Простыя правілы для разгадвання загадак якасці электраэнергіі

АНАТАЦЫЯ

Тыповы Праблема якасці электраэнергіі пачынаецца з трывожнага званка інжынеру аб'екта або кіраўніку электрамайстэрні з нагоды нейкай няспраўнасці, якая прывяла да спынення вытворчасці або перазагрузкі камп'ютэрнай сістэмы. Пасля гэтага судова-медыцынскія расследаванні, верагодна, з'яўляюцца самым складаным спосабам высветліць крыніцу праблемы, звязанай з якасцю электраэнергіі. Выкананне некалькіх простых правілаў можа дазволіць асобам, якія нясуць такія абавязкі, хутка вырашыць большасць такіх праблем. Патрабуюцца толькі базавыя веды аб электрычнасці і аб тым, як розныя параметры ўзаемадзейнічаюць пры наяўнасці змяненняў, выкліканых нагрузкамі, пераключэннем камутацый і іншымі крыніцамі з'яў, звязаных з якасцю электраэнергіі. Таксама патрабуецца манітор якасці электраэнергіі, здольны надзейна фіксаваць неабходную інфармацыю.

ПЕРАДУМОВЫ

Павелічэнне праблем, звязаных з якасцю электраэнергіі, відавочнае ў такіх вядомых інцыдэнтах, як нядаўнія збоі на фондавых біржах і ў сістэме кіравання паветраным рухам у Злучаных Штатах. Для тых, хто штодня мае справу з якасцю электраэнергіі, гэта не дзіўна. Узрастаючая залежнасць ад камп'ютэрнага і іншага электроннага абсталявання з меншай талерантнасцю да розных тыпаў з'яў, звязаных з якасцю электраэнергіі, з'яўляецца важным фактарам.

Гэтая падвышаная ўспрымальнасць абумоўлена шэрагам фактараў, у тым ліку больш нізкімі ўзроўнямі лагічнага напружання, павышанымі тактавымі частотамі, узаемасувяззю абсталявання праз лакальныя сеткі і павелічэннем працэнта не...Лінейная нагрузкаНе менш важнай з'яўляецца рэструктурызацыя ў прамысловых/камерцыйных і электраэнергетычных кампаніях, якая прывяла да рассейвання, а часам і да знікнення экспертаў па якасці прадукцыі ў гэтых арганізацыях. У выніку з'явілася больш праблем, якім даводзілася вырашаць менш вопытным людзям.

Існуе два розныя падыходы да вырашэння праблем, звязаных з якасцю электраэнергіі: прафілактычнае/прагнастычнае абслугоўванне і судова-медыцынскія расследаванні. З-за недастатковага разумення і павелічэння аб'ёму працы, расследаванні пасля факту здарэння, здаецца, усё яшчэ дамінуюць, хоць яны, відавочна, найбольш складаныя для вырашэння. Абодва падыходы могуць выкарыстоўваць простыя правілы, якія дапамогуць вырашыць большасць праблем, звязаных з якасцю электраэнергіі. Хоць больш складаныя прычыны, верагодна, патрабуюць ведаў дасведчанага чалавека, на шчасце, гэта меншасць выпадкаў.

Перш чым перайсці да простых правілаў і працэдур, неабходна вызначыць агульны набор тэрмінаў. У Паўночнай Амерыцы асноўнай крыніцай гэтых тэрмінаў з'яўляецца стандарт IEEE 1159 «Рэкамендаваная практыка маніторынгу якасці электраэнергіі» [1]. У Еўропе добрымі крыніцамі з'яўляюцца стандарт EN50160 у спалучэнні з дакументамі UNIPEDE «Характарыстыкі напружання». Хоць абодва вельмі карысныя, стандарт IEEE 1159 у цяперашні час мае больш падрабязны набор азначэнняў для з'яў якасці электраэнергіі, таму тут будзе выкарыстоўвацца ён, як вызначана ў Дадатку А.

ПАДЫХОД ДА ПРАФІЛАКТЫЧНАГА ТЭХНІЧНАГА АБСЛЯДЖАННЯ

Прафілактычнае абслугоўванне або праактыўны падыход выкарыстоўваецца многімі кампаніямі для прадухілення значных фінансавых страт ад страты прадукцыйнасці. Незалежна ад таго, ці гэта маніторынг выхадных сігналаў крыніцы бесперабойнага сілкавання ў аўтаномным рэжыме, ці ўзровень гармонік трансфарматара, які неабходна знізіць, каб прадухіліць скарачэнне тэрміну яго службы, гэты падыход, безумоўна, з'яўляецца пераважным метадам. Аднак яго часта цяжка ўкараніць, бо многія не бачаць пераваг, пакуль не адбудзецца катастрофа.

Выкананне праграмы маніторынгу прафілактычнага абслугоўвання звычайна ўключае наступныя этапы: планаванне/падрыхтоўка, праверка, маніторынг, аналіз і рэалізацыя рашэння. Часта гэта ітэрацыйны працэс, бо першае рашэнне можа толькі часткова паменшыць праблему. Адной з найбольш складаных задач для менш вопытнага чалавека з'яўляецца аналіз дадзеных. Шматлікія працы былі напісаны пра іншыя этапы, таму наступнае абмеркаванне будзе сканцэнтравана на этапе аналізу. Наступная праграма прафілактычнага абслугоўвання сканцэнтравана на ўсталяваных умовах, хоць многія правілы прымяняюцца і да перыядычных умоў.

Мяркуецца, што выкарыстоўваецца манітор якасці электраэнергіі, які можа праводзіць дакладнае даследаванне. Для гэтага манітор павінен мець магчымасць адначасова фіксаваць змены RMS на цыклавай аснове, пераходныя працэсы да мікрасекунднага ўзроўню і гарманічныя скажэнні прынамсі да чацвёртай долі. Уваходы вымяральнага напружання павінны быць высокаімпеданснымі, дыферэнцыяльнымі ўваходамі, якія можна выкарыстоўваць як у схемах «зорка», так і «трохкутнік» без уліку збалансаваных умоў.

Трансфарматары току павінны мець дастатковую паласу прапускання для захопу як усталяваных, так і пераходных формаў сігналу. Часта гэта не так, калі трансформаторы току падключаны да другаснай абмоткі вымяральных трансфарматараў току. Сёння часта пераходныя працэсы напружання абмежаваныя прыладамі падаўлення перанапружання, таму спосаб надзейнага выяўлення пераходных працэсаў - гэта спрацоўванне і маніторынг пераходных працэсаў току.

Перыяд маніторынгу павінен доўжыцца не менш за адзін бізнес-цыкл. «Бізнес-цыкл» — гэта час, неабходны аб'екту для паўтарэння рэжыму працы. У прамысловых памяшканнях, дзе працуюць тры аднолькавыя змены, сем дзён на тыдзень, маніторынг можа заняць усяго восем гадзін. У большасці аб'ектаў бізнес-цыкл складае адзін тыдзень. Можа спатрэбіцца паўтараць апытанне некалькі разоў на год з-за сезонных змен, такіх як павелічэнне электрастатычнага разраду ў зімовыя месяцы ў больш халодным клімаце. Маніторынг таксама павінен праводзіцца ў розных месцах па ўсім аб'екце. Як правіла, апытанне пачынаецца з пункту агульнага падключэння (PCC), дзе электрычная служба сустракаецца з службай будынка. Далей маніторынг праводзіцца на размеркавальных панэлях на кожным паверсе, а затым на разетках у канцы кожнага адгалінаванага ланцуга. Таксама павінны быць уключаны дадзеныя па крытычных нагрузках на аб'екце. Хоць гэта можа здацца вялікай колькасцю дадзеных, наяўнасць гэтай базавай лініі і профілю аб'екта будзе надзвычай карыснай у выпадку будучых парушэнняў.

Пасля збору дадзеных яны звычайна пераносяцца на настольныя кампутары або ноўтбукі для аналізу з дапамогай праграмнага забеспячэння. Абмежаванні дапушчальных значэнняў можна знайсці ў такіх публікацыях, як FIPS PUB 94 – Кіраўніцтва па электрычнай магутнасці для ўстаноў ADP, паказанае ў Дадатку B. Варта выконваць спецыфікацыі мясцовых органаў бяспекі або вытворцы абсталявання, асабліва калі яны больш жорсткія.

Уплыў выхаду за гэтыя межы залежыць ад успрымальнасці абсталявання, «калякасці» сістэмы электразабеспячэння і іншых фактараў, якія прысутнічаюць адначасова. Гэта не абсалютныя межы, а хутчэй спасылкі, якія выклікаюць пытанні. Рэкамендуецца, каб напружанне паміж нейтраллю і зямлёй у аднафазнай сістэме 120 В складала ад 0,5 да 3 В. [2] Калі напружанне блізкае да нуля вольт, то варта падазраваць наяўнасць незаконнага злучэння нейтралі з зямлёй. Калі напружанне вельмі высокае, то варта шукаць адсутнасць надзейнага злучэння нейтралі або зазямлення.

Наяўнасць мадуляцыі (ці ваганняў) напружання можа прывесці да мігацення святла ў залежнасці ад частаты мадуляцыі. Згодна з EN60868, пры частаце 9 Гц пры выкарыстанні лямпаў напальвання можа быць прыкметнае адхіленне менш за 1%.[3] У NEMA MG-1 і IEEE Std 112 рэкамендуецца зніжэнне намінальных характарыстык электрарухавіка на 10% пры дысбалансе напружання ўсяго ў 3% [4,5]. З улікам распаўсюджвання нелінейных нагрузак, такіх як камп'ютэрныя сістэмы кіравання і прынтары, якія размяшчаюцца па ўсёй тэрыторыі без уліку падтрымання збалансаванай нагрузкі, дысбаланс напружання ў 3% з'яўляецца нярэдкасцю.

Карысны аналіз некалькіх іншых параметраў. Варта прааналізаваць гарманічныя скажэнні як для току, так і для напружання. Для атрымання інфармацыі аб абмежаваннях, указаных для амплітуд асобных гармонік і агульнага значэння гарманічных скажэнняў, варта звярнуцца да стандарту IEEE 519 «Рэкамендаваная практыка па гармоніках у энергасістэмах» і стандарту IEC 1000-4-7. Ці дастаткова сур'ёзныя гарманічныя скажэнні, каб трансфарматары і іншыя індуктыўныя прылады патрабавалі зніжэння магутнасці?

Агляд гарманічнага спектру з дапамогай хуткага або гнуткага пераўтварэння Фур'е можа даць падказку аб тым, які тып абсталявання працуе ў ланцугу і ці працуе яно правільна. Напрыклад, калі ёсць высокі працэнт цотных гармонік, гэта сведчыць аб наяўнасці паўхвалевага выпрамлення. Калі абсталяванне ў ланцугу выкарыстоўвае такое, то гэта можа быць прымальным значэннем. Аднак, калі абсталяванне мае толькі двуххвалевыя выпрамнікі ў крыніцах харчавання, гэта можа сведчыць аб тым, што частка схемы паўправадніковага моста працуе няправільна.

Гармонікі для шматполюсных пераўтваральнікаў звычайна адлюстроўваюцца ў выглядзе пар гарманік, h=p*n+/-1, дзе h — нумар гармонікі, p — колькасць полюсаў, а n — цэлы лік ад адзінкі і далей. Напрыклад, шасціполюсны пераўтваральнік (трохфазны двуххвалевы мастовы выпрамнік) будзе мець гармонікі на 5-й і 7-й, 11-й і 13-й, 17-й і 19-й і гэтак далей.

Два іншыя параметры, на якія варта звярнуць увагу, - гэта імпеданс крыніцы і нагрузкі. Імпеданс крыніцы разглядаецца як эквівалентны імпеданс усіх правадоў і імпедансаў трансфарматара (плюс любыя нагрузкі), накіраваных назад да крыніцы. Імпеданс нагрузкі тут вызначаецца як эквівалентны імпеданс усіх нагрузак і ланцугоў, накіраваных у бок ад крыніцы.

Прыблізнае прыбліжэнне гэтых значэнняў можна атрымаць, выкарыстоўваючы формулы, прадстаўленыя ў стандарты IEEE Std 1100, Рэкамендаваная практыка для зазямлення і харчавання адчувальнага электроннага абсталявання, таксама вядомага як «Ізумрудная кніга» [6]. Зыходзячы з закона Ома, які абвяшчае, што напружанне = ток * імпеданс, імпеданс нагрузкі роўны V паміж фазай і нейтраллю, падзеленай на I паміж фазай і нейтраллю. Хоць гэта значэнне не з'яўляецца дакладным, калі няма сігналаў з усяго частотнага спектру, яно карысна для вызначэння ўплыву ўключэння і выключэння нагрузкі.

Падобным чынам, імпеданс крыніцы — гэта прыблізнае значэнне, якое атрымліваецца шляхам дзялення рознасці паміж двума напружаннямі ў розныя моманты часу на розніцу паміж двума токамі адначасова, або (V1-V2)/(I1-I2). Гэта дасць значэнне, карыснае для вызначэння «жорсткасці» крыніцы. Яго таксама можна выкарыстоўваць для разліку таго, наколькі моцнае прасяданне будзе пры ўключэнні розных нагрузак. Напрыклад, калі імпеданс крыніцы складае 1 Ом у ланцугу 120 В сярэдняя вага з нармальнай нагрузкай 10 А, уключэнне нагрузкі з імпедансам 11 Ом прывядзе да прасядання да 100 В. Варта праверыць значэнні імпедансу крыніцы больш за адзін Ом.

Калі выкарыстоўваны аналізатар якасці электраэнергіі запісвае велічыні гармонік і фазавыя вуглы з цягам часу пры розных умовах нагрузкі, то можна таксама разлічыць імпеданс гарманік. Гэта можа быць карысным для выяўлення патэнцыйных рэзанансаў з імпедансамі сістэмы, такімі як кандэнсатары карэкцыі каэфіцыента магутнасці.

Падчас перыяду маніторынгу прафілактычнага абслугоўвання таксама магчыма атрыманне дадзеных аб частаце ўзнікнення з'яў якасці электраэнергіі, якія не з'яўляюцца стацыянарнымі, такіх як праседы, ўзрастанні, пераходныя працэсы і перапыненні. Гэтыя дадзеныя можна альбо непасрэдна параўнаць са спецыфікацыямі ўспрымальнасці, калі яны прадастаўлены вытворцам абсталявання, альбо статыстычна параўнаць з вынікамі розных апытанняў, апублікаваных у апошнія гады. Як аналізаваць прычыну парушэння, будзе разгледжана ў наступным раздзеле.

У Паўночнай Амерыцы нядаўна былі праведзены тры даследаванні, якія карысныя для параўнання таго, што лічыцца «нармальным», калі казаць пра частату розных тыпаў з'яў, звязаных з якасцю электраэнергіі. Даследаванне Нацыянальных энергетычных лабараторый (NPL) было праведзена ў пункце спажывання, даследаванне Канадскай электрычнай асацыяцыі (CEA) — у пункце агульнага падключэння, а даследаванне Інстытута даследаванняў электраэнергіі (EPRI) — на ўзроўнях размеркавальнага напружання. [7] Большасць еўрапейскіх краін таксама правялі такія даследаванні, напрыклад, даследаванне Enel у Італіі, даследаванне Іст-Мідлендс у Англіі і даследаванне IQF у Францыі.

Карацей кажучы, праграма прафілактычнага абслугоўвання можа вызначыць параметры, якія могуць прывесці да доўгатэрміновага пагаршэння працы сістэмы або зрабіць сістэму ўразлівай да з'яў, звязаных з якасцю электраэнергіі, такіх як нізкае намінальнае напружанне сеткі, якое можна выправіць з дапамогай пераключэння адгалінавання трансфарматара. З улікам вялікай колькасці манітораў якасці электраэнергіі і праграмнага забеспячэння, даступных на сучасным рынку, такая праграма не патрабуе шмат часу і намаганняў карыстальніка.

КАРОТКАЕ АПІСАННЕ

Выкарыстанне манітора якасці электраэнергіі для правядзення прафілактычных аглядаў і/або постфактумных даследаванняў патрабуе ведання законаў Ома і Кірхгофа. Дадзеныя, атрыманыя ў выніку агляду, параўноўваюцца з дапушчальнымі межамі, каб вызначыць, якія параметры могуць уплываць на правільную працу абсталявання. Для экспертнага расследавання спачатку вызначаецца кірунак з'явы якасці электраэнергіі (крыніца або нагрузка). Затым, аналізуючы характарыстыкі формаў хвалі напружання і току і параўноўваючы іх з тымі, што ствараюцца рознымі тыпамі нагрузак або сістэмай, крыніцу ў многіх выпадках можна хутка высачыць.