Котнроль качества электроэнергии микроэлектронными приборами

 

Контроль  качества электроэнергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение 1 Основные задачи и виды контроля качества электроэнергии 2 Требования стандарта к контролю качества электроэнергии 3 Оценка качества электроэнергии с помощью цифровых средств измерений      3.1 Основные требования  к цифровым средствам измерений      3.2 Технические и конструктивные  требования к регистраторам              ПКЭ      Заключение      Список литературы      Приложение

3 5 9 11   11   13 17 19 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Контроль качества электрической  энергии подразумевает оценку соответствия показателей установленным нормам, а дальнейший анализ качества электроэнергии — определение стороны виновной в ухудшении этих показателей.

Определение показателей  качества электрической энергии  задача нетривиальная. Это оттого, что  большинство процессов, протекающих  в электрических сетях — быстротекущие, все нормируемые показатели качества электрической энергии не могут  быть измерены напрямую  — их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только по статистически  обработанным результатам. Поэтому, для  определения показателей качества электрической энергии, необходимо выполнить большой объём измерений  с высокой скоростью и одновременной  математической и статистической обработкой измеренных значений.

Наибольший поток измерений  необходим для определения несинусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-й включительно и в пределах допустимых погрешностей, требуется выполнять измерения мгновенных значений трёх междуфазных напряжений 256 раз за период. А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае возможно определить с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха.

Первичная обработка измеренных напряжений и токов состоит из определения их гармонического состава, — по всем измеренным значениям  выполняется быстрое преобразование Фурье. Далее производится усреднение полученных значений на установленных  интервалах времени. ГОСТ 13109-97 потребовал вычислять средне­квадратичные значения, что привело к необходимости использования двухпроцессорных схем при построении приборов.

Наиболее сложная математика задействуется при оценке колебаний  напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти  явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер. Поэтому, приходится определять форму огибающей, по указанным в ГОСТе коэффициентам приведения пересчитывать кривую и только после этого определять показатели. При этом размах изменения напряжения и доза фликера считаются по-разному, в большинстве случаев требуется отдельный, специальный прибор — фликерметр.

Контролировать качество электрической энергии следует  с применением сертифицированных  приборов, обеспечивающих измерение  и расчёт всех необходимых параметров, для определения и анализа  качества электрической энергии.

Местом контроля качества электрической энергии являются точки общего присоединения потребителей к сетям общего назначения. В них  выполняют измерения энергоснабжающие организации. Потребители проводят измерения в собственных сетях в местах ближайших к этим точкам.

ГОСТом установлена периодичность контроля качества электроэнергии — один раз в два года для всех ПКЭ, и два раза в год для отклонения напряжения.

Существуют задачи непрерывного мониторинга качества электроэнергии, требующие включения приборов качества в АСКУЭ. Между тем есть приборы, одновременно выполняющие функции  счетчика электроэнергии, прибора контроля качества и биллинговой системы, рассчитывающей сумму, подлежащую к оплате с учётом скидок и надбавок за качество.

 

 

 

 

 

1 Основные задачи и виды контроля качества электроэнергии

 

 

Основными задачами контроля качества электроэнергии являются:

• Проверка выполнения требований стандарта в части эксплуатационного контроля ПКЭ в электрических сетях общего назначения;
• Проверка соответствия действительных значений ПКЭ на границе раздела сети по балансовой принадлежности значениям, зафиксированным в договоре энергоснабжения;
• Разработка технических условий на присоединение потребителя в части качества электроэнергии;
• Проверка выполнения договорных условий в части контроля электроэнергии с определением допустимого расчетного и фактического вкладов потребителя в ухудшение контроля электроэнергии;
• Разработка технических и организационных мероприятий по обеспечению контроля электроэнергии;
• Определение скидок (надбавок) к тарифам на электроэнергию за ее качество;
• Сертификация электрической энергии;
• Поиск “виновника” искажений ПКЭ.

В зависимости от целей, решаемых при контроле и анализе качества электроэнергии, измерения ПКЭ могут иметь четыре формы:

• диагностический контроль;
• инспекционный контроль;
• оперативный контроль;
• коммерческий учет.

Диагностический контроль качества электроэнергии. Основной целью диагностического контроля на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации является обнаружение “виновника” ухудшения качества электроэнергии, определение допустимого вклада в нарушение требований стандарта по каждому ПКЭ, включение их в договор энергоснабжения, нормализация качества электроэнергии.

Диагностический контроль должен осуществляться при выдаче и  проверке выполнения технических условий  на присоединение потребителя к  электрической сети, при контроле договорных условий на электроснабжение, а также в тех случаях, когда  необходимо определить долевой вклад  в ухудшение качества электроэнергии группы потребителей, присоединенных к общему центру питания. Диагностический контроль должен быть периодическим и предусматривать кратковременные (не более одной недели) измерения ПКЭ. При диагностическом контроле измеряют как нормируемые, так и ненормируемые ПКЭ, а также токи и их гармонические и симметричные составляющие и соответствующие им потоки мощности.

Если результаты диагностического контроля качества электроэнергии подтверждают “виновность” потребителя в нарушении норм качества электроэнергии, то основной задачей энергоснабжающей организации совместно с потребителем является разработка и оценка возможностей и сроков выполнения мероприятий по нормализации качества электроэнергии. На период до реализации этих мероприятий на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации должны применяться оперативный контроль и коммерческий учет качества электроэнергии.

На следующих этапах диагностических измерений качества электроэнергии контрольными точками должны быть шины районных подстанций, к которым подключены кабельные линии потребителей. Эти точки представляют также интерес для контроля правильности работы устройств РПН трансформаторов, для сбора статистики и фиксации провалов напряжения и временных перенапряжений в электрической сети. Тем самым контролируется работа уже существующих средств обеспечения качества электроэнергии: синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов и трансформаторов с устройствами РПН, обеспечивающих заданные диапазоны отклонений напряжения, а также работа средств защиты и автоматики в электрической сети.

Инспекционный контроль качества электроэнергии осуществляется органами сертификации для получения информации о состоянии сертифицированной электроэнергии в электрических сетях энергоснабжающей организации, о соблюдении условий и правил применения сертификата, с целью подтверждения того, что качества электроэнергии в течение времени действия сертификата продолжает соответствовать установленным требованиям.

Оперативный контроль качества электроэнергии - необходим в условиях эксплуатации в точках электрической сети, где имеются и в ближайшей перспективе не могут быть устранены искажения напряжения. Оперативный контроль необходим в точках присоединения тяговых подстанций железнодорожного и городского электрифицированного транспорта, подстанций предприятий имеющих ЭП с нелинейными характеристиками. Результаты оперативного контроля должны поступать по каналам связи на диспетчерские пункты электрической сети энергоснабжающей организации и системы электроснабжения промышленного предприятия.

Коммерческий учет ПКЭ  – должен осуществляться на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации и по результатам его определяются скидки (надбавки) к тарифам на электроэнергию за ее качество.

Правовой и методической базой обеспечения коммерческого  учета качества электроэнергии в электрических сетях являются Гражданский кодекс Российской Федерации (ГК РФ), ч.2, ГОСТ 13109 – 97, Инструкция о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию (№449 от 28 декабря 1993г. Минюста РФ) .

Коммерческий учет качества электроэнергии должен непрерывно осуществляться в точках учета потребляемой электроэнергии как средство экономического воздействия на виновника ухудшения качества электроэнергии. Для этих целей должны применяться приборы, совмещающие в себе функции учета электроэнергии и измерения ее качества. Наличие в одном приборе функций учета электроэнергии и контроля ПКЭ позволит совместить оперативный контроль и коммерческий учет качества электроэнергии, при этом могут применяться общие каналы связи и средства обработки, отображения и документирования информации АСКУЭ .

Приборы коммерческого  учета качества электроэнергии должны регистрировать относительное время превышения нормально и предельно допустимых значений ПКЭ в точке контроля электроэнергии за расчетный период, которые определяют надбавки к тарифам для виновников ухудшения качества электроэнергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Требования стандарта  к контролю качества электроэнергии

 

 

Контроль за соблюдением требований стандарта энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии должны осуществлять органы надзора и аккредитованные испытательные лаборатории по качества электроэнергии.

Контроль качества электроэнергии в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к системам общего назначения проводят энергоснабжающие организации (точки контроля выбираются в соответствии с нормативными документами). Периодичность измерений ПКЭ:

• для установившегося отклонения напряжения – не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения в центре питания не реже одного раза в год;
• для остальных ПКЭ – не реже одного раза в два года при неизменности схемы сети и ее элементов и незначительном изменении характера электрических нагрузок потребителя, ухудшающего качества электроэнергии.

Потребители электроэнергии, ухудшающие качества электроэнергии, должны проводить контроль в точках собственных сетей, ближайших к точкам общего присоединения указанных сетей к электрической сети общего назначения, а также на выводах приемников электрической энергии, искажающих качества электроэнергии.

Периодичность контроля качества электроэнергии устанавливает потребитель электрической энергии по согласованию с энергоснабжающей организацией.

Контроль качества электроэнергии, отпускаемой тяговыми подстанциями переменного тока в электрические сети напряжением 6 – 35 кВ, следует проводить:

• для электрических сетей 6 – 35 кВ, находящихся в ведении энергосистем, в точках присоединения этих сетей к тяговым подстанциям;
• для электрических сетей 6 – 35 кВ, не находящихся в ведении энергосистем, в точках, выбранных по согласованию между тяговыми подстанциями и потребителями электроэнергии, а для вновь строящихся и реконструируемых (с заменой трансформаторов) тяговых подстанций - в точках присоединения потребителей электрической энергии к этим сетям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Оценка качества электроэнергии с помощью цифровых средств измерений

 

3.1 Основные требования к цифровым средствам измерений

 

Контроль за соблюдением энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии требований стандарта осуществляют органы надзора и аккредитованные в установленном порядке испытательные лаборатории по качеству электрической энергии.

Контроль качества электрической  энергии в точках общего присоединения  потребителей электрической энергии  к системам электроснабжения общего назначения проводят энергоснабжающие организации. Указанные организации выбирают точки контроля в соответствии с нормативными документами, утвержденными в установленном порядке, и определяют периодичность контроля.

Периодичность измерений показателей качества электроэнергии устанавливают:

• для установившегося отклонения напряжения — не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения в центре питания — не реже одного раза в год. При незначительном изменении суммарной нагрузки центра питания и неизменности схемы сети и параметров ее элементов допускается увеличивать интервал между контрольными измерениями для установившегося отклонения напряжения;
• для остальных показателей — не реже одного раза в 2 года, при неизменности схемы сети и ее элементов и незначительном изменении нагрузки потребителя, ухудшающего качество электроэнергии.

Конкретные сроки проведения периодического контроля качества электроэнергии в точках присоединения потребителей к системе электроснабжения общего назначения устанавливаются электроснабжающей организацией в эксплуатационных режимах, соответствующих нормальным схемам или длительным ремонтным схемам сетей общего назначения.

Потребители, ухудшающие качество электрической энергии, должны проводить  контроль в точках собственных сетей, ближайших к точкам общего присоединения  указанных сетей к электрической  сети общего назначения, а также  на выводах приемников электрической  энергии, являющихся источниками кондуктивных электромагнитных помех.

Периодичность контроля качества электрической энергии устанавливает  потребитель электрической энергии  по согласованию с энергоснабжающей организацией.

Контроль качества электрической  энергии, отпускаемый тяговыми подстанциями переменного тока в электрические сети напряжением 6-35 кВ, следует проводить:

• для электрических сетей 6-35 кВ, находящихся в ведении энергосистем, — в точках присоединения этих сетей к тяговым подстанциям;
• для электрических сетей 6-35 кВ, не находящихся в ведении энергосистем, — в точках, выбранных по согласованию между тяговыми подстанциями и потребителями электрической энергии, а для вновь строящихся и реконструируемых (с заменой трансформаторов) тяговых подстанций — в точках присоединения потребителей электрической энергии к этим сетям.

При измерении показателей  качества электроэнергии с помощью цифровых средств измерений, в качестве i-го наблюдения исследуемой величины (6.1.1, 6.3.1.1,6 .3.3.1, 6.4.1.1, 6.4.3.1, 6.5.1) допускается рассматривать значение этой величины, полученное на выборке напряжения с шириной измерительного окна в соответствии с требованиями, указанными в таблице 1 (приложение 1).

 

 

 3.2 Технические и конструктивные требования к регистраторам ПКЭ

 

Основные требования к  регистраторам ПКЭ изложены в  ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической  энергии в системах электроснабжения общего назначения". Кроме того, существует документ РД 153-34.0-15.501-00 "Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения", который устанавливает основные положения по контролю качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 и является своего рода дополнением к вышеупомянутому ГОСТу.

Основополагающим документом является ГОСТ 13 109-97 (введен в действие 01.01.99) вместе с приложениями А, Б, В, Г, Д. Документ дает основные понятия о качестве электроэнергии, показателях и нормах КЭ, устанавливает требования к погрешностям измерений КЭ, разъясняет свойства электрической энергии, а также определяет наиболее вероятных виновных в нарушениях КЭ.

В приложении "Е", в  крайне сжатом виде указаны основные требования к цифровым средствам  измерения показателей качества электроэнергии (далее в тексте - регистратор ПКЭ или РПКЭ). ГОСТ 13 109-97 п. 4.1. определяет 11 основных показателей  качества электроэнергии:

• установившееся отклонение напряжения Uy, %;
• размах изменения напряжения, Ut, %;
• доза фликера, отн. ед. (кратковременная, длительная) R;
• коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU,%;
• коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n), %;
• коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U, %;

-коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности KOU,%;

• отклонение частоты f , Гц;
• длительность провала напряжения tn, с;
• импульсное напряжение Uимп, кВ;
• коэффициент временного перенапряжения Кпер U, отн. ед.

Из них обязательными  для сертификации электроэнергии согласно постановлению Госстандарта России (№ 74 от 14 августа 2001 г.), являются два:

• установившееся отклонение напряжения Uy, %;
• отклонение частоты f, Гц.

Кроме того, при определении  значений некоторых показателей  КЭ используют следующие вспомогательные  параметры электроэнергии:

• частота повторения изменений напряжения F Ut;
• интервал между изменениями напряжения tt,f + 1;
• глубину провала напряжения Un;
• частость появления провалов напряжения Fn;
• длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды tимп 0.,5;
• длительность временного перенапряжения tпep U.

Второй документ - РД 153-34.0-15.501-00 имеет статус руководящих документов (РД) МИНТОПЭНЕРГО и утвержден Главгосэнергонадзором. Данный документ определяет правила оценки соответствия установленным требованиям.

Наиболее жесткие требования предъявляются к регистраторам  ПКЭ, используемым для проведения сертификационных испытаний и претензионных КЭ. Как правило, это оформляется  согласованием ТЗ на разработку РПКЭ или ТУ на серийно выпускаемые РПКЭ с Главгосэнергонадзором.

Наиболее существенными  требованиями являются:

• Обеспечение устойчивости к изменению основных влияющих величин: температура, влажность; частота, несинусоидальность и отклонения в напряжении питания; механические воздействия, т.е. сохранение в установленных пределах метрологических и технических характеристик.
• Возможность задания временных интервалов (до 3-4) в течение суток.
• Возможность автоматического выбора диапазонов измерения.
• Отображение информации на встроенном дисплее.

Распечатка информации непосредственно с регистратора ПКЭ на принтере. Распечатка через  ПЭВМ дает основания оспаривать достоверность  результатов, т.к. при "скачивании", обработке информации через компьютер  сданными могут быть произведены  любые изменения.

Сохранение результатов  измерений, при отключенном напряжении питания длительностью до 30 минут, а так же автоматический переход  в нормальный режим работы после  восстановления питания.

Защита от несанкционированного доступа к информации и управление путем введения паролей, пломбирования  и т.п.

Наличие 3-х независимых, гальванически развязанных (2кВ) измерительных  входов для подключения к цепям  напряжения эл. сети.

Наличие гальванически  развязанных каналов обеспечивает:

• Возможность одновременного подключения и параллельной регистрации ПКЭ двух или трех независимых однофазных электрических сетей с целью последующего синхронного анализа;
• Повышение степени безопасности регистрируемых входных сигналов и исключение влияний фаз друг на друга при работе с трехфазными электрическими сетями;
• Быстроту и удобство внешней коммутации клемм входных каналов для переключения между схемами «треугольник» или «звезда».

Входное сопротивление  измерительных цепей не ниже 500 кОм. Входная емкость измерительных  цепей не менее 200 пФ.

Завершая краткое изложение  требований к регистраторам параметров качества электроэнергии, следует особо  отметить следующее: применение регистраторов  ПКЭ в целях контроля (кроме, возможно, технологического) возможно только по тем его техническим характеристикам, которые приведены в "Описании для Госреестра типа СИ" и соответствуют требованиям ГОСТ 13 109-97 и РД 153.

Особое внимание следует обращать на зарубежные регистраторы ПКЭ. Дело в том, что требования ГОСТ 13 109-97 и РД 153 значительно отличаются как от так называемых ЕВРО - норм (EN norms), так и от требований органов энергонадзора различных европейских стран. В документах разных стран указаны разные параметры, не всегда соответствующие российским требованиям. В целом, требования ГОСТ 13109-97 значительно жестче.

Поэтому, планируя использовать зарубежные регистраторы ПКЭ, следует  внимательно изучить его "Описание для Госреестра СИ РФ", чтобы избежать возможного приобретения не отвечающего российским требованиям прибора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

В п.1 ст. 542 ч.2 ГК РФ устанавливается: «Качество подаваемой энергоснабжающей организацией энергии должно соответствовать требованиям, установленным государственными стандартами и иными обязательными правилами, или предусмотренным договором энергоснабжения».

Для обеспечения норм стандарта  в точках общего присоединения допускается  устанавливать в договорах энергоснабжения  с потребителями – “виновниками” ухудшения качества электроэнергии, более жесткие нормы (с меньшими диапазонами изменения соответствующих показателей качества электроэнергии), чем установлены в стандарте, которые потребители обязаны поддерживать на границе раздела балансовой принадлежности электрических сетей.

В случае нарушения энергоснабжающей организацией требований, предъявляемых к качеству электроэнергии, абонент вправе доказывать размер ущерба и взыскивать его с энергоснабжающей организации по правилам ст.547 ГК РФ. Вместе с тем, учитывая, что абонент все-таки использовал энергию ненадлежащего качества, он должен оплатить ее, но по соразмерно уменьшенной цене (п.2. ст.542 ГК РФ).

Очевидно, что нарушения  могут быть взаимными и по разным ПКЭ. Сторона, виновная в снижении качества электроэнергии, определяется в соответствии с Правилами применения скидок и надбавок к тарифам за качество электроэнергии.

Инструкция о порядке  расчетов за электрическую и тепловую энергию в разделе 4 “Скидки (надбавки) к тарифу за качество электроэнергии”  устанавливает штрафные санкции  к виновнику ухудшения качества электроэнергии.

Признавая электроэнергию товаром, следует определять ее потребительскую  стоимость в зависимости от установленных  показателей качества.

Реальные возможности  установления коммерческой ответственности  за нарушение ПКЭ открываются  только с началом подлинной либерализация  рынка электроэнергии.

Основной проблемой организации  контроля качества электроэнергии в  существующих условиях является неопределенность ответственности за те или иные отклонения ПКЭ от нормативных значений, установленных законодательными актами или договорами.

Мера ответственности  участников рынка и сетевых компаний за нарушение норм ПКЭ должна быть основана на физических законах, присущих единому процессу производства, преобразования, распределения и потребления  электроэнергии в рамках ЕЭС России.

Необходимо дифференцировать нормы ПКЭ, выделив из них те, которые  определяются свойствами управляемости  ЕЭС по частоте и уровням напряжений. Выполнение этих норм является предметом  оказания дополнительных системных  услуг по регулированию частоты (активной мощности) и уровней напряжения (реактивной мощности) со стороны участников рынка и сетевых компаний.

Коммерциализация дополнительных системных услуг является первым этапом создания КСККЭ. Главным техническим  мероприятием при коммерциализации этих услуг должна стать разработка средств измерений, фиксирующих  факт и качество выполнения услуг.

КСККЭ будет основана на тесном взаимодействии СО и НП "АТС" как в процессе планирования режимов  участников рынка, так и при определении  ПКЭ в фактических режимах  ЕЭС.

 

 

 

Список литературы