Электр энергиясының сапасын диагностикалық бақылау - тұтынушы мен энергиямен жабдықтаушы ұйымның электр желілерін бөлу шекарасындағы диагностикалық бақылаудың негізгі мақсаты электр энергиясының сапасының нашарлауына "кінәліні" анықтау, электр энергиясы сапасының әрбір көрсеткіші бойынша стандарт талаптарын бұза отырып жол берілетін салымды анықтау, оларды энергиямен жабдықтау шартына қосу, электр энергиясының сапасын қалыпқа келтіру болып табылады.

Диагностикалық бақылау тұтынушыны электр желісіне қосуға арналған техникалық шарттардың орындалуын беру және тексеру кезінде, электрмен жабдықтауға арналған шарттық талаптарды бақылау кезінде, сондай-ақ жалпы қоректендіру орталығына қосылған тұтынушылар тобының электр энергиясы сапасының нашарлауына үлестік салымды айқындау қажет болған жағдайларда жүзеге асырылуға тиіс. Диагностикалық бақылау мерзімді болуы тиіс және электр энергиясы сапасының көрсеткішін қысқа мерзімді (бір аптадан артық емес) өлшеуді көздеуі тиіс. Диагностикалық бақылау кезінде электр энергиясының нормаланған және нормаланбаған көрсеткіштері, сондай-ақ токтар мен олардың гармоникалық және симметриялы компоненттері және оларға сәйкес келетін қуат ағындары өлшенеді.

Егер электр энергиясының сапасын диагностикалық бақылау нәтижелері тұтынушының электр энергиясы сапасының нормаларын бұзғаны үшін "кінәлілігін" растаса, онда энергиямен жабдықтаушы ұйымның тұтынушымен бірге негізгі міндеті электр энергиясының сапасын қалыпқа келтіру жөніндегі іс-шараларды орындау мүмкіндіктері мен мерзімдерін әзірлеу және бағалау болып табылады. Осы іс-шаралар іске асырылғанға дейінгі кезеңде тұтынушы мен энергиямен жабдықтаушы ұйымның электр желілерін бөлу шекарасында электр энергиясының сапасын жедел бақылау және коммерциялық есепке алу қолданылуы тиіс.

Электр энергиясының сапасын диагностикалық өлшеудің келесі кезеңдерінде бақылау нүктелері тұтынушылардың кабельдік желілері қосылған аудандық қосалқы станциялардың шиналары болуы тиіс. Бұл нүктелер трансформаторлардың ЖАКР  құрылғыларының дұрыс жұмыс істеуін бақылау, статистика жинау және электр желісіндегі кернеу мен уақытша кернеудің төмендеуін тіркеу үшін қызығушылық тудырады. Осылайша, электр энергиясының сапасын қамтамасыз ететін қолданыстағы құралдардың жұмысы бақыланады: синхронды компенсаторлар, статикалық конденсаторлар батареялары және кернеудің ауытқуының берілген диапазондарын қамтамасыз ететін ЖАКР құрылғылары бар трансформаторлар, сондай-ақ электр желісіндегі қорғаныс және автоматика құралдарының жұмысы.

Электр энергиясы сапасын коммерциялық есепке алу аспаптары электр энергиясы сапасының нашарлауына кінәлілер үшін тарифтерге үстемеақыны айқындайтын есеп айырысу кезеңі үшін электр энергиясын бақылау нүктесінде электр энергиясы сапасы көрсеткіштерінің қалыпты және шекті рұқсат етілген мәндерінің салыстырмалы арту уақытын тіркеуі тиіс.

Электр энергиясының сапасын бақылауға қойылатын стандарт талаптары. Энергиямен жабдықтаушы ұйымдар мен электр энергиясын тұтынушылардың стандарт талаптарын сақтауын бақылауды қадағалау органдары мен электр энергиясының сапасы жөніндегі аккредиттелген сынақ зертханалары жүзеге асыруға тиіс.

Электр энергиясын тұтынушылардың жалпы мақсаттағы жүйелерге жалпы қосылу нүктелеріндегі электр энергиясының сапасын бақылауды энергиямен жабдықтаушы ұйымдар жүргізеді (бақылау нүктелері нормативтік құжаттарға сәйкес таңдалады). Электр энергиясы сапасының көрсеткіштерін өлшеу мерзімділігі:

- кернеудің тұрақты ауытқуы үшін – қоректендіру орталығының тарату желісіндегі жүктемелердің маусымдық өзгеруіне байланысты жылына кемінде екі рет, ал қоректендіру орталығында кернеуді автоматты қарсы реттеу болған кезде жылына кемінде бір рет;

- электр энергиясы сапасының басқа көрсеткіштері үшін – екі жылда кемінде бір рет, желі схемасы мен оның элементтері өзгермеген және электр энергиясының сапасын нашарлататын тұтынушының электр жүктемелерінің сипаты шамалы өзгерген кезде.

Электр энергиясының сапасын нашарлататын электр энергиясын тұтынушылар көрсетілген желілердің жалпы мақсаттағы электр желісіне қосылу нүктелеріне жақын меншікті желілердің нүктелерінде, сондай-ақ электр энергиясының сапасын бұрмалайтын электр энергиясын қабылдағыштардың шығуларында бақылау жүргізуге тиіс.

Электр энергиясының сапасын бақылау кезеңділігін энергиямен жабдықтаушы ұйыммен келісім бойынша электр энергиясын тұтынушы белгілейді.

Айнымалы токтың тартымдық қосалқы станциялары кернеуі 6-35 кВ электр желілеріне жіберетін электр энергиясының сапасын бақылауды жүргізу қажет:

- энергия жүйелерінің қарамағындағы 6-35 кВ электр желілері үшін, осы желілерді тарту қосалқы станцияларына қосу нүктелерінде;

- энергия жүйелерінің қарамағында жоқ 6-35 кВ электр желілері үшін тартымдық қосалқы станциялар мен электр энергиясын тұтынушылар арасындағы келісім бойынша таңдалған нүктелерде, ал жаңадан салынып жатқан және қайта құрылып жатқан (трансформаторларды ауыстырумен) тартымдық қосалқы станциялар үшін - электр энергиясын тұтынушыларды осы желілерге қосу нүктелерінде.

Электр энергиясының сапасын белгіленген стандарттарға сәйкестендіру диагностикасы сапалы жабдықты қажет ететін күрделі міндет болып табылады. Қазіргі заманғы электр желілеріне көптеген жаңа жабдық түрлері қосылған, олар үшін ескі желілер жай ғана есептелмейді, мысалы, күн панельдері, жел диірмендері, инверторлар, электромобильдер және ғимараттарға арналған аккумуляторлар, жаңа электр электроникасы, тұрақты жоғары вольтты ток беру желілері және басқалары.

Мұның бәрі желідегі кернеу және синусоидальды емес ток сияқты, бірқатар негізгі көрсеткіштер бойынша электр энергиясының сапасын үнемі бағалауды қажет ететін күрделі жүйені жасайды.

Ең алдымен, электр энергиясының параметрлері нормаларға сәйкес келмеген жағдайда, заңнамаға сәйкес жеткізуші тұтынушы шеккен шығындар үшін жауап береді. Сонымен қатар, кернеудің шамалы ауытқуы жарықтандыру құрылғыларының жыпылықтауына байланысты мыңдаған адамдарға қатты ыңғайсыздық тудыруы мүмкін. Кернеудің нормадан 1%-ға артуы электр қозғалтқыштарындағы реактивті қуаттың 7%-ға дейін өсуіне әкеледі. Кернеудің 15% төмендеуі электр қозғалтқыштарын іске қосуды мүмкін етпеуі мүмкін.

"Ақылды" желілер (smart grid) үшін электр энергиясының тұрақтылығы ерекше рөл атқарады, өйткені әдетте мұндай желілер әртүрлі тұтынушыларды (өнеркәсіп, көлік, үй шаруашылығы және т.б.) біріктіреді және әртүрлі энергия көздерін пайдаланады. Энергияның дұрыс емес сапасы қымбат электрониканың бұзылуына қауіп төндіріп қана қоймайды, сонымен қатар "ақылды" желінің басты артықшылығы — сенімділік пен тиімділіктен айырады. Нәтижесінде smart grid-ге ірі инвестициялар ысырап болады.

Энергияның жоғары сапасын қамтамасыз ету бүгінде көптеген елдер үшін басымдық болып табылады. Мәселен, Қытайдың 2006-2020 жылдарға арналған ұзақ мерзімді және орта мерзімді ғылыми-техникалық даму ұлттық бағдарламасында электр энергиясының сапасы энергетика саласындағы бірінші кезектегі міндет болуы тиіс екендігі атап өтілді. Тиісінше, қуатты электроника саласында жаңа технологияларды қолдануды ынталандыру шаралары, сондай-ақ электр энергиясының сапасын бақылау шаралары қарастырылған.

Осылайша, энергия сапасын бақылау тарату желісінің сенімділігін арттырады және оны жақсарту үшін негізделген шешімдер қабылдауға мүмкіндік береді.

Электр энергиясының сапасын бақылау. Электр желілерін пайдалануға қойылатын талаптарға сәйкес электр энергиясының сапасын бақылауды тұрақты түрде, мысалы, жылына бір рет кернеу бойынша жүргізу қажет. Мәселелерді сенімді анықтау және желіні дұрыс жаңарту үшін өлшеу статистикасын жинау қажет. Электр энергиясының сапасын талдау, әдетте, жоғары және орта кернеулі тарату желілерінде, яғни өндіруші қуаттар мен тұтынушыларды байланыстыратын желілерде кеңінен қолданылады. Тарату желілеріндегі электр энергиясының сапасы проблемалары сызықтық емес жүктемелердің өсуімен, жаңартылатын энергия көздері мен микрожүйелерді біріктіру жағдайларының көбеюімен және т.б. өзекті бола түсуде.

Көбінесе электр энергиясының сапасы төмендегілердің әсерінен нашарлайды:

- кернеудің ауытқуы (жабдықтың істен шығуын тудырады, оның қызмет ету мерзімін қысқартады);

- кернеудің төмендеуі (тұрақсыз жұмыс және жабдықты ажырату);

- кернеудің синусоидальды еместігі (энергияның жоғалуы күрт артады, реактивті ток артады, жерге тұйықталу және конденсаторлардың бұзылу қаупі артады, есептегіштер энергияны дұрыс есептемейді, желіні автоматты қорғау жүйелері дұрыс жұмыс істемейді, компьютерлер мен басқа да күрделі электроника істен шығады).

Электр энергиясының сапасын диагностикалауға арналған аппаратура. Электр энергиясының сапасын диагностикалауға арналған тиімді аппаратура аса маңызды рөл атқарады. Мысалы, желідегі кернеудің ауытқуы шамдардың фликерлерін (жыпылықтауын), тұйықталуды, электрониканың бұзылуын және жабдықтың басқа да көптеген ақауларын тудыруы мүмкін. Бірақ кернеудің гармоникалық бұрмалануы себеп екенін анықтауға болатын болса да, электр энергиясының сапасының нашарлауына кім кінәлі екенін білу керек: электр энергиясын жеткізуші ме әлде  пайдаланушылардың жабдықтары ма. Ірі шығындар болған жағдайда сот ісі алты айға созылуы мүмкін және осы уақыт ішінде жаңа сәтсіздіктер қаупі сақталуы мүмкін.

Осы мәселелерді шешу үшін қытайлық PITE Tech компаниясы мен американдық Fluke Inc компаниясының анализаторлар желісі сияқты электр энергиясының тамаша сапалы анализаторлары жасалды. Электр энергиясының сапасын диагностикалаудың ең жақсы шешімдерінің бірі – Fluke 1738 анализаторы, ол нақты уақыт режимінде 500-ден астам электр сапасының параметрлерін тіркей алады. Сондай-ақ, Fluke Connect мобильді қосымшасы арқылы деректерді кейін талдау үшін өлшеу есептерінің қашықтағы дерекқорына бірден жіберуге болады.

5.14 - сурет. Fluke электр энергиясының сапа анализаторлары өлшеу деректерін сымсыз жіберуге мүмкіндік береді

Fluke 1738 анализаторы саладағы ең жоғары қауіпсіздік рейтингісіне ие: 600 V CAT IV/1000 V CAT III электр қондырғысы мен Шығыс желілерінде пайдалануға арналған. Fluke 1738 икемді сақиналар сенсорларын кабельдерге қосқан кезде автоматты түрде өлшеуді бастайды, ал құрылғы тікелей өлшенетін тізбектен қуат алады.

Үш фазалы айнымалы ток желісіндегі электр энергиясының сапасын бақылау үшін PITE 3561 электр сапасының анализаторы сияқты құрылғылар қолданылады. Ол гармониканы, кернеудің ауытқуын және ток жиілігін, энергияны тұтынуды және басқа параметрлерді бір уақытта талдай алады. PITE 3561-дің артықшылығы – бір реттік сынақтарды жүргізу және 960 сағатқа дейін ұзақ мерзімді статистикалық өлшеуді кірістірілген ұшпайтын деректер дискісін пайдалану мүмкіндігі.

Жазу функциясы – маңызды артықшылық болып табылады, өйткені ол айқын емес кездейсоқ ақауларды табуға, жаңа энергия үнемдейтін нысандарды қоспас бұрын жүйе статистикасын жинауға көмектеседі.

5.15 - сурет. Pite 3561 электр сапасының анализаторы

PITE Tech компаниясы өзінің анализаторын электр энергиясының сапасын анықтауға арналған әмбебап құрал ретінде ғана емес, сонымен қатар энергияны тарату жүйелеріндегі ақаулықтардың алдын-алу арқылы ақшаны үнемдеу әдісі ретінде де ұсынады.

Қазіргі заманғы анализаторлардың функционалдығы үнемі кеңеюде. Сонымен, Fluke 430 II сериялы электр сапасының анализаторы үш фазалы және бір фазалы желілерде энергияның ағып кету көзін табуға және гармоника, теңгерімсіздік және т.б. салдарынан энергия шығындарының ақшалай құнын есептеуге мүмкіндік беретін ерекше алгоритмді қолданады.

5.15 - сурет.  Fluke 430 электр сапасының анализаторлары электр сапасының нашарлауына байланысты компания қанша ақша жоғалтатынын бірден көрсетеді

Осылайша, бүгінде электр энергиясының сапасына жоғары талаптар қойылады, ал ток параметрлерін бұзудың көптеген көздері болуы мүмкін. Бұл энергия компаниялары үшін шығындар қаупін арттырады және электр энергиясының сапасын диагностикалауға ерекше назар аударуды қажет етеді. Сонымен қатар, бүгінгі күні электр энергиясының сапасына қатысты мәселелерді тез анықтауға арналған керемет құрылғылар бар және оларды пайдалану электр желілерін пайдалануды айтарлықтай жеңілдетеді және төтенше жағдайлардың, ең алдымен тұтынушылардың қымбат жабдықтарының бұзылу ықтималдығын азайтады.