Современные системы электроснабжения промышленных предприятий содержат большое количество цифровых технических средств (ЦТС), что обусловлено успешным развитием автоматизации технологических процессов на базе достижений микроэлектроники и вычислительной техники. Бесперебойная работа ЦТС, выделенных в самостоятельную группу потребителей электрической энергии, обеспечивается качеством питающего напряжения, нормированного ГОСТ 13109-97 [1].
Электромагнитная обстановка (ЭМО) систем электроснабжения, содержащих ЦТС, определяется способностью электромагнитных полей проникать в любую область пространства за счет превращения помех индуктивных в кондуктивные и наоборот. В один и тот же момент времени на ЦТС воздействуют поля различных источников, искажения питающего напряжения, обусловленные другими потребителями электроэнергии и случайные электромагнитные помехи (ЭМП), сгенерированные в системе электроснабжения.
Импульсные перенапряжения возникают в системах электроснабжения при протекании в них электромагнитных переходных процессов. Они могут не только привести к ухудшению качества функционирования этих устройств, сбоям в работе или выходу их из строя, но и к развитию аварий с причинением вреда здоровью и жизни людей. Наибольшую опасность представляют именно импульсные перенапряжения. 
При этом, как правило, имеют место значительные сбои в функционировании ЦТС, которые могут сопровождаться возгоранием изоляции проводов после пробоя. Выполнение нормативных требований по отдельным показателям качества электроэнергии необходимо, в первую очередь, для обеспечения защиты жизни и здоровья граждан, а также бесперебойного функционирования потребителей электрической энергии — физических и юридических лиц [2]. Обеспечение качества электроэнергии невозможно без надзора на основе технических регламентов, которые должны разрабатываться в соответствии с законом Российской Федерации о техническом регулировании [3].
Разработка регламентов в области качества электрической энергии и электромагнитной совместимости (ЭМС) невозможна без всестороннего и полного контроля комплекса показателей качества питающего напряжения с целью оценки ЭМО. Результаты систематического контроля показателей качества питающего напряжения в системах электроснабжения, в том числе и мониторинг ЭМС, выполняемый при грантовой поддержке Правительства Республики Хакасия, показывают, что отдельные показатели, которые определяют ЭМО в питающей сети ЦТС, неудовлетворительны. Это такие показатели качества электроэнергии, как временное перенапряжение, провал напряжения, импульс напряжения и искажения кривой питающего напряжения. Определение ЭМО на электрических станциях и подстанциях проводится в соответствии с отраслевыми Методическими указаниями [4] на основе действующей расчетно-экспериментальной методики. Моделирование протекания токов переходных электромагнитных процессов (в том числе и токов короткого замыкания) позволяет оценить наибольшие уровни ЭМП, воздействующих на аппаратуру автоматики и автоматизированных систем технологического управления энергообъектов в процессе эксплуатации. Несмотря на значительное количество систем измерения качества электроэнергии, большинство из них ограниченно применимы для целей мониторинга ЭМО: ИВК «Омск», ЭРИС-КЭ.01, ППКЭ-1-50, Ресурс — UF и другие. Каждый из этих приборов имеет определенные достоинства и недостатки. 
При проведении мониторинга ЭМО ряда промышленных и муниципальных предприятий Республики Хакасия в качестве основной системы измерения качества электроэнергии был выбран прибор Ресурс UF2M. Его несомненными достоинствами является то, что он удовлетворяет регламентируемым метрологическим требованиям мониторинга качества электроэнергии в цепях питания ЦТС и обладает способностью статистической обработки информации с целью удобного анализа, не противоречащего [1] представлению результатов измерений. Он фиксирует параметры временного перенапряжения (коэффициент временного перенапряжения KперU и его длительность ΔtперU) и провала напряжения (глубина провала напряжения δUпр и его длительность Δtпр). 
Прибор отличается от предыдущих моделей этого ряда, которые разрабатывались для подсистем мониторинга качества электроэнергии [5], мобильностью. Принцип измерения в нем основан на усреднении данных в течение минуты. Такие приборы не могут измерять параметры импульса напряжения. В работе представлены результаты мониторинга ЭМС на низкой стороне трансформаторной подстанции электрической котельной поселка Пригорск Республики Хакасия (рис. 1). Необходимость контроля ЭМО в цепях питания переменного напряжения 0,4 кВ была обусловлена перерывами в электроснабжении собственных нужд при отключении защитных аппаратов. 
В табл. 1 представлены результаты программного запроса по коэффициенту искажения кривой напряжения в табл. 2 гармонических составляющих напряжения. Результаты измерения позволяют получить представление о гармоническом составе напряжения питания. Характерно довольно низкое значение коэффициента искажения кривой напряжения и наличие двенадцатой гармоники (в фазах B, C) с коэффициентом, превышающим предельно допустимое значение, указанное в табл. 2 (KU(12),ПД = 0,3). Зафиксированное время превышения (T2) было равно нулю. Значения коэффициентов гармонических составляющих приведены для гармоник со второй по девятнадцатую включительно (см. табл. 2). Для трехфазной системы напряжений важны и параметры несимметрии напряжений. Результаты измерений представлены в табл. 3 и 4. Во всех таблицах наряду с измеренными указаны и нормативные значения исследуемых величин для данного класса напряжения. 
Наличие симметричных нагрузок фаз иллюстрируют малые значения коэффициентов несимметрии. Зафиксированные перенапряжения приведены в табл. 5, где можно увидеть время возникновения перенапряжения, коэффициент перенапряжения (Кпер) и его длительность (Δtпер). Механизм возникновения перенапряжений определяется повышенным напряжением питания, табл. 6 (превышение нормально допустимого значения 100 %). Выявленные перенапряжения амплитудой около 1,1 номинального объясняются величиной напряжения среза ограничителей перенапряжения (ОПН), что будет пояснено ниже. Для долговременного мониторинга параметров импульса напряжения требуется проведение измерений за достаточно длительный период времени. С этой целью совместно с комплексом Ресурс UF2M использовался двухканальный цифровой осциллограф АСК-3151 фирмы АКТАКОМ. Запуск развертки в режиме ожидания осуществлялся от падения напряжения под действием тока, протекающего через ограничитель ОПН-0,4/0,24-10(I) УХЛ1 при срезе импульса перенапряжения по каналу B с отображением предыстории процесса. Канал A через делитель подключался на фазное напряжение той же фазы. 
Таким образом, производилась запись в ЭВМ напряжения на ограничителе и тока через него (рис. 2). Импульс напряжения восстанавливался по осциллограмме тока с учетом вольт-амперной характеристики ОПН и частотных свойств плоского шунта [6]. В момент ограничения напряжения можно видеть провал фазного напряжения за счет малого динамического сопротивления ограничителя. При ограничении импульсов напряжения ток ОПН не превышал 500 А. Осциллограмма (рис. 3) подтверждает зафиксированное перенапряжение большойдлительности (по крайней мере, около 8 с) с затуханием тока через ОПН. Экспериментальный период мониторинга составил три летних месяца с беспрерывной записью осциллограмм на жесткий диск компьютера. На рис. 4 показана осциллограмма тока через ОПН и напряжения на нем при отключении выключателя нагрузки для оценки ЭМС при различных коммутациях на подстанции. По величинам импульса тока через ОПН (кривая 2) могут быть определены параметры ЭМП, воздействующей на ЦТС.
Описанный выше способ измерения импульсных напряжений позволяет получить большое количество данных, но имеет погрешность пересчета тока импульса в напряжение. Поэтому был предложен аппаратно-программный комплекс, разработанный на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Хакасского технического института — филиала Красноярского гос. техн. ун-та (КГТУ) [7]. Аппаратнопрограммный комплекс состоит из двух подсистем: прибора для измерения импульсов напряжения и персонального компьютера с программным обеспечением обработки архивов кривых напряжения, передаваемых в ЭВМ по последовательному интерфейсу.
При этом ЭМО определится как измеренными показателями качества питающего напряжения, так и выявленными наведенными и сгенерированными помехами в системе электроснабжения данного присоединения. По дискретным значениям кривой импульса напряжения программным путем легко определить не только параметры импульсного перенапряжения (ЭМП), но и интегральную характеристику импульса напряжения [8]. Интегральная характеристика определяется как произведение разности превышения амплитуды импульса и номинального напряжения в системе электроснабжения на его длительность на уровне половины амплитуды, которую можно сравнить с рассеиваемой мощностью ОПН при его выборе. Предложенная характеристика также позволяет оценить энергетическое воздействие ЭМП в системе электроснабжения на элементы ЦТС.
ВЫВОДЫ
1. При мониторинге ЭМС в системах электроснабжения необходимо использование совместно с приборами, усредняющими напряжение в цепях питания ЦТС, устройства измерения мгновенных значений импульсов перенапряжения и ЭМП с широкой полосой частот.
2. Временное подключение ОПН позволяет выполнить не только мониторинг ЭМО и параметры действующих в системе ЭМП, но и произвести проверку возможности использования ограничителей совместно с разрядниками и другими видами защит.
3. Получены достоверные данные ЭМО для целей последующей модернизации устройств релейной защиты, в том числе и на основе микропроцессорных систем.
Добавить комментарий