Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Измерение качества электроэнергии

13 мая 2019 г. в 13:16

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.

Анализатор качества напряжения HIOKI 3197
Анализатор качества напряжения 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.

Анализатор качества электросети
Анализатор качества электросети

В Hioki шунты выглядят так:

Клещи для измерения тока
Клещи для измерения тока

Клеммы для измерения напряжения:

Клеммы для измерения напряжения
Клеммы для измерения напряжения

При помощи шунтов и клемм прибор получает полную картину того, что происходит в электросети.

Процесс измерения параметров качества электроэнергии в трехфазной сети
Процесс измерения параметров качества электроэнергии в трехфазной сети

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:

Линейные напряжения в трехфазной сети
Линейные напряжения в трехфазной сети

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:

Формула линейного напряжения, зависимость от фазного
Формула линейного напряжения, зависимость от фазного

Для понимания — Uл = 380 В, Uф = 220 В, а формула «наоборот» будет выглядеть так:

Формула зависимости фазного напряжения от линейного
Формула зависимости фазного напряжения от линейного

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:

События и деталировка на экране анализатора качества
События и деталировка на экране анализатора качества

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:

Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер
Напряжение в сети и ток ЧЕРЕЗ диммер

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:

Hioki 3197 — частота питающей сети
Hioki 3197 — частота питающей сети

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

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Анализаторы качества электроэнергии серии АКЭ-2000

Анализатор качества электроэнергии АКЭ-2100: — Тип сети — 1Ф и 3Ф; — Виды измерений и тестов — Чередование фаз, ACV, AC, мощность, энергия, коэффициент мощности; — Максимальное напряжение — 1000 Вскз; — Разрешение — 0,1 В; — Максимальный ток — 5000 А (в зав. от т/преобразователя); — Разрешение — 0,1 А; — Частота — 50/60 Гц; — Гармоники — 50; — Экран — 320×240 сенсорный; — Питание — Батарейное (аккумулятор) Сетевой адаптер; — Особенности — Класс S. Оценка качества энергии (ПКЭ), регистрация и измерение аномалий напряжения. Регистрация бросков пускового тока, анализ формы сигнала, быстроменяющихся переходных процессов. Измерение дозы фликера. Внутренняя память 8 ГБ. Преобразователи тока в комплект поставки не входят, заказываются отдельно; — Интерфейсы — USB, LAN Анализатор качества электроэнергии АКЭ-2200: — Тип сети — 1Ф и 3Ф; — Виды измерений и тестов — Чередование фаз, ACV, AC, мощность, энергия, коэффициент мощности; — Максимальное напряжение — 1000 Вскз; — Разрешение — 0,01 В; — Максимальный ток — 6000 А (в зав. от т/преобразователя); — Разрешение — 0,01 А; — Частота — 50/60, 400 Гц; — Гармоники — 100 (12 при 400 Гц); — Экран — 640×480 сенсорный; — Питание — Батарейное (аккумулятор) Сетевой адаптер; — Особенности — Класс A. Оценка качества энергии (ПКЭ), регистрация и измерение аномалий напряжения. Регистрация бросков пускового тока, анализ формы сигнала, быстроменяющихся переходных процессов. Измерение дозы фликера. Внутренняя память 32 ГБ. Преобразователи тока в комплект поставки не входят, заказываются отдельно. — Интерфейсы — USB, LAN, WiFi
Отдел продаж · ПриСТ · 26 марта · Россия · г Москва
Анализаторы качества электроэнергии серии АКЭ-2000

ПРОДАМ: Конфорки электрические чугунные КЭТ 0, 13/3 RADA для предприятий общественного питания.

Рабочее напряжение: 220 вольт. Число нагревательных элементов (ТЭНов): 2 шт Мощность: 3 кВт Размер: 430х300 мм Рабочая температура: 400 С* Масса:: 13 кг Конфорка (СБ) КЭТ0,13/3,0 430×300 подходит для плит электрических ПЭС-2(Ш), ПЭС-4(Ш), ПЭ-804О(Ш), ПЭ-806О(Ш) производства РАДА. Цена 3350 руб с НДС. Гибкая система скидок! Звоните! Данилов Евгений. ООО ЧебЭнерго, г. Чебоксары.
Данилов Евгений · ЧебЭнерго · 26 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Конфорки электрические чугунные КЭТ 0, 13/3 RADA для предприятий общественного питания.

ПРОДАМ: Конфорка КЭТ-0, 13/2, 5 (РАДА)

Конфорки электрические чугунные КЭТ0,13/2,5 RADA Рабочее напряжение: 220 вольт. Число нагревательных элементов (ТЭНов): 2 шт Мощность: 2,5 кВт Размер: 430х300 мм Рабочая температура: 400 С* Масса:: 13 кг Конфорка (СБ) КЭТ-0,13/2,5 430×300 подходит для плит электрических ПЭС-2(Ш), ПЭС-4(Ш), ПЭ-804О(Ш), ПЭ-806О(Ш) производства РАДА. Цена 3350 руб с НДС. Гибкая система скидок! Звоните! Данилов Евгений. ООО ЧебЭнерго, г. Чебоксары.
Данилов Евгений · ЧебЭнерго · 26 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Конфорка КЭТ-0, 13/2, 5 (РАДА)

ПРОДАМ: Конфорка КЭТ-0, 09/2, 5 (РАДА)

Конфорка электрическая КЭТ 0,09/2,5 RADA Площадь рабочей поверхности: 0,09 м2 Мощность: 2,5 кВт Номинальное напряжение: 220 Вольт Число нагревающихся элементов (ТЭНов): 2 шт Рабочая температура:не менее 360 градусов Размер: 300x300 мм (± 3 мм) Масса: 11 кг Для плит ПЭ-722О, ПЭ-724О, ПЭ-726О произ-ва РАДА. Цена 2850 руб с НДС. Гибкая система скидок! Звоните! Данилов Евгений. ООО ЧебЭнерго, г. Чебоксары.
Данилов Евгений · ЧебЭнерго · 26 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Конфорка КЭТ-0, 09/2, 5 (РАДА)

ПРОДАМ: Конфорка КЭТ-0, 12 (Абат)

Конфорка электрическая КЭТ 0,12/3,0 кВт Abat. Площадь рабочей поверхности: 0,12 м2 Размеры: 415x295 Мощность: 3,0 кВт Материал конфорки: чугунное литье Масса: 11 кг Номинальное напряжение: 220 В Рабочая температура поверхности:не более: 400 град. Рабочие режимы нагрева: слабый, средний, сильный Конфорки чугунные электрические КЭТ-0,12/3 используются в качестве элементов поверхности нагрева в электрических плитах для предприятий общественного питания. Конфорки представляют собой сборно-разборный нагревательный элемент, состоящий из высококачественного литья, ТЭНов, теплоизоляционного материала и защитного металлического кожуха. Конфорки являются ремонтопригодными. Конфорка КЭТ-0,12 подходит для установки на плиты производства: Тулаторгтехника: ПЭ-0,24; ПЭ-0,48; ПЭ-0,72, Тулатехмаш: ПЭЖШ Чувашторгтехника Abat): ЭП-6ЖШ; ЭП-4ЖШ; ЭП-6П, Тверьторгтехника-ПЭСМ-4 «Гомельторгмаш»-ПЭМ-4-010; ПЭМ-2-020; ЭПК-48; ПЭЖШ, Пищевые технологии: ПЭП-0,48; ПЭП-0,72 Цена 2700 руб с НДС. Гибкая система скидок! Звоните! Данилов Евгений. ООО ЧебЭнерго, г. Чебоксары.
Данилов Евгений · ЧебЭнерго · 26 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Конфорка КЭТ-0, 12 (Абат)
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.