Введение
26 февраля 2026 года компания «Хомов электро» провела комплексную техническую диагностику параметров качества электрической энергии на предприятии, занимающемся металлообработкой, включающей такие технологические процессы, как фрезерование, токарная обработка, шлифование и резание. В рамках данного исследования был применен анализатор качества электроэнергии HIOKI PQ3100-10, оснащенный расширенными функциональными возможностями. Этот прибор предназначен для проведения комплексного мониторинга параметров электрической сети, что позволяет осуществлять детальный анализ напряжения, частоты, формы сигнала и других критически важных характеристик. Применение данного оборудования в аудите позволило обеспечить высокую точность и объективность полученных данных, что является ключевым аспектом при оценке качества электроснабжения и выявлении потенциальных проблем в системе.
В ходе измерений анализатор HIOKI PQ3100-10 зарегистрировал 256 различных параметров. Среди них были среднеквадратичные значения напряжения и тока, коэффициент мощности, показатели гармонических искажений, а также минимальные и максимальные отклонения от номинальных характеристик. Эти данные позволили провести всесторонний анализ качества электроснабжения и выявить потенциальные источники нестабильности в системе.
Дополнительно были зафиксированы осциллограммы токов, напряжений и мощностей, что обеспечило возможность детального изучения динамических характеристик системы. Также осуществлялось построение гистограмм распределения гармонических составляющих, что позволило оценить уровень интерференции и выявить возможные проблемы, связанные с качеством электроэнергии.
Цель
Целью измерений являлось определение параметров качества электрической энергии и их соответствия требованиям ГОСТ 32144–2013 с последующим анализом полученных в ходе измерений данных.
Замеры
В результате проведения замеров получены динамические данные отражающий изменение соответствующих величин по времени.
Согласно пункту 3 ГОСТ–21128 «Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В» номинальные напряжения на выходе систем электроснабжения, источников и преобразователей электрической энергии, номинальные напряжения сетей и на выводах непосредственно присоединяемых к ним приемников электрической энергии должны соответствовать указанным в таблице 1.
Таблица 1 – Нормативные значения напряжения согласно ГОСТ–21128.
|
Вид тока
|
Номинальное напряжение, В
|
|
источников и преобразователей
|
систем электроснабжения, сетей и приемников
|
|
Постоянный
|
6; 12; 28,5; 48; 62; 115; 230; 460
|
6; 12; 27; 48; 60; 110, 220; 440
|
|
Переменный:
|
|
|
|
однофазный
|
6; 12; 28,5; 42; 62; 115; 230
|
6; 12; 27; 40; 60; 110; 220
|
|
трехфазный
|
42, 62; 230, 400; 690
|
40; 60; 220; 380; 660
|
Графики линейных напряжений приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Графики напряжений
Таблица 2 – Зафиксированные значения напряжения.
|
Установившееся значение напряжения, В
|
UA
|
UB
|
UC
|
Предельно допустимые значения отклонений по ГОСТ 32144–2013
|
|
нижнее
|
верхнее
|
|
Максимальное значение
|
395,41
|
390,04
|
385,85
|
360
|
440
|
|
Среднее значение
|
388,80
|
383,29
|
378,58
|
|
Минимальное значение
|
379,32
|
375,02
|
367,30
|
В соответствии с п. 4.2.2 ГОСТ 32144–2013 отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:
- положительные и отрицательные отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±10 % от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128 (номинальное напряжение);
- допустимые значения положительного и отрицательного отклонения напряжения в точках общего присоединения должны быть установлены сетевой организацией с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта в точках передачи электрической энергии.
Во время проведения измерений напряжение на данном участке распредсети не выходило за пределы диапазона, установленного ГОСТ 32144–2013.
На рисунке 2 и 3 приведены графики фазных токов и ток в нейтрали соответственно.
Рисунок 2 – Графики фазных токов
Рисунок 3 – Диаграмма тока в нейтрали
Таблица 3 – Зафиксированные значения токов.
|
Ток, А
|
IA
|
IB
|
IC
|
IN
|
|
Максимальное значение
|
140,22
|
145,79
|
165,89
|
17,26
|
|
Среднее значение
|
101,10
|
117,18
|
123,76
|
10,87
|
|
Минимальное значение
|
76,58
|
94,88
|
87,38
|
4,95
|
На основании анализа данных, полученных в результате проведения измерений, можно констатировать, что распределение нагрузки по фазам демонстрирует значительную степень неравномерности. Более того, характер нагрузки характеризуется выраженной резкопеременностью, варьирующейся в диапазоне от 76,58 А до 140,22 А.
Согласно приказу министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 23 июня 2015 г. № 380 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)», предельные значения коэффициента реактивной мощности имеют следующие значения (таблица 4).
Таблица 4 – Предельные значения коэффициента реактивной мощности.
|
Уровень напряжения, кВ
|
Максимальное значение коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети
|
|
110 (154)
|
0,5
|
|
35 (60)
|
0,4
|
|
1–20
|
0,4
|
|
ниже 1
|
0,35
|
Рисунок 4 – Графики изменения мощностей
Рисунок 5 – Графики изменения коэффициентов мощности
Таблица 5 – Зафиксированные значения мощностей и коэффициента реактивной мощности.
|
|
P, кВт
|
S, кВА
|
Q, квар
|
соsφ
|
|
Максимальное значение
|
85,45
|
97,38
|
48,04
|
0,97
|
|
Среднее значение
|
70,86
|
75,41
|
24,97
|
0,94
|
|
Минимальное значение
|
59,41
|
61,96
|
17,17
|
0,84
|
В результате проведенных измерений было выявлено, что величина суммарного коэффициента мощности колеблется от 0,84 до 0,97 и имеет среднее значение 0,94. Характер нагрузки определен как активно-индуктивный, значения коэффициентов мощности по фазам преимущественно не совпадают. В целом зафиксированный суммарный коэффициент мощности свидетельствует о том, что потребность в компенсации реактивной мощности минимальна. При одновременном использовании всех типов оборудования (ЧПУ, токарных, фрезерных, металлорежущих станков и т.д.) на данной точке коэффициент мощности снижается до 0,84, что требует компенсировать реактивную мощность. Автоматическое регулирование реактивной мощности с использованием измерения коэффициента мощности по одной из фаз недопустимо, так как существует дисбаланс по фазам.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения согласно ГОСТ 32144–2013 при Uном = 0,4 кВ составляют 8,0 % и 12,0 % соответственно. По требованиям к эксплуатации конденсаторных установок без применения защитных дросселей искажения не должны превышать 2 % по напряжению и 25 % по току, а для конденсаторных установок с установленными защитными дросселями искажения не должны превышать 7 % по напряжению.
Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения и тока, полученные в процессе измерений, приведены на рисунках 6 и 7 соответственно.
Рисунок 6 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
Из графика, изображенного на рисунке 6 следует, что уровни гармонических искажений напряжения не превышают значения ГОСТ 32144-2013, но превышают критические значения для безопасной эксплуатации конденсаторов обычной конструкции без использования антирезонансных дросселей (2 %).
Таблица 6 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения.
|
THDU, %
|
Фаза A
|
Фаза B
|
Фаза C
|
Допустимые значения по ГОСТ 32144–2013
|
|
Максимальное значение
|
4,88
|
4,41
|
4,22
|
8
|
|
Среднее значение
|
3,27
|
2,78
|
2,49
|
|
Минимальное значение
|
2,50
|
2,04
|
1,77
|
Рисунок 7 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока
Таблица 7 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока.
|
THDI, %
|
Фаза A
|
Фаза B
|
Фаза C
|
|
Максимальное значение
|
23,89
|
21,16
|
18,12
|
|
Среднее значение
|
11,09
|
7,26
|
5,70
|
|
Минимальное значение
|
6,62
|
4,49
|
2,64
|
Из графика, изображенного на рисунке 7 следует, что уровни гармонических искажений тока приближены к критическим значениям для безопасной эксплуатации конденсаторов стандартной конструкции без фильтров (25 %).
Значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения и тока в сравнение с допустимыми значениями приведены на рисунках 8 и 9 соответственно.
Рисунок 8 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей напряжения
Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник напряжения (рис. 8) следует, что преобладающими гармониками напряжения являются 3-я, 5-я, 7-я, 9-я, 11-я, 13-я, 15-я, 17-я, 19-я, 21-я, 23-я, 25-я, 27-я, 29-я, 33-я и 35-я гармоники напряжения.
Рисунок 9 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей тока
Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник тока (рис. 9) следует, что преобладающими гармониками тока является 2-я, 3-я, 5-я, 7-я, 11-я, 13-я, 15-я, 17-я, 19-я, 21-я, 23-я, 25-я, 27-я и 29-я гармоники тока.
Рекомендации по внедрению установок
На основе тщательного анализа и детальной оценки текущего состояния электроэнергетических систем можно сделать обоснованное предложение о внедрении устройства статического генератора реактивной мощности (СГРМ/SVG). Это устройство демонстрирует высокую эффективность в сетях с дисбалансом токов, недокомпенсацией или перекомпенсацией, а также значительными гармоническими составляющими по току, что подтверждается суммарным коэффициентом искажений.
Для практической реализации данной системы рекомендуется рассмотреть применение устройства SVG-0,4-50 настенного исполнения, обладающего оптимальными техническими характеристиками. Статический генератор реактивной мощности обеспечивает эффективное управление процессом переключения, что позволяет минимизировать потери и повысить общую энергоэффективность системы. В результате этого достигается снижение тока небаланса до уровня менее 5% и устранение тока в нейтрали, возникающих вследствие перекоса фаз.
