Ukazovatele kvality elektrickej energie v elektrických sieťach

V súlade s GOST 13109-87 sa rozlišujú základné a dodatočné ukazovatele kvality energie.

Medzi hlavné ukazovatele kvality elektrickej energie patrí určenie vlastností elektrickej energie charakterizujúcich jej kvalitu:

1) odchýlka napätia (δU, %);

2) rozsah zmeny napätia (δUT,%);

3) dávka kolísania napätia (ψ, %);

4) koeficient nesínusoidy krivky napätia (kNSU, %);

5) koeficient n-tej zložky harmonického napätia nepárneho (párneho) rádu (kU (n), %);

6) koeficient zápornej postupnosti napätí (k2U, %);

7) pomer napätia nulovej sekvencie (k0U, %);

8) trvanie poklesu napätia (ATpr, s);

9) impulzné napätie (Uimp, V, kV);

10) frekvenčná odchýlka (Δe, Hz).

Dodatočné ukazovatele kvality energie, ktoré sú formami zaznamenávania hlavných ukazovateľov kvality energie a používajú sa v iných regulačných a technických dokumentoch:

1) koeficient amplitúdovej modulácie napätí (kMod);

2) koeficient nevyváženosti medzi fázovými napätiami (kneb.m);

3) súčiniteľ nevyváženosti fázových napätí (knob.f).

Všimnime si prípustné hodnoty špecifikovaných ukazovateľov kvality elektriny, výrazy pre ich definíciu a rozsah. Počas 95 % dennej doby (22,8 hodiny) by indikátory kvality elektrickej energie nemali prekračovať normálne prípustné hodnoty a po celý čas, vrátane núdzových režimov, by mali byť v rámci maximálnych prípustných hodnôt.

Kontrolu kvality elektriny v charakteristických bodoch elektrických sietí vykonávajú pracovníci podniku elektrickej siete. V tomto prípade by trvanie merania indikátora kvality elektrickej energie malo byť aspoň jeden deň.

Odchýlky napätia

Odchýlka napätia je jedným z najdôležitejších ukazovateľov kvality elektrickej energie. Odchýlka napätia sa zistí podľa vzorca

δUt = ((U (t) – Un) / Un) x 100 %

kde U (t) — efektívna hodnota napätia kladnej sekvencie základnej frekvencie alebo jednoducho efektívna hodnota napätia (s nesínusovým faktorom menším alebo rovným 5 %), v momente T, kV ; Nemenovité napätie, kV.

Množstvo Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), kde UAB (1), UPBC (1), hodnoty UAC (1)-RMS medzifázového napätia pri základnej frekvencii.

V dôsledku zmien zaťaženia v priebehu času, zmien úrovne napätia a iných faktorov sa mení veľkosť poklesu napätia v sieťových prvkoch a podľa toho aj úroveň napätia UT.V dôsledku toho sa ukazuje, že v rôznych bodoch siete v rovnakom čase a v jednom okamihu v inom čase sú odchýlky napätia rôzne.

Normálna prevádzka elektrických prijímačov s napätím do 1 kV je zabezpečená za predpokladu, že odchýlky napätia na ich vstupe sú rovné ± 5 % (normálna hodnota) a ± 10 % (maximálna hodnota). V sieťach s napätím 6 — 20 kV je nastavená maximálna odchýlka napätia ± 10 %.

Výkon spotrebovaný žiarovkami je priamo úmerný dodávanému napätiu do výkonu 1,58, svetelný výkon žiaroviek je k výkonu 2,0, svetelný tok je k výkonu 3,61 a životnosť žiarovky je sila 13,57. Prevádzka žiariviek menej závisí od odchýlky napätia. Ich životnosť sa teda mení o 4 % pri odchýlke napätia 1 %.

K zníženiu osvetlenia pracovísk dochádza pri poklese napätia, čo vedie k zníženiu produktivity pracovníkov a zhoršeniu ich zraku. Pri veľkých poklesoch napätia žiarivky nesvietia ani neblikajú, čo vedie k zníženiu ich životnosti. Keď sa napätie zvyšuje, životnosť žiaroviek sa dramaticky znižuje.

Rýchlosť otáčania asynchrónnych elektromotorov a podľa toho aj ich prevádzka, ako aj spotrebovaný jalový výkon závisia od úrovne napätia. To sa odráža vo výške strát napätia a výkonu v častiach siete.

Pokles napätia vedie k predĺženiu trvania technologického procesu v elektrotermických a elektrolýznych zariadeniach, ako aj k nemožnosti stabilného príjmu televízneho vysielania v inžinierskych sieťach. V druhom prípade sa používajú takzvané stabilizátory napätia, ktoré samy spotrebúvajú značný jalový výkon a ktoré majú v oceli straty výkonu. Na ich výrobu sa používa vzácna transformátorová oceľ.

Aby sa zabezpečilo potrebné napätie nízkonapäťových autobusov všetkých TP, takzvaná protiprúdová regulácia v centre potravín. Tu je v režime maximálneho zaťaženia zachované maximálne povolené napätie zberníc procesora a v režime minimálneho zaťaženia minimálne napätie.

V tomto prípade ide o takzvanú miestnu reguláciu napätia každej trafostanice umiestnením vypínača distribučných transformátorov do príslušnej polohy. V kombinácii s centralizovanou (v procesore) a definovanou lokálnou reguláciou napätia sa používajú regulované a neregulované kondenzátorové banky, nazývané aj lokálne regulátory napätia.

Zníženie napätia

Kolísanie napätia je rozdiel medzi špičkovými alebo efektívnymi hodnotami napätia pred a po zmene napätia a je určené vzorcom

δUt = ((Ui – Уi + 1) / √2Un) x 100 %

kde Ui a Ui + 1- hodnoty nasledujúcich extrémov alebo extrémov a horizontálna časť obálky hodnôt amplitúdového napätia.

Rozsahy kolísania napätia zahŕňajú jednotlivé zmeny napätia akejkoľvek formy s frekvenciou opakovania dvakrát za minútu (1/30 Hz) až raz za hodinu, s priemernou rýchlosťou zmeny napätia viac ako 0,1 % za sekundu (pre žiarovky) a 0,2 % za sekundu pre ostatné prijímače.

Rýchle zmeny napätia sú spôsobené rázovým režimom prevádzky motorov hutníckych valcových mlynov trakčných zariadení železníc, lúčnych pecí na výrobu ocele, zváracích zariadení, ako aj častými štartmi výkonných asynchrónnych elektromotorov s veveričkami, kedy štartujú jalový výkon je niekoľko percent skratového výkonu.

Počet zmien napätia za jednotku času, t.j. frekvenciu zmien napätia zistíme podľa vzorca F = m / T, kde m je počet zmien napätia za čas T, T je celkový čas pozorovania kolísania napätia.

Hlavné požiadavky na kolísanie napätia sú spôsobené ochranou ľudského zraku. Zistilo sa, že najvyššia citlivosť oka na blikanie svetla je vo frekvenčnom rozsahu rovnajúcom sa 8,7 Hz. Preto pre žiarovky, ktoré poskytujú pracovné osvetlenie s významným vizuálnym napätím, je zmena napätia povolená najviac 0,3%, pre čerpacie lampy v každodennom živote - 0,4%, pre žiarivky a iné elektrické prijímače - 0,6.

Prípustné rozsahy výkyvov sú znázornené na obr. 1.

Ryža. 1. Prípustné rozsahy kolísania napätia: 1 — pracovné osvetlenie so žiarovkami pri vysokom zrakovom napätí, 2 — domáce žiarovky, 3 — žiarivky.

Oblasť I zodpovedá prevádzke čerpadiel a domácich spotrebičov, II — žeriavy, kladkostroje, III — oblúkové pece, ručné odporové zváranie, IV — prevádzka piestových kompresorov a automatické odporové zváranie.

Na zníženie rozsahu zmien napätia v osvetľovacej sieti, oddelené napájanie prijímačov osvetľovacej siete a výkonové zaťaženie z rôznych výkonových transformátorov, pozdĺžna kapacitná kompenzácia napájacej siete, ako aj synchrónne elektromotory a umelé zdroje jalového výkon (reaktory alebo kondenzátorové banky, ktorých prúd je generovaný pomocou riadených ventilov na získanie požadovaného jalového výkonu).

Dávka kolísania napätia

Dávka kolísania napätia je zhodná s rozsahom zmien napätia a je zavedená do existujúcich elektrických sietí, akonáhle sú vybavené príslušnými zariadeniami. Pri použití indikátora "dávka kolísania napätia" sa nemusí vykonať posúdenie prípustnosti rozsahu zmien napätia, pretože uvažované indikátory sú vzájomne zameniteľné.

Dávka kolísania napätia je tiež integrálnou charakteristikou kolísania napätia, ktoré spôsobuje podráždenie osoby nahromadené počas určitého časového obdobia v dôsledku blikajúceho svetla vo frekvenčnom rozsahu 0,5 až 0,25 Hz.

Maximálna prípustná hodnota dávky z kolísania napätia (ψ, (%)2) v elektrickej sieti, ku ktorej sú pripojené osvetľovacie zariadenia, by nemala presiahnuť: 0,018 — so žiarovkami v miestnostiach, kde sa vyžaduje značné vizuálne napätie; 0,034 — so žiarovkami vo všetkých ostatných miestnostiach; 0,079 — so žiarivkami.

Nesínusový faktor krivky napätia

Pri práci v sieti výkonných zariadení usmerňovačov a meničov, ako aj oblúkových pecí a zváracích zariadení, teda nelineárnych prvkov, dochádza k skresleniu krivky prúdu a napätia. Nesínusové krivky prúdu a napätia sú harmonické kmity rôznych frekvencií (priemyselná frekvencia je najnižšia harmonická, všetky ostatné súvisiace s ňou sú vyššie harmonické).

Vyššie harmonické v napájacom systéme spôsobujú dodatočné straty energie, znižujú životnosť kosínusových kondenzátorových batérií, elektromotorov a transformátorov, vedú k ťažkostiam pri nastavovaní reléovej ochrany a signalizácie, ako aj pri prevádzke elektrických pohonov riadených tyristormi atď. . .

Obsah vyšších harmonických v elektrickej sieti je charakterizovaný nesínusovým koeficientom krivky napätia kNSU, ktorý je určený výrazom

kde N je poradie poslednej z uvažovaných harmonických zložiek, Uн — efektívna hodnota n-tej (н = 2, ... Н) zložky harmonického napätia, kV.

Normálne a maximálne prípustné hodnoty kNSU by nemali prekročiť: v elektrickej sieti s napätím do 1 kV — 5 a 10 %, v elektrickej sieti 6 — 20 kV — 4 a 8 %, v elektrickej sieti 35 kV — 3 a 6 %, v elektrickej sieti 110 kV a viac 2 a 4 %.

Na zníženie vyšších harmonických sa používajú výkonové filtre, ktoré sú sériovým zapojením indukčného a kapacitného odporu ladeného do rezonancie pri určitej harmonickej. Na elimináciu harmonických pri nízkych frekvenciách sa používajú inštalácie meničov s veľkým počtom fáz.

Koeficient n-tej zložky harmonického napätia nepárneho (párneho) rádu

Koeficient nTáto harmonická zložka napätia nepárneho (párneho) rádu je pomerom efektívnej hodnoty n-tej harmonickej zložky napätia k efektívnej hodnote napätia základnej frekvencie, t.j. kU (n) = (ne/ne) x 100 %

Hodnotou koeficientu kU (n) je spektrum určené n-x harmonickými zložkami, na potlačenie ktorých musia byť navrhnuté príslušné výkonové filtre.

Normálne a maximálne prípustné hodnoty by nemali prekročiť: v elektrickej sieti s napätím do 1 kV — 3 a 6 %, v elektrickej sieti 6 — 20 kV 2,5 a 5 %, v elektrickej sieti 35 kV — 2 a 4 %, v elektrickej sieti 110 kV a viac 1 a 2 %.

Nerovnováha napätia

K nerovnováhe napätia dochádza v dôsledku zaťaženia jednofázových elektrických prijímačov. Keďže distribučné siete s napätím nad 1 kV pracujú s izolovaným alebo kompenzovaným neutrálom, potom napäťová asymetria v dôsledku výskytu napätia zápornej sekvencie. Asymetria sa prejavuje vo forme nerovnosti linkové a fázové napätie a negatívny po sebe nasledujúci faktor je charakterizovaný:

k2U = (U2(1)/ Un) x 100 %,

kde U2(1) je efektívna hodnota záporného sledu napätia pri základnej frekvencii trojfázového napäťového systému, kV. Hodnota U2(1) sa dá získať meraním troch napätí na základnej frekvencii, t.j. UA(1), UB (1), UB (1)... Potom

kde yA, yB a y°C — prijímač fázovej vodivosti A, B a °C.

V sieťach s napätím nad 1 kV sa napäťová asymetria vyskytuje najmä v dôsledku jednofázových elektrotermických zariadení (nepriame oblúkové pece, odporové pece, pece s indukčnými kanálmi, elektrotroskové taviace zariadenia atď.).

Vedie prítomnosť napätia zápornej sekvencie k dodatočnému zahrievaniu budiacich vinutí synchrónnych generátorov a zvýšeniu ich vibrácií, dodatočnému zahrievaniu elektromotorov a prudkému zníženiu životnosti ich izolácie, zníženiu generovaného jalového výkonu výkonovými kondenzátormi, dodatočným ohrevom vedení a transformátorov? zvýšenie počtu falošných poplachov reléovej ochrany a pod.

Na svorkách symetrického elektrického prijímača je normálne prípustný pomer nevyváženosti 2% a maximálne prípustné 4%.

Vplyv nevyváženosti sa výrazne zníži, keď sú jednofázové spotrebiče napájané samostatnými transformátormi, ako aj pri použití riadených a nekontrolovaných vyvažovacích zariadení, ktoré kompenzujú ekvivalentný prúd zápornej sekvencie spotrebovaný jednofázovými záťažami.

V štvorvodičových sieťach s napätím do 1 kV je nerovnováha spôsobená jednofázovými prijímačmi spojenými s fázovými napätiami sprevádzaná prechodom prúdu v nulovom vodiči, a teda výskytom napätia s nulovou sekvenciou. .

Faktor napätia nulovej sekvencie k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,

kde U0 (1) — efektívna hodnota nulovej sekvencie napätia základnej frekvencie, kV; Un.f. — nominálna hodnota fázového napätia, kV.

Veličina U0(1) sa určí meraním troch fázových napätí na základnej frekvencii, t.j.

kde tiA, vB, c° C, yO — vodivosť fáz A, B, C prijímača a vodivosť neutrálneho vodiča; UA(1), UB (1), UVB (1) - RMS hodnoty fázových napätí.

Prípustná hodnota U0(1) obmedzená požiadavkami na toleranciu napätia, ktoré sú splnené faktorom nulovej postupnosti 2 % ako normálna úroveň a 4 % maximálnej úrovne.

Zníženie hodnoty je možné dosiahnuť racionálnym rozdelením jednofázového zaťaženia medzi fázy, ako aj zväčšením prierezu neutrálneho vodiča na prierez fázových vodičov a použitím transformátorov v distribučnej sieti. so skupinou spojenia hviezda-cik-cak.

Pokles napätia a intenzita poklesov napätia

Pokles napätia — ide o náhle výrazné zníženie napätia v mieste elektrickej siete, po ktorom nasleduje obnovenie napätia na počiatočnú úroveň alebo blízko nej po časovom intervale od niekoľkých periód až po niekoľko desiatok sekúnd.

Trvanie poklesu napätia ΔTpr je časový interval medzi počiatočným momentom poklesu napätia a okamihom obnovenia napätia na počiatočnú úroveň alebo blízko nej (obr. 2), t.j. ΔTpr = Tvos — Trano

Ryža. 2. Trvanie a hĺbka poklesu napätia

Význam ΔTpr sa mení od niekoľkých periód po niekoľko desiatok sekúnd. Úbytok napätia je charakterizovaný intenzitou a hĺbkou poklesu δUpr, čo je rozdiel medzi nominálnou hodnotou napätia a minimálnou efektívnou hodnotou napätia Umin pri úbytku napätia a je vyjadrený v percentách z nominálnej hodnoty napätia. napätie alebo v absolútnych jednotkách.

Množstvo δUpr sa určuje takto:

δUp = ((Un – Umin)/ Un) x 100 % alebo δUpr = Un – Umin

Intenzita poklesu napätia m* predstavuje frekvenciu výskytu v sieti poklesov napätia určitej hĺbky a trvania, t.j. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100 %, kde m (δUpr, ΔTNS) — počet hĺbok poklesu napätia δUpr a trvanie ΔTNS počas T; M - celkový počet poklesov napätia počas T.

Niektoré typy elektrických zariadení (počítače, výkonovej elektroniky), preto projekty napájania pre takéto prijímače musia zabezpečiť opatrenia na zníženie trvania, intenzity a hĺbky poklesov napätia. GOST neuvádza prípustné hodnoty pre trvanie poklesu napätia.

Impulzné napätie

Napäťový ráz je náhla zmena napätia, po ktorej nasleduje obnovenie napätia na jeho normálnu úroveň v časovom období od niekoľkých mikrosekúnd do 10 milisekúnd. Predstavuje maximálnu okamžitú hodnotu impulzného napätia Uimp (obr. 3).

Ryža. 3. Impulzné napätie

Impulzné napätie je charakterizované amplitúdou impulzu U'imp, čo je rozdiel medzi napäťovým impulzom a okamžitou hodnotou napätia základnej frekvencie zodpovedajúcej okamihu začiatku impulzu. Trvanie impulzu Timp — časový interval medzi počiatočným okamihom impulzu napätia a okamihom obnovenia okamžitej hodnoty napätia na normálnu úroveň. Šírku impulzu je možné vypočítať Timp0,5 na úrovni 0,5 jeho amplitúdy (pozri obr. 3).

Impulzné napätie je určené v relatívnych jednotkách podľa vzorca ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Citlivé na napäťové impulzy sú aj také elektrické prijímače ako počítače, výkonová elektronika a pod. Impulzné napätia sa objavujú v dôsledku prepínania v elektrickej sieti. Opatrenia na zníženie impulzného napätia by sa mali zvážiť pri navrhovaní konkrétnych návrhov napájacích zdrojov. GOST nešpecifikuje prípustné hodnoty impulzného napätia.

Frekvenčná odchýlka

Zmeny frekvencie sú spôsobené zmenami v celkovom zaťažení a charakteristikách regulátorov otáčok turbíny. Veľké frekvenčné odchýlky vyplývajú z pomalých, pravidelných zmien záťaže s nedostatočnou aktívnou rezervou výkonu.

Frekvencia napätia, na rozdiel od iných javov, ktoré zhoršujú kvalitu elektriny, je parametrom celého systému: všetky generátory pripojené k jednému systému vyrábajú elektrinu s napätím s rovnakou frekvenciou — 50 Hz.

Podľa prvého Kirchhoffovho zákona existuje vždy prísna rovnováha medzi výrobou elektriny a výrobou elektriny. Preto každá zmena výkonu záťaže spôsobuje zmenu frekvencie, čo vedie k zmene generovania aktívneho výkonu generátorov, pre ktoré sú bloky «turbína-generátor» vybavené zariadeniami, ktoré umožňujú nastavenie prietoku. nosiča energie v turbíne v závislosti od zmien frekvencie v elektrickom systéme.

S určitým zvýšením zaťaženia sa ukazuje, že výkon blokov "turbína-generátora" je vyčerpaný. Ak sa záťaž naďalej zvyšuje, rovnováha sa ustáli na nižšej frekvencii – dochádza k frekvenčnému posunu. V tomto prípade hovoríme o deficite aktívneho výkonu na udržanie nominálnej frekvencie.

Odchýlka frekvencie Δf od menovitej hodnoty en je určená vzorcom Δf = f — fn, kde je — aktuálna hodnota frekvencie v systéme.

Zmeny frekvencie nad 0,2 Hz majú významný vplyv na technické a ekonomické vlastnosti elektrických prijímačov, preto je normálna prípustná hodnota odchýlky frekvencie ± 0,2 Hz a maximálna povolená hodnota odchýlky frekvencie je ± 0,4 Hz. V núdzových režimoch je povolená odchýlka frekvencie od +0,5 Hz do – 1 Hz maximálne 90 hodín za rok.

Odchýlka frekvencie od nominálnej vedie k zvýšeniu energetických strát v sieti, ako aj k zníženiu produktivity technologických zariadení.

Faktor modulácie amplitúdy napätia a faktor nevyváženosti medzi fázovým a fázovým napätím

Amplitúdové modulačné napätie charakterizuje kolísanie napätia a je rovné pomeru polovičného rozdielu najväčšej a najmenšej amplitúdy modulovaného napätia, odoberaného za určitý časový interval, k menovitej alebo základnej hodnote napätia, t.j.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

kde Unb a Unm — najväčšia a najmenšia amplitúda modulovaného napätia.

Faktor nesymetrie medzi fázovými napätiamisne.mf charakterizuje nerovnováhu fázového napätia a rovná sa pomeru výkyvu nerovnováhy fázového napätia k menovitej hodnote napätia:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %

kde Unb a Unm-najvyššia a najnižšia efektívna hodnota trojfázových napätí.

Faktor nevyváženosti fázového napätia kneb.f charakterizuje nevyváženosť fázového napätia a rovná sa pomeru výkyvu nevyváženosti fázového napätia k menovitej hodnote fázového napätia:

kneb.ph = ((Unb.f – Unm.f) /Un.f) x 100 %,

kde Unb a Unm — najvyššia a najnižšia efektívna hodnota troch fázových napätí, Un.f — nominálna hodnota fázového napätia.

Prečítajte si tiež: Opatrenia a technické prostriedky na zlepšenie kvality elektrickej energie