Kazalniki kakovosti električne energije v električnih omrežjih

V skladu z GOST 13109-87 se razlikujejo osnovni in dodatni indikatorji kakovosti električne energije.

Med glavnimi kazalniki kakovosti električne energije določanje lastnosti električne energije, ki označujejo njeno kakovost, vključuje:

1) odstopanje napetosti (δU, %);

2) območje spremembe napetosti (δUT,%);

3) odmerek nihanja napetosti (ψ, %);

4) koeficient nesinusoidalnosti napetostne krivulje (kNSU,%);

5) koeficient n-te komponente harmonične napetosti lihega (sodega) reda (kU (n), %);

6) koeficient negativnega zaporedja napetosti (k2U,%);

7) napetostno razmerje ničelnega zaporedja (k0U, %);

8) trajanje padca napetosti (ΔTpr, s);

9) impulzna napetost (Uimp, V, kV);

10) odstopanje frekvence (Δe, Hz).

Dodatni kazalniki kakovosti električne energije, ki so oblike beleženja glavnih kazalcev kakovosti električne energije in se uporabljajo v drugih regulativnih in tehničnih dokumentih:

1) koeficient amplitudne modulacije napetosti (kMod);

2) koeficient neravnovesja med faznimi napetostmi (kneb.m);

3) faktor neuravnoteženosti faznih napetosti (kneb.f).

Upoštevajte dovoljene vrednosti navedenih kazalnikov za kakovost električne energije, izraze za njihovo opredelitev in obseg. V 95% časa dneva (22,8 ure) kazalniki kakovosti električne energije ne smejo presegati normalnih dovoljenih vrednosti, ves čas, vključno z izrednimi načini, pa morajo biti znotraj najvišjih dovoljenih vrednosti.

Nadzor kakovosti električne energije na značilnih točkah električnih omrežij izvaja osebje elektroomrežnega podjetja. V tem primeru mora biti trajanje merjenja indikatorja kakovosti električne energije najmanj en dan.

Odstopanja napetosti

Odklon napetosti je eden najpomembnejših pokazateljev kakovosti električne energije. Odstopanje napetosti najdemo po formuli

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %

kjer je U (t) - efektivna vrednost napetosti pozitivnega zaporedja osnovne frekvence ali preprosto efektivna vrednost napetosti (z nesinusoidnim faktorjem, manjšim ali enakim 5%), v trenutku T, kV ; Nenominalna napetost, kV.

Količina Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), kjer je UAB (1),UPBC (1), UAC (1) -RMS vrednosti medfazne napetosti pri osnovni frekvenci.

Zaradi spreminjanja obremenitev skozi čas, spreminjanja napetostnega nivoja in drugih dejavnikov se spreminja velikost padca napetosti v elementih omrežja in s tem tudi napetostni nivo UT.Posledično se izkaže, da so na različnih točkah omrežja v istem trenutku in v enem trenutku v različnih časih odstopanja napetosti različna.

Zagotovljeno je normalno delovanje električnih sprejemnikov z napetostjo do 1 kV, če so odstopanja napetosti na njihovem vhodu enaka ± 5% (normalna vrednost) in ± 10% (največja vrednost). V omrežjih z napetostjo 6-20 kV je nastavljeno največje odstopanje napetosti ± 10%.

Moč, ki jo porabijo žarnice z žarilno nitko, je premo sorazmerna z dobavljeno napetostjo na potenco 1,58, svetlobna moč sijalk je na potenco 2,0, svetlobni tok na potenco 3,61, življenjska doba sijalke pa je na moč 13,57. Delovanje fluorescenčnih sijalk je manj odvisno od odstopanja napetosti. Tako se njihova življenjska doba spremeni za 4% pri odstopanju napetosti 1%.

Zmanjšanje osvetlitve na delovnem mestu se pojavi z zmanjšanjem napetosti, kar vodi do zmanjšanja produktivnosti delavcev in poslabšanja njihovega vida. Pri velikih padcih napetosti fluorescenčne sijalke ne svetijo ali utripajo, kar vodi do zmanjšanja njihove življenjske dobe. Z naraščanjem napetosti se življenjska doba žarnic z žarilno nitko močno zmanjša.

Hitrost vrtenja asinhronih elektromotorjev in s tem njihovo delovanje ter porabljena reaktivna moč so odvisni od nivoja napetosti. Slednje se odraža v višini izgub napetosti in moči na odsekih omrežja.

Zmanjšanje napetosti vodi do povečanja trajanja tehnološkega procesa v elektrotermalnih in elektroliznih obratih, pa tudi do nezmožnosti stabilnega sprejema televizijskih oddaj v komunalnih omrežjih. V drugem primeru se uporabljajo tako imenovani stabilizatorji napetosti, ki sami porabijo znatno jalovo moč in imajo izgube moči v jeklu. Za njihovo proizvodnjo se uporablja redko transformatorsko jeklo.

Za zagotovitev potrebne napetosti nizkonapetostnih vodil vseh TP je v prehrambenem centru vgrajena ti protitočna regulacija. Tukaj se v načinu največje obremenitve vzdržuje največja dovoljena napetost procesorskih vodil, v načinu minimalne obremenitve pa minimalna napetost.

V tem primeru se izvaja tako imenovana lokalna regulacija napetosti posamezne transformatorske postaje s postavitvijo stikala razdelilnih transformatorjev v ustrezen položaj. V kombinaciji s centralizirano (v procesorju) in definirano lokalno regulacijo napetosti se uporabljajo regulirane in neregulirane kondenzatorske baterije, imenovane tudi lokalni regulatorji napetosti.

Zmanjšanje napetosti

Nihanje napetosti je razlika med najvišjo ali efektivno vrednostjo napetosti pred in po spremembi napetosti in je določena s formulo

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %

kjer sta Ui in Ui + 1 - vrednosti naslednjih skrajnosti ali ekstremov in vodoravni del ovojnice vrednosti amplitudne napetosti.

Območja nihanja napetosti vključujejo posamezne spremembe napetosti katere koli oblike s hitrostjo ponavljanja od dvakrat na minuto (1/30 Hz) do enkrat na uro, s povprečno hitrostjo spremembe napetosti več kot 0,1 % na sekundo (za žarnice z žarilno nitko) in 0,2 % na sekundo za druge sprejemnike.

Hitre spremembe napetosti povzročajo udarni način delovanja motorjev metalurških valjčnih mlinov vlečnih naprav železnic, travniških peči za proizvodnjo jekla, varilne opreme, pa tudi pogosti zagoni močnih asinhronih elektromotorjev z vevericami, ko zaženejo jalova moč je nekaj odstotkov moči kratkega stika.

Število sprememb napetosti na časovno enoto, tj. frekvenco sprememb napetosti najdemo s formulo F = m / T, kjer je m število sprememb napetosti v času T, T je skupni čas opazovanja nihanja napetosti.

Glavne zahteve za nihanje napetosti so posledica varovanja oči. Ugotovljeno je bilo, da je največja občutljivost očesa na utripanje svetlobe v frekvenčnem območju 8,7 Hz. Zato je za žarnice z žarilno nitko, ki zagotavljajo delovno razsvetljavo s pomembnimi vizualnimi napetostmi, sprememba napetosti dovoljena največ 0,3%, za črpalne svetilke v vsakdanjem življenju - 0,4%, za fluorescenčne sijalke in druge električne sprejemnike - 0,6.

Dovoljena območja nihanja so prikazana na sl. 1.

riž. 1. Dovoljena območja nihanj napetosti: 1 - delovna razsvetljava z žarnicami z žarilno nitko pri visoki vidni napetosti, 2 - domače žarnice z žarilno nitko, 3 - fluorescenčne sijalke

Regija I ustreza delovanju črpalk in gospodinjskih aparatov, II — žerjavi, dvigala, III — obločne peči, ročno uporovno varjenje, IV — delovanje batnih kompresorjev in avtomatsko uporovno varjenje.

Da bi zmanjšali obseg sprememb napetosti v omrežju razsvetljave, ločeno napajanje sprejemnikov omrežja razsvetljave in močnostne obremenitve iz različnih energetskih transformatorjev, vzdolžna kapacitivna kompenzacija električnega omrežja, kot tudi sinhroni elektromotorji in umetni viri reaktivne energije moč (reaktorji ali kondenzatorske baterije, katerih tok se ustvari z uporabo krmiljenih ventilov za pridobitev zahtevane jalove moči).

Odmerek nihanj napetosti

Doza nihanja napetosti je enaka razponu sprememb napetosti in se vnese v obstoječa električna omrežja takoj, ko so opremljena z ustreznimi napravami. Pri uporabi indikatorja "odmerek nihanj napetosti" se ne sme oceniti dopustnosti obsega sprememb napetosti, saj so obravnavani indikatorji zamenljivi.

Doza nihanj napetosti je tudi sestavni del nihanj napetosti, ki povzročajo draženje človeka, akumulirane v določenem časovnem obdobju zaradi utripajoče svetlobe v frekvenčnem območju od 0,5 do 0,25 Hz.

Največja dovoljena vrednost doze zaradi nihanj napetosti (ψ, (%)2) v električnem omrežju, na katerega so priključene svetlobne naprave, ne sme presegati: 0,018 — z žarnicami z žarilno nitko v prostorih, kjer je potrebna znatna vizualna napetost; 0,034 - z žarnicami z žarilno nitko v vseh drugih prostorih; 0,079 - s fluorescentnimi sijalkami.

Nesinusni faktor napetostne krivulje

Pri delu v omrežju močnih usmerniških in pretvorniških instalacij ter obločnih peči in varilnih instalacij, tj. nelinearnih elementov, se krivulje toka in napetosti popačijo. Nesinusne tokovne in napetostne krivulje so harmonična nihanja različnih frekvenc (industrijska frekvenca je najnižji harmonik, vsi ostali glede nanjo so višji harmoniki).

Višji harmoniki v napajalnem sistemu povzročajo dodatne izgube energije, zmanjšujejo življenjsko dobo kosinusnih kondenzatorskih baterij, elektromotorjev in transformatorjev, povzročajo težave pri nastavitvi relejne zaščite in signalizacije ter delovanju elektromotorjev, krmiljenih s tiristorji itd. . .

Vsebnost višjih harmonikov v električnem omrežju je označena z nesinusnim koeficientom napetostne krivulje kNSU, ki je določen z izrazom

kjer je N vrstni red zadnje obravnavane harmonične komponente, Un — efektivna vrednost n-te (n = 2, ... Н) komponente harmonične napetosti, kV.

Normalne in največje dovoljene vrednosti kNSU ne smejo presegati: v električnem omrežju z napetostjo do 1 kV - 5 in 10%, v električnem omrežju 6 - 20 kV - 4 in 8%, v električnem omrežju 35 kV — 3 in 6%, v električnem omrežju 110 kV in več 2 in 4%.

Za zmanjševanje višjih harmonikov se uporabljajo močnostni filtri, ki so zaporedne povezave induktivnega in kapacitivnega upora, uglašenega na resonanco pri določenem harmoniku. Za odpravo harmonikov pri nizkih frekvencah se uporabljajo pretvorniške naprave z velikim številom faz.

Koeficient n-te komponente harmonične napetosti lihega (sodega) reda

Koeficient nTa harmonična komponenta napetosti lihega (sodega) reda je razmerje med efektivno vrednostjo n-te harmonične komponente napetosti in efektivno vrednostjo napetosti osnovne frekvence, tj. kU (n) = (Un/Un) x 100 %

Z vrednostjo koeficienta kU (n) je spekter določen z n-x harmoničnimi komponentami, za zatiranje katerih morajo biti zasnovani ustrezni močnostni filtri.

Normalne in najvišje dovoljene vrednosti ne smejo presegati: v električnem omrežju z napetostjo do 1 kV - 3 in 6%, v električnem omrežju 6 - 20 kV 2,5 in 5%, v električnem omrežju 35 kV - 2 in 4%, v električnem omrežju 110 kV in nad 1 in 2%.

Napetostno neravnovesje

Napetostno neravnovesje nastane zaradi obremenitve enofaznih električnih sprejemnikov. Ker distribucijska omrežja z napetostmi nad 1 kV delujejo z izoliranim ali kompenziranim nevtralnim, potem napetostna asimetrija zaradi pojava napetosti negativnega zaporedja. Asimetrija se kaže v obliki neenakosti linijska in fazna napetost in negativni zaporedni dejavnik je značilen:

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

kjer je U2(1) efektivna vrednost napetosti negativnega zaporedja pri osnovni frekvenci trifaznega napetostnega sistema, kV. Vrednost U2(1) lahko dobite z merjenjem treh napetosti pri osnovni frekvenci, tj. UA(1), UB (1), UB (1)... Potem

kjer yA, yB in y° C — fazna prevodnost sprejemnika A, B in ° C.

V omrežjih z napetostmi nad 1 kV prihaja do napetostne asimetrije predvsem zaradi enofaznih elektrotermičnih inštalacij (indirektne obločne peči, uporovne peči, peči z indukcijskimi kanali, elektrotalilne naprave za žlindro itd.).

Ali prisotnost napetosti negativnega zaporedja povzroči dodatno segrevanje vzbujevalnih navitij sinhronskih generatorjev in povečanje njihovih vibracij, dodatno ogrevanje elektromotorjev in močno zmanjšanje življenjske dobe njihove izolacije, zmanjšanje ustvarjene jalove moči z močnostnimi kondenzatorji, dodatnim ogrevanjem vodov in transformatorjev? povečanje števila lažnih alarmov relejne zaščite itd.

Na sponkah simetričnega električnega sprejemnika je običajno dovoljeno razmerje neuravnoteženosti 2 %, največje dovoljeno pa 4 %.

Vpliv neuravnoteženosti se močno zmanjša, če se enofazni porabniki električne energije napajajo z ločenimi transformatorji, pa tudi če se uporabljajo krmiljene in nekontrolirane izravnalne naprave, ki kompenzirajo ekvivalentni tok negativnega zaporedja, ki ga porabijo enofazne obremenitve.

V štirižilnih omrežjih z napetostjo do 1 kV neravnovesje, ki ga povzročajo enofazni sprejemniki, povezani s faznimi napetostmi, spremlja prehod toka v nevtralni žici in s tem pojav napetosti ničelnega zaporedja .

Napetostni faktor ničelnega zaporedja k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %

kjer je U0 (1) - efektivna vrednost napetosti ničelnega zaporedja osnovne frekvence, kV; Un.f. — nazivna vrednost fazne napetosti, kV.

Količino U0(1) določimo z merjenjem treh faznih napetosti pri osnovni frekvenci, tj.

kjer tiA, vB, c° C, yO - prevodnost faz A, B, C sprejemnika in prevodnost nevtralne žice; UA (1), UB (1), UVB (1) - efektivne vrednosti faznih napetosti.

Dovoljena vrednost U0(1) je omejena z zahtevami za toleranco napetosti, ki so izpolnjene s faktorjem ničelnega zaporedja 2 % kot običajna raven in 4 % kot najvišja raven.

Zmanjšanje vrednosti je mogoče doseči z racionalno porazdelitvijo enofazne obremenitve med fazami, pa tudi s povečanjem prereza nevtralne žice na prerez faznih žic in uporabo transformatorjev v distribucijskem omrežju. s povezovalno skupino zvezda-cik-cak.

Padec napetosti in intenzivnost padcev napetosti

Padec napetosti — to je nenadno občutno zmanjšanje napetosti na točki električnega omrežja, ki mu sledi obnovitev napetosti na začetno raven ali blizu nje po časovnem intervalu od nekaj obdobij do nekaj deset sekund.

Trajanje padca napetosti ΔTpr je časovni interval med začetnim trenutkom padca napetosti in trenutkom povrnitve napetosti na začetni nivo ali blizu njega (slika 2), tj. ΔTpr = Tvos — Trano

riž. 2. Trajanje in globina padca napetosti

Pomen ΔTpr se spreminja od nekaj obdobij do nekaj deset sekund. Padec napetosti označujeta intenzivnost in globina padca δUpr, ki je razlika med nazivno vrednostjo napetosti in minimalno efektivno vrednostjo napetosti Umin med padcem napetosti in je izražena kot odstotek nazivne vrednosti napetost ali v absolutnih enotah.

Količina δUpr se določi na naslednji način:

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

Intenziteta padca napetosti m* predstavlja pogostost pojavljanja v omrežju padcev napetosti določene globine in trajanja, t.j. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, kjer m (δUpr, ΔTNS) — število globinskih padcev napetosti δUpr in trajanje ΔTNS med T; M - skupno število padcev napetosti med T.

Nekatere vrste električnih naprav (računalniki, močnostna elektronika), zato morajo projekti napajanja takšnih sprejemnikov predvidevati ukrepe za zmanjšanje trajanja, intenzivnosti in globine padcev napetosti. GOST ne navaja dovoljenih vrednosti za trajanje padcev napetosti.

Impulzna napetost

Napetostni sunek je nenadna sprememba napetosti, ki ji sledi povrnitev napetosti na normalno raven v časovnem obdobju od nekaj mikrosekund do 10 milisekund. Predstavlja največjo trenutno vrednost impulzne napetosti Uimp (slika 3).

riž. 3. Impulzna napetost

Za impulzno napetost je značilna amplituda impulza U 'imp, ki je razlika med napetostnim impulzom in trenutno vrednostjo napetosti osnovne frekvence, ki ustreza trenutku začetka impulza. Trajanje impulza Timp — časovni interval med začetnim trenutkom napetostnega impulza in trenutkom obnovitve trenutne vrednosti napetosti na normalno raven. Širina impulza se lahko izračuna Timp0,5 na ravni 0,5 njegove amplitude (glej sliko 3).

Impulzna napetost je določena v relativnih enotah s formulo ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Na napetostne impulze so občutljivi tudi takšni električni sprejemniki, kot so računalniki, močnostna elektronika itd. Impulzne napetosti se pojavijo kot posledica preklopov v električnem omrežju. Pri načrtovanju posebnih zasnov napajanja je treba upoštevati ukrepe za zmanjšanje impulzne napetosti. GOST ne določa dovoljenih vrednosti impulzne napetosti.

Frekvenčno odstopanje

Spremembe frekvence so posledica sprememb celotne obremenitve in značilnosti turbinskih regulatorjev hitrosti. Velika odstopanja frekvence so posledica počasnih rednih sprememb obremenitve z nezadostno rezervo delovne moči.

Frekvenca napetosti je za razliko od drugih pojavov, ki poslabšajo kakovost električne energije, sistemski parameter: vsi generatorji, povezani v en sistem, proizvajajo električno energijo pri napetosti z enako frekvenco — 50 Hz.

Po prvem Kirchhoffovem zakonu vedno obstaja strogo ravnotežje med proizvodnjo električne energije in proizvodnjo električne energije. Zato vsaka sprememba moči obremenitve povzroči spremembo frekvence, kar vodi do spremembe v proizvodnji delovne moči generatorjev, za katere so bloki "turbogeneratorja" opremljeni z napravami, ki omogočajo prilagajanje pretoka. nosilca energije v turbini v odvisnosti od frekvenčnih sprememb v električnem sistemu.

Z določenim povečanjem obremenitve se izkaže, da je moč blokov "turbogeneratorja" izčrpana. Če se obremenitev še naprej povečuje, se ravnotežje vzpostavi pri nižji frekvenci – pride do frekvenčnega drsenja. V tem primeru govorimo o primanjkljaju delovne moči za vzdrževanje nazivne frekvence.

Odstopanje frekvence Δf od nazivne vrednosti en se določi s formulo Δf = f — fn, kjer je — trenutna vrednost frekvence v sistemu.

Spremembe frekvence nad 0,2 Hz pomembno vplivajo na tehnične in ekonomske lastnosti električnih sprejemnikov, zato je normalna dovoljena vrednost odstopanja frekvence ± 0,2 Hz, največja dovoljena vrednost odstopanja frekvence pa ± 0,4 Hz. V zasilnih načinih je dovoljeno odstopanje frekvence od +0,5 Hz do – 1 Hz za največ 90 ur na leto.

Odstopanje frekvence od nominalne vodi do povečanja izgub energije v omrežju, pa tudi do zmanjšanja produktivnosti tehnološke opreme.

Faktor modulacije amplitude napetosti in faktor neuravnoteženosti med fazo in faznimi napetostmi

Amplitudna modulacijska napetost označuje napetostna nihanja in je enaka razmerju polovične razlike največje in najmanjše amplitude modulirane napetosti, vzete za določen časovni interval, do nazivne ali osnovne vrednosti napetosti, tj.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

kjer sta Unb in Unm največja in najmanjša amplituda modulirane napetosti.

Faktor neuravnoteženosti med faznimi napetostmisne.mf označuje neravnovesje napetosti med fazo in fazo in je enak razmerju nihanja neravnovesja napetosti med fazo in nominalno vrednostjo napetosti:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %

kjer sta Unb in Unm najvišja in najnižja efektivna vrednost trifazne fazne napetosti.

Fazni faktor neuravnoteženosti fazne napetosti kneb.f označuje neuravnoteženost fazne napetosti in je enak razmerju med nihanjem neuravnoteženosti fazne napetosti in nazivno vrednostjo fazne napetosti:

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

kjer Unb in Unm — najvišja in najnižja efektivna vrednost treh faznih napetosti, Un.f — nazivna vrednost fazne napetosti.

Preberite tudi: Ukrepi in tehnična sredstva za izboljšanje kakovosti električne energije