Контроль параметров электрической сети
Измерение качества электрической энергии
Измерение качества электрической энергии
Измерение качества электрической энергии осуществляется с помощью специальных устройств и приборов. Во время исследования фиксируется значения трансформаторов, вторичных токов и напряжения сети. Существуют различные виды анализаторов электроэнергии. В процессе проверки выявляются параметры энергосистемы, которые анализируются на соответствие ГОСТам и нормативной документацией.
Государственные стандарты
ГОСТ определяет ряд показателей качества электрической энергии:
Отклонения от установленных значений указывает на проблемы в работе оборудования. В таких ситуациях наблюдается снижение мощности и надежности оборудования, повышение расхода энергии и нерациональности использования ресурсов.
Принцип работы анализатора качества электроэнергии
Прибор выполняет функцию проверки величин и уровень соответствия требованиям. Принцип его работы основан на измерителе электрических величин. Аппарат фиксирует значения тока и напряжения за короткие интервалы времени.
Современные технологии позволяют получить исчерпывающую информацию о работе системы:
Анализаторы выпускаются в мобильной и стационарной форме. Они могут использоваться систематически или эпизодически, в зависимости от поставленной цели. Комплексная проверка корректности работы оборудования – это залог длительной и эффективной работы техники на предприятии. Своевременное выявление неполадок позволяет устранить неисправность до возникновения серьезных проблем.
Контроль за работой техники осуществляется с целью выявления дефектов в электрической сети и их устранения. Для выполнения задания требуется подсоединить анализатор к системе. Места контроля – это точки подключения к потребительской сети. При работе с простыми системами допускается подсоединение в местах, расположенных максимально близко к этим точкам.
Полученная информация обрабатывается с помощью математических алгоритмов. Это позволяет достигнуть ряда целей:
Показатели измеряются на определенном отрезке времени. Низкое напряжение – это самая частая причина плохого качества энергии. Это значение анализируется дважды в год. Другие нормы определяются один раз в 12 месяцев.
Кто проводит исследования?
Право проводить измерения имеют лаборатории с аттестатами Ростехнадзор. В службах квалифицированные работники, использующие сертифицированное оборудование. Точность результатов гарантируется высоким качеством используемой измерительной техники.
Оборудование проходит многочисленные проверки, перед началом эксплуатации. Класс точности, определяется соответствующими специалистами и технологами.
Цели проверки
Полученные результаты позволяют добиться соблюдения заданных в договоре поставщика параметров. Анализ обеспечивает получение данных для составления развернутого отчета о работе системы. Экспертиза выявляет перечень отклонений или их отсутствие. Полученный документ дает основания, для предъявления поставщику обоснованных претензий о несоответствии качества энергии общепринятым нормам. В результате вторая сторона договора устранит все проблемы, и выявленные нарушения в оговоренный промежуток времени.
Измерения обеспечивают расчет коэффициента рациональности использования электричества. Благодаря этому производство выходит на технологичный уровень работы с минимальным расходом ресурсов. При необходимости, из электрической сети устраняются объекты, работающие неэффективно или во вред всей системе.
Проводить исследования стоит для реальных и запланированных систем энергоснабжения. Экспертизу приурочивают к энергетическому аудиту промышленного объекта. Итоги проверки, дают данные для повышения уровня энергетической эффективности в промышленной сфере.
Полученные значения сохраняются и используются при проведении следующего аудита. Специалисты сравнивают данные и делают соответствующие выводы о работе системы.
Классификация проверок
В зависимости от цели контроль качества распределяется на 4 вида:
Виды анализа имеют свои особенности, характеристики и целевое назначение. Необходимость проведения той или иной инспекции определяется узкими специалистами на основе общепринятых стандартов работы электрических сетей.
Диагностический вид контроля, предназначен для решения спорных вопросов между поставщиком и потребителем. Он проводится в местах распределения электричества между двумя сторонами договора. На основе полученных данных, создается официальный отчет, позволяющий доказать невыполнение правил соглашения. После рассмотрения отчета, виновная сторона будет обязана устранить нарушения и повысить качество электроэнергии.
Инспекционный контроль проводится сертифицированными службами с целью выявления отклонений от официальных требований и нормативов. Аудит является обязательным для всех сторон договора и проводится с определенной периодичностью.
При возникновении дефектов проводится оперативный контроль. Он выявляет реальные и потенциальные угрозы понижения качества электричества в сети. В результате проверки проводятся мероприятия по устранению нарушений работы и профилактические процедуры.
Коммерческий учет, предназначен для рассмотрения ставок и тарифов поставщика. Анализ осуществляется в местах раздела электросети между двумя сторонами договора. Исследование назначается при необходимости определения уровня надбавок и скидок за предоставленное качество ресурса.
Многофункциональные измерительные приборы
Современные многофункциональные приборы обеспечивают получение результатов не только в цифровом формате, но и в денежном эквиваленте. Модели отличаются рядом показателей:
Модели нового поколения ускоряют процесс получения значений по прогнозированию, фиксации, устранению и предотвращению возникновения новых проблем в работе системы. С помощью специальных аппаратов, специалисты определяют механические и электрические параметры.
Отсутствие контроля приводит к частым неполадкам, сбоям энергосистемы и чрезмерным расходам электричества. Общего показателя эффективности работы сети недостаточно для проведения глубинного анализа. Большие предприятия обращаются в сертифицированные службы для осуществления контроля над всеми компонентами рабочей зоны.
Важно анализировать нагрузки в динамике. Это позволит выявить уровень износа электросети и своевременно провести мероприятия по устранению потенциальных угроз. При выявлении вины поставщика, потребитель будет лишен необходимости брать на себя обязанность по решению проблем.
Показатели частоты
Отклонения в диапазоне от 50 Гц и выше допускаются при серьезных авариях. По нормативам, показатель не должен превышать 0,4 Гц во время работы сети. При использовании автономных генераторов требования смягчаются (±1 Гц и ±5 Гц).
Эти сети не способны поддерживать высокую стабильность. В процентном соотношении предельно допустимое значение составляет 10%. Нормальный показатель не превышает 5%.
Медленные отклонения в напряжении
Интервал изменений превышает 1 минуту. При анализе определяется промежуток времени, на протяжении которого напряжение отклонялось на 10% от номинального показателя (220 и 380 для бытовых сетей). Дискретность при этом составляет 10 минут. Замеры проводятся на протяжении недели.
Колебания в напряжении сети
Основу оценки этого значения составляет понятие фликера. Он характеризует то, как человек воспринимает мерцания света от источника. Выделяют длительную и кратковременную фазу – 2 часа и 10 минут соответственно. Обе величины не должны превышать 1,38 и 1,0 в разрезе недельных измерений. Для расчета показателей применяются сложные формулы.
Быстрые одиночные отклонения напряжения
Одиночные колебания – это случайные изменения. Возникновения отклонений свидетельствуют о переключении электроустановок или незначительных нарушениях в работе сети (сбои или далекие короткие замыкания в системе). Эти колебания относят к провалам перенапряжения и напряжения. В таблице определены общепринятые нормативные показатели.
Несинусоидальность
Наличие импульсивного тока в сети, приводит к ряду изменений в системе параметров. Наблюдается изменение кривой напряжения, которая раскладывается на основную и частотную. Возникновение гармоник может нарушить работы полупроводниковых приборов. Для устранения такой угрозы следует контролировать уровень этого параметра.
Коэффициент несимметрии
Это один из основных параметров при оценке качества работы в трехфазных и двухфазных сетях. Превышение коэффициента, наблюдается при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Параметр регламентирован ГОСТом и используется при проведении любых проверок сети.
Не все процессы происходят систематически. Существует ряд характеристик, которые фиксируются в случайных ситуациях. Для их возникновения требуются определенные условия и совпадения по сопутствующим изменениям.
Прерывание напряжения случается во время аварий или плановых ремонтных работ. Провалы возникают при подключении оборудования высокой мощности, или коротких замыканиях. Перенапряжения фиксируются по ряду причин:
При воздействии молний происходят импульсивные перенапряжения.
Минимальный интервал измерений составляет неделю. За 7 дней прибор собирает достаточное количество информации для подготовки точных результатов. Математический алгоритм исключает риск ошибки и позволяет автоматизировать процесс измерений. В результате пользователь получает усредненные значения и определяет основные проблемы в работе сети.
Мониторинг инженерной инфраструктуры в дата-центре. Часть 2. Система энергоснабжения
Продолжаем серию статей про работу систем мониторинга инженерной инфраструктуры в наших дата-центрах. В первой части разобрали теоретические моменты, сегодня обратимся к практике. Начнем с самой критичной системы – энергоснабжения. Перед прочтением рекомендуем освежить знания про устройство электропитания в дата-центре.
Одна из схем для мониторинга системы энергоснабжения в дата-центре OST-2.
Особенности мониторинга системы энергоснабжения
В мониторинге энергоснабжения есть свои нюансы. Вот несколько общих советов для тех, кто только собирается проектировать и настраивать систему.
Мониторьте все что можно. В системе энергоснабжения нет неважных участков. Отслеживайте основные параметры каждого элемента системы: от трансформатора до PDU в стойке.
Мониторьте систему в целом. Мало просто поставить все оборудование на мониторинг. Важно отобразить существующие взаимосвязи между всеми элементами системы. Это поможет быстрее выявлять неполадки и не запутаться в десятках оповещений об ошибках.
Принципиальные схемы, карты и прочая визуализация лучше всего подойдут для этих целей. Картинка в начале поста – как раз пример такой схемы. Когда в стойке пропадет питание, с помощью таких схем будет легче понять, что стало причиной аварии.
Опрашивайте оборудование как можно чаще. Частый опрос поможет не пропустить важные события в жизни системы энергоснабжения: отключение городского питания, ошибки, по которым не завелся ДГУ. Такие критичные узлы, как главный распределительный щит, ДГУ, ИБП, рекомендуем опрашивать каждую секунду.
Мониторьте балансировки по фазам и парные нагрузки. Это производные показатели системы энергоснабжения. Они рассчитываются непосредственно в системе мониторинга на базе информации, полученной от оборудования.
Собирайте статистику. Только онлайн данных и оповещений мало, нужно собирать долгосрочную статистику. Она пригодится для многих вещей – от управления мощностями (capacity management) до расчета бюджета на закупку ЗИП.
Пара слов о нашем мониторинге
Система работает на базе open-source решения Nagios. Он собирает значения параметров оборудования и отправляет уведомления при достижении пороговых значений. Всего развернуто 8 стендов с Nagios.
Информация по 7 дата-центрам и всем системам мониторинга собирается в едином интерфейсе на базе Thruk.
Веб-интерфейс Thruk.
Статистику и графики на ее основе строим с помощью встроенных служб Nagios и Cacti.
Еще один способ представления информации – принципиальные схемы. Такой тюнинг процесса структурирует и упрощает восприятие большого объема данных. Целостную картину можно получить при одном взгляде на монитор.
Схема для мониторинга энергоцентра и машинных залов дата-центра NORD-4.
Давайте посмотрим, что, как и на каком оборудовании можно отслеживать.
Трансформаторы
При высокой нагрузке трансформаторы нагреваются. Если произойдет перегрев, то сработает защита и трансформатор выключится. Благодаря мониторингу мы можем вовремя отследить перегрев и принять необходимые меры.
Если трансформатор еще не запущен в эксплуатацию, то на корпус можно установить термоэлектрические пирометры. В уже работающих трансформаторах используем дистанционные инфракрасные пирометры.
Так выглядят инфракрасные пирометры.
Вводы на ГРЩ
Мониторинг на этом участке системы дает нам информацию о наличии электропитания от города и его характеристики по току, напряжению.
От каждого трансформатора в главный распределительный щит (ГРЩ) приходит три медных шины. Для получения данных о токах и напряжении на каждую шину устанавливается трансформатор тока. Его первичная обмотка подключена к шине, а вторичная обмотка замыкается на измерительный прибор – анализатор сети.
Аналогичным образом трансформатор тока крепится на шине в щите ДГУ.
Черные кольца на медных шинах – это и есть трансформаторы тока.
Анализатор сети крепится к дверце распределительного щита.
Система мониторинга опрашивает анализаторы сети по протоколу ModBus. Данные поступают на сервер мониторинга и отображаются в едином веб-интерфейсе Thruk.
Схема подключения анализаторов сети к системе мониторинга.
Аналогичным способом устроен мониторинг в остальных распределительных щитах (ЩР). Для каждой секции ЩР устанавливается свой анализатор, и суммарный – на весь ЩР.
Трансформаторы тока в распределительном щите машинного зала.
Анализаторы сети в распределительном щите машинного зала.
От анализаторов сети мы получаем порядка 20 параметров. Вот основные:
Все основные параметры по ГРЩ отображаются на принципиальных схемах.
Гарантированное электроснабжение
По этой системе мы отслеживаем состояние щитов ДГУ, топливных баков и, конечно же, самих ДГУ. Данные от дизельных электростанций система мониторинга получает от панели управления ДГУ.
Панель управления ДГУ.
Схема подключения ДГУ к системе мониторинга.
Основные параметры ДГУ:
Список основных параметров ДГУ в системе мониторинга.
Бесперебойное энергоснабжение
Если в ИБП есть модуль для удаленного мониторинга, то сбор данных не представляет сложности: просто настраиваем опрос бесперебойников по протоколу SNMP.
ИБП изнутри. Красным отмечен модуль мониторинга, который подключается к серверу мониторинга.
Основные отслеживаемые параметры:
Мониторинг PDU и АВР в стойке
Мониторинг PDU позволяет зафиксировать пропадание питания по одному или нескольким лучам в стойке с оборудованием. Для этого достаточно использовать PDU с возможностью опроса по протоколу SNMP. PDU с управлением и специализированным софтом тоже можно, но в этом случае добавится отдельный интерфейс.
То же самое касается и мониторинга стоечного АВР.
Подключение PDU к системе мониторинга.
Производные параметры: балансировка нагрузок по фазам и лучам
На основе данных, полученных от анализаторов сети в распределительных щитах, модулей мониторинга ИБП, PDU, в системе мониторинга рассчитывается несколько производных параметров.
Нагрузка по фазам. Если нагрузка распределена равномерно по фазам, тогда мощность кабеля и автоматов будет использоваться эффективно. Когда одна или две фазы перегружены, а одна или две недогружены, то возникает так называемый перекос фаз. Это, как минимум, будет означать, что имеющаяся мощность используется не оптимально. В худшем случае это приведет к отключению автомата и перегреву кабеля.
Нагрузка по фазам в системе мониторинга
Парные нагрузки на двух лучах. В наших дата-центрах резерв системы энергоснабжения 2N.
К каждой стойке подходит два независимых луча питания. И если что-то происходит с одним из лучей питания, другой берет на себя нагрузку вышедшего из строя. Получается, что каждый луч должен быть загружен только наполовину от номинальной мощности. Только в этом случае оставшийся в строю луч выдержит двойную нагрузку.
Для этого мы отслеживаем, чтобы нагрузка на одном луче не превышала более 50 % от номинала, а суммарная нагрузка на двух лучах – 100 % от номинала.
Если не отслеживать этот параметр, то можно “проморгать” ситуацию, когда у нас не останется резерва по второму лучу, так как парная нагрузка превышает номинальную мощность автомата.
Оба принципа должны соблюдаться одновременно. Рассмотрим это на практике. Допустим, у нас есть стойка с трехфазным питанием 32 А на фазу. Оборудование подключается к двум PDU. У каждого PDU по три секции (B1, B2, B3), каждая секция соответствует фазе, т.е. мы имеем дело с трехфазными PDU. Если мы соблюдаем вышеописанные правила, то получается, что суммарная нагрузка по двум лучам должна быть ниже 32 А (см. рисунок ниже).
Вроде все понятно, но давайте рассмотрим вот такой случай. В эту же стойку подключаем оборудование (см. рисунок ниже). Казалось бы, из 19,5 кВТ (три секции по 6,5 кВт) у нас всего занято 11 кВТ, и можно спать спокойно. Но в какой-то момент у нас выключается один луч, и вся стойка остается без питания. Произошло следующее. Мы перегрузили первую секцию (фазу) на одном из лучей. Суммарная нагрузка оказалась больше номинальной. Когда один из лучей взял на себя эту чрезмерную нагрузку, автомат выбило.
Парные нагрузки на первую секцию PDU (B1) в системе мониторинга.
Так парная нагрузка измеряется на уровне стойки. По такому же принципу мы отслеживаем:
На этом остановимся. Задавайте вопросы в комментариях. Если у вас есть вопросы о балансировке нагрузки в стойках или распределительных щитах, пишите в комментариях, в личку или на consulting@dtln.ru.
В следующей статье поговорим про мониторинг холодоснабжения.
Еще статьи про мониторинг и энергоснабжение в дата-центре:
Измерение качества электрической энергии
На данный момент в нашей электролаборатории 5 приборов для измерения показателей качества электроэнергии, 3 из которых со встроенным модемом. Что дает возможность оперативно снимать показания сразу с нескольких ВРУ или отходящих линий.
Стоимость работ
Качество электричества: зачем это нужно?
Электричество – это товар. Как и у любого товара, у него есть свои параметры качества, предусматривающие его индивидуальные особенности. Ведь в отличие от стандартных видов продукции, этот является энергоресурсом, который не накапливается и природой не производится. Он вырабатывается на электростанциях и посредством распределительных сетей поставляется конечному потребителю. При этом существуют определенные требования к продукту, поступающему в дом, офис, на производство.
Любые электроприборы и оборудование разрабатываются для работы в определенных условиях. Все составные элементы предусматривают характеристики, способные производить оптимальную полезность и отдачу при определенных параметрах поступающего тока. Что происходит при их резком изменении? Минимально это чревато потерями мощности или сгоревшими предохранителями. Но зачастую это может привести и к более серьезным последствиям – авариям, возгораниям и человеческим жертвам. Поэтому так необходим контроль качества электроэнергии.
Наиболее частые ухудшения качества
Эксплуатация электрических сетей даже в жилых домах – дело, требующее особого подхода. На предприятиях регулярная проверка качества электроэнергии диктуется множеством нормативных документов. Чаще всего показатели могут выявлять следующие факторы:
Любой из этих факторов может привести к серьезным аварийным последствиям. По статистике примерно 70% возникновения пожаров в жилых домах и 85% в производственных помещениях происходит именно при наличии вышеуказанных нестабильностей. Поэтому так важно предотвратить возможность подобных происшествий, чем потом справляться с их последствиями. Для этого всего лишь требуется производить периодически ряд замеров, после которых можно определить слабые места электросетей.
Цели проведения проверок
На большинстве предприятий необходимость проводить измерение качества электроэнергии введена законодательно. Однако существуют и прочие цели проведения таких действий:
Каковы бы ни были цели проведения процедуры, в результате должны быть разработаны меры по улучшению соответствия качества установленным стандартам.
Стандарт качества
Так как этот документ принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, то его действие распространяется и на ряд союзных стран: Армении, Беларуси, Кыргызстана, Таджикистана и Узбекистана.
Наши специалисты всегда в курсе текущих изменений нормативных документов. Мы чутко реагируем на все изменения не только федерального законодательства, но и на нормы, устанавливаемые региональными властями.
Снятие показателей на вводе, в ГРЩ прибором METREL MI 2892.
План проведения проверки
Контроль может быть диагностическим, инспекционным, оперативным или проводимым в коммерческих целях. В зависимости от этого определяется место осуществления мероприятий. В любом случае процедура начинается с фиксации контрольных точек на схематическом отображении сети.
В зависимости от целей проведения контроля устанавливаются временные рамки процедуры, количество промеров и их виды. Разрабатывается подробный план исследования и техзадание. Все это оформляется документально. Далее производятся сами замеры, результаты которых фиксируются в специальных актах. После полученные данные сверяются с нормативами, выявляются расхождения, устанавливаются их причины.
Проведение контрольных мероприятий завершается составлением итоговых документов, которые не просто указывают на выявленные факты, но и на возможные последствия, а также вероятные причины возникновения несоответствий.
Такое мероприятия может быть довольно длительным по времени. Поэтому нами разработана возможность гибко подстраиваться под ваши условия жизни и работы. Мы легко впишем графики исследований так, что вам не придется прекращать работу предприятия, останавливать производство, терять рабочий день.
Фиксируемые показатели
Нормативами устанавливаются следующие характеристики энергии, которые могут свидетельствовать о ее качестве:
Измерение амплитуды напряжения. На графике видно, что было зафиксировано максимальное напряжение 234 вольт и минимальное в 209 вольт.
На картинке видно значения измеренной силы тока, с отметкой по времени, по всем фазам.
Суточные графики реактивной мощности.
Любые расхождения в показателях могут являться причиной потерь, увеличения расходов, снижения безопасности и надежности. Наиболее точными измерениями характеризуются современные модели контрольных приборов. Именно они используются в нашей компании.
Средства измерения
Для проверки используются специальные приборы – анализаторы, способные фиксировать измерения показателей качества электроэнергии. В основе их работы – способность зарегистрировать напряжение и токи несколько раз в короткие временные интервалы. Благодаря этому могут быть получены следующие показатели:
Такие приборы производятся как в стационарном, так и в мобильном варианте. Первые требуются для проведения постоянного контроля над состоянием сетей, а вторые могут использоваться для периодических проверок.
Приборы, посредством которых производятся контрольные действия, должны быть сертифицированы. Кроме того, их класс точности не должен подлежать сомнению, поэтому по отношению к ним проводится регулярная поверка. Все оборудование и приборный парк в распоряжении наших специалистов регулярно обновляется и проверяется на соответствие нормативам и требованиям.
К кому обращаться?
Проводить подобную проверку и измерения не может кто угодно. Не следует пытаться делать это своими силами, особенно кустарным способом. Даже если вы приобрели необходимое оборудование, это не сделает вас профессионалом. Более того, любые манипуляции с электричеством и электросетями могут закончиться плачевно.
Производить анализ могут только компании, получившие разрешение на ведение такой деятельности. И для того, чтобы у организации появилась возможность заниматься подобными работами, она должна выполнить ряд требований и пройти череду строгих проверок.
Удостоверение одного из сотрудников нашей электролаборатории. О повышении квалификации по теме : “Управление качеством электрической энергии в системах электроснабжения и электрических сетях общего назначения”
Фотографии с последних объектов :
Остались вопросы?
Наши специалисты свяжутся с вами и ответят на все ваши вопросы, также подберут наиболее подходящий формат сотрудничества.