть колебания и провалы напряжения, приводящие к выходу из строя электроприборов, прерывания напряжения, мерцание и частые перегорания ламп, перерасход электроэнергии или срабатывание аппаратов защиты без видимых причин. Когда подобные ситуации начинают повторяться, мы понимаем, что это не разовое, а системное явление и начинаем задумываться о качестве электроэнергии, идем в интернет читать статьи наподобие этой, чтобы понять, что делать дальше.

Первым шагом на пути решения проблем с качеством электроэнергии являются измерения параметров качества электроэнергии. Выполняют такие измерения инженеры электротехнических лабораторий, имеющих регистрацию в Ростехнадзоре, при помощи специализированных измерительных приборов – измерителей показателей качества электроэнергии. Данные, полученные в ходе замеров, станут отправной точкой для поиска решения проблемы с качеством ЭЭ.

Электроэнергия является жизненно важным элементом в современном мире. Она используется во всех секторах экономики и в повседневной жизни, что делает ее необходимой для большинства людей. Однако важно отметить, что качество электроэнергии также играет ключевую роль в обеспечении надежности функционирования электроустановок и электрооборудования.

Откуда берется так называемая «грязная энергия»? Во-первых, вы можете получать некачественную электроэнергию от внешней электросети вашего поставщика: в ней буду присутствовать гармонические искажения, провалы и несимметрия напряжения, отклонение частоты сети, реактивная составляющая. Во-вторых, причиной может стать современное оборудование, его неправильная установка и эксплуатация. Оно может выдавать помехи в сеть предприятия. В-третьих, проблема может быть также и во внутренней сети предприятия: используется не вся мощность трансформатора, в кабельных линиях присутствуют потери из-за неправильно выбранного сечения проводников, наблюдается разная нагрузка по фазам, а также просто неэффективно используется электроэнергия. Низкое качество электроэнергии может быть вызвано одним из этих факторов или их совокупностью.

Низкое качество электроэнергии, например, провалы и прерывания напряжения, отклонение по частоте, коэффициентам несимметрии, гармонических составляющих и т.д. может приводить к следующим последствиям:

• выход из строя оборудования и электродвигателей;
  
• перерасход и переплата за электроэнергию;
  
• аварии на производстве и брак продукции.

Качество электроэнергии напрямую влияет на экономическую эффективность предприятия. Низкое качество приводит к ее высокому расходу, снижению срока службы и даже выходу из строя оборудования, появлению брака на производстве, вызывает преждевременный износ кабельных линий и трансформаторов. Все это приводит к дополнительным расходам, чревато полной остановкой производства и серьезными затратами на его восстановление. При наличии проблем с качеством электроэнергии на вашем предприятии, вы можете столкнуться со следующими симптомами:

• повышенное или, наоборот, пониженное напряжение, скачки напряжения в сети;
  
• перебои питания;
  
• мерцание света;
  
• перегрев и разрушение электрооборудования, контактов и кабелей, в частности нулевых рабочих проводников кабельных линий вследствие их перегрузки токами гармоник;
  
• высокий расход электроэнергии;
  
• ложные срабатывания аппаратуры защиты вследствие дополнительного нагрева внутренних элементов защитных устройств;
  
• ошибки в работе высокоточного оборудования;
  
• дополнительные потери в трансформаторах;
  
• ухудшение работы батарей конденсаторов из-за несинусоидального тока;
  
• сокращение срока службы электрооборудования из-за более интенсивного старения изоляции;
  
• ускоренное старение изоляции проводов и кабелей;
• помехи в сетях телекоммуникаций, наведенные искажениями в силовых кабелях, проложенных относительно близко к кабелям телекоммуникаций;
• помехи в электрической сети питания, вызванные частотными преобразователями, оказывающие негативное влияние на другое электрическое оборудование, подключенное к этой сети.
  
  

Анализ качества электроэнергии — это один из этапов повышения энергоэффективности предприятия и повышение надежности электроснабжения.

Качество электроэнергии — это набор параметров, которые определяют ее эффективность и пригодность для использования. Эти параметры влияют на производительность электрических аппаратов, надежность электросетей и обеспечивают безопасность потребителей электроэнергии. В этой статье мы рассмотрим некоторые из параметров, которые определяют качество электроэнергии в соответствии с ГОСТ 32144-2013 и поговорим о необходимости их периодического контроля.

Также стандарт предусматривает два вида отклонений от нормативных значения для нормируемых параметров: продолжительные изменения и краткосрочные, вызванные случайным событиями. Говоря о показателях качества электрической энергии, мы будем ссылаться на допустимое отклонение показателей при их продолжительных изменениях.

Напряжение
Напряжение является одним из важнейших параметров, определяющих качество электроэнергии. Оно должно быть стабильным и постоянным, чтобы обеспечить эффективную работу электрических аппаратов. Нестабильное напряжение может привести к повреждению электроники и электрооборудования. В ЭУ низкого напряжения номинальным напряжением между фазой и нейтралью является 220 В, а между фазой и фазой – 380 В. Нормальным положительным или отрицательным отклонением напряжения является изменение в пределах 10% от номинального напряжения в течение 100% недельного интервала.

Частота
Частота является другим важным параметром для оценки качества электроэнергии. Она определяет количество волн напряжения, которые проходят через электрическую сеть за единицу времени. Номинальная частота по ГОСТ 32144 составляет 50 Гц. Частота должна быть стабильной и постоянной, чтобы избежать повреждений электрооборудования и обеспечить надежную работу электроустановок. Отклонение частоты для синхронизированных систем электроснабжения не должно превышать +- 0,2 Гц в течение 95% недельного интервала наблюдений и +-0,4 Гц в течение 100% недельного интервала наблюдений, а для изолированных систем электроснабжения – +-1 Гц и +-5 Гц соответственно.

Фликер
Фликер, т.е. уловимое или неуловимое глазом ощущение мерцания света, яркость или спектр которого меняются во времени, обусловлен колебаниями и одиночными быстрыми изменениями напряжения. Его характеризуют следующий параметры качества ЭЭ — кратковременная и длительная доза фликера. Кратковременная доза фликера не должна превышать 1,38, а длительная — 1,0 в течение 100% недельного временного интервала.


Гармонические и интергармонические составляющие
Несинусоидальность напряжения в сети возникает, в основном, из-за применения на стороне потребителя нелинейных нагрузок и управляющего оборудования, например, частотников. При этом в стандарте в качестве нормируемых параметров определены коэффициенты гармонических составляющих до 40-го порядка и значение суммарного коэффициента гармонических составляющих. Данные показатели качества электроэнергии нормируются по таблицам ГОСТа для 95% и 100% интервала в 1 неделю измерений.

Несимметрия напряжения в трехфазных сетях
Несимметрию трехфазной сети, вызванную несимметричными нагрузками определяют два параметра качества – коэффициенты несимметрии по обратной последовательности и по нулевой последовательности. Они должны быть не более 2% для 95% и не более 4% для 100% недельного интервала.

Случайные события
К случайным событиям относят прерывания напряжения, провалы напряжения, перенапряжения и импульсные перенапряжения. При этом провалом считается ситуация, когда напряжение в сети хотя бы по одной фазе снижается ниже 90% опорного напряжения, а прерыванием – когда напряжение сети по всем фазам снижается ниже 5% опорного напряжения.

Для того чтобы выявить наличие проблемы и определить ее источник необходимо регулярно выполнять замеры качества электрической энергии. В соответствии с п. 1.2.6 Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП), ответственный за электрохозяйство обязан обеспечить контроль и замеры показателей качества электрической энергии не реже чем 1 раз в 2 года!

Цель проверки качества электроэнергии — установить наличие (или отсутствие) отклонений показателей качества и выработать на основе полученных данных стратегию дальнейших действий.

В случае, если энергия низкого качества приходит от поставщика, то нужно в досудебном или судебном порядке добиваться от электросетевой компании приведения качества поставляемой энергии в соответствии с условием договора и требованиями ГОСТ 32144-2013.

Если же проблема связана с электрооборудованием на объекте, то необходимо будет разработать план мероприятий по модернизации электроустановки, чтобы вернуть качество электроэнергии в норму.

Улучшение показателей качества электроэнергии позволяет:

• снизить счета за электроэнергию;
  
• высвободить дополнительные электрические мощности;
  
• продлить срок эксплуатации оборудования.
  

В процессе проверки качества электроэнергии необходимо исследовать параметры электроэнергии, такие как токи, напряжение, частота, мощность, доза фликера, коэффициенты гармоник и др. Это позволяет оценить работоспособность электроэнергетической системы в текущий момент времени и выявить потенциальные проблемы, которые могут возникнуть в будущем.

Для этого в точке или точках передачи электроэнергии устанавливают анализаторы качества электроэнергии, которые с определенной периодичностью записывают значения частоты, токов и напряжений по каждой фазе, нейтрали и земле. На базе измеренных величин анализатор вычисляет все производные параметры.

Установка приборов
Для некоторых целей анализаторы могут устанавливаться на сутки или трое суток, но измерение параметров качества по ГОСТ 32144-2013 предполагает установку приборов на недельный интервал. В ряде может потребоваться установка приборов на более продолжительный срок. В этих условиях критически важно, чтобы приборы были установлены правильно, в противном случае по истечении срока выясниться, что данные, собранные в ходе замеров, не пригодны для анализа или данные вообще не записывались.

По этой же причине заказчик должен обеспечить не только сохранность приборов на объекте, но также их неприкосновенность и стабильное электроснабжение самих анализаторов. Мелочей не бывает: сбитое системное время на приборе, неочищенная память прибора или незаряженные батареи в условиях нестабильного электроснабжения могут стать причиной неудачи и работу нужно будет выполнять заново. В том числе поэтому важно доверять эту работу подрядчику, который имеет необходимый практический опыт проведения замеров.

Анализ собранных данных и подготовка техотчета по замерам качества ЭЭ
По прошествии заданного времени инженеры лаборатории отключают анализаторы от проверяемой сети для построения на основе измеренных показателей технического отчета о проверке качества электроэнергии.

Тех.отчет о замерах показателей качества ЭЭ включает в себя общую информацию о соответствии нормам параметров, нормируемых в ГОСТ, о которых мы говорили выше, а также подробные таблицы измеренных значений и графики исследуемых величин.

На основании собранных и проанализированных данных инженеры лаборатории могут сформулировать гипотезы по устранению неисправностей и улучшению качества электроэнергии.

Например, при наличии в сети гармоник высоких порядков, оказывающих негативный эффект на сами сети и электрооборудование, решением проблемы может стать:

• изменение топологии сети электроснабжения;
  
• использование пассивных фильтров в сетях;
  
• использование активных фильтров для защиты сетей электроснабжения;
  
• использование устройств с автоматической стабилизацией формы напряжения (тока);
  
• использование вольтодобавочных устройств.
  
  

Таким образом, замеры качества, конечно не решают сами по себе проблемы с качеством, но являются отправной точкой для работы проектировщиков по разработке проекта модернизации электроустановки или инженеров-электриков по поиску и устранению дефектов, приводящих к аварийным режимам работы.

На стоимость замеров качества электроэнергии влияет:

• количество точек передачи энергии, в которых необходимо установить анализаторы;
  
• временной интервал, в течение которого необходимо выполнять измерения.
  
  

При этом, больше срок на который устанавливаются приборы, и чем больше самих приборов необходимо задействовать, тем ниже будет цена одних суток установки для одного прибора.
Цены для наиболее часто встречающихся ситуаций:

Все зависит от того, какую задачу вы планируете решить измерением параметров качества. Если вы не собираетесь проводить сертификацию электроэнергии, а также не планируете подавать в суд на сетевую компанию, чтобы уличить ее в поставках некачественной энергии, то достаточно, чтобы у подрядчика было свидетельство электроизмерительной лаборатории, квалифицированные инженеры и поверенные приборы. Последние несколько лет Ростехнадзор не включает замеры параметров качества электроэнергии в перечень допустимых видов испытаний и измерений в свидетельствах лабораторий (что, впрочем, не мешает электролабораториям эти работы успешно выполнять).

В том случае, если вы все же планируете судебную тяжбу, лучше убедиться в том, что организация, проводящая замеры качества имеет аккредитацию в Росаккредитации в качестве лаборатории по контролю качества электрической энергии.

Контроль качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 32144-2013 является не только обязательной профилактической мерой в соответствии с ПТЭЭП, но также и эффективной диагностической процедурой, позволяющей определить проблемы возникающие в электросети объекта и наметить пути их решения.

При выборе подрядчика для проведения измерений параметров качества ЭЭ необходимо убедиться в наличии у него:

• зарегистрированной в Ростехнадзоре электролаборатории;
  
• квалифицированных инженеров-электриков, имеющих необходимые опыт и квалификацию, и прошедших обязательную проверку знаний по электробезопасности;
  
• необходимого количества анализаторов качества электроэнергии, прошедших очередную поверку и соответствующих требованиям ГОСТ.
  
  

По итогам проведенной работы вы получите технический отчет по замерам показателей качества электрической энергии, который станет отправной точкой для модернизации электроустановки или устранения дефектов в электросетях и электрооборудовании.