В этой статье подробно рассказано, что такое качество напряжения, и как измерить его характеристики. Что важно, это будет не теоретическая википедийная статья, а статья, максимально приближенная к реальной жизни.
Это будет возможно сделать благодаря моему партнерству с Инженерной Компанией «Энергопартнер», основная сфера деятельности которой — измерение всевозможных энергетических параметров, в том числе параметров качества электросетей. ИК «Энергопартнер» проводит измерения при помощи 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 cosϕ, 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, но 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 240×320, может записывать данные, которые потом скидываются на компьютер. На компьютер ставится программа, в которой всё можно просматривать и анализировать, выложу скриншоты.
В Hioki шунты выглядят так:
Клеммы для измерения напряжения:
При помощи шунтов и клемм прибор получает полную картину того, что происходит в электросети.
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.
Если читатель не подготовлен, рекомендую мою статью — «Чем три фазы отличаются от одной».
Старый ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» гласит, что действующее (или среднеквадратическое, что для синуса одинаково) фазное напряжение в питающей сети должно составлять 220 ±10% = 198...242 В. Однако, новый ГОСТ 29322-2014 «Напряжения стандартные» «повысил» напряжение до 230 В ±10 % = 207...253 В. При этом разрешено действие напряжения и 220, и 230 В. Линейные напряжения (между фазами) будут соответственно 380 и 400 В.
Что реально происходит в электросети, видно на экране анализатора качества электроэнергии Hioki 3197:
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:
Для понимания — Uл = 380 В, Uф = 220 В, а формула «наоборот» будет выглядеть так:
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:
Ток
Когда-то в детстве 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 ток измеряется всегда только ЧЕРЕЗ нагрузку. С тех пор средства 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:
Естественно, присутствуют гармоники тока и напряжения, которыми определяется форма.
Гармоники напряжения и тока можно увидеть в графическом виде, как на скрине выше, так и в вида таблицы — с 1-й до 50-й гармоники. И для однофазной, и для трехфазной сети.
Например, вот такая табличка:
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:
Коэффициент мощности и гармоники
Это уже другая история, которую я расскажу в другой раз.
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 кому интересно ознакомиться с возможностями прибора полнее — выкладываю инструкцию по эксплуатации:
Источник: Александр/СамЭлектрик.ру