Гармонические величины.

Приведем определения, знание которых необходимо, чтобы понять изложенное в описании данной работы.

Изменение во времени тока и напряжения в промышленных сетях переменного тока значительно отличается от чистой синусоиды. Эта переменная величина в действительности состоит из определенного количества синусоид разных частот, среди которых имеется синусоида промышленной частоты, называемая «основная синусоида» или просто «основная».

«Гармоническая величина» или просто«гармоника».

Это одна из синусоидальных составляющих физической переменной величины, имеющая частоту, кратную частоте основной составляющей. Амплитуда высшей гармоники составляет обычно несколько процентов от амплитуды основной.

Порядок гармоники.

Это отношение частоты гармоники n к частоте основной гармоники (обычно к промышленной частоте 50 или 60 Гц):

n = f_n/f₁

Поэтому основная гармоника имеет порядок 1.

Спектр.

Это гистограмма, изображающая зависимость амплитуды каждой гармоники от ее порядка.

Выражение для периодической несинусоидальной величины.

Ряд Фурье для любой периодической величины имеет вид:

,

где: Y₀ – постоянная составляющая, обычно отсутствует в установившемся режиме электрической распределительной сети;

Y_n – действующее значение гармоники порядка n;

_n – начальная фаза гармонической составляющей.

Обычно амплитуды высших гармоник снижаются с увеличением номера. В соответствии с нормами учитывают гармоники не выше 40-й.

Действующее значение несинусоидальной величины.

Действующее значение несинусоидальной величины определяет нагрев. Для синусоидальной величины действующее значение меньше амплитудного в корень из 2-х раз.

Для несинусоидальной величины в установившемся режиме общее количество тепла равно сумме нагревов, вызванных каждой из гармонических составляющих, то есть:

RI² t = RI₁² t + R I₂² t +…+ R I_n²t,

откуда: I² = I₁² + I₂² +…+ I_n² или: ,

полагая при этом, что сопротивление постоянно. Измерение действующего значения несинусоидальной величины осуществляется напрямую Fluke 43B.

Основные помехи, вызываемые гармоническими токами и напряжениями.

Токи и напряжения высших гармоник, наложенные на основную гармонику, совместно воздействуют на приборы и оборудование. В зависимости от типов имеющихся ЭП эти токи и напряжения оказывают различные воздействия:

• либо мгновенные воздействия,

• либо длительные воздействия.

Последствия гармоник для электроустановок зданий

1. Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий.

2. Дополнительные потери в силовых трансформаторах.

3. Ложное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей.

4. Повышенный износ, вспучивание и преждевременное разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности.

5. Ускоренное старение изоляции проводов и кабелей.

6. Несинусоидальность питающего напряжения.

7. Сбои в работе и физический выход из строя компьютерного оборудования.

8. Преждевременных выход из строя электродвигателей.

9. Снижение коэффициента мощности электроустановок зданий.

10. Некорректный учет потребляемой электроэнергии.

Правила применения анализатора качества электрической сети Fluke 43B

Подключение Fluke 43B к источнику питания

Чтобы запитать анализатор Fluke 43B от стандартного вывода переменного тока, выполните действия показанные на рис. 2, 3, 4.

1. Вставьте адаптер питания в вывод переменного тока.

2. Подсоедините кабель адаптера питания к анализатору Fluke 43B (см. рис. 2).

Рис. 2. Запитка прибора Fluke 43B Примечание. Если прибор Fluke 43B не включается, возможно, разрядились батарейки. Оставьте прибор включенным в розетку на 15 минут и попробуйте включить прибор еще раз.

3. Включите прибор Fluke 43B.

На экране прибора появится стартовое окно.

Рис. 3. Исходный экран

Экран показывает, какой из измерительных выводов следует накладывать на входы.

Заметьте, что на экране, показанном на рисунке 3 следует применить измерительные выводы для измерения напряжения и токоизмерительный щуп 1 мВ/А для измерения тока

Рис. 4. Входы

Подключения при измерениях INPUT 1: Используйте красный измерительный вывод на входе 1 ( ).

COM : Используйте черный измерительный вывод на общем входе ( COM).

Используйте эти входы для всех измерений напряжения, а также для проверки целости и диодов, измерения сопротивления, емкости и температуры.

Общие входы анализатора Fluke 43B (красный экранированный INPUT 1, серый экранированный INPUT 2 и черный общий вход COM) подсоединяются внутренним образом через автоматическую защиту от коротких замыканий.

INPUT 2: на вход 2 используйте токоизмерительные клещи для переменного тока 80i-500s ( ).

Данный вход используется в основном для измерений тока. Для подсоединения токоизмерительных клещей используйте адаптер «тюльпан-BNC» BB120.

Примечание. Если Вы используете другие измерительные выводы или щупы, измените конфигурацию щупов в меню настройки прибора (см. «Выбор щупов»).

Главное меню

Все функции можно легко выбирать в главном меню. 1 Откройте главное меню 2 (например)

Сброс настроек Fluke 43B.

Для восстановления первоначальных настроек и возврата к открывающемуся экрану, сделайте сброс Fluke 43 B. Сброс не очищает экранную память.

Выключите Fluke 43 B и проделайте следующее:

1 Нажмите и держите.

2 Нажмите и отпустите.

Fluke 43 B включится, и Вы услышите двойной звуковой сигнал, указывающий, что операция сброса прошла успешно.

3 Отпустите HOLD кнопку.

Открывающийся экран содержит первоначальные настройки.

Измерение напряжения сети.

1 Откройте основное меню.

2

3 Сделайте соединения как показано ниже.

1. Среднеквадратическое значение напряжения должно быть близко к номинальному напряжению, например, 120 В или 230 В.

2. Форма волны должна быть гладкая и синусоидальная.

3. Частота должна быть близка к 50 или 60 Гц.

4. Коэффициент формы (крест-фактор) CF определяет величину искажений.

Большой крест-фактор означает большие искажения.

Измерение тока.

Определите, как ток от розетки поступает к нагрузке в этом примере, к фену.

1. Откройте основное меню

2.

3. Сделайте соединения как показано ниже.

4. Включите фен.

При включении фена ток в цепи увеличится.

Обратите внимание, что без подключенных измерительных проводов Fluke 43 B измеряет частоту сигнала тока. Запишите величины.

Измерение тока и напряжения одновременно.

Измерение напряжения сети и тока.

Определение влияния токовой нагрузки на напряжение.

1. Откройте основное меню

2.

3. Сделайте соединения как показано ниже.

Среднеквадратическое значение напряжения должно остаться в разумных пределах.

Ток увеличивается, когда копировальное устройство нагревается или делает копию.

Запись напряжения сети и тока.

При записи напряжения и тока Вы можете выбрать один из двух возможных вариантов.

Для регистрации напряжения и тока, всегда используют SAGS & SWELL. В основном этот режим делает то же самое, что и кнопка RECORD, однако позволяет делать запись более быстрых флуктуаций. Используйте кнопку RECORD для всех других комбинаций измерений, когда Вы хотите сделать запись.

Снова используя копировальный аппарат, сделайте следующее:

1. Откройте основное меню.

2.

Выберите необходимое время записи:

3.

4.

Выбор меньшего времени записи позволяет увидеть детали процессов на экране.

Fluke 43 B начнет запись провалов и выбросов. Подождите 4 мин … или нажмите кнопку HOLD для остановки записи.

6. Передвиньте курсор на провал или выброс.

В этом примере бросок тока от копировального аппарата ведет к провалу напряжения (провал напряжения).

7. Нажмите SAVE для сохранения данных, которые на экране. Вы можете использовать режим VIEW/DELETE SCREENS позднее для анализа данных.

Измерение гармоник напряжения.

Вы можете быстро выполнить проверку наличия гармоник в распределительной системе питания, измеряя суммарное значение коэффициента нелинейных искажений напряжения.

1. Откройте основное меню

2.

3. Выберите VOLTS.

4. Сделайте соединения как указано ниже:

5. Масштабируйте экран спектра гармоник для рассмотрения деталей.

Просмотрите экран спектра гармоник. Проверьте спектр на наличие неблагоприятных гармоник.

Если THD ниже, чем 5 %, то уровень искажений, вероятно, приемлем.

Измерение гармоник тока.

1. Откройте основное меню

2.

3. Выберите AMPS

4. Сделайте соединения как указано ниже:

Просмотрите экран спектра гармоник. Проверьте спектр на наличие неблагоприятных гармоник.

Прочтите TDH. Он указывает на гармонические искажения сигнала тока. Обычно сигнал тока может содержать больше гармоник, чем сигнал напряжения.

Измеряйте гармоники токов в точке общего соединения, чтобы проверить соответствие THD (Total Harmonic Distortion – полные гармонические искажения) и индивидуальных гармоник требованиям национальных стандартов (подобно IEEE-519). Применять такие стандарты к специфическим нагрузкам не совсем правильно.

Гармоники нулевой последовательности (3-я, 9-я, 15-я ...) добавляются в нейтральные проводники или шины. Это может вызывать перегрев в нулевых проводах.

Измеряя гармоники тока в нескольких местах в распределительной системе, Вы можете обнаружить источник гармоник. Чем ближе Вы к источнику, тем более неблагоприятным будет THD тока.

С FlukeView ® программным обеспечением Вы можете делать запись гармоник во времени и экспортировать данные в популярные программы электронных таблиц типа Excel.

Нагрузки освещения

Распределительная система: осветительные нагрузки

Проверьте, является ли система освещения причиной чрезмерных гармоник. Они могут влиять на систему.

Просмотрите спектр гармоник и прочитайте значение THD. Если текущее значение THD меньше, чем 20 %, нелинейные искажения, вероятно, приемлемы.

Рассмотрите возможность замены ламп на лампы с лучшим качеством (которые вносят меньше гармоник) или установите фильтр, чтобы избежать попадания гармоник в систему.

Измерение мощности в однофазных нагрузках.

Индуктивные нагрузки, такие как флуоресцентные лампы, являются причиной фазового сдвига между напряжением и током.

1. Откройте основное меню

2.

3. Сделайте соединения как указано ниже:

Посмотрите показание мощности W. Оно показывает действительную мощность, потребляемую освещением. Посмотрите показания DPF . Низкое DPF означает, что должны быть приняты меры коррекции (например, установка конденсаторов), чтобы исправить сдвиг фаз между напряжением и током. Если PF и DPF сильно отличаются, то это означает присутствие гармоник. Проверьте сначала наличие гармоник перед установкой конденсаторов.

Для исследования работы компактных люминесценных ламп (КЛЛ) был создан лабораторный стенд, состоящий из 20 патронов для ламп с цоколем Е27. Все патроны разделены на две равные группы, управление которыми осуществляется двумя выключателями (выключатели с подсветкой). В одной группе подключалось 5-10 КЛЛ одного типа. Электрическая схема стенда, а так же способ подключения анализатора качества электроэнергии представлены на рисунке 5.

Рис.5. Электрическая схема стенда

Для исследования использованы следующие лампы:

• Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ):

Feron esb14 (W = 24 Вт, F = 1500 Лм, Т = 6400 K, 220-240 В, 50/60 Гц, 8000 ч);

Camelion lh26-4u (W = 26 Вт, F = 1300 Лм, Т = 2700 K, 220-240 В, 50 Гц, 8000 ч);

Uniel (W = 32 Вт, F = 1780 Лм, Т = 2700 K, 220 В, 50 Гц, 10000 ч);

Feron esb25 (W = 32 Вт, F = 1500 Лм, Т = 4200 K, 230В 50-60Гц 8000 ч).

• Лампы накаливания (ЛН):

• Philips NR80 (100 Вт, 230 В, 1000 ч)

2.3. Ребята, после выполнения всех заданий необходимо перейти к оформлению отчета о проделанной вами работе. Если у вас есть вопросы, обращайтесь. Приступайте к работе. При выполнении работы у них возникали вопросы. Получив ответы на свои вопросы, они разобрались с данным материалом и получили нужный вариант.

В отчете нужно указать цель работы, задачи работы, результаты выполнения каджого задания. Еще вам нужно письменно ответить на все контрольные вопрос и подготовиться к защите работы.