Измерение качества электроэнергии

Раньше в крупных энергосистемах переменного тока понятие «качество электроэнергии» было неслыханным, если не считать коэффициента мощности.

Почти все нагрузки были «линейными», что означает, что они не искажали форму синусоидальной волны напряжения и не вызывали несинусоидальные токи в цепи. Это уже не так.

Нагрузки, управляемые «нелинейными» электронными компонентами, становятся все более распространенными как в быту, так и в промышленности, а это означает, что напряжения и токи в энергосистемах, питающих эти нагрузки, богаты гармониками:какими должны быть хорошие, чистые синусоидальные напряжения и токи становятся сильно искаженными, что эквивалентно наличию бесконечной серии высокочастотных синусоидальных волн, кратных основной частоте линии электропередачи.

Эффекты чрезмерных гармоник

Избыточные гармоники в энергосистеме переменного тока могут перегревать трансформаторы, вызывать чрезвычайно высокие токи нейтрального проводника в трехфазных системах, создавать электромагнитный «шум» в виде радиоизлучений, которые могут создавать помехи чувствительному электронному оборудованию, уменьшать выходную мощность электродвигателя в лошадиных силах и могут будет сложно точно определить.

При возникновении таких проблем, как эти изнуряющие энергосистемы, инженерам и техническим специалистам требуются способы точного обнаружения и измерения этих условий.

Качество электроэнергии

Качество электроэнергии - это общий термин, обозначающий отсутствие в энергосистеме переменного тока гармоник. Измеритель «качества электроэнергии» - это измеритель, который дает некоторую форму индикации содержания гармоник.

Измерение качества электроэнергии

Простой способ для техника определить качество электроэнергии в своей системе без сложного оборудования - это сравнить показания напряжения двух точных вольтметров, измеряющих одно и то же напряжение в системе:один измеритель является устройством «усредняющего» типа (например, электромеханический измеритель перемещений) и другой - тип единицы измерения «истинное среднеквадратичное значение» (например, высококачественный цифровой измеритель).

Помните, что измерители «усредняющего» типа откалиброваны так, что их шкалы показывают среднеквадратичное значение вольта, исходя из предположения, что измеряемое напряжение переменного тока является синусоидальным . Если напряжение не имеет формы синусоиды, усредняющий прибор не регистрировать правильное значение, тогда как измеритель истинного среднеквадратичного значения всегда будет регистрировать правильное значение, независимо от формы волны.

Эмпирическое правило здесь таково:чем больше разница между двумя измерителями, тем хуже качество электроэнергии и тем больше его гармоническая составляющая.

Энергосистема с хорошим качеством электроэнергии должна генерировать одинаковые показания напряжения на двух счетчиках с точностью до номинальной погрешности двух приборов.

Еще одно качественное измерение качества электроэнергии - это проверка осциллографа:подключите осциллограф (ЭЛТ) к источнику переменного напряжения и наблюдайте за формой волны. Все, что угодно, кроме чистой синусоиды, может указывать на проблему:

Это умеренно уродливая «синусоида». Здесь определенное гармоническое содержание!

Тем не менее, если необходим количественный анализ (точные числовые показатели), ничто не может заменить инструмент, специально разработанный для этой цели.

Такой прибор называется измеритель качества электроэнергии . и иногда более известен в электронных кругах как низкочастотный анализатор спектра . Этот прибор обеспечивает графическое представление на экране ЭЛТ или цифрового дисплея частотного «спектра» переменного напряжения.

Подобно тому, как призма разделяет луч белого света на составляющие его цветовые компоненты (сколько красного, оранжевого, желтого, зеленого и синего в этом свете), анализатор спектра разделяет сигнал со смешанной частотой на составляющие его частоты и отображает результат в виде гистограммы:(рисунок ниже)

Измеритель качества электроэнергии - это анализатор низкочастотного спектра.

Каждое число на горизонтальной шкале этого измерителя представляет собой гармонику основной частоты. Для американских энергосистем "1" представляет 60 Гц (1-я гармоника или основная ), «3» для 180 Гц (3-я гармоника), «5» для 300 Гц (5-я гармоника) и так далее.

Черные прямоугольники представляют относительные величины каждой из этих гармонических составляющих в измеренном переменном напряжении.

Чистая синусоида с частотой 60 Гц будет показывать только высокую черную полосу над цифрой «1» без каких-либо черных полос поверх других частотных маркеров на шкале, потому что чистая синусоида не имеет гармонического содержания.

Такие измерители качества электроэнергии лучше называть обертонными . метров, потому что они предназначены для отображения только тех частот, которые, как известно, генерируются энергосистемой.

В трехфазных энергосистемах переменного тока (преобладающих для приложений большой мощности) четные гармоники, как правило, подавляются, поэтому только гармоники, существующие в значительной мере, являются нечетными.