Pokazatelji kvalitete električne energije u električnim mrežama

U skladu s GOST 13109-87 razlikuju se osnovni i dodatni pokazatelji kvalitete električne energije.

Među glavnim pokazateljima kvalitete električne energije, određivanje svojstava električne energije koja karakteriziraju njezinu kvalitetu uključuje:

1) odstupanje napona (δU, %);

2) raspon promjene napona (δUT,%);

3) doza kolebanja napona (ψ, %);

4) koeficijent nesinusoidalnosti naponske krivulje (kNSU, %);

5) koeficijent n-te komponente harmonijskog napona neparnog (parnog) reda (kU (n), %);

6) koeficijent negativnog slijeda napona (k2U, %);

7) omjer napona nulte sekvence (k0U, %);

8) trajanje pada napona (ΔTpr, s);

9) impulsni napon (Uimp, V, kV);

10) odstupanje frekvencije (Δe, Hz).

Dodatni pokazatelji kvalitete električne energije, koji su oblici bilježenja glavnih pokazatelja kvalitete električne energije i koriste se u drugim regulatornim i tehničkim dokumentima:

1) koeficijent amplitudne modulacije napona (kMod);

2) koeficijent neravnoteže između faznih napona (kneb.m);

3) faktor nesimetrije faznih napona (kneb.f).

Zabilježimo dopuštene vrijednosti navedenih pokazatelja za kvalitetu električne energije, izraze za njihovu definiciju i opseg. Tijekom 95% vremena u danu (22,8 sati) pokazatelji kvalitete električne energije ne bi smjeli prelaziti normalne dopuštene vrijednosti, a cijelo vrijeme, uključujući i hitne načine rada, trebali bi biti unutar maksimalno dopuštenih vrijednosti.

Kontrolu kvalitete električne energije na karakterističnim točkama električnih mreža provodi osoblje elektromrežnog poduzeća. U tom slučaju trajanje mjerenja pokazatelja kvalitete električne energije treba biti najmanje jedan dan.

Odstupanja napona

Odstupanje napona jedan je od najvažnijih pokazatelja kvalitete električne energije. Odstupanje napona nalazi se formulom

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

gdje je U (t) — efektivna vrijednost napona pozitivnog niza osnovne frekvencije ili jednostavno efektivna vrijednost napona (s nesinusoidnim faktorom manjim ili jednakim 5%), u trenutku T, kV ; Nenominalni napon, kV.

Količina Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), gdje je UAB (1),UPBC (1), UAC (1) -RMS vrijednosti međufaznog napona na osnovnoj frekvenciji.

Uslijed promjena opterećenja tijekom vremena, promjena naponske razine i drugih čimbenika, mijenja se veličina pada napona u elementima mreže, a sukladno tome i naponska razina UT.Kao rezultat toga, ispada da su na različitim točkama mreže u istom trenutku u vremenu iu jednom trenutku u različitom vremenu odstupanja napona različita.

Normalan rad električnih prijemnika s naponom do 1 kV osiguran je pod uvjetom da su odstupanja napona na njihovom ulazu jednaka ± 5% (normalna vrijednost) i ± 10% (maksimalna vrijednost). U mrežama s naponom od 6 — 20 kV postavljeno je maksimalno odstupanje napona od ± 10%.

Snaga koju troše žarulje sa žarnom niti izravno je proporcionalna napajanom naponu snage 1,58, svjetlosna snaga žarulja je snage 2,0, svjetlosni tok je snage 3,61, a vijek trajanja žarulje je snaga 13,57. Rad fluorescentnih svjetiljki manje ovisi o odstupanju napona. Tako se njihov vijek trajanja mijenja za 4% uz odstupanje napona od 1%.

Smanjenje osvjetljenja na radnom mjestu događa se smanjenjem napetosti, što dovodi do smanjenja produktivnosti radnika i pogoršanja vida. S velikim padovima napona, fluorescentne svjetiljke ne svijetle i ne trepću, što dovodi do smanjenja njihovog vijeka trajanja. Kako se napon povećava, životni vijek žarulja sa žarnom niti dramatično se smanjuje.

Brzina vrtnje asinkronih elektromotora i, sukladno tome, njihov rad, kao i potrošena jalova snaga, ovise o razini napona. Potonje se odražava na količinu gubitaka napona i snage u dijelovima mreže.

Smanjenje napona dovodi do povećanja trajanja tehnološkog procesa u elektrotermičkim postrojenjima i elektrolizama, kao i do nemogućnosti stabilnog prijema televizijskog programa u komunalnim mrežama. U drugom slučaju koriste se tzv. stabilizatori napona koji sami troše značajnu jalovu snagu i koji imaju gubitke snage u čeliku. Za njihovu proizvodnju koristi se deficitarni transformatorski čelik.

Kako bi se osigurao potreban napon niskonaponskih sabirnica svih TP-a, u prehrambenom centru provodi se tzv. protustrujna regulacija. Ovdje se u režimu maksimalnog opterećenja održava maksimalni dopušteni napon procesorskih sabirnica, a u režimu minimalnog opterećenja održava se minimalni napon.

U ovom slučaju radi se o tzv. lokalnoj regulaciji napona svake transformatorske stanice postavljanjem prekidača razdjelnih transformatora u odgovarajući položaj. U kombinaciji s centraliziranom (u procesoru) i definiranom lokalnom regulacijom napona koriste se regulirane i neregulirane baterije kondenzatora, koje se nazivaju i lokalni regulatori napona.

Smanjenje napetosti

Zamah napona je razlika između vršnih ili efektivnih vrijednosti napona prije i poslije promjene napona i određuje se formulom

δUt = ((Ui — Ui + 1) / √2Un) x 100%

gdje su Ui i Ui + 1- vrijednosti sljedećih ekstrema ili ekstrema i horizontalni dio omotnice vrijednosti amplitudnog napona.

Rasponi ljuljanja napona uključuju pojedinačne promjene napona bilo kojeg oblika s stopom ponavljanja od dvaput u minuti (1/30 Hz) do jednom na sat, s prosječnom stopom promjene napona većom od 0,1% u sekundi (za žarulje sa žarnom niti) i 0,2 % u sekundi za druge prijemnike.

Brze promjene napona uzrokovane su udarnim načinom rada motora metalurških valjkastih mlinova vučnih postrojenja željeznica, livadskih peći za proizvodnju čelika, opreme za zavarivanje, kao i čestih pokretanja snažnih asinkronih elektromotora s vjevericama, kada pokreću jalova snaga iznosi nekoliko postotaka snage kratkog spoja.

Broj promjena napona u jedinici vremena, tj. učestalost promjena napona nalazi se formulom F = m / T, gdje je m broj promjena napona tijekom vremena T, T je ukupno vrijeme promatranja promjene napona.

Glavni zahtjevi za fluktuacije napona su zbog zaštite ljudskih očiju. Utvrđeno je da je najveća osjetljivost oka na treperenje svjetla u frekvencijskom području od 8,7 Hz. Stoga, za žarulje sa žarnom niti koje pružaju radnu rasvjetu sa značajnim vizualnim naponima, promjena napona dopuštena je ne više od 0,3%, za pumpne svjetiljke u svakodnevnom životu - 0,4%, za fluorescentne svjetiljke i druge električne prijemnike - 0,6.

Dopušteni rasponi njihanja prikazani su na sl. 1.

Riža. 1. Dopušteni rasponi fluktuacija napona: 1 — radna rasvjeta sa žaruljama sa žarnom niti pri visokom vizualnom naponu, 2 — kućne žarulje sa žarnom niti, 3 — fluorescentne svjetiljke

Regija I odgovara radu pumpi i kućanskih aparata, II — dizalice, dizalice, III — elektrolučne peći, ručno otporno zavarivanje, IV — rad klipnih kompresora i automatsko otporno zavarivanje.

Da bi se smanjio raspon promjena napona u rasvjetnoj mreži, odvojeno napajanje prijemnika rasvjetne mreže i energetskog opterećenja iz različitih energetskih transformatora, uzdužna kapacitivna kompenzacija energetske mreže, kao i sinkroni elektromotori i umjetni izvori reaktivne snage (reaktori ili kondenzatorske baterije čija se struja stvara pomoću upravljanih ventila za dobivanje potrebne jalove snage).

Doza fluktuacija napona

Doza kolebanja napona identična je rasponu promjena napona i uvodi se u postojeće električne mreže čim budu opremljene odgovarajućim uređajima. Pri korištenju pokazatelja "doza fluktuacija napona" ne može se izvršiti procjena prihvatljivosti raspona promjena napona, budući da su razmatrani pokazatelji međusobno zamjenjivi.

Doza kolebanja napona također je integralna karakteristika kolebanja napona koja izaziva iritaciju osobe akumulirana tijekom određenog vremenskog razdoblja uslijed bljeskanja svjetla u frekvencijskom području od 0,5 do 0,25 Hz.

Najveća dopuštena vrijednost doze od kolebanja napona (ψ, (%)2) u električnoj mreži na koju su priključene rasvjetne instalacije ne smije prelaziti: 0,018 — kod žarulja sa žarnom niti u prostorijama gdje je potreban značajan vizualni napon; 0,034 — sa žaruljama sa žarnom niti u svim ostalim sobama; 0,079 — s fluorescentnim svjetiljkama.

Faktor nesinusoidnosti naponske krivulje

Pri radu u mreži snažnih ispravljačkih i pretvaračkih instalacija, kao i elektrolučnih peći i instalacija za zavarivanje, tj. nelinearnih elemenata, krivulje struje i napona su iskrivljene. Nesinusne krivulje struje i napona su harmonijske oscilacije različitih frekvencija (industrijska frekvencija je najniži harmonik, svi ostali u odnosu na nju su viši harmonici).

Viši harmonici u sustavu napajanja uzrokuju dodatne gubitke energije, smanjuju radni vijek kosinusnih kondenzatorskih baterija, elektromotora i transformatora, dovode do poteškoća u postavljanju relejne zaštite i signalizacije, kao i radu elektromotora upravljanih tiristorima itd. . .

Sadržaj viših harmonika u električnoj mreži karakterizira nesinusoidni koeficijent krivulje napona kNSU koji je određen izrazom

gdje je N redoslijed posljednje od razmatranih harmonijskih komponenti, Un — efektivna vrijednost n-te (n = 2, ... N) komponente harmonijskog napona, kV.

Normalne i najveće dopuštene vrijednosti kNSU ne smiju premašiti, odnosno: u električnoj mreži s naponom do 1 kV - 5 i 10%, u električnoj mreži 6 - 20 kV - 4 i 8%, u električnoj mreži 35 kV — 3 i 6%, u električnoj mreži 110 kV i iznad 2 i 4%.

Za smanjenje viših harmonika koriste se filtri snage, koji su serijski spoj induktivnog i kapacitivnog otpora podešenog na rezonanciju na određenom harmoniku. Za uklanjanje harmonika na niskim frekvencijama koriste se pretvaračke instalacije s velikim brojem faza.

Koeficijent n-te komponente harmonijskog napona neparnog (parnog) reda

Koeficijent nOva harmonijska komponenta napona neparnog (parnog) reda je omjer efektivne vrijednosti n-te harmonijske komponente napona prema efektivnoj vrijednosti napona osnovne frekvencije, tj. kU (n) = (Un/Un) x 100%

Vrijednosti koeficijenta kU (n) spektar je određen s n-x harmonijskih komponenti, za čije potiskivanje moraju biti projektirani odgovarajući filtri snage.

Normalne i najveće dopuštene vrijednosti ne smiju premašiti, redom: u električnoj mreži s naponom do 1 kV - 3 i 6%, u električnoj mreži 6 - 20 kV 2,5 i 5%, u električnoj mreži 35 kV - 2 i 4%, u električnoj mreži 110 kV i iznad 1 i 2%.

Neravnoteža napona

Neravnoteža napona nastaje zbog opterećenja jednofaznih električnih prijemnika. Budući da distribucijske mreže s naponima iznad 1 kV rade s izoliranom ili kompenziranom nultom, tada asimetrija napona zbog pojave napona negativnog slijeda. Asimetrija se manifestira u obliku nejednakosti linijski i fazni napon a negativan uzastopni faktor karakterizira:

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

gdje je U2(1) efektivna vrijednost napona negativnog slijeda na osnovnoj frekvenciji trofaznog naponskog sustava, kV. U vrijednost2(1) može se dobiti mjerenjem tri napona na osnovnoj frekvenciji, tj. UA(1), UB (1), UB (1)... Zatim

gdje yA, yB i y° C — fazna vodljivost A, B i ° C prijemnika.

U mrežama s naponima iznad 1 kV, naponska asimetrija se javlja uglavnom zbog jednofaznih elektrotermalnih instalacija (indirektne lučne peći, otporne peći, peći s indukcijskim kanalima, instalacije za elektrotaljenje troske itd.).

Dovodi li prisutnost napona negativnog slijeda do dodatnog zagrijavanja namota pobude sinkronih generatora i povećanja njihovih vibracija, dodatnog zagrijavanja elektromotora i oštrog smanjenja vijeka trajanja njihove izolacije, smanjenja generirane jalove snage energetskim kondenzatorima, dodatnim zagrijavanjem vodova i transformatora? povećanje broja lažnih alarma relejne zaštite itd.

Na stezaljkama simetričnog električnog prijamnika normalno dopušteni omjer neuravnoteženosti je 2%, a najveći dopušteni 4%.

Utjecaj neuravnoteženosti znatno se smanjuje kada se jednofazni potrošači napajaju iz zasebnih transformatora, kao i kada se koriste kontrolirani i nekontrolirani uređaji za uravnoteženje, koji kompenziraju ekvivalentnu struju negativnog slijeda koju troše jednofazni potrošači.

U četverožilnim mrežama s naponom do 1 kV, neravnoteža uzrokovana jednofaznim prijemnicima povezanim s faznim naponima popraćena je prolazom struje u neutralnoj žici i, prema tome, pojavom napona nulte sekvence .

Faktor napona nulte sekvence k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

gdje je U0 (1) — efektivna vrijednost napona nulte sekvence osnovne frekvencije, kV; Un.f. — nazivna vrijednost faznog napona, kV.

Veličina U0(1) određena je mjerenjem trofaznih napona na osnovnoj frekvenciji, tj.

gdje tiA, vB, c° C, yO - vodljivost faza A, B, C prijemnika i vodljivost neutralne žice; UA (1), UB (1), UVB (1) - efektivne vrijednosti faznih napona.

Dopuštena vrijednost U0(1) ograničena je zahtjevima tolerancije napona koji su zadovoljeni faktorom nulte sekvence od 2% kao normalna razina i 4% maksimalne razine.

Smanjenje vrijednosti može se postići racionalnom raspodjelom jednofaznog opterećenja između faza, kao i povećanjem presjeka neutralne žice na presjek faznih žica i korištenjem transformatora u distribucijskoj mreži. s veznom grupom zvijezda-cik-cak.

Pad napona i intenzitet padova napona

Pad napona — ovo je iznenadno značajno smanjenje napona u nekoj točki električne mreže, nakon čega slijedi oporavak napona na početnu razinu ili blizu nje nakon vremenskog intervala od nekoliko razdoblja do nekoliko desetaka sekundi.

Trajanje pada napona ΔTpr je vremenski interval između početnog trenutka pada napona i trenutka vraćanja napona na početnu razinu ili blizu nje (slika 2), tj. ΔTpr = Tvos — Trano

Riža. 2. Trajanje i dubina pada napona

Značenje ΔTpr varira od nekoliko razdoblja do nekoliko desetaka sekundi. Pad napona karakteriziraju intenzitet i dubina pada δUpr, što je razlika između nazivne vrijednosti napona i minimalne efektivne vrijednosti napona Umin tijekom pada napona i izražava se kao postotak nazivne vrijednosti napon ili u apsolutnim jedinicama.

Količina δUpr se određuje na sljedeći način:

δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% ili δUpr = Un — Umin

Intenzitet propadanja napona m* predstavlja učestalost pojavljivanja u mreži propadanja napona određene dubine i trajanja, tj. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/M) NS 100%, gdje je m (δUpr, ΔTNS) — broj dubine padova napona δUpr i trajanje ΔTNS tijekom T; M — ukupan broj padova napona tijekom T.

Neke vrste električnih uređaja (računala, energetska elektronika), stoga projekti napajanja takvih prijamnika moraju predvidjeti mjere za smanjenje trajanja, intenziteta i dubine padova napona. GOST ne ukazuje na dopuštene vrijednosti za trajanje padova napona.

Impulsni napon

Naponski udar je iznenadna promjena napona nakon koje slijedi oporavak napona na normalnu razinu u vremenskom razdoblju od nekoliko mikrosekundi do 10 milisekundi. Predstavlja najveću trenutnu vrijednost impulsnog napona Uimp (slika 3).

Riža. 3. Impulsni napon

Napon impulsa karakterizira amplituda impulsa U 'imp, koja je razlika između impulsa napona i trenutne vrijednosti napona osnovne frekvencije koja odgovara trenutku početka impulsa. Trajanje impulsa Timp — vremenski interval između početnog trenutka impulsa napona i trenutka vraćanja trenutne vrijednosti napona na normalnu razinu. Širina pulsa može se izračunati Timp0,5 na razini od 0,5 njegove amplitude (vidi sliku 3).

Impulsni napon se određuje u relativnim jedinicama formulom ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Osjetljivi na naponske impulse su i takvi električni prijemnici kao što su računala, energetska elektronika itd. Impulsni naponi nastaju kao posljedica sklopki u električnoj mreži. Mjere smanjenja impulsnog napona treba uzeti u obzir pri projektiranju specifičnih dizajna napajanja. GOST ne navodi dopuštene vrijednosti impulsnog napona.

Odstupanje frekvencije

Promjene u frekvenciji su posljedica promjena u ukupnom opterećenju i karakteristikama turbinskih regulatora brzine. Velika odstupanja frekvencije rezultat su sporih, redovitih promjena opterećenja s nedovoljnom rezervom aktivne snage.

Frekvencija napona, za razliku od drugih pojava koje degradiraju kvalitetu električne energije, parametar je cijelog sustava: svi generatori povezani u jedan sustav proizvode električnu energiju na naponu iste frekvencije — 50 Hz.

Prema prvom Kirchhoffovom zakonu uvijek postoji stroga ravnoteža između proizvodnje električne energije i proizvodnje električne energije. Stoga svaka promjena u snazi ​​opterećenja uzrokuje promjenu frekvencije, što dovodi do promjene u stvaranju djelatne snage generatora, za što su blokovi «turbina-generator» opremljeni uređajima koji omogućuju podešavanje protoka nositelja energije u turbini ovisno o promjenama frekvencije u električnom sustavu.

S određenim povećanjem opterećenja ispada da je snaga blokova "turbina-generator" iscrpljena. Ako se opterećenje nastavi povećavati, ravnoteža se uspostavlja na nižoj frekvenciji - dolazi do pomaka frekvencije. U ovom slučaju govorimo o manjku djelatne snage za održavanje nazivne frekvencije.

Odstupanje frekvencije Δf od nazivne vrijednosti en određuje se formulom Δf = f — fn, gdje je — trenutna vrijednost frekvencije u sustavu.

Promjene frekvencije iznad 0,2 Hz imaju značajan utjecaj na tehničke i ekonomske karakteristike električnih prijamnika, stoga je normalna dopuštena vrijednost odstupanja frekvencije ± 0,2 Hz, a najveća dopuštena vrijednost odstupanja frekvencije ± 0,4 Hz. U hitnim načinima rada dopušteno je odstupanje frekvencije od +0,5 Hz do — 1 Hz ne više od 90 sati godišnje.

Odstupanje frekvencije od nazivne dovodi do povećanja gubitaka energije u mreži, kao i do smanjenja produktivnosti tehnološke opreme.

Faktor modulacije amplitude napona i faktor neravnoteže između faznih i faznih napona

Amplitudno modulirajući napon karakterizira fluktuacije napona i jednak je omjeru polurazlike najveće i najmanje amplitude moduliranog napona, uzetog za određeni vremenski interval, prema nazivnoj ili osnovnoj vrijednosti napona, tj.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

gdje Unb i Unm — najveća odnosno najmanja amplituda moduliranog napona.

Faktor neravnoteže između faznih naponasne.mf karakterizira neravnotežu napona faza-faza i jednak je omjeru zamaha neravnoteže napona faza-faza prema nazivnoj vrijednosti napona:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

gdje Unb i Unm-najviša i najniža efektivna vrijednost trofaznih faznih napona.

Faktor neravnoteže faznog napona kneb.f karakterizira neravnotežu faznog napona i jednak je omjeru zamaha neravnoteže faznog napona prema nazivnoj vrijednosti faznog napona:

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

gdje su Unb i Unm — najveća i najniža efektivna vrijednost trofaznih napona, Un.f — nazivna vrijednost faznog napona.

Pročitajte također: Mjere i tehnička sredstva za poboljšanje kvalitete električne energije