Общие правила проведения измерений в электроэнергетике
Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии в линиях электропередач применяется высокое напряжение - десятки и (чаще) сотни киловольт.
Переменный электрический ток характеризуется также частотой. Номинальное стандартное значение частоты в России равно 50 Гц (Герц). Реальные значения напряжения и частоты электрической сети могут отличаться от номинальных значений. Частота переменного тока задается частотой вращения генераторов на электростанциях. При увеличении нагрузки частота стремится уменьшиться, система регулирования электростанции увеличивает генерируемую мощность, и частота вращения генератора восстанавливается.
К сети постоянно подключаются новые потребители электроэнергии (нагрузка в сети увеличивается) или отключаются какие-либо потребители (нагрузка сети уменьшается). При увеличении нагрузки напряжение в сети падает, а при уменьшении нагрузки напряжение в сети возрастает. Для уменьшения влияния изменения нагрузки на напряжение, на понижающих подстанциях существует автоматическая система регулирования напряжения. Регулирование осуществляется за счет перекоммутации обмоток понижающих трансформаторов.
ГОСТ 13109-87 устанавливает значения показателей качества электроэнергии. Наиболее важные показатели качества электроэнергии - это отклонение напряжения от номинального значения, коэффициент несинусоидальности напряжения, отклонение частоты от 50 Гц. Согласно стандарту в течение не менее 95 % времени каждых суток фазное напряжение должно находиться в диапазоне 209-231 В (отклонение 5 %), частота в пределах 49.8-50.2 Гц, а коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5 %. Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10 %), частота от 49.6 до 50.4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10 %. Допускаются также более сильные изменения частоты: от 49.5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год.
Авариями электроснабжения называются ситуации, когда показатели качества электроэнергии кратковременно выходят за установленные пределы. Частота может отклоняться на 5 Гц от номинального значения. Напряжение может снижаться до нуля. В дальнейшем показатели качества должны восстанавливаться.
Измерения в электроэнергетических системах производятся с целью формирования измерительной информации, необходимой для управления энергосистемой и анализа ее работы.
Измерительная информация подразделяется на 4 группы:
1. Оперативная, обеспечивает ведение и контроль режима работы электроэнергетической системы. Для сбора, обработки, передачи, хранения и представления оперативной информации в ЭЭС используются многоуровневые системы диспетчерского управления.
2. Аварийная – информация о мгновенных значениях токов и напряжений при переходных и аварийных процессах (коротких замыканиях, качаниях и др.). Начиная с 70-х годов XX в. в ЭЭС широкое распространение получили фиксирующие амперметры, вольтметры, омметры, которые в последние годы заменяются цифровыми приборами – регистраторами аварийных состояний.
3. Технологическая – обеспечивает контроль работоспособности определение технических характеристик первичного и вторичного оборудования ЭЭС.
4 Диагностическая, позволяющая контролировать и прогнозировать состояние оборудования, например контроль изоляции вводов высокого напряжения силовых трансформаторов.
Согласно ПУЭ, установка измерительных приборов в электроэнергетических системах должна, как правило, производиться в пунктах, откуда осуществляется управление.
Измерения на линиях электропередачи 110 кВ и выше, а также на генераторах и трансформаторах должны производиться непрерывно.
На подстанциях без постоянного дежурства оперативного персонала допускается не устанавливать стационарные показывающие приборы, при этом должны быть предусмотрены места для присоединения переносных приборов.
При установке регистрирующих приборов в пункте управления допускается не устанавливать показывающие приборы для непрерывного измерения тех же величин.
На трансформаторных подстанциях устанавливаются щитовые амперметры, вольтметры и ваттметры. Для измерения тока, напряжения и потребляемой мощности потребителей электрической энергии применяют как щитовые, так и переносные приборы.
Класс точности щитовых измерительных приборов должен быть не ниже 2,5. Установлено восемь классов точности для электроизмерительных приборов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. В контрольных точках применяют щитовые вольтметры класса точности 1,0:.
где аизм — измеренная величина;
аист — истинная величина, определенная по образцовому прибору;
ашах — максимальные показания по шкале прибора.
К примеру, на секционном выключателе 220 кВ должны устанавливаться следующие приборы:
1. Амперметр для измерения тока в одной фазе.
2. Ваттметр для измерения активной мощности с двусторонней шкалой.
3. Варметр для измерения реактивной мощности с двусторонней шкалой.
Измерение тока и напряжения осуществляется в цепях постоянного, переменного тока, а также в управляющих цепях широкого диапазона частот и в импульсных цепях. В цепях постоянного тока наиболее высокая точность измерений, в цепях переменного тока она понижается с повышением частоты; здесь, кроме оценки среднеквадратического, средневыпрямленного и максимального значений, требуется наблюдение формы исследуемого сигнала и знание мгновенных значений тока и напряжения.
Измерители тока и напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения, быструю готовность к работе и высокую надежность.
Измерительные приборы в зависимости от их назначения, области применения и условий работы должны выбираться по следующим основным принципам:
1) должна существовать возможность измерения исследуемой физической величины, соответствовать роду измеряемого тока и мощности измеряемой цепи;
2) пределы измерения прибора должны охватывать все возможные значения измеряемой величины. При большом диапазоне изменений последней целесообразно использовать многопредельные приборы;
3) измерительный прибор должен обеспечивать требуемую точность измерений. Также следует обратить внимание на факторы, влияющие на дополнительную погрешность измерений: несинусоидальность токов и напряжений, отклонение положения прибора при установке его в положение, отличное от нормального, влияние внешних магнитных и электрических полей и т. п.;
4) при проведении некоторых измерений важную роль играют экономичность (мощность потребление) измерительного прибора, его масса, габариты, расположение органов управления, равномерность шкалы, возможность считывания показаний непосредственно по шкале, быстродействие и пр.;
5) подключение прибора не должно существенно влиять на работу исследуемого устройства, поэтому при выборе приборов следует учитывать их внутреннее сопротивление. При включении измерительного прибора в согласованные цепи входные или выходные сопротивления должны быть требуемого номинального значения;
6) прибор должен удовлетворять общим техническим требованиям техники безопасности при производстве измерений, устанавливаемым ГОСГ 22261-76, а также техническим условиям или частным стандартам;
7) не допускается использовать приборы: с явными дефектами измерительной системы, корпуса и т. д; с истекшим сроком поверки; нестандартные или не аттестованные ведомственной метрологической службой, не соответствующие по классу изоляции напряжениям, на которые подключается прибор.
В качестве примера на рисунке показана схема распредустройства 110 (220) кВ с одной системой шин, секционированной выключателем с размещением измерительных приборов:
