Прибор местного контроля и сигнализации параметров качества электроэнергии

Рассматривается устройство, позволяющее производить местный контроль показателей качества электроэнергии питающей электросети с последующей их передачей для централизованной обработки и управления состоянием данной электросети .

В настоящее время имеют место частые случаи неправильной работы и даже выхода из строя новых видов и образцов компьютерной техники и техники связи (далее -устройств потребителей (УП)) из-за перепадов напряжения в сети электропитания (СЭП). Это заставляет все чаще обращать внимание на проблемы, связанные с неудовлетворительным состоянием показателей качества электроэнергии (ПКЭ).

Главным регламентирующим документом, определяющим основные ПКЭ, является ДСТУ 3466-96 "Качество электрической энергии. Термины и определения" [1].

Сегодня существует целый ряд удачных решений вопроса контроля состояния ПКЭ СЭП путем оценки их соответствия установленным нормам.

В качестве примера можно привести список устройств, как находящихся в состоянии разработки и испытаний [2], так и прошедших соответствующую проверку и принятых к использованию. Это такие приборы, как АКЭ-2020 [3], AS-3plus [4]. Они имеют целый ряд преимуществ.

Наряду с этим, на наш взгляд, заслуживает внимание предложение о создании подсистемы контроля состояния ПКЭ СЭП и защиты УП от влияния отрицательных явлений, возникающих в электросети.

После изучения представленного в ДСТУ 3466-99 перечня ПКЭ и степени влияния каждого из них на работу УП можно выделить перечень важнейших из них, имеющих существенное влияние на работу УП (табл.1).

Главным направлением при решении вопроса создания подсистемы дистанционного мониторинга и управления будет поиск и предложение способов :

- оценки значения каждого из выделенных ПКЭ непосредственно в точке подключения УП;

- преобразования полученных значений ПКЭ в форму, приемлемую для использования их в работе подсистемы дистанционного мониторинга и управления;

- передачи информации о полученных значениях параметров в точку централизованного контроля ПКЭ и дальнейшей их комплексной обработки;

- управления состоянием как СЭП в целом, так и отдельно каждым УП (в зависимости от анализа значений ПКЭ, полученных в ходе как централизованного, так и местного комплексного мониторинга).

Решением задачи определения параметров ПКЭ в точке непосредственного подключения УП будет установление в этой точке соответствующего датчика.

В качестве такого датчика возможно использование устройства (рис.1), которое разрешит контролировать состояние электроэнергии, поступающей в УП.

Принцип его действия основан на явлении трансформаторной связи.

Функцию датчика выполняет ферритовое кольцо с обмоткой, установленной на каждом из проводников трехфазной сети электропитания. Ток Iэс, протекая по проводнику электросети, будет создавать электромагнитное поле, под влиянием электродвижущей силы которого в обмотке, расположенной на ферритовом кольце, возникнет ток Iобм, а с клемм 1 и 2 можно будет снять показание контрольного напряжения Uконтр.

Изображенный датчик является составной частью прибора местного контроля и сигнализации параметров ПКЭ.

Структурная схема такого прибора местного контроля и сигнализации показателей (ПМКСП) параметров качества электроэнергии показана на рис.2.

Но рис.2 обозначены :

1-7 - входы прибора местного контроля и сигнализации

параметров ПКЭ;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

В1-ВЗ - выпрямительные устройства;

Дт1-Дт4 -датчики №1-№4;

ОН1-ОН4 - ограничители напряжения.

Функция контроля наличия напряжения питающей сети

Рассмотрим основные принципы действия ПМКСП. Переменный ток электросети ~1эс (рис.1), протекая по проводнику "А", образует на выводах 1 и 2 контрольное напряжение 11контр. Поступая на вход АЦП, 11контр сигнализирует о наличии напряжения СЭП. Сигнал поступает на ПМКСП и на центральный прибор мониторинга и управления (ЦПМУ).

Используя специфику аппаратно-программного решения ЦПМУ, получаем возможность контролировать: наличие, провалы или отсутствие напряжения СЭП непосредственно в точке подключения УП.

Функция контроля отклонения напряжения

Величина 11контр оценивается ПМКСП. Сигнал о номинале значения постоянного отклонения питающего напряжения в цифровой форме поступает в ЦПМУ, сообщая о допустимом (или недопустимом) отклонении напряжения в точке подключения УП. Снятие показателя отклонения напряжения проводится путем многоразовых (с заданной ЦПМУ частотой и периодичностью) измерений на протяжении всего времени работы СЭП.

Та же самая функция, примененная в допустимо короткий промежуток времени к внезапно возникшим в СЭП кратковременным, но значительным (единицы киловольт) повышениям напряжения может использоваться для передачи информации об импульсах напряжения грозового или коммутационного происхождения.

Рис.2

Функция индивидуального контроля потребляемой мощности

Производится для каждого из обеспечиваемых питанием УП по каждой фазе. Очевидно, что потребляемая мощность каждой из фаз прямо пропорциональна силе тока, которая протекает через проводник этой фазы.

Контроль силы тока обеспечивается с помощью датчиков ДтЬДтЗ (рис.2).

При росте тока Iэс возрастают значения тока Iобм и напряжения Uконтр.

Процесс контроля величины токов Iобм осуществляется через выпрямительные элементы Bl (B2, ВЗ).

Выпрямленное напряжение Uконтр, пропорциональное силе тока Чэс (1обм), поступая на ввод 1 (3, 5), будет преобразовано в процессе программной обработки ПМКСП и передано к ЦПМУ как информационный сигнал о потребляемой на данной фазе мощности.

За точку отсчета нормально потребляемой мощности для данной фазы относительно данного потребителя берется максимально допустимая мощность потребителя, установленная по его паспортным данным.

Дальнейшее использование полученной информации осуществляется в соответствии с решением управляющего органа и непосредственно по требованиям контролируемого потребителя.

Функция контроля перекоса фаз напряжения СЭП

Перекос фаз - отрицательное явление в электросети, которое возникает в результате неравномерного распределения нагрузки по фазам. На фазе с максимальной нагрузкой напряжение ниже нормы, а на фазах с относительно меньшей нагрузкой - выше (иногда -недопустимо выше) номинала. Ситуация, когда все потребители подключены к общей нейтрали, еще больше осложняет положение.

Причины перекоса фаз могут быть следующими :

- неравномерное распределение нагрузки по фазам СЭП;

- несинусоидальность напряжения, как следствие искажения синусоидальности кривой напряжения под влиянием посторонних факторов, таких, как состояние линий передачи электроэнергии, наличие несогласованных по нагрузке посторонних независимых потребителей, состояние генераторов питающей электростанции.

Очевидно, что для избежания нежелательных последствий таких случаев необходимо иметь постоянную информацию о нагрузке на каждую из фаз СЭП, снятую пофазно непосредственно в точке подключения УП индивидуально для каждого из них.

Контроль нагрузки на одной фазе СЭП был рассмотрен раньше. Для решения вопроса контроля и предотвращения явления прекоса фаз с помощью аппаратно-программного решения ПМКСП и ЦПМУ (в данном случае они работают параллельно, но с приоритетом управления ЦПМУ) необходимо определить потребляемую мощность на каждой из фаз, сравнить эти мощности и в зависимости от полученных результатов принять необходимое решение. Результатом принятого решения может быть команда:

- на разрешение эксплуатации данного потребителя (если величины разностей нагрузок на фазах находятся в допустимых пределах);

- на запрет эксплуатации (если разности потребляемой мощности на фазах превышают допустимые нормы);

- на устранение возникшей ситуации путем снижения нагрузки аварийной фазы к установленным нормам или ее отключения установленным порядком.

Функция контроля номинального значения и значения отклонения частоты напряжения СЭП. Частота напряжения СЭП определяется путем сравнения временных интервалов между пиковыми значениями иконтр выпрямленного с помощью Bl (B2, ВЗ). Для определения этих интервалов используют пиковые значения положительных полупериодов напряжения, синхронных с пиковым значением тока 1обм.

На рис.3 показана диаграмма положительных полупериодов 11контр, где Umax - значение пикового напряжения 11пик; tnep - время периода колебания переменного напряжения.

Измерения производятся непосредственно на ЦПМУ.

При частоте переменного напряжения сети электропитания тСЭП, равной 50 Гц, значение tnep определяется как период этой частоты и составит 1/50=0,02 с.

Установленное таким образом tnep примем за эталон -tHopM=0,02 с.

Далее проконтролировав значение Umax на вводах 1 (3; 5) и определив с помощью аппаратно-программного обеспечения ЦПМУ измеренное в данный момент tnep, производят сравнение tnep с tHopM. Это дает возможность определить:

/. Степень соответствия частоты напряжения СЭП требованиям к ПКЭ :

- если tHopM-tnep=0 с, то частота соответствует установленным требованиям ПКЭ;

- если tHopM-tnep неравно 0 с, то частота не соответствует установленным требованиям ПКЭ;

2. Величину отклонения частоты ( напряжения сети ЭП :

- для тнорм.доп=+0,2 (Гц) и tHopM=0,02 (с)д норм.доп будет составлять ±0,004 с;

- для тпред.доп=±0,4 (Гц)д tnpefl.flon будет составлять +0,008 с.

Выводы:

Предложенные устройства , а именно центральный прибор мониторинга и управления и прибор местного контроля и сигнализации параметров качества электроэнергии , по своим конструктивным особенностям и аппаратно - программным решениям позволяют обеспечить выполнение следующих задач :

- местное измерение контролируемых показателей качества электроэнергии и определение их соответствия установленным нормам;

- своевременный сбор информации о текущем состоянии контролируемой сети электропитания (по каждому из устройств-потребителей);

- своевременное, с оптимальным режимом функционирования, управление контролируемой сетью электропитания;

- выполнение требований защиты устройств-потребителей от влияния факторов опасных явлений, имеющих место в сети электропитания.

Литература

1. Государственный стандарт Украины ДСТУ 3466-96 "Качество электрической энергии. Термины и определения" Госстандарт Украины. - Киев, 1997.

2. Сергеев А. Сигнализатор "перекоса" фаз// Радио. -2003 -№11.- С.42.

3. Микропроцессорный анализатор качества электрической энергии однофазных и трехфазных электрических сетей, регистратор результатов измерений - http://www.prist.ru.

4. Анализатор параметров сети

- http://www.twellve.com.pl. ПДМК.

Nik

Группа компаний «НИК»

г. Киев, тел (044) 248-74-71

248-74-82, 248-74-83

http://www.nik.net.ua