КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Получаемая потребителями электрическая энергия наряду с количественными показателями (напряжение, мощность, количество) должна отвечать и ряду качественных показателей. Качество электрической энергии должно соответствовать требованиям ГОСТ 13109-97.

Гост 13109-97 нормирует следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ).

1. Отклонение напряжения (dU_у)

, (1)

где U_у – усредненное значение напряжения (В, кВ) в интервале времени 1 мин; U_ном – номинальное напряжение;

, (2)

где U_i – значение напряжения U_(1)i (В, кВ) в i-м наблюдении; N – число наблюдений.

Число наблюдений за 1 мин должно быть не менее 18 .

В соответствии с отклонения напряжения на выводах электроприемников не должны превышать ± 10 % от U_ном в течение суток измерения, причем 95 % времени суток отклонения напряжения должны находиться в пределах ± 5 % от U_ном.

Допускаемые и предельно допускаемые значения установившегося отклонения напряжения в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям должны быть установлены в договорах на пользование электрической энергией между электроснабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта на выводах электроприемников.

2. Колебания напряжения (dU_t). Колебания напряжения характеризуются показателями:

– размах изменения напряжения;

– доза фликера.

Предельно допускаемые значения размаха изменений напряжения (dU_t) в точках общего присоединения к электрическим сетям при периодических колебаниях напряжения определяются по рис. 1:

кривая 1 – на входах осветительных установок с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, и в точках электрических сетей, к которым присоединяют потребителей с такими установками;

кривая 2 – на входах осветительных установок с газоразрядными и лампами накаливания в остальных помещениях, в том числе в жилых зданиях, и в точках электрических сетей, к которым присоединяют потребителей с такими установками.

Кривые рис. 1 могут давать большую погрешность, если размахи изменения напряжения отличаются от периодических, поэтому оценку допустимости колебаний при энергоаудите лучше проводить по дозе фликера. Доза фликера – это интегральная характеристика колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раздражение миганиями света. Дозу фликера определяют по прибору фликерметру на интервале времени равном 10 мин.

3. Несинусоидальность напряжения. Несинусоидальность напряжения характеризуется показателями:

– коэффициентом искажения синусоидальности напряжения К_U;

– коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения К_U(n).

Эти показатели определяются по выражениям:

,

,

где U_(n)i – действующее значение напряжения n-й гармоники (В, кВ).

Нормально и предельно допускаемые значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с различными номинальными напряжениями приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения коэффициента искажения

синусоидальности кривой напряжения, %

Нормально допускаемые значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с номинальным напряжением U_ном приведены в табл. 2.

Предельно допускаемое значение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения определяется по формуле

,

где К_{U(n) норм} – значения коэффициента n-й гармонической составляющей по табл. 2.

Таблица 2

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, %

Гармоники	n	Uном, кВ
0,38	6–20		110–330
нечетные не кратные 3	>25	6,0 5,0 3,5 3,0 2,0 1,5 1,5 1,5 0,2+	4,0 3,0 2,0 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 2,2+	3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 2,2+	1,5 1,0 1,0 0,7 0,5 0,4 0,4 0,4 0,2+
нечетные кратные 3*	>21	5,0 1,5 0,3 0,2 0,2	3,0 1,0 0,3 0,2 0,2	3,0 1,0 0,3 0,2 0,2	1,5 0,4 0,2 0,2 0,2
четные	>12	2,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2	1,5 0,7 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2	1,0 0,5 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2	0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

* Нормально допускаемые значения, приведенные для n = 3 и n = 9, относятся к однофазным электрическим сетям. В трехфазных трехпроводных электрических сетях эти значения принимаются вдвое меньшими.

4. Несимметрия напряжений. Несимметрия напряжений характеризуется показателями:

1) коэффициентом обратной последовательности напряжения (К_2U);

2) коэффициентом нулевой последовательности напряжения (К_0U).

Эти показатели определяются по выражениям (в %):

;

,

где U₂₍₁₎ – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений (В, кВ); U₀₍₁₎ – действующее значение нулевой последовательности основной частоты (В, кВ).

Нормально и предельно допускаемые значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны соответственно 2,0 и 4,0 %.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения К_0U в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны соответственно 2,0 и 4,0 %.

5. Отклонение частоты. Отклонения частоты Df (Гц) переменного тока определяют по выражению

,

где f_у – усредненное значение частоты на интервале времени, равном 20 с; f_ном – номинальное значение частоты, Гц.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально допускаемые и предельно допускаемые значения отклонения частоты равны соответственно ± 0,2 и ± 0,4 Гц.

Для определения соответствия значений измеряемых показателей качества электрической энергии вышеприведенным нормам минимальный интервал времени измерений должен быть 24 часа.

Общая продолжительность измерений показателей качества электрической энергии для учета рабочих и выходных дней рекомендуется 7 суток. Сопоставление показателей качества с нормами ГОСТ необходимо производить за каждые сутки общей продолжительности измерений отдельно.

Пределы допускаемых погрешностей измерения показателей качества электроэнергии следующие:

1) отклонения напряжения: абсолютная погрешность ± 0,5 %;

2) размах изменения напряжения: относительная погрешность ± 8 %;

3) доза фликера: относительная погрешность ± 5 %;

4) коэффициент несинусоидальности напряжения: относительная погрешность ± 10 %;

5) коэффициент n-й гармоники напряжения: относительная погрешность ± 5 %;

6) коэффициент обратной последовательности напряжения: абсолютная погрешность ± 0,3 %;

7) коэффициент нулевой последовательности напряжения: абсолютная погрешность ± 0,5 %;

8) отклонение частоты: абсолютная погрешность ± 0,03 Гц.

В процессе энергоаудита для измерения показателей качества электроэнергии (отклонений напряжения, несинусоидальности и несимметрии напряжения) можно использовать житомирские приборы: 1) измеритель отклонений напряжения 43203; 2) измеритель несинусоидальности напряжения 43250; 3) измеритель несимметрии напряжения 43204. Для получения статистических характеристик показателей качества к вышеуказанным приборам следует подключать измеритель статистических характеристик 43401, который позволяет строить гистограммы показателей качества за период измерений и по ним определять вероятность выхода показателей качества за нормируемые пределы.

Для измерения показателей качества можно также использовать информационно-измерительную систему «Анализатор качества напряжения», разработанную в Московском энергетическом институте.

Вышеуказанные приборы весьма громоздки и требуют большого времени на обработку материалов, поэтому при энергоаудите показателей качества электроэнергии более предпочтительны переносные портативные анализаторы электропотребления типов AR.4M; AR.5.

Для контроля колебаний напряжения следует использовать фликерметр. Первый отечественный фликерметр был разработан на кафедре электроснабжения горьковского политехнического института в 1984 г. и успешно эксплуатируется на АО ГАЗ. По принципу действия прибор представляет собой модель системы «источник света – глаз человека» и состоит из блока выделения огибающей сетевого напряжения, модели зрения и блока, накапливающего утомление глаза. На выходе прибора установлен индикатор с метками допустимых доз для ламп накаливания и люминесцентных ламп, поэтому сразу определяется, допустимы колебания напряжения или нет, для любых источников света в местах их подключения.

При отсутствии фликерметров можно определять допустимость колебаний по кривым рис. 1. Для этого надо каким-либо прибором (самопишущим вольтметром или осциллографом) произвести замеры размахов изменения напряжения dU_t за 10 мин. Допустимость колебаний определяется выражением

, (1)

где n – число размахов на интервале измерения Т = 10 мин; Dt_Дi – минимально допустимый интервал времени между размахами амплитудой dU_t, определяемый по нижней шкале рис. 1.

Пример. За 10 мин в сети зарегистрировано 12 размахов амплитудой 4,8 %, 30 размахов амплитудой 1,7 % и 100 размахов амплитудой 0,9 %. Определить допустимость питания от этой сети люминесцентных ламп.

По кривой 3 рис. 1 определяются Dt_Дi:

для dU_t1 = 4,8 % Dt_Д1 = 30 с;

для dU_t2 = 1,7 % Dt_Д2 = 1 с;

для dU_t3 = 0,9 % Dt_Д3 = 0,1 с.

По уравнению (1) получаем

12 ^. 30 + 30 ^. 1 + 100 ^. 0,1 = 400 с < 600 с.

Таким образом, питание от данной сети люминесцентных ламп допустимо.

Инструментальное обследование систем
отопления, горячего водоснабжения,
вентиляции и кондиционирования зданий

По виду источников тепловой энергии обследуемые здания могут быть двух типов: 1) с собственной котельной; 2) с питанием тепловой энергией со стороны.

Подвод тепловой энергии для зданий второго типа производится на тепловые пункты (абонентские вводы), которые могут быть и индивидуальными (ИТП), обслуживающими одно здание, и центральными (ЦТП), обслуживающими группу зданий.

Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом определяется схемой присоединения абонентов к тепловой сети. Схемы присоединения бывают зависимые и независимые. В зависимых схемах – теплоноситель из тепловой сети поступает в теплообменник, в котором его теплота используется для нагревания вторичного теплоносителя (водопроводной воды), который поступает в приборы отопления.

Большое количество жилых и общественных зданий оборудуется системами отопления и горячего водоснабжения. Совместное присоединение на одном абонентском вводе обеих систем производится по параллельной, смешанной или последовательной схемам. Наибольшее применение имеют смешанная и последовательная схемы. На рис. 1, а приведены зависимая схема присоединения системы отопления и последовательная схема присоединения подогревателей горячего водоснабжения, а на рис. 1, б – независимая схема присоединения системы отопления и смешанная схема присоединения подогревателей горячего водоснабжения (ПН – подогреватель нижней ступени; ПВ – подогреватель верхней ступени; РР – регулятор расхода; РТ – регулятор температуры; И – элеватор; П – теплообменник контура отопления; ЦН – циркуляционные насосы).

В процессе энергоаудита определяются фактические значения основных параметров (расхода тепла, сетевой воды, температуры и давления) в точках, указанных на рис. 1, а и б с помощью измерительных приборов, сопоставление их с расчетными значениями и выявляются причины расхождения расчетных и фактических величин.

Для измерений могут быть использованы имеющиеся на ИТП или ЦТП измерительные приборы, а при их отсутствии – переносные портативные приборы организации, проводящей энергоаудит. Все применяемые приборы должны иметь аттестацию органов Госстандарта.

Рис. 1

Погрешность измерения не должна превышать:

1) для расходов – 2,5 %;

2) для давлений – 0,1 кгс/см²;

3) для температур – 0,1°С.

Измерение расходов. Могут быть использованы установленные в ИТП стационарные приборы, в том числе входящие в состав теплосчетчиков, позволяющие определить мгновенные значения расходов воды: измерительные диафрагмы, приборы турбинного или крыльчатого типа, а также электромагнитные, вихревые и ультразвуковые расходомеры. При отсутствии стационарных расходомеров могут быть использованы переносные ультразвуковые расходомеры с накладными датчиками отечественного или зарубежного производства серий Portaflow (Англия) (см. приложение), Sonoflo и Sonocal (Дания) и др., имеющие аттестацию Госстандарта РФ.

Измерение давления. В качестве измерительных приборов могут быть использованы образцовые пружинные манометры. При организации автоматизированной системы измерений в качестве датчиков давления или перепада давлений могут использоваться датчики МТ-100 или датчики давления концерна «Метран», а также аппаратура аналогичного типа зарубежного производства, например цифровые манометры серии С 95 фирмы COMARK.

Измерение температуры. Могут быть использованы ртутные термометры с ценой деления 0,1⁰С, устанавливаемые в имеющихся на трубопроводах термометрических гильзах, или термометры, входящие в состав теплосчетчиков узлов учета при наличии вторичной показывающей аппаратуры. Для измерения температуры при отсутствии измерительной аппаратуры на ИТП следует использовать стандартные термоэлектрические преобразователи и термометры сопротивления с вторичными показывающими и регистрирующими приборами. При отсутствии в точках измерения термометрических гильз измерения могут быть проведены с использованием датчиков поверхностного типа или инфракрасных бесконтактных термометров, например КМ 826, КМ 801/1000 (Дания) и других фирм. При применении датчиков поверхностного типа необходимо обеспечить плотный контакт датчика с очищенной от краски и ржавчины поверхностью трубопровода.

Проведение обследования с помощью обычных показывающих или записывающих приборов неэффективно и очень трудоемко, поскольку требуется одновременная регистрация большого количества параметров в течение продолжительного времени. Поэтому для энергоаудита следует в первую очередь использовать микропроцессорные портативные приборы типа Portaflow и др. в комплекте с накопителем информации типа "Sguirrel 1003" и др.

Методика измерения в системах отопления. При проведении измерений параметров системы отопления для обеспечения стабильности этих параметров следует вторую ступень подогревателя горячего водоснабжения перевести на смешанную схему, если в обычном режиме она включена по последовательной схеме.

Измеряют следующие параметры:

1) расходы сетевой воды и воды в квартальной сети при независимой схеме;

2) температуру сетевой воды и в квартальной сети;

3) среднюю температуру воздуха в отапливаемых помещениях;

4) давления сетевой воды и в квартальной сети при независимой схеме.

Фактический расход воды на систему отопления может быть определен одним из следующих способов в зависимости от имеющихся на установке измерительных приборов:

а) непосредственно с помощью расходомеров, описанных выше;

б) по известному диаметру сопла элеватора и измеренному перепаду давлений перед соплом и во всасывающем патрубке элеватора

[кг/с],

где j₁ – коэффициент скорости сопла (j₁ = 0,95), f_c – сечение сопла, м²; DР = Р₀₁–Р₀₂ – перепад давлений перед соплом и во всасывающем патрубке сопла, Па; V – удельный объем воды (V = 0,001 м³/кг);

в) по измеренным температурам до и после системы отопления путем сопоставления их с расчетными значениями.

Температуру сетевой воды измеряют на входе в систему t₀₁, на выходе из нее t₀₂, а для ИТП и после смесительного устройства – t₀₃. На основе измеренной величины t₀₃ для ИТП определяют фактический коэффициент смешения u по выражению:

.

При независимой схеме присоединения измеряют температуры греющего и нагреваемого теплоносителей на входе и выходе из теплообменника. Для ЦТП в нескольких зданиях измеряют значения t₀₁, t₀₂ и t₀₃ и на этой основе определяют средний коэффициент смешения u.

Температуры воздуха измеряют в нескольких помещениях, расположенных на различных этажах и ориентированных на разные стороны света для возможности оценки среднеарифметической температуры воздуха в здании. Эта температура нужна для последующего сопоставления фактической и расчетной нагрузок системы отопления.

Давление измеряют на входе р₁ и выходе р₂ из теплового пункта, p₀₁ и p₀₂ – до и после системы отопления, а для независимой системы отопления – также p₀₁ и p₀₂ до и после подогревателя.

Так как суточный график нагрузки отопления достаточно стабилен, следует вести измерения параметров теплоносителя в течение суток с интервалом в 2–3 часа. Целесообразно провести измерения в течение нескольких суток с различными температурами наружного воздуха и соответственно температурами сетевой воды.

Методика измерений в системах горячего водоснабжения. В системе горячего водоснабжения следует измерять следующие параметры: расходы (холодной водопроводной воды на горячее водоснабжение G_в; горячей водопроводной воды после второй ступени подогревателя ПВ G_в + G_ц; воды в системе рециркуляции G_ц, сетевой воды на 2-й ступени подогревателя G_II); температуру (по тракту водопроводной воды на входе и выходе ПН и ПВ t₂, t_п, t_п2, t₁; в рециркуляционной линии t_ц; по тракту греющей сетевой воды на входе и выходе подогревателей ПН и ПВ t₁, t_II, t₂, t₀₂); давление по тракту водопроводной и сетевой воды до и после подогревателей ПН и ПВ (р₁, р₂, р_в2, р_вп, р_в1, р₀₁, р₀₂).

Так как график нагрузки горячего водоснабжения имеет резко выраженный неравномерный характер, измерение всех параметров следует вести с помощью портативных микропроцессорных приборов с интервалом измерения порядка 5 минут. Измерения следует проводить как в рабочие, так и в выходные дни.

Основными характеристиками, которые должны измеряться при инструментальном обследовании систем вентиляции, являются: коэффициенты загрузки k_зф и включения k_вф вентиляторов; время работы вентустановок в течение суток t_рф, температуру воздуха внутри помещения t_вн, среднюю температуру наружного воздуха t_нв, кратность воздухообмена m. Приборы и методы измерения этих характеристик описаны выше.

Основными характеристиками, которые должны измеряться при инструментальном исследовании систем кондиционирования зданий, являются: размеры помещений, относительная влажность воздуха, температура воздуха в помещении, скорость воздухообмена, температура подаваемого летом и зимой воздуха, температура наружного воздуха, инфильтрация воздуха. Для измерения влажности и температуры можно применять прибор типа КМ 8004 (Великобритания) или аналогичные приборы других фирм.