1 Перемены в структурах электрических сетей
Изменения в структурах производителей и потребителей среднеевропейских электроэнергетических сетей идут полным ходом. Происходит замена централизованной выработки электроэнергии крупными электростанциями на выработку многочисленными малыми, автономными производителями, например, ветряными генераторами и фотоэлектрическими установками. Они подают электроэнергию в существующие сети среднего и низкого напряжения, как правило, с помощью силовых электронных компонентов. Для повышения энергоэффективности снабжения потребителей используются также и силовые электронные элементы, нелинейные характеристики которых являются главной причиной возникновения в электроэнергетических сетях составляющих сигналов тока и напряжения повышенной частоты.
В результате возникает комплексная система с нестабильным потоками нагрузки и переменными направлениями потоков нагрузки.
2 Влияние на электроэнергетические сети
Из-за массового использования силовой электроники со стороны автономных производителей и замены омических потребителей силовыми электронными компонентами в последнее время сильно возросли вредные обратные влияния в сети, такие как фликкерный эффект и высшие гармоники.
Требования к качеству электроэнергии в точке её передачи как со стороны производитель-потребитель, так и со стороны распределительной сети детально определены различными нормативными документами. (DIN EN 50160, VDE-AR-N 4120, МЭК 61400-21 итд.) и являются основой договора о подключении к сети. Для определения уровня высших гармоник и коэффициента нелинейных искажений требуются приборы измерения качества электроэнергии (так называемые Poweг Quality Messgeräte). Они определяют на основании замеренных сигналов тока и напряжения характеристики качества электроэнергии. Кроме того они могут быть полезны при анализе помех, потому что часто именно высшие гармоники мешают работе электронных приборов и увеличивают вероятность сокращения срока службы или функциональных сбоев, что может привести к серьёзным затратам, особенно в дорогостоящих промышленных установках.
Точно определённая характеристика трансформации встроенных трансформаторов тока и напряжения является исходной предпосылкой для поиска неисправностей!. Далее как для поставщиков так и для потребителей именно правильность измерений является основой для предъявления или отклонения судебного иска.
3 Измерения качества электроэнергии
Как следствие из вышеописанного, быстро растёт потребность в обеспечении наблюдения за состоянием сетей, особенно в системах мониторинга качества электроэнергии. В настоящее время на рынке имеются приборы, фиксирующие высшие гармоники сигналов тока и напряжения до 20 кГц. Целью измерения качества электроэнергии в коммунальных сетях энергоснабжения является наблюдение за теми показателями напряжения, которые указаны в стандарте EN 50160 (особенно гармоник).
Для подобных анализов характерна приведённая на рис. 1 измерительная схема.
Прибор измерения качества электроэнергии и электроэнергетическая сеть связаны между собой через преобразование сигналов тока и напряжения. Часто для этого, не особенно задумываясь, используются традиционные трансформаторы тока и напряжения. испытанные по действующему для них МЭК 61869 и предназначенные для работы на номинальной частоте
(50 Гц). Этот стандарт не содержит требований к поведению коэффициента трансформации при высших гармониках, то есть до настоящего времени частотная зависимость коэффициента трансформатора не учитывается На практике эта зависимость часто недооценивается и трансформатор принимается за идеальный и встраивается в измерительную схему. Такой подход таит в себе большую опасность, поскольку точные данные о частотной зависимости коэффициента трансформации могут быть получены только специальными измерениями.
4 Разработка широкополосных преобразователей
По этой теме фирма RITZ Instrument Transformers GmbH провела научные исследования в рамках совместного проекта с Техническим Университетом TU Dresden и университетом Leibniz Universität Hannover. Результатом являются разработанные фирмой РИТЦ широкополосные измерительные трансформаторы для измерений тока и напряжения, которые она предлагает на рынке с 2012 г. Эти приборы предназначены специально для анализа высших гармоник по DIN EN 61000-4-30 или 61000-4-7.
На рис. 2 наглядно представлены частотные зависимости погрешностей коэффициента трансформации для трёх традиционных трансформаторов в сравнении с широкополосным трансформатором. Эти результаты сравнения касаются приборов на 20кВ и подчёркивают необходимость использования для измерения качества электроэнергии широкополосных трансформаторов. Дополнительно к погрешности коэффициента трансформации на рис. 2 указаны стандарты и, разными цветами, соответствующие частотные диапазоны, на которые эти стандарты распространяются..
Из диаграммы следует, что преобразуемая к примеру трансформатором „VT 3“ гармоника 1.8кГц подаётся на прибор измерения качества электроэнергии в искажённом виде. Эта особенность трансформатора приводит к тому, что проверка требуемых по стандарту EN 50160 показателей при помощи трансформатора „VT 3“ не даёт правильных результатов!. В результате качество напряжения контролируется и протоколируется недостаточно корректно.
Для измерений в соответствии со справочной частью стандарта DIN EN 61000-4-7 традиционные трансформаторы не пригодны! Широкополосный трансформатор „VT 4“ специально приспособлен для этих измерений и только он делает возможным получение достойных доверия результатов расчёта показателей качества электроэнергии при помощи прибора качества электроэнергии в частотном диапазоне до 9kHz.
Для измерений на частоты выше 9кГц фирма RITZ предлагает высокоточные омические делители (GSER 16), которые находят применение вместе с анализаторами мощности на испытательных стендах для двигателей. Наряду с этим делитель GSER 16 пригоден для установки на измерительной панели 8DJH36 фирмы Siemens AG.
Стандарты по качеству электроэнергии существуют также в Азии, Америке, Африке и в Австралии. Там также растёт важность стндартов, регламентирующих параметры сетей, для сетевых компаний и промышленных предприятий, поскольку в настоящее время во многих регионах нарушения граничных значений качества электроэнергии стали обыденными.
Мы охотно выберем широкополосный трансформатор специально для Вашей системы измерения качества электроэнергии.
Контакты:
Ritz Instrument Transformers – Дрезден
Франк Каршау (Frank Karschau)
E-Mail: Frank.Karschau@ritz-international.com
