Изменения показателей качества ЭЭ. Конспект лекций по дисциплине Измерение показателей качества электрической энергии
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
симметричными составляющими. Различают симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, которые различаются порядком чередования фаз. Симметричную систему прямой последовательности образуют (см. рис. 1,а) три одинаковых по модулю вектора и со сдвигом друг по отношению к другу на рад., причем отстает от , а - от 12 Введя, оператор поворота , для симметричной системы прямой последовательности можно записать Симметричная система обратной последовательности образована равными по модулю векторами и с относительным сдвигом по фазе на рад., причем теперь отстает от , а - от (см. рис. 1,б). Для этой системы имеем Система нулевой последовательности состоит из трех векторов, одинаковых по модулю и фазе (см. рис. 1,в): При сложении трех указанных систем векторов получается несимметричная система векторов (см. рис. 2). Любая несимметричная система однозначно раскладывается на симметричные составляющие. Действительно, ; (1) ; (2) (3) Таким образом, получена система из трех уравнений относительно трех неизвестных , которые, следовательно, определяются однозначно. Для нахождения сложим уравнения (1)…(3). Тогда, учитывая, что , получим (4) Для нахождения умножим (2) на , а (3) – на , после чего полученные выражения сложим с (1). В результате приходим к соотношению 13 (5) Для определения с соотношением (1) складываем уравнения (2) и (3), предварительно умноженные соответственно на и . В результате имеем: (6) Формулы (1)…(6) справедливы для любой системы векторов , в том числе и для симметричной. В последнем случае Лекция 5. Случайные события. Прерывания напряжения. Провалы напряжения и перенапряжения. Импульсные перенапряжения Провал напряжения - внезапное значительное снижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9U ном , которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд (рис. 3). Рис. 3. Провал напряжения Провал напряжения характеризуется глубиной (по отношению к значению напряжения в нормальном режиме) и длительностью. Длительность провала напряжения ∆t - интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня . Глубина провала напряжения может изменяться от 10 до 100%, длительность - от сотых до нескольких десятых секунды (в некоторых случаях - секунды). Вспомогательной характеристикой является частота появления провалов напряжения Р п - число провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени по отношению к общему числу провалов за этот же промежуток времени. Основной причиной появления провалов напряжения в системе электроснабжения являются короткие замыкания в отходящих от цепи питания данного узла нагрузки ответвлениях электрической сети высокого (35...220 кВ), среднего (6... 10 кВ) напряжений и в сетях с напряжением до 1 кВ. Провалы напряжения не нормируются, поскольку они неизбежны настолько же, насколько неизбежны короткие замыкания. Однако знать статистику по частоте, глубине и длительности провалов напряжения в системе электроснабжения необходимо для 14 аргументированного использования агрегатов и источников бесперебойного питания с целью электроснабжения особенно чувствительных к провалам напряжения потребителей. К ним относятся: электронные микропроцессорные устройства управления, компьютеры, серверы и ряд других. Импульсное напряжение Искажение формы кривой питающего напряжения может происходить за счет появления высокочастотных импульсов при коммутациях сети, работе разрядников и т.п. Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (т. е. меньше полупериода) (рис. 4). Рис. 4. Импульс напряжения Импульсное напряжение характеризуют следующие величины: амплитуда импульса U имп - максимальное мгновенное значение импульса напряжения; длительность импульса - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первона- чального или близкого к нему уровня; часто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды ∆t имп о,5. В электрическую сеть напряжением 220...380В может проникать импульсное напряжение до 3... 6 кВ. Наиболее чувствительны к импульсным напряжениям электронные и микро- процессорные элементы систем управления и защиты, компьютеры, серверы и компьютерные станции. Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения (ОПН) на основе металло- оксидных соединений. Временное перенапряжение Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U ном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях. Коэффициент временного перенапряжения К перU - величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети. Длительность временного перенапряжения ∆t пер U - интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения. 15 Лекция 6. Разложение сигналов в ряд по ортогональным функциям. Гармонический анализ. Амплитудно-фазовый спектр. Комплексный спектр. Спектры некоторых периодических сигналов Понятие собственных функций. Удобство использования частотного представления сигналов заключается в том, что гармонические функции являются собственными функциями операций переноса, интегрирования, дифференцирования и других линейных операций, инвариантных по координатам. Они проходят через линейные системы, не изменяя формы, а изменяют лишь фазу и амплитуду. Допустим, что исходная функция является линейной комбинацией функций синуса и косинуса: s(х) = А sin(х)+B cos(х). Осуществим произвольный сдвиг функции по аргументу на величину h. При этом получаем: s(х+h) = C sin(х)+D cos(х), C = А cos(h) – B sin(h), D = A sin(h) + B cos(h), где коэффициенты C и D, как и в исходном выражении коэффициенты А и В, не зависят от аргумента, при этом C 2 +D 2 = А 2 +В 2 . Таким образом, при произвольном переносе функции по аргументу (а равно и при интегрировании, дифференцировании и других линейных преобразованиях) любую линейную комбинацию синуса и косинуса можно представить линейной комбинацией этих же функций. Экспоненциальная комплексная запись гармонических функций делает это свойство еще нагляднее. Для произвольной гармонической функции имеем: cos(wt-j) = A cos(wt)+B sin(wt), где A = cos(j), B = sin(j), j - начальный фазовый угол колебания при t = 0. Переходя к комплексной записи данной функции с использованием тождеств Эйлера cos(wt) = [ехр(jwt)+exp(-jwt)]/2, sin(wt) = [ехр(jwt)-exp(-jwt)]/2j, получаем: cos(wt-j) = C exp(jwt)+C*exp(-jwt), где: C = 0,5 exp(-jj), C* = 0,5 exp(jj) – величина, комплексно сопряженная с С. Применяя в качестве гармонической составляющей разложения сигнала функцию ехр(jwt), можно рассматривать вторую функцию ехр(-jwt), комплексно сопряженную с первой, как такую же составляющую, но с отрицательной частотой. Естественно, что отрицательная частота является чисто математической абстракцией, но нужно помнить, что пара таких комплексно сопряженных составляющих в сумме всегда дает вещественную функцию. Экспоненциальные функции также являются собственными функциями линейных операций. Для операции переноса с использованием экспоненциальных функций: exp[jw(t+h)] = exp(jwh)·exp(jwt) = H(w) exp(jwt), где Н(w) = exp(jwh) - собственное значение операции переноса, независимое от переменной. Для операции дифференцирования: d[exp(jwt)]/dt = jw exp(jwt), H(w) = jw. Для операции интегрирования: exp(jwt) dt = (1/jw) exp(jwt), H(w) = 1/jw. В общей форме, для любых линейных операций преобразования: Т[exp(jwt)] = H(w) exp(jwt), 16 где T[.] - произвольный линейный оператор, H(w) - собственное значение операции, независимое от аргумента. У специалистов - практиков существует предубеждение против использования комплексных функций с их мнимыми частотами. Поэтому в дальнейшем будем использовать и вещественные функции, и их комплексные аналоги, по крайней мере, до тех пор, пока простота и удобство использования последних не станет очевидным. Ряды Фурье. Разложению в ряды Фурье подвергаются периодические сигналы. Периодическую функцию любой формы, заданную на интервале одного периода Т = b-a и удовлетворяющую на этом интервале условиям Дирехле (ограниченная, кусочно- непрерывная, с конечным числом разрывов 1-го рода), можно представить в виде ряда Фурье: s(t) = S n exp(jnDwt), S n = S(nDw), Dw = 2p/T, (4.1.1) где весовые коэффициенты S n ряда определяются по формуле: S n = (1/T) s(t) exp(-jnDwt) dt. (4.1.2) Ряд Фурье представляет собой ансамбль комплексных экспонент exp(jnDwt) с частотами, образующими арифметическую прогрессию. Функцию весовых коэффициентов S(nDw) принято называть комплексным спектром периодического сигнала или фурье-образом функции s(t). Спектр периодического сигнала является дискретной функцией, т.к. он определен только для целых значений n с шагом по частоте, обратным периоду: Dw = 2p/Т (или Df = 1/T). Первую частотную составляющую спектра при n = 1, равную w 1 = 1Ч Dw = 2p/T (или f 1 = 1/T), называют основной частотой сигнала (первой гармоникой), остальные частоты дискретного спектра nw 1 при n>1 называют гармониками сигнала. Значения S(nDw) по положительным и отрицательным значениям n являются комплексно сопряженными. Шаг по частоте Dw между двумя соседними синусоидами из разложения Фурье называется частотным разрешением спектра. С чисто математических позиций множество функций exp(jnDwt), -Ґ < n < Ґ образует бесконечномерный базис линейного пространства L 2 [a,b] ортогональных синус-косинусных функций, а коэффициенты S n по (4.1.2) представляют собой проекции сигнала s(t) на эти базисные функции. Соответственно, сигнал s(t) в форме ряда Фурье (4.1.1) – это бесконечномерный вектор в пространстве L 2 [a,b], точка с координатами S n по базисным осям пространства exp(jnDwt). Подынтегральную функцию экспоненты в выражении (4.1.2) с использованием тождества Эйлера exp(±jwt) = cos(wt) ± jЧ sin(wt) можно разложить на косинусную и синусную составляющие и выразить комплексный спектр в виде действительной и мнимой части: S n = (1/T) s(t) [cos(nDwt) - j sin(nDwt)] dt = А n - jB n . (4.1.3) A n ≡ A(nDw) = (1/T) s(t) cos(nDwt) dt, (4.1.4) B n ≡ B(nDw) = (1/T) s(t) sin(nDwt) dt. (4.1.5) На рис. 4.1.1 приведен пример периодического сигнала (прямоугольный импульс на интервале (1-3.3), повторяющийся с периодом Т=40) и форма действительной и мнимой части его спектра. Обратим внимание, что действительная часть спектра является четной относительно нуля функцией A(nDw) = A(-nDw), так как при вычислении значений A(nDw) по формуле (4.1.4) используется четная косинусная функция cos(nDwt) = cos(-nDwt). Мнимая часть спектра является нечетной функцией B(nDw) = -B(-nDw), так 17 как для ее вычисления по (4.1.5) используется нечетная синусная функция sin(nDwt) = - sin(-nDwt). Рис. 4.1.1. Сигнал и его комплексный спектр. Комплексные числа дискретной функции (4.1.3) могут быть представлены в виде модулей и аргументов комплексной экспоненты, что дает следующую форму записи комплексного спектра: S n = R n exp(jj n ), (4.1.3') R n 2 ≡ R 2 (nDw) = A 2 (nDw)+B 2 (nDw), j n ≡ j(nDw) = arctg(-B(nDw)/A(nDw)). Рис. 4.1.2. Модуль и аргумент спектра. Модуль спектра R(nDw) называют двусторонним спектром амплитуд или АЧХ - амплитудно-частотной характеристикой сигнала, а аргумент спектра (последовательность фазовых углов j(nDw)) - двусторонним спектром фаз или ФЧХ – фазово-частотной характеристикой. Спектр амплитуд всегда представляет собой четную функцию: R(nDw) = R(-nDw), а спектр фаз нечетную: j(nDw) = -j(-nDw). Пример спектра в амплитудном и фазовом представлении для сигнала, показанного на рис. 4.1.1, приведен на рис. 4.1.2. При рассмотрении спектра фаз следует учитывать периодичность 2p угловой частоты (при уменьшении фазового значения до величины менее -p происходит сброс значения -2p). Если функция s(t) является четной, то все значения B(nDw) по (4.1.5) равны нулю, т.к. четные функции ортогональны синусным гармоникам и подынтегральное произведение s(t)·sin(nDwt) дает нулевой интеграл. Следовательно, спектр функции будет представлен только вещественными коэффициентами. Напротив, при нечетности функции s(t) обнуляются все значения коэффициентов А(nDw) (нечетные функции ортогональным косинусным гармоникам) и спектр является чисто мнимым. Этот фактор не зависит от выбора границ задания периода функции на числовой оси. На рис. 4.1.3(А) можно наглядно видеть ортогональность первой гармоники синуса и четной функции, а на рис. 4.1.3(В) соответственно косинуса и нечетной функции в пределах одного периода. Учитывая кратность частот последующих гармоник первой гармонике спектра, ортогональность сохраняется для всех гармоник ряда Фурье. 18 Рис. 4.1.3. Ортогональность функций. При n = 0 имеем В о = 0, и получаем постоянную составляющую сигнала: S 0 ≡ A o ≡ R o ≡ (1/T) s(t) dt. Лекция 7. Мощность и действующее значение токов сложной формы. Произвольное непериодическое воздействие. Спектральный анализ. Некоторые свойства интеграла Фурье. Спектры некоторых сигналов Понятие ряда Фурье тесно связано с понятием преобразования Фурье. Преобразование Фурье операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты («амплитуды») при разложении исходной функции на элементарные составляющие гармонические колебания с разными частотами. В обработке сигналов и связанных областях преобразование Фурье обычно рассматривается как декомпозиция сигнала на частоты и амплитуды, то есть, обратимый переход от временно́го пространства в частотное пространство . Богатые возможности применения основываются на нескольких полезных свойствах преобразования: Преобразования являются линейными операторами и, с соответствующей нормализацией, также являются унитарными (свойство, известное как теорема Парсеваля или, в более общем случае как теорема Планшереля, или в наиболее общем как дуализм Понтрягина). Преобразования обратимы, причѐм обратное преобразование имеет практически такую же форму, как и прямое преобразование. Синусоидальные базисные функции являются собственными функциями дифференцирования, что означает, что данное представление превращает линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами в обычные алгебраические. Дискретная версия преобразования Фурье может быстро рассчитываться на компьютерах, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ, англ. FFT). Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) это одно из преобразований Фурье, широко применяемых в алгоритмах цифровой обработки сигналов, а также в других областях, связанных с анализом частот в дискретном (к примеру, оцифрованном аналоговом) сигнале. Дискретное преобразование Фурье требует в качестве входа дискретную функцию. Такие функции часто создаются путѐм дискретизации (выборки значений из непрерывных функций). Дискретные преобразования Фурье помогают решать частные дифференциальные уравнения и выполнять такие операции, как свѐртки (свѐртка функций операция, показывающая «схожесть» одной функции с отражѐнной и сдвинутой копией другой). Быстрое преобразование Фурье (БПФ) это быстрый алгоритм вычисления дискретного преобразования Фурье. То есть алгоритм, требующий меньшего количества действий чем алгоритм прямого (по формуле) вычисления ДПФ. Иногда под БПФ 19 понимается один из быстрых алгоритмов, называемый алгоритмом прореживания по частоте/времени или алгоритмом по основанию 2. На практике используют дискретное преобразование Фурье или его упрощенный вариант – быстрое преобразование Фурье. Необходимые для работы этих алгоритмов дискретные отсчеты сигнала в цифровом виде получают при использовании аналогово- цифровых преобразователей. Последующий расчет данных позволяет определить как амплитудные, так и фазовые соотношения в спектре исследуемого сигнала. Быстрое преобразование Фурье, заключается в перестановке исходных данных по специальному алгоритму. Для получения достоверных данных для применения быстрого преобразования Фурье необходимо выполнить ряд требований: обрабатываемая выборка должна содержать 2 N значений; обрабатываемая выборка должна включать в себя целое количество периодов исследуемого сигнала. Для выполнения БПФ в MATLAB используется функция fft: Y = fft(X). Функция Y = fft(X) вычисляет для массива данных X дискретное преобразование Фурье, используя FFT-алгоритм быстрого Фурье-преобразования. Если массив X двумерный, вычисляется дискретное преобразование каждого столбца. Рассмотрим пример получение спектра синусоидального сигнала, содержащего 256 дискретных отсчетов. Для этого зададим частоту периодического сигнала F 1 =50 Гц, которой соответствует период сигнала T=0,02 c. Так как спектр сигнала является комплексным понятием, то есть содержит информацию об амплитуде и фазе гармоники, то для получения информации об амплитудах гармоник необходимо вычислить модуль комплексного числа. N=256; % количество отсчетов F1=50; % частота сигнала F 1 =50 Гц T=0.02; % период сигнала T=0,02 c t=linspace(0, T, N); % сформируем вектор времени U=sin(2*pi*F1*t); % рассчитаем вектор напряжения S=fft(U); % анализ спектра с помощью БПФ SA=abs(S); % получение модуля спектра (амплитуды) stem(SA); grid % вывод амплитуды на дискретный график Как видно из графика (рис. 3.1) спектрограмма для N=256 содержит два столбика высотой 128. Для перехода к спектру в общепринятом смысле отбросим правую половину спектрограммы, а амплитуды в левой части умножим на 2 за исключением первого элемента, который не имеет зеркального отражения и представляет собой величину постоянной составляющей. Кроме того, пронормируем все амплитуды гармоник, разделив их на число выборок сигнала. В рассмотрение возьмем первые 10 значений с 0 по 9 гармонику. S10=2*SA(1:10)/N; % нормирование вектора и умножение на 2 S10(1)=S10(1)/2; % отменяем умножение на 2 первого элемента 20 Рис. 3.1. Спектр синусоидального сигнала При этом вектор S10 содержит информацию представленную в табл.3.1. Таблица 3.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A 8 A 9 Постоянна я составляющая Основна я гармоника Высшие гармоники Для удобства просмотра наложим на график вектор реальных частот F, с учетом того, что частота гармоники определяется произведением еѐ номера на частоту первой гармоники: F=F1*(0:9); % формирование вектора реальных частот stem(F,S10); % вывод на график Итоговый спектр синусоидального сигнала представлен на рис. 3.2. Как и ожидалось, спектр содержит одну гармонику с амплитудой один вольт. Рис. 3.2. Итоговый спектр синусоидального сигнала Если анализируемый сигнал содержит несколько периодов, то спектрограмма изменяется (рис. 3.3). Рассмотрим M=5 периодов синусоидального сигнала: 21 M=5; % количество периодов сигнала t=linspace(0, M*T, N); % формирование нового вектора времени 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 140 Рис. 3.3. Спектр пяти периодов сигнала Как видно из рис.3.3 первая гармоника сместилась на M отсчетов. Также будут смещены и значения амплитуд для высших гармоник. Чтобы показать это рассмотрим спектр последовательности прямоугольных импульсов (рис. 3.4) с частотой следования F 1 =50 Гц, сформированный на ранее созданном векторе времени t: U=square (2*pi*F1*t); Рис. 3.4. Спектр последовательности прямоугольных импульсов Первые 50 значений в векторе преобразования Фурье содержат информацию представленную в табл. 3.2. Таблица 3.2 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 Постоянная составляющая Основная гармоника Высшие гармоники Как видно из табл. 3.2 индекс гармоники в спектрограмме определяется выражением n*M+1, где n – номер гармоники. 22 Лекция 8. Первичная обработка информации. Классификация алгоритмов фильтрации, аналитической градуировки датчиков, проверки достоверности информации, экстра- и интерполяции Цифровые фильтры на сегодняшний день применяются практически везде, где требуется обработка сигналов, в частности в спектральном анализе, обработке изображений, обработке видео, обработке речи и звука и многих других приложениях. Фильтром называется устройство, устанавливаемое между выводами электрической цепи с целью изменения соотношения между частотными составляющими спектра проходящего через него сигнала. Фильтры различают по типу, форме амплитудно-частотной характеристики и диапазону частот. Ниже приведены основные определения, используемые в практике проектирования аналоговых и цифровых фильтров. Крутизна АЧХ термин, используемый для описания наклона амплитудно- частотной характеристики в переходной полосе, расположенной между полосами пропускания и задерживания. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания размер флуктуации АЧХ от пика до пика в полосе пропускания. Ослабление уменьшение амплитуды сигнала, обычно измеряемое в дБ, после прохождения через аналоговый (цифровой) фильтр. Ослабление фильтра представляет собой отношение амплитуды выходного сигнала фильтра к амплитуде входного сигнала на некоторой частоте, определяемое как: дБ , a а log Ослабление in out 10 20 Если на заданной частоте амплитуда выходного сигнала фильтра меньше амплитуды входного сигнала, то отношение меньше единицы, а ослабление выражается отрицательным числом. Относительное ослабление ослабление, измеренное по отношению к наибольшему значению амплитуды. Наибольшему уровню сигнала обычно присваивается опорный уровень 0 дБ, в результате чего все остальные значения АЧХ оказываются отрицательными. Передаточная функция математическое выражение, получаемое как отношение z-преобразования (для аналоговых фильтров преобразования Лапласа) выходного сигнала фильтра к преобразованию входного сигнала. По заданной передаточной функции можно определить АЧХ и ФЧХ фильтра. Переходная полоса диапазон частот, в котором АЧХ фильтра переходит от полосы пропускания к полосе задерживания. Полоса задерживания диапазон частот, в котором фильтр ослабляет сигналы. Полоса пропускания диапазон частот сигнала, в котором фильтр пропускает энергию сигнала на выход с минимальным ослаблением. Обычно определяется как диапазон частот, в котором АЧХ фильтра не выходит за пределы заданной неравномерности. Порядок фильтра число, определяющее наибольшую степень числителя или знаменателя передаточной функции фильтра в z-области. В общем случае, чем больше порядок фильтра, тем лучше его частотная характеристика. Пульсации флуктуации (величина которых измеряется в дБ) АЧХ в полосе пропускания или задерживания. Эллиптические фильтры и фильтры Чебышева имеют АЧХ с равноволновыми пульсациями, т.е. амплитуда их пульсаций не меняется в 23 пределах полосы пропускания. АЧХ фильтров Бесселя и Баттерворта не имеют пульсаций. Пульсации в полосе задерживания иногда называют внеполосными пульсациями. Центральная частота (f 0 ) частота, лежащая в центре полосы пропускания полосового фильтра. Частота среза наивысшая частота полосы пропускания для ФНЧ (и наинизшая частота полосы пропускания ФВЧ), на которой АЧХ еще не выходит за пределы пульсаций полосы пропускания. Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) разность фаз входного и выходного синусоидальных сигналов фильтра в зависимости от частоты сигнала. ФЧХ, которую иногда называют характеристикой фазовой задержки, обычно изображается кривой, показывающей сдвиг фаз фильтра в зависимости от частоты. Ширина полосы фильтра ширина полосы пропускания фильтра. Для ФНЧ ширина полосы равна частоте среза. Для полосового фильтра ширина полосы обычно определяется как разность верхней и нижней частот, на которых АЧХ уменьшается на 3 дБ. По своему предназначению фильтры служат для обработки сигналов с целью получения требуемых характеристик этих сигналов. В зависимости от формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) имеется четыре основных класса фильтров: 1) фильтр нижних частот (ФНЧ). Он пропускает только низкочастотные составляющие спектра сигнала – обычно от постоянной составляющей и до частоты, которая называется частотой среза и определяется в исходных данных для расчета фильтра. Все спектральные составляющие сигнала с частотой выше частоты среза ФНЧ подавляет; 2) фильтр верхних частот (ФВЧ). Фильтры этого класса подавляют в спектре сигнала все компоненты с частотой от 0 до частоты среза. Спектральные составляющие с частотой выше частоты среза пропускаются ФВЧ без искажений; 3) полосовой фильтр (ПФ). Он пропускает без искажений все спектральные компоненты только в пределах заданной полосы частот и подавляет все компоненты вне еѐ; 4) режекторный фильтр (РФ). Он подавляет компоненты спектра внутри заданной полосы, называемой полосой задержания, и пропускает без искажений частоты вне этой полосы. Цифровой фильтр в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определѐнных частот этого сигнала. Различают два вида цифровых фильтров – фильтры с конечной импульсной характеристикой (нерекурсивный, КИХ-фильтр) и с бесконечной импульсной характеристикой (рекурсивный, БИХ-фильтр). Фильтр с конечной импульсной характеристикой один из видов электронных фильтров, характерной особенностью которого является ограниченность по времени его импульсной характеристики (с какого-то момента времени она становится точно равной нулю). Такой фильтр называют ещѐ нерекурсивным из-за отсутствия обратной связи. Знаменатель передаточной функции такого фильтра некая константа. Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой электронный фильтр, использующий один или более своих выходов в качестве входа, то есть образует обратную связь. Основным свойством таких фильтров является то, что их импульсная переходная характеристика имеет бесконечную длину во временной области, а передаточная функция имеет дробно-рациональный вид. Примерами БИХ-фильтров являются: Фильтр Чебышева отличается более крутым спадом амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и существенными пульсациями амплитудно-частотной 24 характеристики на частотах полос пропускания (фильтр Чебышѐва I рода) и подавления (фильтр Чебышѐва II рода). Фильтр Баттерворта один из типов электронных фильтров. Фильтры этого класса отличаются от других методом проектирования. Фильтр Баттерворта проектируется так, чтобы его амплитудная частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания и снижается практически до нуля на частотах полосы подавления. Фильтр Калмана предназначен для рекурсивного дооценивания вектора состояния априорно известной динамической системы, то есть для расчѐта текущего состояния системы необходимо знать текущее измерение, а также предыдущее состояние самого фильтра. Фильтр Бесселя в электронике и обработке сигналов один из наиболее распространѐнных типов линейных фильтров, отличительной особенностью которого является максимально гладкая групповая задержка (линейная фазо-частотная характеристика). Лекция 9. Система контроля качества электроэнергии. Назначение системы контроля качества электроэнергии. Информационно-измерительный уровень. Уровень сбора данных. Требования, предъявляемые к современным СИ ПКЭ В основу системы обеспечения качества электроэнергии (КЭ) должна быть положена система мониторинга. Мониторинг позволяет сформировать статистическую базу данных предыдущих измерений, что позволит прогнозировать процессы в электрической системе, определить ожидаемые уровни надежности электроснабжения и КЭ в будущем, снизив, таким образом, риск возникновения ущерба поставщика и/или потребителя за счѐт вовремя разработанных, обоснованных и примененных мероприятий по обеспечению надежности электроснабжения и КЭ. Известно, что КЭ влияет на работу электрооборудования, и в условиях, когда КЭ не соответствует установленным нормам, электрооборудование, подвергаясь воздействию электромагнитных помех, не может нормально функционировать, снижая срок службы и производительность, влияя тем самым на технологический процесс. Качество электроэнергии характеризуется одиннадцатью видами показателей качества электроэнергии (ПКЭ) (электромагнитных помех), восемь из которых нормируются. Проблема обостряется в тех случаях, когда в системе электроснабжения установлено электрооборудование, способное в силу принципа действия создавать эти помехи. Таким оборудованием на горных предприятиях являются частотно-регулируемые электроприводы и двигатели постоянного тока. Создаваемые ими помехи оказывают отрицательное воздействие и на другое оборудование, которое нельзя отнести к столь типичному источнику помех, как электропривод. В настоящее время утверждены новые стандарты ГОСТ Р 51317.4.7–2008 и ГОСТ Р 51317.4.30–2008, регламентирующие методы измерения ПКЭ. Эти стандарты базируются на международных стандартах МЭК 61000, разработанных для пересмотра европейского стандарта на КЭ EN 50160. Также в 2013 году планируется введение в действие нового ГОСТ Р 54149–2010 [1], устанавливающего требования к допустимому уровню помех в электрических сетях общего назначения. В настоящее время контроль качества электрической энергии на предприятиях носит краткосрочный, периодический характер. В основном он осуществляется при проведении сертификационных, периодических и некоторых других видов испытаний в целях подтверждения соответствия обязательным требованиям. Результаты краткосрочных испытаний недостаточно полно и достоверно отражают положение в области качества электроэнергии. 25 Для непрерывного мониторинга контроля качества электрической энергии по некоторым ПКЭ требуется проведение длительных испытаний. Это относится прежде всего к параметрам провалов напряжения и параметрам временных перенапряжений. Накопление измерительной информации, характеризующей эти динамические процессы, и ее статистическая обработка должны проводиться в течение одного года. Только при соблюдении этого требования к продолжительности испытаний полученные статистические характеристики могут использоваться для совершенствования договорных отношений между поставщиками и потребителями электроэнергии. Краткосрочный и периодический характер испытаний и отсутствие при их проведении результатов измерений параметров, необходимых для анализа качества электроэнергии, существенно осложняют разработку организационно-технических мероприятий, направленных на улучшение качества электроэнергии и повышение показателей надежности электроснабжения, и не позволяют в полной мере достичь поставленной цели предприятия в области качества электроэнергии. Для повышения достоверности и полноты результатов контроля качества электрической энергии, а также для повышения оперативности управления качеством электрической энергии контроль качества электрической энергии должен проводиться непрерывно. При этом необходимо осуществлять постоянный мониторинг качества электрической энергии с помощью соответствующей автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества электроэнергии. Результатом работы такой системы должно быть получение измерительной информации, необходимой не только для определения соответствия электрической энергии обязательным требованиям (контроля качества электроэнергии), но и для выявления источников и причин ухудшения качества. К основным задачам мониторинга ПКЭ относится: обнаружение помех и их оценка; регистрация измеренных числовых характеристик в целях обработки и отображения результатов; оценка измеренных значений показателей качества электроэнергии на соответствие установленным требованиям; определение источника помех; проведение коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем электроэнергии. Для организации измерений необходимо определить вид контроля, точку осуществления измерений и виды контролируемых ПКЭ. В зависимости от длительности наблюдения можно выделить два вида организации контроля КЭ: периодический и постоянный. Отличие постоянного контроля от периодического заключается в непрерывности времени измерений и обработки результатов. Общие требования, предъявляемые к системе мониторинга ПКЭ, являются обязательными по причине того, что определяют те условия, при которых эти системы должны нормально функционировать в рамках основной погрешности при обеспечении должного уровня безопасности от поражения электрическим током. Системы мониторинга ПКЭ должны в реальном масштабе времени обеспечивать непрерывное измерение ПКЭ и вспомогательных параметров электроэнергии, должны быть цифровыми программируемыми приборами, использующими высокоразрядные аналого-цифровые преобразователи и быстродействующие процессоры. Точки контроля качества электрической энергии на высоковольтных трансформаторных подстанциях, подключенных к энергосистеме, должны располагаться на входных и выходных фидерах. Измерительная информация в точках контроля, расположенных на входных фидерах подстанций, предназначена для контроля качества поступающей электроэнергии (входного контроля) и используется для организации взаимодействия с электросетевыми компаниями при управлении качеством электроэнергии. Измерения ПКЭ проводились в системе электроснабжения горного предприятия [6], а именно на объектах подземного рудника по добыче алмазоносной руды [5]. В качестве средств измерения были использованы анализаторы качества электроэнергии 26 G4400 Black Box, являющиеся инновационными приборами производства компании Elspec (Израиль). Анализаторы предназначены для измерения параметров трехфазной трехпроводной или четырехпроводной, симметричной или несимметричной электрической сети с одновременным отображением, сохранением, ведением архива текущих значений и их цифровой передачей данных. Анализаторы G4400 обеспечивают измерение следующих характеристик в соответствии с требованиями ГОСТ 13109–97: установившихся значений отклонения частоты переменного тока; установившихся значений отклонения напряжения основной частоты; коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения; коэффициента искажения несинусоидальности напряжения; глубину и длительность провала напряжения; коэффициент и длительность временного перенапряжения. Возможные схемы подключения анализаторов к трехфазной трехпроводной или четырехпроводной электрической сети приведены на рис. 1. Рис. 1. Схемы подключения анализатора к трехфазной сети В состав особо мощных нелинейных электроприемников подземного рудника входят: регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины скипового подъема скипового ствола; регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины клетьевого ствола; частотно-регулируемый электропривод вентилятора главного проветривания. На рис. 2 приведена схема системы мониторинга ПКЭ на скиповом подъеме рудника. В состав системы контроля качества электроэнергии входят следующие компоненты: – измерительные компоненты (измерительные трансформаторы напряжения – ИТН, измерительные трансформаторы тока – ИТТ); – комплексные компоненты, измерительно-вычислительные комплексы (измерители показателей качества электроэнергии – ИПКЭ, программно-технические комплексы контроля качества электроэнергии – ПТК); – связующие компоненты (линии связи между измерительными трансформаторами и измерителями ПКЭ, GSM модемы, аппаратура и сети Ethernet, концентраторы – HUB); – вычислительные компоненты (серверы данных, станции сбора данных и рабочие станции с установленным системным и прикладным программным обеспечением). За период измерений был осуществлен контроль напряжения на четырех секциях шин и измерены дополнительные характеристики качества электроэнергии по току и мощности на восьми присоединениях. В результате проделанных измерений было выявлено несоответствие требованиям ГОСТ некоторых измеренных показателей качества электроэнергии. Также в ходе проведения измерений все полученные данные были сохраненыв базу данных, реализуемую программным обеспечением PQSCADA. Это мощная программа анализа данных, позволяющая просматривать детализированные данные для широкого спектра параметров. Сервер PQSCADA формирует связь с устройствами серии BlackBox, число которых может быть неограниченно. На основании данных, измеренных анализаторами G4400, программное обеспечение Elspec Investigator 27 осуществляет оценку соответствия ПКЭ установленным нормам с формированием протокола соответствия качества измеренной электроэнергии. В данной работе были рассмотрены мероприятия по разработке и использованию системы мониторинга показателей качества электроэнергии на горных предприятиях. Для создания такой системы был использован анализатор ПКЭG4400 Black Box и специализированные программы PQSCADA и Elspec Investigator для создания и обработки базы данных измеренных показателей. При установке такой системы мониторинга на горное предприятие можно вести непосредственный контроль показателей качества электроэнергии энергослужбами горного предприятия с любого рабочего места, имеющего персональный компьютер. Рис. 2. Пример организации системы мониторинга ПКЭ на скиповом подъеме рудника Лекция 10. Номенклатура современных СИ ПКЭ. Классификация СИ ПКЭ. Проблемы построения СИ ПКЭ. Обобщѐнная структурная схема СИ ПКЭ К основным задачам измерения показателей качества электроэнергии относится: обнаружение помех и их оценка; регистрация измеренных числовых характеристик в целях обработки и отображения результатов; оценка измеренных значений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) на соответствие установленным требованиям; определение источника помех; проведение коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем электроэнергии. Для организации измерений необходимо определить вид контроля, точку осуществления измерений и виды контролируемых ПКЭ. В зависимости от длительности наблюдения можно выделить два вида организации контроля качества электроэнергии: периодический и постоянный. Отличие постоянного контроля (мониторинга) от периодического заключается в непрерывности во времени измерений и обработки результатов. Номенклатуру измеряемых параметров, характеризующих качество электроэнергии, устанавливают ГОСТ 13109-97 и ГОСТ Р 51317.4.30-2008. 28 Большинство отечественных сертифицированных средств измерения (СИ) ПКЭ спроектированы и реализованы под ГОСТ 13109-97. Номенклатура измеряемых параметров включает собственно ПКЭ (нормируемые и ненормируемые), а также вспомогательные параметры электрической энергии, являющиеся дополнительными характеристиками ПКЭ. Однако и эта достаточно обширная номенклатура не охватывает всего необходимого перечня, когда возникает задача анализа КЭ. Здесь под анализом подразумевается комплекс измерений и расчетов, необходимых при выявлении источника ухудшения КЭ, при определении долевого и фактического вклада в уровни ПКЭ в точке общего присоединения. При этом токи и напряжения должны представляться соответствующими векторами. В целом же при определении номенклатуры параметров, измеряемых конкретным СИ, следует исходить из его назначения и области применения. Такой подход позволяет использовать в каждом конкретном случае не универсальные приборы, а специализированные на решение определенных задач. Введя условно в обозначение вида прибора соответствующие индексы (А-анализ, К-контроль и У-учет) можно предложить номенклатуру измеряемых параметров в том виде, как она представлена в табл. 1.7. В таблице знаком «+» обозначены параметры, которые данный вид прибора должен измерять, а знаком «–» – те, которые прибор измерять не должен. Представляется, что приведенный перечень параметров является вполне исчерпывающим для решения любых задач в области КЭ по существующим и перспективным методикам анализа и контроля КЭ. Более того, располагая такими СИ, можно проводить контроль уровней эмиссии, вносимой теми или иными приборами, аппаратурой или электротехническим оборудованием. Общие требования, предъявляемые к СИ ПКЭ, являются обязательными по причине того, что определяют те условия, при которых СИ ПКЭ должны нормально функционировать в рамках основной погрешности, при обеспечении должного уровня безопасности от поражения электрическим током. Общие требования предъявляются по: конструктивному исполнению; климатическим воздействиям; электропитанию; входным каналам; принципу действия; хранению результатов измерения; отображению результатов измерений. Таблица 1.7 Номенклатура измеряемых параметров Вид параметра Наименование измеряемых характеристик Услов ное обозначение В ид прибора А К У Показатели качества электро-энергии по ГОСТ 13109-97 Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU + + + Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения для n от 2 до 40 KU(n) + + - Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U + + + Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U + + + Установившееся отклонение напряжения dUy + + + Отклонение частоты Df + + + 29 Вид параметра Наименование измеряемых характеристик Услов ное обозначение В ид прибора А К У Доза фликера: – кратковременная – длительная Pst Plt + + + + + + Размах изменения напряжения dUt + - - Амплитуда импульса напряжения Uимп + + - Длительность провала напряжения Dtп + + - Коэффициент временного перенапряжения Кпер U + + - Вспомогательные параметры электрической энергии по ГОСТ 13109- 97 Частота повторений изменений напряжения FdUt Интервал между смежными изменениями напряжения Dti, i+1 + - - Длительность импульса на уровне 0,5 Uимп tимп + - - Глубина провала напряжения dUп + - - Частость появления провалов напряжения Fп + - - Длительность временного перенапряжения Dtпер U + - - Критерии соответствия измеренных ПКЭ требованиям ГОСТ 13109-97 Время превышения (относительное) нормально допустимых значений нормируемых ПКЭ Т1 + + + Время превышения (относительное) предельно допустимых значений нормируемых ПКЭ Т2 + + + Значения ПКЭ, соответствующие 95 % измеренных значений K95 + + - Параметры, учитываемые при анализе качества электроэнергии Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока KI + - - Коэффициент n-й гармонической составляющей тока для n от 2 до 40 KI(n) + - - Коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности K2I + - - Коэффициент несимметрии токов по нулевой последовательности K0I + - - Коэффициент мощности по первой гармонике сos j(1) + - - Коэффициент мощности по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 сos j(n) + - - Коэффициент мощности по обратной последовательности сos j2 + - - Коэффициент мощности по нулевой последовательности сos j0 + - - 30 Вид параметра Наименование измеряемых характеристик Услов ное обозначение В ид прибора А К У Полная, активная и реактивная мощность с учетом всех искажений (по гармоникам с n от 2 до 40, а также обратной и нулевой последовательности) ST, PT, QT + - + Полная, активная, реактивная мощность по первой гармонике S(1), P(1), Q(1) + - - Полная, активная, реактивная мощность по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 S(n), P(n), Q(n) + - - Полная, активная, реактивная мощности по обратной последовательности S2, P2, Q2 + - - Полная, активная, реактивная мощности по нулевой последовательности S0, P0, Q0 + - - Полная, активная и реактивная мощность искажений DST, DPT, DQT + - - Активная и реактивная энергия с учетом всех искажений (по гармоникам с n от 2 до 40, а также обратной и нулевой последовательности) WPT, WQT + - + Активная, реактивная энергия по первой гармонике WP(1), WQ(1) + - - Активная, реактивная энергия по n-й гармонической составляющей для n от 2 до 40 WP(n), WQ(n) + - - Активная, реактивная энергия по обратной последовательности WP2, WQ2 + - - Активная, реактивная энергия по нулевой последовательности WP0, WQ0 + - - Активная и реактивная энергия искажений DWPT , DWQT + - - Среднеквадратичное значение напряжения U + + - Среднеквадратичное значение тока I + + - Коэффициент превышения током номинального значения КI пр + - - Конструктивное исполнение Данное требование, для СИ ПКЭ, отражает необходимость обеспечения защиты от поражения электрическим током. Для чего корпус СИ ПКЭ выполняется из диэлектрических материалов. Также должен быть предусмотрен зажим защитного заземления, соединенный с внутренними токопроводящими (не токоведущим 31 в нормальном режиме работы) частями СИ ПКЭ. В случае появления потенциала на этих частях, этот потенциал сравнивается (или становится близким) с потенциалом земли, при правильном заземлении СИ ПКЭ. Требование конструктивного исполнения включает защиту от несанкционированного доступа. Данная защита реализуется возможностью опломбировки органов управления и использованием системы паролей. Опломбировка дает возможность определения ошибочных результатов измерений при непредусмотренном изменении схемы включения прибора. Несанкционированный доступ к изменениям установок или настроек СИ ПКЭ осуществляется системой паролей. Климатические воздействия Измерения ПКЭ могут производиться при различных условиях окружающей среды в месте установки СИ ПКЭ. Такими условиями могут быть: низкие (неотапливаемые помещения) и высокие (ТП мачтового типа) температуры, повышенная (необслуживаемые ТП расположенные на открытом воздухе в зимний период или при дожде) и пониженная (ТП мачтового типа в солнечную погоду) влажность. Требования по климатическому исполнению для СИ ПКЭ: СИ ПКЭ должны нормально функционировать при температурах от –30 до +40 °С и относительной влажности до 90 %. Электропитание Приборы должны обеспечивать возможность подключения как к сети переменного напряжения 220 В, так и ко вторичным цепям трансформаторов напряжения 57,7 и 100 В, допуская функционирование СИ при провалах напряжения и при кратковременных перенапряжениях в диапазоне, по меньшей мере, 640 % от номинального напряжения питающей сети. Входные каналы СИ ПКЭ должны обеспечивать возможность проведения измерений в трех фазах контролируемой сети с заземленной или изолированной нейтралью. Номинальные напряжения входных измерительных каналов 57,7; 100 и 220 В. В случае работы прибора под Стандарт МЭК 61000.4.30 «Электромагнитная совместимость (ЭМС). Техника испытаний и измерений. Методы измерений качества электрической энергии», СИ ПКЭ должно быть дополнено четырьмя каналами по току: ток трех фаз и ток в нейтрале. Принцип действия СИ ПКЭ должны в реальном масштабе времени обеспечивать непрерывное измерение ПКЭ и вспомогательных параметров электроэнергии. СИ ПКЭ должны быть цифровыми программируемыми приборами, использующими высокоразрядные аналого- цифровые преобразователи и быстродействующие процессоры. Хранение результатов измерений СИ ПКЭ должны обладать достаточной по объему энергонезависимой памятью, позволяющей длительно сохранять результаты измерений. Архивы с результатами контроля КЭ, накапливаемые в памяти СИ, должны содержать информацию о времени проведения измерений. Отображение результатов измерений СИ ПКЭ должны обеспечивать возможность отображения как текущей информации о параметрах режима, так и архивной, накопленной ранее. Большинство из существующих СИ ПКЭ имеют для этого алфавитно-цифровой дисплей, а небольшое число приборов дополнительно оснащено графическим дисплеем, который упрощает проведение измерений и оперативный анализ результатов. На начало 2011 года, в Государственный реестр средств измерения РФ внесено более 50 измерительных приборов и комплексов как отечественного, так и зарубежного производства, способных производить оценку показателей качества электроэнергии в соответствии со стандартами: ГОСТ 13109-97, ГОСТ Р 51317.4.30 (EN 61000-4-30). 32 Наиболее распространенные, среди испытательных лабораторий и центров качества электроэнергии, средства измерения отечественного производства, такие как «ЭРИС-КЭ.02», «Энергомонитор-3.3 Т1», «РЕСУРС-UF», ИВК «ОМСК-М» рассмотрены более подробно в приложении, и описаны в соответствии с их паспортами. Дополнительно, ряд менее распространенных приборов для контроля качества электроэнергии как отечественного, так и зарубежного производства, сведены в табл. 1.8. Таблица 1.8 Данные по средствам измерения показателей качества электроэнергии Наименование средства измерения Номер в Государственном реестре средств из- мерения РФ Стандарт, под которым работает СИ Данные о производителе Серия приборов ЭРИС КЭ № 40572-09 ГОСТ 13109-97 ООО «Энергоконтроль», Москва Энергомонитор-3.3 Т1 № 31953-06 ГОСТ 13109-97 и EN 50160 ООО «НПП МАРС-ЭНЕРГО», Санкт-Петербург «РЕСУРС-UF» № 19044-04 ГОСТ 13109-97 НПП «Энерготехника», Пенза ИВК «Омск-М» № 21571-01 ГОСТ 13109-97 ООО Энерготехнология, Омск C.A 8230 – однофазный графический анализатор качества питания 28710-09 EN50160 Chauvin Arnoux, Франция C.A 8335 QUALISTAR PLUS+AmpFlex450 – анализатор параметров электросетей, качества и количества электроэнергии (с клещами AmpFlex 450 мм) 28710-09 EN50160 Chauvin Arnoux, Франция Fluke 434 – анализатор качества электроэнергии для трехфазной сети нд EN50160 FLUKE, США MI 2092 – анализатор качества электроэнергии 36080-07 EN50160 Metrel, Словения Power Sentinel 1133A – регистратор (анализатор) 36636-07 Полностью программируемый Arbiter Systems, США PQM-701 – анализатор параметров качества электрической энергии На испытаниях ГОСТ Р 51317.4.7–2008 Sonel, Польша АКЭ-823 – микропроцессорный регистратор – анализатор качества электроэнергии 36526-07 нд АКИП, Россия МЭТ-5080 – многофункциональный электрический тестер – анализатор качества электроэнергии 29749-05 нд АКИП, Россия 33 Наименование средства измерения Номер в Государственном реестре средств из- мерения РФ Стандарт, под которым работает СИ Данные о производителе Парма РК 3.01 – регистратор (анализатор) качества электроэнергии 25731-05 ГОСТ 13109-97 ООО «ПАРМА», Россия Энергомонитор-3.2 – прибор для непрерывного измерения показателей качества электрической энергии и электроэнергетических величин (ПКЭ) 36290-07 ГОСТ 13109-97 и EN50160 ООО «НПП Марс-Энерго», Россия Энерготестер ПКЭ – прибор для измерения показателей качества электрической энергии и электроэнергетических величин 39900-08 ГОСТ 13109-97, ГОСТ Р51317.4.30-2008 ООО «НПП МАРС-ЭНЕРГО», Россия Анализатор качества электроэнергии AR 5 17900-05 ГОСТ 13109-97 CIRCUTOR, Испания Прибор для измерения качества и учета электрической энергии, регистрации и контроля нормальных и аварийных режимов энергосети G4400 37706-08 ГОСТ 13109-97, EN50160, IEC61000-4-15, IEC61000-4-7, IEC61000-4-30 ELSPECT Ltd, Израиль Таким образом, рекомендуется при выборе средств измерения для проведения контроля качества электроэнергии учесть следующее: – средство измерения показателей качества электроэнергии должно соответствовать ГОСТ 13109-97 (или ГОСТ Р 51317.4.30) и обязательно должно быть зарегистрировано в Государственном реестре средств измерения РФ; – средство измерения должно обеспечивать помимо контроля по напряжению измерения дополнительных характеристик электроэнергии по току и мощности 34 Лекция 11. Структурная схема измерительных каналов СИ ПКЭ. Устройства гальванического разделения. Структура питания. Дадим обобщѐнную структурную схему СИ ПКЭ (рис.1). Рис.1 Обобщѐнная структура СИ ПКЭ: А-устройство адаптации входных сигналов к цифровой среде; В-устройство цифровой обработки первичной информации (вычислитель); О-устройство отображения информации; Р-устройство регистрации информации; Т-устройство трансляции информации; М-устройство модификации режимов работы; У-устройство управления; П- устройство питания Основное назначение СИ ПКЭ – выделить из исходных сигналов собственно ПКЭ. Полученная информация либо используется на месте оператором посредством О, либо передаѐтся в верхний уровень системы посредством Т, либо регистрируется Р с целью отложенного потребления. Все эти функции могут в ряде случаев могут выполняться одновременно. Структурная схема изделия дополнена «паразитным» элементом – «окружающая среда». Этот элемент всегда следует учитывать при проектировании СИ ПКЭ - он много создаѐт проблем. Устройства гальванического разделения. Естественно, что рисунок 1 на разных этапах проектирования будет усложняться. Здесь мы только отметим, что обязательно придѐтся в него включать т.н. устройство гальванического разделения сигналов (УГР). УГР может выполнять в изделии четыре функции: - функциональное разделение входных каналов; - защиту части схемы от аварийных воздействий; - защиту удалѐнных потребителей информации от аварийных воздействий; - защиту чувствительной части схемы от помех, вызываемых другими схемами. Это важный структурный элемент изделия, от него во многом зависит, в том числе, себестоимость аппаратной части. На рисунке 2 показаны возможные места расположения УГР. Наиболее правильное, но, одновременно, и самое дорогое расположение УГР – в аналоговых цепях устройства адаптации. Компромиссное расположение – между А и В. УГР, расположенное в Т, защищает информационную сеть, совершенно не заботясь о собственно СИ ПКЭ. Совершенно понятно, что техническое условие на СИ ПКЭ должно обязательно информировать пользователя о местах расположения УГР. Рис.2 Возможные места расположения УГР |