Indikatorer for kvaliteten på elektrisitet i elektriske nettverk
I samsvar med GOST 13109-87 skilles grunnleggende og ekstra strømkvalitetsindikatorer.
Blant hovedindikatorene for kvaliteten på elektrisitet inkluderer bestemmelsen av egenskapene til elektrisk energi som karakteriserer kvaliteten:
1) spenningsavvik (δU, %);
2) spenningsendringsområdet (δUT,%);
3) dosen av spenningsfluktuasjoner (ψ, %);
4) koeffisienten for ikke-sinusoidalitet til spenningskurven (kNSU, %);
5) koeffisient for den n-te komponenten av den harmoniske spenningen av oddetall (partall) orden (kU (n), %);
6) koeffisienten til den negative sekvensen av spenninger (k2U, %);
7) nullsekvens spenningsforhold (k0U, %);
8) varigheten av spenningsfallet (ΔTpr, s);
9) impulsspenning (Uimp, V, kV);
10) frekvensavvik (Δe, Hz).
Ytterligere strømkvalitetsindikatorer, som er former for registrering av de viktigste strømkvalitetsindikatorene og brukes i andre regulatoriske og tekniske dokumenter:
1) koeffisienten for amplitudemodulasjon av spenninger (kMod);
2) koeffisienten for ubalanse mellom fasespenninger (kneb.m);
3) ubalansefaktor for fasespenninger (kneb.f).
La oss legge merke til de tillatte verdiene til de spesifiserte indikatorene for kvaliteten på elektrisitet, uttrykk for deres definisjon og omfang. I løpet av 95 % av tiden på døgnet (22,8 timer) bør strømkvalitetsindikatorene ikke overstige de normale tillatte verdiene, og til enhver tid, inkludert nødmoduser, bør de være innenfor de maksimalt tillatte verdiene.
Kontrollen av elektrisitetskvaliteten på karakteristiske punkter i det elektriske nettverket utføres av personellet til det elektriske nettverksbedriften. I dette tilfellet bør varigheten av målingen av strømkvalitetsindikatoren være minst én dag.
Spenningsavvik
Spenningsavvik er en av de viktigste indikatorene for strømkvalitet. Spenningsavviket er funnet av formelen
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %
hvor U (t) — den effektive verdien av spenningen til den positive sekvensen av grunnfrekvensen eller ganske enkelt den effektive verdien av spenningen (med en ikke-sinusformet faktor mindre enn eller lik 5%), i øyeblikket T, kV ; Ikke-nominell spenning, kV.
Mengden Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), hvor UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS-verdier av fase-til-fase spenning ved grunnfrekvensen.
På grunn av endringer i belastninger over tid, endringer i spenningsnivået og andre faktorer, endres størrelsen på spenningsfallet i nettverkselementene og følgelig spenningsnivået UT.Som et resultat viser det seg at spenningsavvikene er forskjellige på forskjellige punkter i nettverket i samme øyeblikk og på ett tidspunkt i forskjellig tid.
Normal drift av elektriske mottakere med en spenning på opptil 1 kV sikres forutsatt at spenningsavvikene ved deres inngang er lik ± 5 % (normal verdi) og ± 10 % (maksimal verdi). I nett med en spenning på 6 — 20 kV settes et maksimalt spenningsavvik på ± 10 %.
Strømmen som forbrukes av glødelamper er direkte proporsjonal med den tilførte spenningen til styrken 1,58, lysstyrken til lampene er til styrken 2,0, lysstrømmen er til styrken 3,61, og lampens levetid er til kraften 13,57. Driften av lysrør avhenger mindre av spenningsavvik. Dermed endres levetiden deres med 4 % med et spenningsavvik på 1 %.
Reduksjonen av belysning på arbeidsplasser skjer med en reduksjon i spenning, noe som fører til en reduksjon i produktiviteten til arbeidere og forringelse av synet deres. Ved store spenningsfall lyser eller blinker ikke lysrør, noe som fører til en reduksjon i levetiden. Når spenningen øker, reduseres levetiden til glødelamper dramatisk.
Rotasjonshastigheten til asynkrone elektriske motorer og følgelig deres drift, så vel som den reaktive effekten som forbrukes, avhenger av spenningsnivået. Det siste gjenspeiles i mengden spenning og effekttap i nettseksjoner.
Reduksjonen i spenning fører til en økning i varigheten av den teknologiske prosessen i elektrotermiske og elektrolyseanlegg, samt til umuligheten av stabil mottak av TV-sendinger i forsyningsnettverk. I det andre tilfellet brukes såkalte spenningsstabilisatorer, som selv bruker betydelig reaktiv effekt og som har effekttap i stålet. Knappe transformatorstål brukes til produksjonen.
For å sikre nødvendig spenning på lavspentbussene til alle TP-er, den såkalte motstrømsreguleringen i matsentralen. Her, i maksimal belastningsmodus, opprettholdes den maksimalt tillatte spenningen til prosessorbussene, og i minimum belastningsmodus opprettholdes minimumsspenningen.
I dette tilfellet, den såkalte lokale reguleringen av spenningen til hver transformatorstasjon ved å plassere bryteren til distribusjonstransformatorene i riktig posisjon. I kombinasjon med sentralisert (i prosessoren) og definert lokal spenningsregulering brukes regulerte og uregulerte kondensatorbanker, også kalt lokale spenningsregulatorer.
Redusere spenning
Spenningssving er forskjellen mellom topp- eller rms-spenningsverdiene før og etter en spenningsendring og bestemmes av formelen
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %
hvor Ui og Ui + 1- verdiene av følgende ytterpunkter eller ekstremer og den horisontale delen av omhyllingen av amplitudespenningsverdiene.
Spenningssvingningsområder inkluderer enkeltspenningsendringer av enhver form med en repetisjonshastighet på to ganger per minutt (1/30 Hz) til én gang per time, med en gjennomsnittlig spenningsendring på mer enn 0,1 % per sekund (for glødelamper) og 0,2 % per sekund for andre mottakere.
Raske endringer i spenning er forårsaket av sjokkdriftsmodusen til motorene til metallurgiske valsemøller til trekkraftinstallasjoner på jernbaner, engovner for produksjon av stål, sveiseutstyr, samt hyppige starter av kraftige asynkrone elektriske motorer med ekorn, når de starter den reaktive effekten er noen få prosent av kortslutningseffekten.
Antall spenningsendringer per tidsenhet, dvs. frekvensen av spenningsendringer er funnet av formelen F = m / T, hvor m er antall spenningsendringer i løpet av tiden T, T er den totale tiden for å observere spenningssvingningen.
Hovedkravene til spenningssvingninger skyldes hensynet til menneskelig øyevern. Det ble funnet at øyets høyeste følsomhet for lysflimmer er i frekvensområdet lik 8,7 Hz. Derfor, for glødelamper som gir arbeidsbelysning med betydelige visuelle spenninger, er spenningsendringen ikke tillatt mer enn 0,3%, for pumpelamper i hverdagen - 0,4%, for lysrør og andre elektriske mottakere - 0,6.
De tillatte svingområdene er vist i fig. 1.
Ris. 1. Tillatte områder for spenningssvingninger: 1 — arbeidsbelysning med glødelamper ved høy visuell spenning, 2 — glødelamper til husholdningsbruk, 3 — fluorescerende lamper
Region I tilsvarer driften av pumper og husholdningsapparater, II - kraner, taljer, III - lysbueovner, manuell motstandssveising, IV - drift av stempelkompressorer og automatisk motstandssveising.
For å redusere rekkevidden av spenningsendringer i belysningsnettverket, separat strømforsyning til mottakerne av belysningsnettverket og strømbelastningen fra forskjellige krafttransformatorer, langsgående kapasitiv kompensasjon av strømnettet, samt synkrone elektriske motorer og kunstige reaktive kilder effekt (reaktorer eller kondensatorbanker hvis strøm genereres ved hjelp av kontrollerte ventiler for å oppnå nødvendig reaktiv effekt).
Dose av spenningssvingninger
Dosen av spenningssvingninger er identisk med rekkevidden av spenningsendringer og introduseres i eksisterende elektriske nettverk så snart de er utstyrt med passende enheter. Når du bruker indikatoren "dose av spenningssvingninger", kan det ikke gjøres en vurdering av tillateligheten av spenningsendringer, siden de betraktede indikatorene er utskiftbare.
Dosen av spenningssvingninger er også en integrert karakteristikk av spenningsfluktuasjoner som forårsaker irritasjon hos en person akkumulert over en viss tidsperiode på grunn av blinkende lys i frekvensområdet 0,5 til 0,25 Hz.
Maksimal tillatt verdi av dosen fra spenningssvingninger (ψ, (%)2) i det elektriske nettverket som belysningsinstallasjonene er koblet til bør ikke overstige: 0,018 — med glødelamper i rom der det kreves betydelig visuell spenning; 0,034 — med glødelamper i alle andre rom; 0,079 — med lysrør.
Ikke-sinusformet faktor for spenningskurven
Når du arbeider i et nettverk av kraftige likeretter- og omformerinstallasjoner, samt lysbueovner og sveiseinstallasjoner, det vil si ikke-lineære elementer, blir strøm- og spenningskurvene forvrengt. Ikke-sinusformede strøm- og spenningskurver er harmoniske svingninger av forskjellige frekvenser (industriell frekvens er den laveste harmoniske, alle andre i forhold til den er høyere harmoniske).
Høyere harmoniske i strømforsyningssystemet forårsaker ytterligere energitap, reduserer levetiden til cosinuskondensatorbatterier, elektriske motorer og transformatorer, fører til vanskeligheter med å sette opp relébeskyttelse og signalering, samt drift av elektriske stasjoner styrt av tyristorer, etc. . .
Innholdet av høyere harmoniske i det elektriske nettverket er preget av den ikke-sinusformede koeffisienten til spenningskurven kNSU som bestemmes av uttrykket
hvor N er rekkefølgen til den siste av de betraktede harmoniske komponentene, Uн — effektiv verdi av den n-te (н = 2, ... Н) komponent av den harmoniske spenningen, kV.
Normale og maksimalt tillatte verdier kNSU bør ikke overstige henholdsvis: i et elektrisk nettverk med spenning opptil 1 kV — 5 og 10 %, i et elektrisk nettverk 6 — 20 kV — 4 og 8 %, i et elektrisk nettverk 35 kV — 3 og 6 %, i det elektriske nettet 110 kV og over 2 og 4 %.
For å redusere høyere harmoniske brukes kraftfiltre, som er en seriekobling av induktiv og kapasitiv motstand innstilt til resonans ved en viss harmonisk. For å eliminere harmoniske ved lave frekvenser, brukes omformerinstallasjoner med et stort antall faser.
Koeffisient n-te komponent av harmonisk spenning av oddetall (partall).
Koeffisient nDenne harmoniske komponenten av spenningen av den odde (partall) orden er forholdet mellom den effektive verdien av den n-te harmoniske komponenten av spenningen og den effektive verdien av spenningen til grunnfrekvensen, dvs. kU (n) = (Un/Un) x 100 %
Ved verdien av koeffisienten kU (n) bestemmes spekteret av n-x harmoniske komponenter, for undertrykkelsen av hvilke de tilsvarende effektfiltrene må utformes.
Normale og maksimalt tillatte verdier bør ikke overstige henholdsvis: i et elektrisk nettverk med en spenning på opptil 1 kV — 3 og 6 %, i et elektrisk nettverk 6 — 20 kV 2,5 og 5 %, i et elektrisk nettverk 35 kV — 2 og 4 %, i et elektrisk nettverk 110 kV og over 1 og 2 %.
Spenningsubalanse
Spenningsubalansen oppstår på grunn av belastningen av enfasede elektriske mottakere. Siden distribusjonsnettverk med spenninger over 1 kV opererer med en isolert eller kompensert nøytral, da spenningsasymmetri på grunn av utseendet til negativ sekvensspenning. Asymmetri viser seg i form av ulikhet linje- og fasespenning og en negativ påfølgende faktor er karakterisert:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100 %,
hvor U2(1) er rms-verdien til den negative sekvensspenningen ved grunnfrekvensen til det trefasede spenningssystemet, kV. U-verdi2(1) kan oppnås ved å måle tre spenninger ved grunnfrekvensen, dvs. UA(1), UB (1), UB (1)... Deretter
hvor yA, yB og y° C — faseledningsevne A, B og ° C mottaker.
I nettverk med spenninger over 1 kV oppstår spenningsasymmetri hovedsakelig på grunn av enfasede elektrotermiske installasjoner (indirekte lysbueovner, motstandsovner, ovner med induksjonskanaler, elektroslaggsmelteinstallasjoner, etc.).
Fører tilstedeværelsen av en negativ sekvensspenning til ytterligere oppvarming av eksitasjonsviklingene til synkrone generatorer og en økning i deres vibrasjoner, ytterligere oppvarming av elektriske motorer og en kraftig reduksjon i levetiden til isolasjonen deres, en reduksjon i generert reaktiv effekt ved strømkondensatorer, tilleggsoppvarming av ledninger og transformatorer? øke antall falske alarmer for relébeskyttelsen, etc.
På terminalene til en symmetrisk elektrisk mottaker er det normalt tillatte ubalanseforholdet 2 %, og maksimalt tillatt er 4 %.
Påvirkningen av ubalanse reduseres sterkt når enfasede strømforbrukere forsynes av separate transformatorer, så vel som når det brukes kontrollerte og ukontrollerte balanseringsenheter, som kompenserer for den negative sekvensekvivalente strømmen som forbrukes av enfaselaster.
I fire-trådsnettverk med en spenning på opptil 1 kV, er en ubalanse forårsaket av enfasemottakere forbundet med fasespenningene ledsaget av passasje av strøm i den nøytrale ledningen og derfor utseendet til en null-sekvensspenning .
Nullsekvens spenningsfaktor k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,
hvor U0 (1) — effektiv nullsekvensspenningsverdi for grunnfrekvensen, kV; Un.f. — nominell verdi av fasespenningen, kV.
Størrelsen U0(1) bestemmes ved å måle de tre fasespenningene ved grunnfrekvensen, dvs.
hvor tiA, vB, c° C, yO — ledningsevnen til fasene A, B, C til mottakeren og ledningsevnen til den nøytrale ledningen; UA(1), UB (1), UVB (1) - RMS-verdier for fasespenningene.
Tillatt verdi U0(1) begrenset av spenningstoleransekrav som tilfredsstilles av nullsekvensfaktor på 2 % som normalt nivå og 4 % av maksimalt nivå.
Reduksjonen av verdien kan oppnås ved rasjonell fordeling av en enfaselast mellom fasene, samt ved å øke tverrsnittet av nøytralledningen til tverrsnittet av fasetrådene og bruke transformatorer i et distribusjonsnettverk. med en stjerne-sikksakk forbindelsesgruppe.
Spenningssenking og intensiteten av spenningsfall
Spenningsfall - dette er en plutselig betydelig reduksjon i spenningen på et punkt i det elektriske nettverket, etterfulgt av en gjenoppretting av spenningen til det opprinnelige nivået eller nær det etter et tidsintervall fra flere perioder til flere titalls sekunder.
Spenningsfallets varighet ΔTpr er tidsintervallet mellom det innledende spenningsfallet og gjenopprettingsøyeblikket for spenningen til startnivået eller nær det (fig. 2), dvs. ΔTpr = Tvos — Trano
Ris. 2. Varighet og dybde på spenningsfallet
Det betyr at ΔTpr varierer fra flere perioder til flere titalls sekunder. Spenningsfallet karakteriseres av intensiteten og dybden til dip δUpr, som er differansen mellom den nominelle verdien av spenningen og den minimale effektive verdien av spenningen Umin under spenningsfallet og uttrykkes som en prosentandel av den nominelle verdien av spenningen eller i absolutte enheter.
Mengden δUpr bestemmes som følger:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100 % eller δUpr = Un — Umin
Spenningsnedfallsintensitet m* representerer frekvensen av forekomst i nettverket av spenningsfall av en viss dybde og varighet, dvs. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100 %, hvor m (δUpr, ΔTNS) — antall spenningsfall dybde δUpr og varighet ΔTNS under T; M - det totale antallet spenningsfall under T.
Noen typer elektriske enheter (datamaskiner, kraftelektronikk), derfor må strømforsyningsprosjekter for slike mottakere sørge for tiltak for å redusere varigheten, intensiteten og dybden av spenningsfall. GOST indikerer ikke de tillatte verdiene for varigheten av spenningsfall.
Impulsspenning
En spenningsstøt er en plutselig endring i spenning etterfulgt av en gjenoppretting av spenningen til sitt normale nivå over en tidsperiode på noen mikrosekunder til 10 millisekunder. Den representerer den maksimale øyeblikkelige verdien av impulsspenningen Uimp (fig. 3).
Ris. 3. Impulsspenning
Impulsspenningen karakteriseres av impulsamplituden U 'imp, som er forskjellen mellom spenningsimpulsen og den øyeblikkelige verdien av spenningen til grunnfrekvensen som tilsvarer øyeblikket for impulsens begynnelse. Pulsvarighet Timp — tidsintervallet mellom det første øyeblikket av spenningspulsen og øyeblikket for gjenoppretting av den øyeblikkelige verdien av spenningen til det normale nivået. Pulsens bredde kan beregnes Timp0,5 på nivået 0,5 av dens amplitude (se fig. 3).
Impulsspenningen bestemmes i relative enheter av formelen ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Følsomme for spenningspulser er også slike elektriske mottakere som datamaskiner, kraftelektronikk osv. Impulsspenninger vises som et resultat av svitsjing i det elektriske nettverket. Impulsspenningsreduksjonstiltak bør vurderes ved utforming av spesifikke strømforsyningsdesign. GOST spesifiserer ikke de tillatte verdiene for impulsspenningen.
Frekvensavvik
Endringer i frekvens skyldes endringer i den totale belastningen og egenskapene til turbinhastighetsregulatorene. Store frekvensavvik skyldes langsomme, regelmessige lastendringer med utilstrekkelig aktiv kraftreserve.
Spenningsfrekvens, i motsetning til andre fenomener som forringer kvaliteten på elektrisitet, er en systemomfattende parameter: alle generatorer koblet til ett system genererer elektrisitet med en spenning med samme frekvens - 50 Hz.
I følge Kirchhoffs første lov er det alltid en streng balanse mellom produksjon av elektrisitet og produksjon av elektrisitet. Derfor forårsaker enhver endring i kraften til lasten en endring i frekvensen, noe som fører til en endring i genereringen av aktiv kraft til generatorene, for hvilke «turbingenerator»-blokkene er utstyrt med enheter som tillater justering av strømmen av energibærer i turbinen avhengig av frekvensendringer i det elektriske systemet.
Med en viss økning i belastningen viser det seg at kraften til "turbingenerator"-blokkene er oppbrukt. Hvis belastningen fortsetter å øke, legger balansen seg til en lavere frekvens - frekvensdrift oppstår. I dette tilfellet snakker vi om et underskudd av aktiv kraft for å opprettholde den nominelle frekvensen.
Frekvensavvik Δf fra den nominelle verdien en bestemmes av formelen Δf = f — fn, hvor er — gjeldende verdi av frekvensen i systemet.
Endringer i frekvens over 0,2 Hz har en betydelig innvirkning på de tekniske og økonomiske egenskapene til elektriske mottakere, derfor er den normale tillatte verdien av frekvensavvik ± 0,2 Hz, og den maksimalt tillatte verdien av frekvensavvik er ± 0,4 Hz. I nødmodus er et frekvensavvik på +0,5 Hz til - 1 Hz tillatt i ikke mer enn 90 timer per år.
Avvik fra frekvensen fra den nominelle fører til en økning i energitap i nettverket, samt en reduksjon i produktiviteten til teknologisk utstyr.
Spenningsamplitudemodulasjonsfaktor og ubalansefaktor mellom fase- og fasespenninger
Amplitudemodulerende spenning karakteriserer spenningsfluktuasjoner og er lik forholdet mellom halvforskjellen til den største og minste amplituden til den modulerte spenningen, tatt for et visst tidsintervall, til spenningens nominelle eller basisverdi, dvs.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
hvor Unb og Unm — henholdsvis den største og minste amplituden til den modulerte spenningen.
Ubalansefaktor mellom fasespenningerne.mf karakteriserer fasefasespenningsubalansen og er lik forholdet mellom svingningen til fasefasespenningsubalansen og spenningens nominelle verdi:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %
hvor Unb og Unm-den høyeste og laveste effektive verdien av de trefasede fasespenningene.
Fasespenningsubalansefaktor kneb.f karakteriserer fasespenningsubalansen og er lik forholdet mellom svingningen til fasespenningsubalansen og den nominelle verdien av fasespenningen:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100 %,
hvor Unb og Unm — den høyeste og laveste effektive verdien av de tre fasespenningene, Un.f — den nominelle verdien av fasespenningen.
Les også: Tiltak og tekniske virkemidler for å forbedre kvaliteten på elektrisk energi