Приложение А
(справочное)
Измерение показателей качества электрической энергии — вопросы и рекомендации
А.1 Основные положения
Настоящее приложение представляет собой справочное дополнение к нормативной части стандарта.
Сведения, относящиеся к общим положениям и процедурам измерений показателей КЭ, безотносительно к целям измерений, приведены в разделах:
А.2 Меры предосторожности при подключении СИ;
А.3 Преобразователи.
Справочные материалы, относящиеся к методам измерения переходных процессов напряжения и тока, быстрых изменений напряжения, тока, а также общие сведения о провалах напряжения приведены в разделах:
А.4 Переходные процессы напряжения и тока;
А.5 Быстрые изменения напряжения;
А.6 Ток;
А.7 Характеристики провала напряжения.
А.2 Меры предосторожности при подключении СИ
А.2.1 Подключение СИ
При подключении СИ должны быть обеспечены безопасность испытателя и другого персонала, целостность обследуемой системы, а также безопасность СИ.
Несмотря на то, что подключение СИ к системам электроснабжения во многих случаях проводят по временной схеме и, следовательно, без применения способов монтажа стационарных установок, должны быть выполнены действующие требования безопасности и правила технической эксплуатации. Действующие требования безопасности и правила технической эксплуатации должны иметь приоритет над мерами предосторожности, приведенными в настоящем разделе.
А.2.2 Электрические соединители при проведении испытаний
А.2.2.1 Подключение электрических соединителей
Для обеспечения безопасности применяют [9], устанавливающий требования к безопасности электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения.
Подключение электрических соединителей в распределительных щитах и шкафах выполняют так, чтобы не нарушить установленный порядок их использования. Двери, крышки, панели щитов и шкафов должны быть в рабочем положении (т.е. закрытыми, установленными с полным набором винтов и т.д.). Если при проведении измерений панели остаются открытыми, должны быть предусмотрены меры ограничения доступа в зону измерений и меры для информации других лиц об установленных СИ и организации, ответственной за проведение измерений.
При измерении показателей КЭ рекомендуется, чтобы СИ в большинстве случаев было подключено в точке обследуемой системы, специально предназначенной для измерений.
Электрические соединители и провода должны быть удалены от неизолированных проводников, острых предметов, источников низкочастотных и высокочастотных электромагнитных полей и других неблагоприятных внешних воздействий. По возможности их положение должно быть зафиксировано для исключения случайного разъединения.
А.2.2.2 Провода для подключения измеряемых напряжений
С целью повышения безопасности возможно использование предохранителя в измерительной цепи напряжения. Изготовитель СИ должен определить параметры предохранителя (ток, время срабатывания и др.), чтобы защитить измерительный провод от перегрузки. Кроме того, параметры предохранителя должны быть согласованы с возможными токовыми перегрузками в точке его подключения при неисправностях в системах электроснабжения.
Провода для подключения измеряемых напряжений не должны быть скручены с проводами обследуемой системы. Не допускается присоединение проводов для подключения измеряемых напряжений к разъемам выключателей, рассчитанных на присоединение единственного проводника. Должно быть обеспечено надежное механическое соединение проводов. Если используются зажимы для временного подключения к проводнику, они должны соответствовать требованиям [9]. При этом необходимо обеспечить надежную установку зажима, рассчитанного на максимальное напряжение. Во время установки испытатель должен учитывать возможные последствия неумышленного смещения зажима, например, при внезапном натяжении кабеля.
Некоторые электрические соединители имеют изолированные штекеры, которые могут вставляться друг в друга. При их применении должна быть соблюдена осторожность, чтобы при соединении не возникло короткого замыкания. Необходимо всегда проверять соединения, чтобы исключить короткие замыкания, а также подключать электрические соединители к обследуемой цепи только после того, как они подключены к СИ и правильность соединений проверена.
А.2.2.3 Провода для подключения измеряемых токов
Необходимо исключить возможность размыкания вторичных обмоток трансформаторов тока (при их использовании). Во вторичных обмотках таких устройств не должно быть предохранителей и их соединение с нагрузкой должно быть механически надежным. Токовые клещи и их кабели, подключаемые при временном монтаже, должны быть установлены в соответствии с требованиями [10].
А.2.3 Защита токоведущих частей
Часто крышки щитов снимают при установке СИ или проведении измерений. В этом случае все токоведущие части должны быть надежно защищены и зона измерений должна быть недоступной. При использовании в СИ винтовых зажимов они должны быть защищены крышками. Все присоединения к зажимам должны быть выполнены в соответствии с техническими условиями и назначением зажимов. Необходимо исключить подключение нескольких проводов к винтовому зажиму, рассчитанному на присоединение единственного провода.
А.2.4 Размещение СИ
Необходимо обеспечить безопасное размещение СИ, чтобы минимизировать риск его перемещения и нарушения электрических соединений. При использовании принтера для регистрации данных должны быть приняты меры, исключающие возникновение опасности при накоплении бумаги принтера. Не допускается размещение СИ в местах, где чрезмерный нагрев, влажность или пыль могут повредить СИ или нарушить процесс сбора данных.
СИ должно быть размещено так, чтобы не стать препятствием для работы в зоне измерений. Для этого в отдельных случаях целесообразна установка защитных ограждений или барьеров. По возможности следует исключить размещение СИ в местах большого скопления людей.
Размещение СИ не должно также вызывать опасность для испытателя при установке и применении СИ. В ряде случаев места размещения СИ являются слишком тесными, для его нормального подключения может потребоваться альтернативное размещение.
На функционирование СИ могут влиять внешние факторы окружающей среды. Такими факторами являются температура, влажность, низкочастотные и высокочастотные электромагнитные поля, электростатические разряды, механический удар и вибрация.
А.2.5 Заземление
В СИ возможно возникновение внутренних повреждений. Части СИ, которые могут при этом оказаться под напряжением электропитания, должны быть соединены с защитным заземлением, если необходимость этого установлена изготовителем. Многие требования безопасности предусматривают также заземление частей СИ, которые могут оказаться под напряжением цепей измерений. При использовании СИ с заземлением в двух и более точках (например, при заземлении источника питания и измерительной цепи) могут образовываться контуры заземления, если заземляющие соединители подключены к различным точкам вне СИ. Следует обязательно принимать во внимание влияние контуров заземления на измерения и на обследуемую систему.
Необходимо также учитывать опасность для персонала и СИ высоких потенциалов между различными точками в системе заземления. В большинстве случаев целесообразно применение в системе электропитания СИ изолирующего трансформатора.
При проведении измерений соответствие требованиям безопасности имеет приоритетное значение.
А.2.6 Влияние помех
Если СИ подключено к мобильному телефону или иному радиопередающему устройству, то необходимо принять меры к тому, чтобы передающая антенна устройства была расположена достаточно далеко от технических средств, восприимчивых к воздействию помех, например, устройств защиты, медицинских, научных приборов и т.д.
А.3 Преобразователи
А.3.1 Общие положения
СИ, особенно переносные, обычно имеют низковольтные входные цепи. Некоторые стационарные СИ монтируют на удалении от точек цепей, в которых проводят измерения показателей КЭ. В некоторых случаях может потребоваться соответствующее устройство для того, чтобы понизить напряжение, изолировать входные электрические цепи от напряжения системы или обеспечить передачу сигналов на расстояние. Для выполнения любой из этих функций может быть применен преобразователь, характеристики которого должны соответствовать предъявляемым требованиям.
В низковольтных системах СИ обычно подключают непосредственно к точке измерения напряжения, но преобразователи часто используют для измерения тока.
В системах среднего и высокого напряжения преобразователи используют как при измерении напряжения, так и при измерении тока.
При использовании преобразователей особое значение имеют их линейность и частотная и фазовая характеристики. При измерении должна использоваться вся шкала СИ без искажения или ограничения измеряемых сигналов. Для измерений переходных процессов и гармоник особенно важна полоса частот преобразователя. Для того, чтобы избежать неправильных измерений, необходимо учитывать номинальное значение шкалы СИ, линейность, частотные, фазовые и нагрузочные характеристики преобразователя.
Примечание — Преобразователи тока, предназначенные для защитных целей, могут иметь пониженную точность в сравнении с измерительными преобразователями.
А.3.2 Уровни сигналов
А.3.2.1 Преобразователи напряжения
В качестве преобразователя напряжения чаще всего используется трансформатор напряжения. Могут быть рассмотрены два вида трансформаторов напряжения: используемые в защитных релейных цепях и используемые в измерительных цепях.
Трансформаторы напряжения первого вида сконструированы так, чтобы обеспечить правильное преобразование даже в случае перенапряжений при коротком замыкании в одной из фаз трехфазной системы.
Трансформаторы напряжения второго вида, наоборот, выполнены так, чтобы защитить счетчики от перенапряжений в электрических сетях. В этом случае насыщение сердечника приводит к искажению выходного сигнала.
Если СИ подключен к трансформатору напряжения, который уже используется для выполнения других функций (например, измерений), то следует позаботиться о том, чтобы дополнительная нагрузка не повлияла на метрологические характеристики трансформатора.
Следует быть осторожным при подключении СИ к вторичной обмотке трансформатора, используемого для защиты. Ошибки соединения могут стать причиной непреднамеренного срабатывания защитного реле.
Примечание — Дополнительные сведения о неопределенности измерений при использовании трансформаторов напряжения приведены в [11].
А.3.2.2 Преобразователи тока
Значение тока в электрической сети может колебаться от нуля до значения тока короткого замыкания. Значение тока короткого замыкания может значительно превышать номинальное значение измеряемого тока. Возможно 20-кратное превышение номинального значения.
Наиболее распространенным видом преобразователей тока является трансформатор тока.
Некоторые трансформаторы тока оборудованы двумя или большим числом сердечников и/или двумя вторичными обмотками: одной — для больших токов (20-30-кратных превышений номинального тока) и второй — для номинального тока. При проведении измерений должна быть правильно выбрана вторичная обмотка. Если вторичная обмотка выбрана неправильно, повреждение СИ может привести к неумышленному разрыву цепи вторичной обмотки трансформатора тока и к опасному (и разрушительному) повышению напряжения.
На неопределенность измерений с помощью токовых клещей могут оказать влияние различные причины, например центрирование и угол проводника, проходящего через окно преобразователя.
Примечание — Дополнительные сведения о неопределенности измерений при использовании трансформаторов тока приведены в [12].
Измерение переходных процессов тока может быть проведено с помощью шунтов или трансформаторов тока, сконструированных для высокочастотных измерений.
Коаксиальные шунты, обычно используемые в лабораторных условиях, имеют недостаток, связанный с необходимостью включения в токоведущие проводники. Кроме того, выходной сигнал шунта не изолирован от силовой цепи. Вместе с тем шунты не восприимчивы к насыщению и остаточному намагничиванию, которые могут повлиять на измерения при использовании трансформаторов тока.
Трансформаторы тока, работающие с подходящей резистивной нагрузкой, создают напряжение, пропорциональное току в первичной обмотке. Обычно первичная обмотка состоит из одного или нескольких витков, проходящих через окно сердечника. Главное преимущество таких преобразователей тока — обеспечение изоляции от силовых цепей и широкий диапазон отношений «измеряемый ток/напряжение».
Другое преимущество состоит в том, что некоторые (но не все) трансформаторы тока не требуют отсоединения силовой цепи от нагрузки во время монтажа.
Допускается применение преобразователей тока других видов, включая оптические датчики поляризации и преобразователи на основе эффекта Холла.
А.3.3 Частотные характеристики преобразователей
А.3.3.1 Частотные и фазовые характеристики преобразователей напряжения
В основном трансформаторные преобразователи напряжения имеют приемлемые частотные и переходные характеристики в полосе частот до 1 кГц. В ряде случаев полоса частот может быть ограничена значением значительно менее 1 кГц, а иногда — достигать нескольких килогерц.
Простые емкостные делители напряжения могут иметь частотные и фазовые характеристики, пригодные для частот до сотен килогерц или выше. Однако к емкостному делителю при его применении во многих случаях преднамеренно добавляют резонансную цепочку, что может привести к непригодности частотной характеристики для измерений на любой частоте, отличной от основной.
Резистивные делители напряжения могут иметь частотные и фазовые характеристики, пригодные для частот до сотен килогерц. Однако их применение может создать другие проблемы, например, входная емкость СИ может оказывать влияние на частотные и фазовые характеристики резистивных делителей напряжения.
А.3.3.2 Частотные и фазовые характеристики преобразователей тока
Частотная характеристика трансформаторов тока зависит от класса точности, типа, отношения витков, материала и поперечного сечения сердечника и нагрузки вторичной обмотки. Как правило, частота среза преобразователя тока равна от одного до нескольких килогерц. Фазовая характеристика ухудшается с приближением к частоте среза.
Примечание — В настоящее время разрабатываются преобразователи тока новых видов с более высокой частотой среза и лучшей линейностью (оптические преобразователи и преобразователи на основе эффекта Холла). При их применении требуется тщательное рассмотрение вопросов изоляции, шума, диапазонов измерения и условий безопасности.
А.3.4 Преобразователи для измерения переходных процессов
При выборе преобразователей для измерения переходных процессов в электрических сетях переменного тока должны быть учтены два важных принципа. Во-первых, уровни сигнала на выходе преобразователя должны обеспечить использование полной шкалы СИ без искажения или ограничения сигнала. Во-вторых, частотная характеристика преобразователя (амплитудная и фазовая) должна соответствовать характеристикам измеряемого сигнала.
Преобразователи напряжения
Преобразователи напряжения должны быть сконструированы так, чтобы исключить искажения, вызванные их насыщением. При низкочастотных переходных процессах для этого необходимо, чтобы точка изгиба кривой насыщения преобразователя была выше, по крайней мере, на 200% точки номинального напряжения.
Частотная характеристика большинства измерительных преобразователей напряжения зависит от их типа и приложенной нагрузки. При нагрузке с большим полным сопротивлением характеристика обычно приемлема, по крайней мере, до 2 кГц, но может быть и хуже.
Емкостные трансформаторы напряжения обычно не обеспечивают точной передачи высокочастотных составляющих.
Для высокочастотных измерений переходных процессов необходимо применять емкостные или чисто резистивные делители напряжения. Специальные емкостные делители могут обеспечить выполнение измерений, требующих точной идентификации переходных процессов в полосе, по крайней мере, до 1 МГц.
Преобразователи тока
Учитывая, что ток в распределительной электрической сети изменяется чаще и с большей амплитудой, чем напряжение, выбор подходящего преобразователя тока представляет собой более трудную задачу, чем выбор преобразователя напряжения.
Стандартные измерительные преобразователи тока подходят для измерений в полосе частот до 2 кГц (фазовые ошибки могут быть существенными и ниже этого предела). Для более высоких частот следует применять преобразователи тока оконного типа с большим отношением витков (тороидальные, с разъемным сердечником, одностержневые трансформаторы и токовые клещи).
Дополнительными желательными характеристиками для преобразователей тока являются:
— большое отношение витков, например 2000:5;
— менее чем пять витков в первичной обмотке;
— малый остаточный поток, например 10% уровня насыщения сердечника;
— большая площадь сечения сердечника;
— минимальные значения сопротивления вторичной обмотки и магнитного рассеяния.
При использовании преобразователей тока для измерения переходных процессов важны два ключевых параметра, которые следует учитывать: произведение тока на время Itmax и время нарастания/спада импульса. Типичные значения времени нарастания импульса 10%-90% находятся в пределах от 2 до 200 нс. Типичные значения времени спада находятся в пределах от 0,1%/мкс до 0,5%/мкс.
Примечание — Измерения высокочастотных напряжений и переходных процессов напряжения в высоковольтных системах могут быть проведены с использованием емкостных выводов, имеющихся в преобразователях тока и изоляторах трансформаторов.
А.4 Переходные процессы напряжения и тока
А.4.1 Общие положения
Данный раздел распространяется, прежде всего, на переходные процессы в низковольтных системах электроснабжения и не распространяется на переходные процессы в коммутационных устройствах с газовой изоляцией или высоковольтных системах. Переходные процессы могут иметь место в любых электрических сетях переменного тока. Традиционно их характеризуют как «переходные напряжения», хотя во многих случаях переходный процесс тока может быть более важным. Важное значение имеют обнаружение, классификация и определение характеристик переходных процессов напряжения.
А.4.2 Термины и определения
А.4.2.1 переходный процесс: Явление или величина, изменяющиеся между двумя соседними стационарными состояниями за интервал времени, короткий по сравнению с полной рассматриваемой шкалой времени.
А.4.2.2 скачок напряжения, импульсное перенапряжение: Волна напряжения переходного процесса, распространяющаяся вдоль линии или цепи и характеризующаяся быстрым нарастанием и медленным снижением напряжения.
А.4.3 Частотные и амплитудные характеристики переходных процессов в электрических сетях переменного тока
Переходные процессы в электрических сетях переменного тока характеризуются широким разнообразием форм сигнала, амплитуд и длительностей. Описать данные процессы простым набором параметров достаточно сложно, но осциллограммы позволяют отнести эти переходные процессы к нескольким типичным формам сигналов, используемых в качестве испытательных сигналов при испытаниях технических средств на устойчивость к импульсным кондуктивным помехам (см. ГОСТ Р 51317.4.4, ГОСТ Р 51317.4.5, ГОСТ Р 51317.4.12).
Спектры нескольких представительных испытательных сигналов приведены на рисунке А.1.
1 — испытательный сигнал 10 мкс (длительность фронта)/1000 мкс (длительность импульса); 2 — микросекундная импульсная помеха большой энергии (импульс напряжения 1/50 мкс) (см. ГОСТ Р 51317.4.5); 3 — микросекундная импульсная помеха большой энергии (импульс тока 6,4/16 мкс) (см. ГОСТ Р 51317.4.5); 4 — одиночная колебательная затухающая помеха с частотой колебаний 100 кГц (см. ГОСТ Р 51317.4.12); 5 — пачки наносекундных импульсных помех 5/50 нс (см. ГОСТ Р 51317.4.4)
Рисунок А.1 — Спектр типичных испытательных сигналов, представляющих переходные процессы
Спектры, приведенные на рисунке А.1, могут быть полезны при разработке алгоритмов преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и при обработке данных.
Спектры испытательных сигналов, соответствующих переходным процессам напряжения и тока в электрических сетях переменного тока, содержат частоты в полосе приблизительно до 10 МГц (длительность до 200 мкс). Спектры переходных процессов с большими амплитудами содержат частоты до 1 МГц (длительность до 2 мс). В точке подключения конечного пользователя к электрической сети амплитуды переходных процессов напряжения могут быть до 6 кВ, тока — до 5 кА.
Частота опроса при аналого-цифровом преобразовании должна быть, по крайней мере, в два раза больше максимальной частоты спектра переходных процессов напряжения и тока. Максимальная частота спектра определяет также характеристики фильтра, исключающего наложение спектров при дискретном преобразовании Фурье. Сведения, относящиеся к измерениям переходных процессов, приведены также в А.2.4.
А.4.4 Методы обнаружения переходного процесса и место измерений
Результаты измерения параметров переходного процесса зависят от природы переходного процесса и установленных характеристик и способов применения СИ. Если главным вопросом является обеспечение изоляции, то измерения переходных процессов обычно проводят между фазным проводом и землей. Если главным вопросом является исключение возможного повреждения СИ, то измерения переходных процессов обычно проводят между фазными проводами или между фазным и нейтральным проводами.
Некоторые из методов обнаружения переходных процессов и примеры применения СИ:
— метод сравнения, основанный на превышении фиксированного абсолютного порогового значения, установленного, например, ограничителями импульсных перенапряжений, чувствительными к входному напряжению;
— метод огибающей, подобный методу сравнения, но с исключением основной составляющей перед анализом, применимый, например, для переходных процессов, обусловленных емкостной связью;
— метод скользящего окна, при котором мгновенные значения сравнивают с соответствующими значениями предыдущего периода, применимый, например, для низкочастотных переходных коммутационных процессов, связанных с батареями конденсаторов, применяемыми для коррекции коэффициента мощности;
— метод измерения dν/dt, основанный на превышении текущим значением dν/dt абсолютного порогового значения, что вызывает, например, ошибочные срабатывания в схемах силовой электроники или нелинейные процессы в обмотках индукторов;
— метод измерения среднеквадратического значения, основанный на использовании высокой частоты отсчетов, вычислении среднеквадратического значения для интервалов времени много меньше периода основной частоты и сравнении полученного результата с пороговым значением. Данный метод применим, например, когда дальнейшие вычисления используют для расчета энергии в устройствах защиты от импульсных перенапряжений или накопления зарядов;
— другие методы, основанные на представлении сигнала в частотной области (дискретное или быстрое преобразование Фурье, вейвлет — анализ и т.д.).
А.4.5 Методы классификации и параметры
Переходный процесс, обнаруженный методами, указанными в А.3.3, следует классифицировать. Некоторые классификационные параметры переходных процессов включают в себя:
— пиковое значение напряжения и/или тока (следует учитывать, что на пиковое значение влияет также интервал измерения);
— превышение напряжения;
— скорость возрастания напряжения или тока (dν/dt или di/dt);
— частотные характеристики;
— длительность процесса (следует учитывать трудность определения длительности из-за демпфирования, неправильности формы сигнала и т.д.);
— коэффициент демпфирования;
— частоту возникновения;
— энергию и мощность (переходного процесса в системе электроснабжения или переданного из системы);
— повторяемость [периодические переходные процессы (в виде импульсов в каждом периоде) или одиночные (непредсказуемые)].
Указанные выше параметры целесообразно применять при разработке системы классификации, позволяющей статистически описать переходные процессы. С другой стороны, несколько из этих трудно определяемых параметров могут быть графически представлены на одной осциллограмме, что важно, например, при поиске неисправностей.
А.4.6 Влияние устройств защиты от импульсных перенапряжений на измерение параметров переходных процессов
Устройства защиты от импульсных перенапряжений представляют собой шунтирующие элементы, проводящие ток при превышении порогового напряжения. Данные устройства обычно используют для ограничения импульсных перенапряжений (скачков напряжения). Они широко применяются в сетевых фильтрах и часто входят в состав таких чувствительных электронных устройств, как персональные компьютеры.
Поскольку все устройства защиты от импульсных перенапряжений в электрической сети фактически соединены параллельно, то устройство защиты с наиболее низким пороговым напряжением будет (в пределах его возможностей) ограничивать все переходные напряжения и шунтировать большую часть токов переходных процессов, воздействующих на оборудование. Следовательно, измерение переходных напряжений на многих объектах (офисные помещения, лаборатории, промышленные предприятия и т.д.) может привести к неточному результату, так как будет просто измерено пороговое напряжение одного из разрядников. По этой причине переходный ток часто является лучшей мерой оценки интенсивности переходных процессов, чем переходное напряжение.
А.5 Быстрые изменения напряжения
Быстрое изменение напряжения представляет собой резкий переход среднеквадратического значения напряжения от одного установившегося значения к другому.
Для измерения быстрых изменений напряжения должны быть определены пороговые значения для каждого из следующих параметров: минимальной скорости изменения напряжения, минимальных длительностей установившихся значений напряжения, минимальной разности напряжений между двумя установившимися значениями и постоянства установившихся значений напряжения.
Значение напряжения при быстром изменении напряжения не должно превышать пороговых значений провала напряжения и/или перенапряжения, иначе изменение напряжения будет интерпретировано как провал или перенапряжение.
Характерным параметром быстрого изменения напряжения является разность между установившимся значением напряжения, достигнутым после быстрого изменения, и исходным установившимся значением.
А.6 Ток
А.6.1 Общие положения
Применительно к КЭ измерения тока дополняют измерения напряжения, особенно если необходимо определить причины таких событий, как изменение значения напряжения, провал напряжения, прерывание напряжения или несимметрия.
Форма колебаний тока может помочь отождествить записанное событие с конкретным техническим средством и его функционированием, например, пуском двигателя, включением трансформатора или подключением конденсатора.
Гармоники и интергармоники тока, связанные с гармониками и интергармониками напряжения, могут быть полезными для определения характеристик нагрузки, подключенной к сети.
Следует учесть, что измерительные преобразователи в настоящем приложении не рассматриваются.
А.6.2 Термин и определение
Среднеквадратическое полупериодное значение тока Ihalf cycle rms: Среднеквадратическое значение тока, измеренное за каждый полупериод.
А.6.3 Сила тока
А.6.3.1 Измерение
Область изменения среднеквадратических значений измеряемого тока должна соответствовать полной шкале СИ, в том числе при максимальном значении коэффициента формы.
Примечание — В оценку силы тока включают гармоники, интергармоники и пульсации при передаче сигналов.
Класс А
Измерения среднеквадратического значения тока проводят на интервале времени измерения 10 периодов для систем электроснабжения частотой 50 Гц или 12 периодов — для систем частотой 60 Гц. Интервалы времени 10/12 периодов должны следовать друг за другом без перекрытия.
Классы S и В
Используемый интервал времени измерений устанавливает изготовитель СИ.
А.6.3.2 Неопределенность измерений
Класс А
Неопределенность измерений ΔI в области значений влияющих величин, установленной в 6.1, не должна превышать ±0,1% значения полной шкалы СИ.
Класс S
Неопределенность измерений ΔI области значений влияющих величин в соответствии с 6.1 устанавливает изготовитель СИ. Во всех случаях неопределенность измерений ΔI не должна превышать ±1,0% значения полной шкалы СИ.
Класс В
Неопределенность измерений ΔI в области значений влияющих величин в соответствии с 6.1 устанавливает изготовитель СИ. Во всех случаях неопределенность измерений ΔI не должна превышать ±2,0% значения полной шкалы СИ.
А.6.3.3 Объединение и оценка результатов измерений
В системах электроснабжения переменного однофазного тока возможно измерение единственного среднеквадратического значения тока. Для трехпроводных систем электроснабжения трехфазного тока возможны измерения трех среднеквадратических значений тока; для четырехпроводных систем электроснабжения, как правило, возможны измерения четырех среднеквадратических значений тока. Дополнительно может быть измерен ток в заземляющем проводе.
Класс А
Используют объединенные интервалы измерений по 4.4 и 4.5. Кроме того, для сглаживания результатов измерений могут быть использованы дополнительные методы объединения, например, цифровой фильтр низких частот, как установлено в ГОСТ Р 51317.4.7, пункт 5.5.1.
Если среднеквадратическое значение тока, измеренное на любом из интервалов времени 10/12 периодов, превышает установленное значение полной шкалы СИ, то значение тока на данном интервале 10/12 периодов должно быть маркировано.
Классы В и S
Используемый интервал времени измерений устанавливает изготовитель СИ.
А.6.4 Пусковой ток
А.6.4.1 Измерение
Класс А
Считают, что пусковой ток начинается, когда среднеквадратическое полупериодное значение тока Ihalf cycle rms возрастает выше порогового значения пускового тока и заканчивается, когда значение Ihalf cycle rms равно или ниже порогового значения пускового тока минус 2% значения номинального тока.
При измерениях определяют значения Ihalf cycle rms. Bce интервалы времени длительностью один полупериод должны быть смежными и не перекрываться.
Примечания
1 Обычно пороговое значение выбирают более 120% значения номинального тока.
2 Для полного понимания явлений, связанных с пусковыми токами, рекомендуется получить осциллограммы всех токов и напряжений, относящихся к пусковому току (см. А.7.2).
Классы S и В
Проводят измерения среднеквадратического значения тока за короткий интервал времени измерения, устанавливаемый изготовителем СИ.
А.6.4.2 Оценка результатов измерений
Класс А
Пусковой ток может характеризоваться следующими параметрами:
— длительностью пускового тока (интервалом времени между началом и концом пускового тока);
— максимальным значением Ihalf cycle rms, измеренным при пусковом токе;
— квадратным корнем из среднеарифметического значения квадратов результатов измерений Ihalf cycle rms за время действия пускового тока.
Классы S и В
Требования в настоящем стандарте не установлены.
А.6.4.3 Неопределенность измерений
Класс А
Неопределенность измерений ΔI в области значений влияющих величин, установленных в 6.1, не должна превышать ±0,5% измеренного значения. Неопределенность измерения длительности тока равна одному полупериоду.
Классы S и В
Изготовитель СИ устанавливает:
— неопределенность измерений ΔI в условиях влияющих величин в соответствии с 6.1;
— диапазон изменения тока.
Во всех случаях неопределенность измерений ΔI не должна превышать ±5% измеренного значения. Изготовитель СИ устанавливает метод расчета неопределенности измерений.
А.6.5 Гармоники тока
Класс А
Измерение гармоник тока для целей настоящего стандарта проводят по ГОСТ Р 51317.4.7. Измерения проводят на основных интервалах времени (10/12 периодов) без промежутков между интервалами. В качестве результатов измерений на основных интервалах времени должны быть гармонические подгруппы Isg,h по ГОСТ Р 51317.4.7.
Объединенные интервалы времени применяют в соответствии с 4.4 и 4.5.
Результаты измерения гармонических подгрупп Isg,h на интервале времени 10/12 периодов маркируют, если в течение этого интервала времени происходит провал напряжения или перенапряжение (см. 5.4), или прерывание напряжения (см. 5.5).
Классы S и В
Методы измерения и алгоритм объединения результатов измерений устанавливает изготовитель СИ.
А.6.6 Интергармоники тока
Класс А
Измерение интергармоник тока для целей настоящего стандарта проводят по ГОСТ Р 51317.4.7. Измерения проводят на основных интервалах времени (10/12 периодов) без промежутков между интервалами. В качестве результатов измерений на основных интервалах времени должны быть центрированные интергармонические подгруппы Iisg,h по ГОСТ Р 51317.4.7.
Объединенные интервалы времени применяют в соответствии с 4.4 и 4.5.
Результаты измерения интергармонических центрированных подгрупп Iisg,h на интервале времени 10/12 периодов маркируют, если в течение этого интервала времени происходит провал напряжения или перенапряжение (см. 5.4), или прерывание напряжения (см. 5.5).
Классы S и В
Методы измерения и алгоритм объединения результатов измерений устанавливает изготовитель СИ.
А.7 Характеристики провала напряжения
А.7.1 Основные положения
Провалы напряжения являются распространенными событиями нарушения КЭ. В нормативной части настоящего стандарта провалы напряжения характеризуются двумя параметрами: глубиной и длительностью. Эти параметры получают измерением среднеквадратического значения напряжения, обновляемого для каждого полупериода.
Однако провалы напряжения редко имеют прямоугольную форму, то есть глубина провала часто меняется в течение его длительности и ограничение параметров только глубиной и длительностью может дать недостаточно объективную информацию. Например, при провале напряжения во время пуска двигателя или включении трансформатора существует плавный переход между провалом напряжения и нормальным состоянием.
В конечном счете, наибольшее количество информации содержится в формах сигнала, зарегистрированных во время провала напряжения. Однако набор характеристик провала напряжения является полезным способом сокращения объема данных, интерпретации и классификации событий нарушения КЭ.
Многократные провалы могут произойти, например, при неудавшейся попытке повторного включения секции после короткого замыкания. События, которые происходят приблизительно в одно и то же время, могут быть приняты за единственное событие.
Поэтому, в зависимости от цели измерения в дополнение к глубине и длительности провала напряжения могут быть рассмотрены другие характеристики.
А.7.2 Быстро обновляемые среднеквадратические значения
Во время провала напряжения может быть полезным вычислять однопериодные среднеквадратические значения, обновляемые чаще, чем каждый полупериод (как определено в нормативной части настоящего стандарта). Например, может быть полезным обновлять однопериодное среднеквадратическое значение 128 раз в течение периода. Этот подход позволяет более точно идентифицировать начало и конец провала напряжения, используя только пороговые значения. К недостаткам этого подхода относятся увеличение объема данных и обработки, а также использование сглаживающего фильтра, который может исказить результат.
Измерения среднеквадратических значений напряжения позволяют правильно оценить мощность в резистивной нагрузке. Однако электронные устройства, как правило, восприимчивы не к среднеквадратическому значению напряжения, а к пиковому значению сигнала, и нечувствительны к другим характеристикам формы сигнала. Для оценки влияния провала напряжения на электронные устройства могут быть полезны алгоритмы, не основанные на среднеквадратическом значении напряжения.
А.7.3 Угол фазового сдвига
Для некоторых применений электрооборудования важной характеристикой является угол фазового сдвига, при котором начинается провал напряжения. Это имеет место, например, в случаях самопроизвольного отпускания электромеханических контакторов.
Данный угол фазового сдвига может быть определен путем записи участка волны до и в течение провала напряжения и поиском на нем точки, в которой форма волны отклоняется от идеальной, например, на 10%. Затем необходимо двигаться в обратном направлении к началу провала в поисках точки с меньшим отклонением, например 5%. Этот алгоритм очень чувствителен и позволяет точно определить начало провала напряжения без ложных срабатываний при слабых колебаниях, не относящихся к провалу напряжения.
Подобный алгоритм может быть использован и для нахождения конца провала напряжения. Этот подход позволяет рассчитать длительность провала с разрешением намного лучшим, чем один период. Также современные методы обработки сигнала имеют способность точно обнаруживать начало провала напряжения.
А.7.4 Несимметрия при провале напряжения
Даже очень кратковременная несимметрия напряжений может повредить нагрузку трехфазного выпрямителя или вызвать срабатывание токовой защиты. Трехфазные провалы часто бывают несимметричными. Способ быстрого обновления среднеквадратичных значений, описанный в А.7.2, полезен при вычислении трехфазной несимметрии во время провала. Несимметрия часто изменяется во время провала, поэтому она может быть представлена в графической форме или может быть указано максимальное значение несимметрии.
Может быть полезным проанализировать отдельно нулевую последовательность, обратную последовательность и положительную последовательность основной частоты во время несимметричного провала напряжения. Этот подход дает информацию о том, как провал напряжения распространяется в электрической сети и может быть полезен для понимания одновременных провалов и выбросов в различных фазах.
А.7.5 Угол фазового сдвига во время провала напряжения
В некоторых ситуациях, например, в трехфазных выпрямителях, угол фазового сдвига при провале напряжения может иметь важное значение. Такой угол фазового сдвига может быть измерен, например, с помощью дискретного преобразования Фурье, примененного к периоду напряжения до начала провала, и к следующему периоду напряжения после начала провала. Если такой подход применить ко всему провалу, может быть рассчитан максимальный угол фазового сдвига во время провала.
Знание угла фазового сдвига в конце провала напряжения также может быть полезным. В некоторых ситуациях, например, при анализе стабильности фазовой автоподстройки частоты, может быть полезным вычислить максимальное значение изменения угла фазового сдвига dΘ/dt во время провала напряжения. Вычисление угла фазового сдвига во время провала напряжения может быть объединено с вычислением несимметрии напряжений при провале напряжения путем вычисления амплитуды и угла фазового сдвига составляющих нулевой последовательности, обратной последовательности и прямой последовательности напряжений во время несимметричного провала.
А.7.6 Недостающее напряжение
Данная характеристика провала напряжения может быть рассчитана путем вычитания формы волны провала напряжения из идеальной формы волны с амплитудой, фазой и частотой, основанных на данных перед провалом. Эта характеристика может быть полезна, чтобы проанализировать влияние провала, например, на динамические стабилизаторы напряжения.
А.7.7 Искажение во время провала напряжения
Напряжение во время провала часто искажено, и искажения могут быть важны для понимания воздействия провала напряжения на электронные устройства. Для описания искажения во время провала может быть применен традиционный метод расчета коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, но при этом искаженное напряжение сравнивают с напряжением основной частоты, которое, по определению, быстро изменяется во время провала. По этой причине может быть более полезным оценивать искажение во время провала просто среднеквадратичными значениями неосновных составляющих. Присутствие четных гармоник во время и после провала может указывать на насыщение трансформатора.
А.7.8 Другие характеристики
Приведенный перечень характеристик провалов напряжения не является исчерпывающим. Другие характеристики, не указанные здесь, могут быть также полезными для анализа влияния провалов напряжения на различные типы нагрузок, управляющих и корректирующих устройств. Дополнительные сведения приведены в [5] и [13].
|
