Отчет по лабораторной работе
Определение показателей качества с помощью прибора «Ресурс - UF2»
Лабораторная работа
Цель работы:
-изучить конструкцию, принцип действия, интерфейс и порядок работы с измерителем показателей качества электрической энергии «Ресурc - UF2»;
-измерить показатели качества электроэнергии южного крыла 15 корпуса МГУ 1-3 этаж;
-провести анализ результатов измерений в соответствии с ГОСТ 13109-97.
1.Описание измерителя показателей качества электрической энергии «Ресурc - UF2»
1.1 Назначение и область применения
Прибор предназначен для:
- автоматических измерений показателей качества электрической энергии
(далее – ПКЭ) в соответствии с требованиями ГОСТ 13109–97 и оценки соответствия значений ПКЭ установленным нормам согласно методике, изложенной в ГОСТ Р 53333–2008;
- автоматических измерений ПКЭ в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.30–2008 (класс А) и оценки соответствия значений ПКЭ установленным нормам согласно ГОСТ Р 54149–2010;
- измерений параметров напряжения, силы тока, мощности и энергии
переменного трехфазного и однофазного тока;
- определения метрологических характеристик счетчиков электрической
энергии, в том числе и на месте эксплуатации, класса 0,5 и 0,5S и менее точных
(прибор модификаций «Ресурс–UF2C», «Ресурс–UF2М», «Ресурс–UF2МВ») и
класса 1,0 и 1,0S и менее точных (прибор модификации «Ресурс–UF2»);
- определения режимов работы измерительных трансформаторов тока
(прибор модификации «Ресурс-UF2МВ»).
1.2 Область применения: измерение показателей качества электрической
энергии, организация учета количества электрической энергии на предприятиях
промышленности и в энергосистемах, обследование электросетей предприятий
(энергоаудит), учет потоков мощности в энергосистемах, межсистемных пере-
токов, выработки и использования электрической энергии.
1.3 Прибор предназначен для работы в однофазных, трехфазных трехпро-
водных, трехфазных четырехпроводных (все модификации) и трехфазных пятипроводных (прибор модификаций «Ресурс–UF2C», «Ресурс–UF2М», «Ре-
сурс–UF2МВ») электрических сетях при непосредственном подключении или с
использованием измерительных трансформаторов.
1.2 Описание
Прибор выполнен в корпусе из коррозионно-стойких материалов. На лицевой панели прибора расположены экран для отображения результатов измерений и вспомогательной информации и клавиатура, позволяющая управлять работой прибора.
Прибор предназначен для автономной работы и работы в составе автоматизированных информационно-измерительных систем.
Прибор предназначен для прямого подключения к электрической сети или подключения к электрической сети с использованием измерительных трансформаторов.
Прибор выпускается в одной из модификаций, отличающихся конструктивным исполнением, точностью измерений, наличием в комплектности токоизмерительных клещей и значением номинального первичного тока токоизмерительных клещей: «Ресурс–UF2», «Ресурс–UF2С», «Ресурс–UF2М» и «Ресурс–UF2МВ».
Прибор изготавливается в настенном (стационарном) конструктивном исполнении (прибор модификаций «Ресурс–UF2», «Ресурс–UF2C») или настольном (переносном) конструктивном исполнении (прибор модификации «Ресурс–UF2М»).
Прибор модификации «Ресурс–UF2» предназначен для работы в однофазных и трехфазных трехпроводных и четырехпроводных электрических сетях.
Прибор модификаций «Ресурс–UF2С», «Ресурс–UF2М» и «Ресурс–UF2МВ» предназначен для работы в однофазных и трехфазных трехпроводных, четырехпроводных и пятипроводных электрических сетях.
Прибор может использоваться в качестве эталонного счетчика электриче-
ской энергии для определения метрологических характеристик счетчиков электрической энергии, в том числе и на месте эксплуатации, класса 0,5 и 0,5S и менее точных (прибор модификаций «Ресурс–UF2C», «Ресурс–UF2М», «Ресурс– UF2МВ») и класса 1,0 и 1,0S и менее точных (прибор модификации «Ресурс– UF2»).
Прибор модификаций «Ресурс-UF2М», «Ресурс-UF2МВ» мМГУт использоваться для измерений выходной мощности измерительных трансформаторов напряжения.
Прибор модификации «Ресурс-UF2МВ» может использоваться для измерений параметров нагрузки измерительных трансформаторов тока.
1.3 Измеряемые величины
1.3.1 В трехфазных четырехпроводных сетях измеряются:
а) ПКЭ
- установившееся отклонение напряжения основной частоты (первой гармоники);
- установившееся отклонение напряжения прямой последовательности;
- положительное отклонение напряжения;
- отрицательное отклонение напряжения;
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
- коэффициент искажения синусоидальности напряжения;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;
- отклонение частоты;
- длительность провала напряжения;
- глубина провала напряжения;
- длительность временного перенапряжения;
- коэффициент временного перенапряжения;
- кратковременная доза фликера;
б) параметры напряжения:
- среднеквадратическое значение переменного напряжения;
- среднеквадратическое значение напряжения основной частоты;
- среднеквадратическое значение напряжения прямой последовательности для трехфазной системы междуфазных напряжений;
- среднеквадратическое значение напряжения нулевой последовательности для трехфазной системы фазных напряжений;
- среднеквадратическое значение напряжения обратной последовательности для трехфазной системы междуфазных напряжений;
- значение частоты;
в) параметры силы тока:
- среднеквадратическое значение силы тока;
- среднеквадратическое значение силы тока основной частоты;
- коэффициент искажения синусоидальности тока;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей тока;
- среднеквадратическое значение силы тока нулевой последовательности;
- среднеквадратическое значение силы тока прямой последовательности;
- среднеквадратическое значение силы тока обратной последовательности;
г) параметры угла фазового сдвига:
- угол фазового сдвига между фазными напряжениями основной частоты;
- угол фазового сдвига между напряжением и током основной частоты;
- угол фазового сдвига между n-ми гармоническими составляющими
напряжения и тока;
- угол фазового сдвига между симметричными составляющими напряжения и тока трехфазной системы (прямой, обратной и нулевой после-
довательностей);
д) параметры однофазной и трехфазной мощностей прямого и обратного
направлений:
- активная мощность;
- реактивная мощность;
- полная мощность;
е) параметры трехфазной электрической энергии прямого и обратного на-
правлений:
- активная электрическая энергия;
- реактивная электрическая энергия.
1.3.2 В трехфазных трехпроводных сетях измеряются:
а) ПКЭ:
- установившееся отклонение междуфазного напряжения;
- установившееся отклонение напряжения прямой последовательности;
- положительное отклонение междуфазного напряжения;
- отрицательное отклонение междуфазного напряжения;
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициент искажения синусоидальности междуфазного напряжения;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей междуфазного напряжения;
- отклонение частоты;
- длительность провала междуфазного напряжения;
- глубина провала междуфазного напряжения;
- длительность временного перенапряжения междуфазного напряжения;
- коэффициент временного перенапряжения междуфазного напряжения;
- кратковременная доза фликера;
б) параметры напряжения:
- среднеквадратическое значение междуфазного напряжения;
- среднеквадратическое значение междуфазного напряжения основной
частоты;
- среднеквадратическое значение напряжения прямой последовательности;
- среднеквадратическое значение напряжения обратной последовательности;
- значение частоты;
в) параметры силы тока:
- среднеквадратическое значение силы тока;
- среднеквадратическое значение силы тока основной частоты;
- коэффициент искажения синусоидальности тока;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей тока,
- среднеквадратическое значение силы тока нулевой последовательности;
- среднеквадратическое значение силы тока прямой последовательности;
- среднеквадратическое значение силы тока обратной последовательности;
г) параметры трехфазной мощности прямого и обратного направлений:
- активная мощность;
- реактивная мощность;
- полная мощность;
д) параметры трехфазной электрической энергии прямого и обратного
направлений:
- активная электрическая энергия;
- реактивная электрическая энергия.
1.3.3 В однофазных сетях (измерительных цепях) измеряются:
а) ПКЭ:
- установившееся отклонение фазного напряжения;
- установившееся отклонение напряжения прямой последовательности;
- положительное отклонение фазного напряжения;
- отрицательное отклонение фазного напряжения;
- коэффициент искажения синусоидальности фазного напряжения;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей фазного напряжения;
- отклонение частоты;
- длительность провала фазного напряжения;
- глубина провала фазного напряжения;
- длительность временного перенапряжения фазного напряжения;
- коэффициент временного перенапряжения фазного напряжения;
- кратковременная доза фликера;
б) параметры напряжения:
- среднеквадратическое значение фазного напряжения;
- среднеквадратическое значение фазного напряжения основной частоты;
- значение частоты;
в) параметры силы тока:
- среднеквадратическое значение силы тока;
- среднеквадратическое значение силы тока основной частоты;
- коэффициент искажения синусоидальности тока;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей тока;
г) параметры угла фазового сдвига:
- угол фазового сдвига между напряжением и током основной частоты;
- угол фазового сдвига между n-ми гармоническими составляющими
напряжения и тока;
д) параметры мощности прямого и обратного направлений:
- активная мощность;
- реактивная мощность;
- полная мощность;
е) параметры электрической энергии прямого и обратного направлений:
- активная электрическая энергия;
- реактивная электрическая энергия.
Измерение параметров по 1.3.3 обеспечивается при подключении фазного
напряжения и тока на соответствующие измерительные входы одного (любого) фазного канала.
1.3.4 В трехфазных пятипроводных сетях измеряются параметры перечисленные в 1.3.1, а также следующие параметры:
- положительное отклонение напряжения нейтрали;
- отрицательное отклонение напряжения нейтрали;
- коэффициент искажения синусоидальности напряжения нейтрали;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения нейтрали;
- среднеквадратическое значение напряжения нейтрали;
- среднеквадратическое значение напряжения нейтрали основной частоты;
- среднеквадратическое значение силы тока нейтрали;
- среднеквадратическое значение силы тока нейтрали основной частоты;
- коэффициент искажения синусоидальности тока нейтрали;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей тока нейтрали;
- угол фазового сдвига между напряжением и током нейтрали основной
частоты;
- угол фазового сдвига между n-ми гармоническими составляющими на-
пряжения и тока нейтрали.
1.3.5 Прибором модификации «Ресурс–UF2МВ» при измерении нагрузки
трансформаторов тока (ТТ) измеряются следующие параметры:
- среднеквадратическое значение выходного тока ТТ;
- среднеквадратическое значение первой гармоники выходного тока ТТ;
- среднеквадратическое значение напряжения на выходе ТТ;
- среднеквадратическое значение первой гармоники напряжения на выходе ТТ;
- угол фазового сдвига между выходным напряжением и током на выходе ТТ;
- полная мощность нагрузки ТТ;
- коэффициент мощности нагрузки ТТ;
- коэффициент искажения синусоидальности выходного тока ТТ
- коэффициент n-ой гармонической составляющей выходного тока ТТ;
- коэффициент искажения синусоидальности напряжения на выходе ТТ;
- коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения на выходе ТТ;
- угол фазового сдвига между n-ми гармоническими составляющими напряжения и тока на выходе ТТ;
- значение нагрузки ТТ по току в процентном отношении от номинального значения тока ТТ;
- значение нагрузки ТТ по мощности в процентном отношении от номинального значения полной мощности ТТ.
1.4 Технические характеристики
Нормальные условия применения прибора:
- нормальное значение температуры окружающего воздуха плюс 20 °С, допустимые отклонения от нормального значения ± 5 °С;
- нормальная область значений относительной влажности воздуха от 30 до 80 %;
- нормальная область значений атмосферного давления от 84 до 106 кПа (от 630 до 795 мм рт. ст.);
- нормальное значение частоты питающей сети 50 Гц, допустимые отклонения от нормального значения ± 0,5 Гц;
- нормальное значение напряжения питающей сети переменного тока 220 В, допустимые отклонения от нормального значения ± 4,4 В;
- коэффициент искажения синусоидальности напряжения питающей сети не более 5 %.
Рабочие условия применения прибора в части устойчивости к климатическим воздействиям соответствуют группе 4 по ГОСТ 22261–94:
- температура окружающего воздуха от минус 20 до плюс 55 °С,
- относительная влажность воздуха 90 % при температуре окружающего воздуха плюс 30 °С,
- атмосферное давление от 70 до 106,7 кПа (от 537 до 800 мм рт. ст.).
Рабочие условия применения прибора в части устойчивости к механическим воздействиям соответствуют группе 3 по ГОСТ 22261–94.
Электропитание прибора осуществляется от отдельного входа электропитания переменным однофазным напряжением со среднеквадратическим значением от 85 до 265 В и частотой от 42,5 до 57,5 Гц.
Мощность, потребляемая прибором по цепи электропитания, не более 20 В⋅А.
Входные сопротивления прибора модификации «Ресурс–UF2»:
- по измерительным входам напряжения с номинальным среднеквадратическим значением напряжения 220/(220⋅ 3 ) В – не более 400 кОм;
- по измерительным входам напряжения с номинальным среднеквадратическим значением напряжения (100/ 3 )/100 В – не менее 100 кОм.
Входное сопротивление прибора модификаций «Ресурс–UF2С», «Ресурс–
UF2М» и «Ресурс–UF2МВ» по измерительным входам напряжения не менее 400 кОм.
Входное сопротивление по измерительных входам тока с номинальным среднеквадратическим значением силы тока 5 А не более 0,05 Ом.
Входное сопротивление по измерительных входам тока с номинальным среднеквадратическим значением силы тока 1 А не более 0,25 Ом.
Входное сопротивление прибора модификации «Ресурс–UF2МВ» по измерительным входам низковольтного напряжения не менее 30 кОм.
Время установления рабочего режима не более 10 мин. Прибор обеспечивает непрерывный режим работы без ограничения
длительности. Прибор имеет интерфейсы RS-232 и RS-485 для непосредственного подключения компьютера или каналообразующей аппаратуры при работе в составе информационно-измерительных систем. Передача данных по интерфей сам осуществляется по запросу компьютера.
Средняя наработка на отказ не менее 45 000 ч.
1.5 Комплектность
Комплектность прибора представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Комплектность прибора
2 Показатели качества электроэнергии южного крыла 15 корпуса МГУ полученные при помощи прибора «Ресурс - UF2»
На основании полученных данных для наглядности построены графические зависимости показателей качества электроэнергии во времени и проведен анализ каждого показателя качества электроэнергии.
2.1 Отклонение напряжения
Рисунок 1 - График отклонения фазных напряжений (12.04.12).
Рисунок 2 - График отклонения междуфазных напряжений
В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения δUy на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети. Отклонение фазного напряжения фазы А и С в течении суток находится в пределах предельно допустимого значения отклонения напряжения. Как видно из графика отклонение фазного напряжения фазы В в промежуток времени 23.29 по 07.29 превышает предельно допустимое значение отклонения напряжения. Это объясняется тем, что нагрузки в данный промежуток времени минимальны, а как известно отклонение напряжения зависит от графика нагрузки потребителя. В связи с тем, что нагрузки минимальны напряжение сети увеличивается.
Отклонение междуфазных напряжений находятся в пределах предельно допустимого отклонения напряжения.
2.2 Отклонение частоты
Рисунок 3 - График отклонения частоты
В соответствии с ГОСТ 13109-97 отклонение частоты напряжения нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно. В соответствии с полученными данными отклонение частоты находится в пределах предельно допустимого отклонения частоты. Это объясняется тем, что 15 корпус МГУ получает питание непосредственно с шин генератора.
2.3 Коэффициент несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности
В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно. Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно. В соответствии с полученными данными коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности находится в пределах нормально допустимого значения. Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности находится в пределах предельно допустимого значения. По виду полученного графика можно сделать вывод о наличии потребителей с несимметричной нагрузкой.
Рисунок 4 - График коэффициентов несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности
2.4 Несинусоидальность напряжения
В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям 0,38 кВ равны 8% и 12% соответственно. Нормально и предельно допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям 0,38 кВ представлены в таблице2.
Таблица 2 - Нормально и предельно допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям 0,38 кВ
|
Нечетные гармоники, не кратные 3 |
Нечетные гармоники, кратные 3 |
Четные гармоники |
|||
|
n |
0,38 кВ |
n |
0,38 |
n |
0,38 |
|
5 |
6 |
3 |
5 |
2 |
2 |
|
7 |
5 |
9 |
1,5 |
4 |
1 |
Продолжение таблицы 2
|
11 |
3,5 |
15 |
0,3 |
6 |
0,5 |
|
13 |
3 |
21 |
0,2 |
8 |
0,5 |
|
17 |
2 |
>21 |
0,2 |
10 |
0,5 |
|
19 |
1,5 |
12 |
0,2 |
||
|
23 |
1,5 |
>12 |
0,2 |
||
|
25 |
1,5 |
||||
|
>25 |
0,2+(1,3·25)n |
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения находятся в пределах нормально допустимых значений. Исходя из графиков изменения коэффициента искажения синусоидальности во времени и гистограмм коэффициентов n-ых гармонических составляющих делаем вывод, что в сети незначительно представлены потребители с нелинейной нагрузкой.
Рисунок 5 - Графики коэффициентов искажения синусоидальности фазных напряжения
Рисунок 6 - Графики коэффициентов искажения синусоидальности междуфазных напряжений
Рисунок 7 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Ua
Рисунок 8 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Ub
Рисунок 9 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Uс
Рисунок 10 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Uаb
Рисунок 11 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Ubс
Рисунок 11 - Коэффициенты n-ых гармонических составляющих напряжения Uса
2.5 Доза фликера
В соответствии с ГОСТ 13109-97 предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера PSt равно 1,38. Значение кратковмеменной дозы фликера находятся в пределах предельно допустимых значений. Это говорит о том, что в данном случае потребители с переменной нагрузкой не оказывают серьезного влияния на колебание напряжения.
Рисунок 12 - График кратковременной дозы фликера
2.6 Коэффициент временного перенапряжения
|
Перенапряжения Ua |
Перенапряжения Ub |
||
|
KперU |
∆tпер,с |
KперU |
∆tпер,с |
|
1,104 |
10,52 |
1,101 |
0,18 |
|
1,101 |
11,03 |
1,101 |
0,18 |
|
1,103 |
1,04 |
1,103 |
0,21 |
|
1,103 |
11,7 |
1,101 |
0,17 |
|
1,103 |
0,3 |
1,102 |
0,16 |
|
1,102 |
11,58 |
1,105 |
0,19 |
|
1,1 |
1,85 |
1,112 |
53,76 |
|
1,107 |
0,16 |
||
|
1,103 |
0,26 |
||
|
1,105 |
0,18 |
||
|
1,108 |
0,18 |
||
|
1,101 |
28,85 |
||
|
1,112 |
0,16 |
||
|
1,102 |
56,54 |
||
|
1,111 |
0,19 |
||
|
1,107 |
12,61 |
||
|
1,104 |
1,107 |
||
Продолжение таблицы 3
|
|
|
1,1 |
1,104 |
|
1,105 |
1,1 |
Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений не превышают значений, указанных в таблице 4.
Таблица 4 - Значения коэффициента временного перенапряжения
|
Длительность временного перенапряжения ∆tпер,с |
До 1 |
До 20 |
До 60 |
|
Коэффициент временного перенапряжения KперU |
1,47 |
1,31 |
1,15 |
Значение коэффициента временного перенапряжения находятся в пределах допустимых значений.
2.7 Потребляемая мощность
Анализируя полученные графики мощности, можно сделать вывод, что фаза С малозагружена по активной и реактивной мощности по сравнению с фазами А и В, которые загружены примерно одинаково. Максимальное потребление мощности наблюдается в промежутке времени с 7.30 по 18.00, что соответствует началу и концу учебного дня, где мощность потребляется основными потребителями в учебном корпусе (ПК, освещение и т.д). В ночное время так же потребляется мощность такими потребителями как аварийное освещение, сигнализация, пожарная сигнализация и т.д.
Рисунок 13 - График активной фазной мощности
Рисунок 14 - График реактивной фазной мощности
Рисунок 15 - График активной и реактивной трехфазной мощности
Рисунок 16 - График фазовых углов между токами и напряжениями
Вывод: В лабораторной работе были определены показатели качества электроэнергии южного крыла 15 корпуса МГУ. Был проведен анализ измерений в соответствии с ГОСТ 13109-97. Все показатели качества электроэнергии находятся в пределах нормально и предельно допустимых значений, за исключением установившегося отклонения напряжения, которое в промежуток времени 23.29 по 07.29 превышает предельно допустимое значение отклонения напряжения.
Скачать: