Многофункциональный счетчик обычно покупают ради показателей энергопотребления. Кто-то хочет знать количество киловатт-часов за смену или на производственную линию, и счетчик устанавливается именно для того, чтобы предоставлять эти данные. Экран гармоник — это та часть, которую в течение первого года никто не открывает. Затем клемма нейтрали начинает нагреваться, или в конденсаторной батарее начинают перегорать предохранители, и тот же самый счетчик становится самым полезным прибором в шкафу.
Примечание по сфере применения: данное руководство касается считывания гармоник на стационарных панельных измерительных приборах в сетях низкого и среднего напряжения, вплоть до тридцать первой гармоники. Оно не заменяет проверку на соответствие требованиям с использованием портативного анализатора качества электроэнергии и не охватывает статистику межгармоник, мерцания или провалов напряжения. Компания ACXION производит измеряющие приборы серии TS, о которых идет речь в данном документе, поэтому информация представлена с точки зрения производителя и практического применения, а не с позиции испытательной лаборатории.
Почему на нейтрали может протекать больший ток, чем на фазе
В сбалансированной трёхфазной системе, питающей линейные нагрузки, по нейтрали практически не протекает ток. Именно поэтому сечение нейтральных проводников часто выбирается меньшим, чем у фазных. Импульсные источники питания меняют эту ситуацию. Ток, потребляемый выпрямительным блоком, не является синусоидальным. Третья гармоника, генерируемая им, не гасится в нейтрали так же, как основная частота. Третья, девятая и пятнадцатая гармоники суммируются в нейтральном проводнике, а не гасятся.
Мы зафиксировали, что ток в нейтрали превышал фазный ток на распределительных щитах, питающих исключительно светодиодное освещение и настольное оборудование. Показатели фазных токов выглядели в норме, оставаясь значительно ниже номинального значения автоматического выключателя, а нагревалась именно нейтраль. На четырёх щитах, которые мы проверяли в прошлом году, нейтраль была теплее, чем любая фаза. Во всех случаях распределительный щит был спроектирован исходя из предположения, что нагрузка является линейной. Ничто на паспортных табличках не позволяло этого предположить.
Счетчик, который показывает только суммарный ток, полностью скрывает эту информацию. Чтобы определить, правильно ли подобран размер нулевого проводника, необходимо знать содержание гармоник на нулевом проводнике или, по крайней мере, третью гармонику на фазах.
Ориентируйтесь на диапазон, а не на отдельные процентные показатели
Большинство измерительных приборов отображают общее гармоническое искажение в виде одного числа, и на этом большинство людей останавливается. Это наименее полезный показатель на экране. Восемь процентов, вызванные третьей гармоникой, — это совсем другая проблема, чем восемь процентов, вызванные одиннадцатой гармоникой, и способы их устранения различаются.
Порядок указывает на источник. Доминирующие пятая и седьмая гармоники указывают на шестиимпульсный выпрямитель, что на предприятии обычно означает приводы с регулируемой скоростью и крупные установки бесперебойного питания (ИБП). Доминирующая третья гармоника указывает на однофазные электронные нагрузки, и это и есть проблема с нейтралью, описанная выше. Одиннадцатая и тринадцатая гармоники обычно означают двенадцатиимпульсную схему или крупный привод постоянного тока. Стандарт IEC 61000-4-7 определяет, как следует группировать и оценивать результаты измерений гармоник и интергармоник в системе электроснабжения. Именно на него мы ссылаемся, когда нас спрашивают, почему показания стационарного счетчика и портативного прибора расходятся на несколько десятых.
Многофункциональные измерительные приборы серии TS отображают данные от второй до тридцать первой гармоники. Этот диапазон охватывает все, с чем вы, скорее всего, столкнетесь на промышленной или коммерческой распределительной панели. Все, что выходит за эти пределы, относится к другому классу приборов и требует иного подхода к исследованию.
Откуда берутся гармоники
Источники почти всегда сводятся к одним и тем же четырём, и, зная их, обычно можно предсказать спектр ещё до проведения измерений. Частотно-регулируемые приводы являются крупнейшим отдельным источником помех на большинстве предприятий. Импульсные источники питания в шкафах управления, стойках ПЛК и ИТ-оборудовании создают широкий фон третьей гармоники, который никогда не исчезает. Источники бесперебойного питания вносят вклад в зависимости от конструкции их выпрямителей. Светодиодное освещение на крупных объектах вносит больший вклад, чем люди ожидают, поскольку количество светильников велико, даже если каждый из них небольшой.
В этом нет никакой неисправности оборудования. Современные нагрузки потребляют ток импульсами, и источник питания должен справляться с этим. Вопрос заключается лишь в том, была ли распределительная сеть спроектирована с учётом этого, и, как правило, это не так.
Ловушка конденсаторной батареи
Конденсаторы коррекции коэффициента мощности — это именно те устройства, которые превращают приемлемый уровень гармоник в причину аварии. Конденсатор представляет собой низкое сопротивление на частотах гармоник, поэтому конденсаторная батарея поглощает гармонический ток со всей установки. Если индуктивность конденсаторной батареи вступает в резонанс с одной из присутствующих гармоник, ток в этой ветви может подняться значительно выше значений, на которые рассчитаны предохранители и контакторы. Типичными признаками являются перегоревшие предохранители конденсаторов, вздувшиеся корпуса и сварные контакты контакторов. Обычно такие неисправности диагностируются как проблема качества конденсаторов.
Нас вызывали на две комиссии, где видимой причиной неисправности была батарея конденсаторов. На самом деле причиной стала модернизация приводов, проведенная восемнадцать месяцев назад. Размеры батареи рассчитывались исходя из того, что нагрузка в основном состояла из двигателей, а гармонический ток от новых приводов сразу же нашел точку резонанса. В обоих случаях данные измерительных приборов разрешили спор. Ток пятой гармоники в ветке конденсаторов превышал основную частоту в несколько раз.
Стандартным решением является установка детонированного реактора, включенного последовательно с каждым каскадом. Реактор необходимо подбирать с учетом фактически присутствующего порядка гармоник, а не исходя из общего значения, взятого из предыдущего задания.
Получение достоверных данных
Качество показаний гармоник зависит от качества питающего их трансформатора тока. Измерительные приборы серии TS рассчитаны на вторичный ток трансформатора тока 1 А или 5 А. Входное напряжение составляет 57,7/100 В или 220/380 В, напрямую или через трансформатор напряжения. Они создают нагрузку менее 0,2 ВА как на входе тока, так и на входе напряжения. Последний показатель имеет большее значение, чем может показаться на первый взгляд. Если трансформатор тока небольшой, а длина вторичной цепи велика, нагрузка в кабеле может привести к насыщению сердечника. Насыщенный сердечник регистрирует гармоники, которых на самом деле нет.
Ток и напряжение измеряются с точностью класса 0,2, активная мощность и активная энергия — с точностью класса 0,5, а реактивная энергия — с точностью класса 1. При работе с гармониками необходимо обращать внимание на точность измерения напряжения и тока, поскольку гармонические составляющие поступают из того же входного каскада. Диапазон частот составляет от 45 до 65 Гц, а непрерывная перегрузка на входе по току составляет 1,2 от номинального значения.
Что касается связи, измерительные приборы работают по протоколу Modbus-RTU через интерфейс RS485 со скоростью 2400, 4800, 9600 или 19200 бит/с, причем по умолчанию установлена скорость 9600 бит/с. На практике ограничивающим фактором редко является скорость передачи данных. Им является частота опроса главного устройства SCADA. Показания спектра, считываемые один раз в час, не позволят увидеть пик, возникающий при запуске конкретного привода.
Формат панели и варианты настроек
Прибор должен вписываться в оставшееся пространство, а при модернизации это пространство соответствует размерам предыдущего прибора. Серия TS представлена в квадратных форматах 48, 72, 80 и 96 мм, а также в версии 96 × 48 мм. Размеры вырезов составляют 45 × 45, 68 × 68, 76 × 76 и 91 × 91 мм, а для широкой версии — 91 × 45 мм. Устройство размером 96 мм имеет экран, достаточный для четкого отображения спектра. Это важно, если предполагается, что оператор будет считывать показания локально, а не через шину.
Дополнительные модули расширения включают один или два релейных выхода, два или четыре цифровых входа, а также от одного до трёх аналоговых выходов с диапазоном 4–20 мА или 0–20 мА. Выбор необходимого варианта зависит от того, выполняет ли измерительный прибор только функции отображения данных или также функции управления, причём не каждая комбинация подходит для всех размеров корпуса. На измерителях постоянного тока размером 96 × 48 мм опция RS485 и один аналоговый выход являются взаимоисключающими. Этот выбор необходимо сделать до оформления заказа.
Питание: переменный или постоянный ток от 80 до 270 В, потребляемая мощность не более 5 ВА. Диапазон рабочих температур: от минус 10 до плюс 55 градусов по Цельсию; предельная высота над уровнем моря — 2500 метров. Уровень изоляции между источником питания, входами и выходами превышает 2 кВ переменного тока.
Эта же платформа поддерживает и измерение постоянного тока. Максимальное напряжение постоянного тока на входе составляет 1000 В, а ток измеряется с помощью шунта на 75 мВ или датчика Холла с точностью класса 0,5. Именно такая версия необходима для солнечных и телекоммуникационных плат. Речь идет об отдельном семействе моделей, а не об опции для измерителей переменного тока.
Что мы уточняем перед составлением сметы
Мы являемся производителем, поэтому справедливо отметить, что мы занимаемся продажей данной продукции, и это нашло отражение в наших рекомендациях. Нам от вас требуется не заказ на поставку, а следующие данные: напряжение в системе, коэффициент трансформации токоотвода (CT) и номинальная мощность вторичной обмотки уже установленного устройства, а также информация о том, является ли напряжение прямым или проходит через трансформатор напряжения (PT). Кроме того, необходимо указать класс точности, который вам действительно требуется, какие расширительные выходы вам нужны и каким образом будут собираться показания.
Счетчики данной серии изготавливаются по заказу на основе каталога, а стоимость рассчитывается в зависимости от конфигурации. Матрицы моделей, коды расширений, схемы подключения и габаритные размеры приведены в каталоге серии TS на нашем сайте центр загрузки. Если эта же установка также нуждается в защите, ознакомьтесь с нашими рекомендациями по выбору Реле защиты ACX6300 нанесите средство так, чтобы оно покрыло эту сторону панели.
Что не рассматривается в этой статье
Анализ межгармоник, пульсации напряжения, провалов и скачков напряжения, а также составление отчетов о соответствии тарифам энергоснабжающей компании выходят за рамки функций, для которых предназначен счетчик, установленный в распределительном щите. Если речь идет о том, соответствует ли установка предельным значениям гармоник, установленным оператором сети, для этого потребуется портативный анализатор в течение всего периода обследования. Стандарт IEEE 519 является обычным ориентиром для определения этих пределов. Стационарный счетчик показывает, что происходит во вторник днём. Сам по себе он не даёт ответа на вопрос, какую оценку даст этому энергоснабжающая компания.
Указанные здесь номинальные характеристики взяты из действующего каталога. Уточните код модели и комбинацию расширений в подтверждении заказа, а схему подключения, поставляемую в комплекте с устройством, считайте окончательной.