Indicatori ai calității energiei electrice în rețelele electrice
În conformitate cu GOST 13109-87, se disting indicatorii de bază și suplimentari de calitate a puterii.
Printre principalii indicatori ai calității energiei electrice, determinarea proprietăților energiei electrice care caracterizează calitatea acesteia include:
1) abaterea tensiunii (δU, %);
2) intervalul de modificare a tensiunii (δUT,%);
3) doza fluctuaţiilor de tensiune (ψ, %);
4) coeficientul de nesinusoidalitate al curbei tensiunii (kNSU, %);
5) coeficientul componentei a n-a a tensiunii armonice de ordin impar (par) (kU (n), %);
6) coeficientul secvenței negative a tensiunilor (k2U, %);
7) raportul tensiunii de ordine zero (k0U, %);
8) durata căderii de tensiune (ΔTpr, s);
9) tensiune de impuls (Uimp, V, kV);
10) abaterea de frecvență (Δe, Hz).
Indicatori suplimentari de calitate a energiei, care sunt forme de înregistrare a principalelor indicatori de calitate a energiei și sunt utilizați în alte documente de reglementare și tehnice:
1) coeficientul de modulare a amplitudinii tensiunilor (kMod);
2) coeficientul de dezechilibru între tensiunile de fază (kneb.m);
3) factorul de dezechilibru al tensiunilor de fază (kneb.f).
Să notăm valorile admisibile ale indicatorilor specificați pentru calitatea energiei electrice, expresii pentru definirea și domeniul de aplicare a acestora. În 95% din timpul zilei (22,8 ore), indicatorii de calitate a puterii nu trebuie să depășească valorile normale admise și în orice moment, inclusiv în modurile de urgență, trebuie să se încadreze în valorile maxime admise.
Controlul calitatii energiei electrice in punctele caracteristice ale retelelor electrice se realizeaza de catre personalul intreprinderii de retea electrica. În acest caz, durata măsurării indicatorului de calitate a puterii ar trebui să fie de cel puțin o zi.
Abateri de tensiune
Abaterea tensiunii este unul dintre cei mai importanți indicatori ai calității puterii. Abaterea tensiunii se găsește prin formula
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%
unde U (t) — valoarea efectivă a tensiunii secvenței pozitive a frecvenței fundamentale sau pur și simplu valoarea efectivă a tensiunii (cu un factor nesinusoidal mai mic sau egal cu 5%), în momentul T, kV ; Tensiune nenominală, kV.
Cantitatea Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), unde UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-valori RMS ale tensiunii fază la fază la frecvența fundamentală.
Datorită modificărilor sarcinilor în timp, modificări ale nivelului de tensiune și alți factori, amploarea căderii de tensiune în elementele rețelei se modifică și, în consecință, nivelul de tensiune UT.Ca urmare, se dovedește că în diferite puncte ale rețelei în același moment în timp și la un moment dat în timp diferit, abaterile de tensiune sunt diferite.
Funcționarea normală a receptoarelor electrice cu o tensiune de până la 1 kV este asigurată cu condiția ca abaterile de tensiune la intrarea acestora să fie egale cu ± 5% (valoare normală) și ± 10% (valoare maximă). În rețelele cu o tensiune de 6 — 20 kV, se stabilește o abatere maximă de tensiune de ± 10%.
Puterea consumată de lămpile cu incandescență este direct proporțională cu tensiunea furnizată la puterea de 1,58, puterea luminoasă a lămpilor este la puterea de 2,0, fluxul luminos este la puterea de 3,61, iar durata de viață a lămpii este de puterea de 13,57. Funcționarea lămpilor fluorescente depinde mai puțin de abaterea tensiunii. Astfel, durata de viață a acestora se modifică cu 4% cu o abatere de tensiune de 1%.
Reducerea luminii la locurile de muncă are loc cu scăderea tensiunii, ceea ce duce la scăderea productivității lucrătorilor și la deteriorarea vederii acestora. Cu căderi mari de tensiune, lămpile fluorescente nu se aprind sau clipesc, ceea ce duce la o scădere a duratei de viață a acestora. Pe măsură ce tensiunea crește, durata de viață a lămpilor cu incandescență este redusă dramatic.
Viteza de rotație a motoarelor electrice asincrone și, în consecință, funcționarea acestora, precum și puterea reactivă consumată, depind de nivelul de tensiune. Acesta din urmă se reflectă în cantitatea de pierderi de tensiune și putere în secțiunile rețelei.
Scăderea tensiunii duce la creșterea duratei procesului tehnologic în instalațiile electrotermale și de electroliză, precum și la imposibilitatea recepției stabile a emisiunilor de televiziune în rețelele de utilități. În al doilea caz, se folosesc așa-numiții stabilizatori de tensiune, care consumă ei înșiși o putere reactivă semnificativă și care au pierderi de putere în oțel. Pentru producerea lor se folosește oțel de transformare limitat.
Pentru a asigura tensiunea necesară a magistralelor de joasă tensiune ale tuturor TP-urilor, așa-numita reglementare în contracurent în centrul alimentar. Aici, în modul de sarcină maximă, se menține tensiunea maximă admisă a magistralelor procesorului, iar în modul de sarcină minimă se menține tensiunea minimă.
În acest caz, așa-numita reglare locală a tensiunii fiecărei stații de transformare prin plasarea comutatorului transformatoarelor de distribuție în poziția corespunzătoare. În combinație cu reglarea locală a tensiunii centralizată (în procesor) și definită, sunt utilizate bănci de condensatoare reglate și nereglate, numite și regulatoare locale de tensiune.
Reducerea tensiunii
Oscilația de tensiune este diferența dintre valorile tensiunii de vârf sau rms înainte și după o schimbare a tensiunii și este determinată de formula
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%
unde Ui și Ui + 1- valorile următoarelor extreme sau extreme și partea orizontală a anvelopei valorilor tensiunii de amplitudine.
Intervalele de variație a tensiunii includ schimbări de tensiune unice de orice formă, cu o rată de repetare de două ori pe minut (1/30 Hz) până la o dată pe oră, cu o rată medie de modificare a tensiunii de mai mult de 0,1% pe secundă (pentru lămpi cu incandescență) și 0,2 % pe secundă pentru alți receptori.
Schimbările rapide ale tensiunii sunt cauzate de modul de funcționare cu șoc al motoarelor morilor cu role metalurgice ale instalațiilor de tracțiune ale căilor ferate, cuptoare de luncă pentru producția de oțel, echipamente de sudare, precum și pornirile frecvente ale motoarelor electrice asincrone puternice cu veverițe, atunci când ele pornesc puterea reactivă este de câteva procente din puterea de scurtcircuit.
Numărul de modificări de tensiune pe unitatea de timp, adică frecvența modificărilor de tensiune se găsește prin formula F = m / T, unde m este numărul modificărilor de tensiune în timpul T, T este timpul total de observare a oscilației de tensiune.
Principalele cerințe pentru fluctuațiile de tensiune se datorează considerațiilor de protecție a ochilor umani. S-a constatat că cea mai mare sensibilitate a ochiului la pâlpâirea luminii este în intervalul de frecvență egal cu 8,7 Hz. Prin urmare, pentru lămpile incandescente care asigură iluminarea de lucru cu tensiuni vizuale semnificative, modificarea tensiunii nu este permisă mai mult de 0,3%, pentru lămpile de pompare în viața de zi cu zi - 0,4%, pentru lămpi fluorescente și alte receptoare electrice - 0,6.
Domeniile de balansare admise sunt prezentate în fig. 1.
Orez. 1. Domenii admise de fluctuații de tensiune: 1 — iluminat de lucru cu lămpi cu incandescență la tensiune vizuală înaltă, 2 — lămpi cu incandescență pentru uz casnic, 3 — lămpi fluorescente
Regiunea I corespunde funcţionării pompelor şi aparatelor de uz casnic, II — macarale, palanuri, III — cuptoare cu arc, sudare manuală prin rezistenţă, IV — funcţionare compresoare cu piston şi sudare automată prin rezistenţă.
Pentru a reduce gama de modificări de tensiune în rețeaua de iluminat, alimentarea separată a receptoarelor rețelei de iluminat și sarcina de putere de la diferite transformatoare de putere, compensarea capacitivă longitudinală a rețelei de alimentare, precum și motoarele electrice sincrone și sursele artificiale de reactiv. putere (reactoare sau bănci de condensatoare al căror curent este generat folosind supape controlate pentru a obține puterea reactivă necesară).
Doza fluctuațiilor de tensiune
Doza de fluctuații de tensiune este identică cu gama variațiilor de tensiune și este introdusă în rețelele electrice existente de îndată ce acestea sunt echipate cu dispozitive adecvate. Când se utilizează indicatorul „doză de fluctuații de tensiune”, este posibil să nu se facă o evaluare a admisibilității intervalului de modificări de tensiune, deoarece indicatorii considerați sunt interschimbabili.
Doza de fluctuații de tensiune este, de asemenea, o caracteristică integrală a fluctuațiilor de tensiune care provoacă iritații unei persoane acumulate într-o anumită perioadă de timp din cauza luminii intermitente în intervalul de frecvență de la 0,5 la 0,25 Hz.
Valoarea maximă admisă a dozei din fluctuațiile de tensiune (ψ, (%)2) în rețeaua electrică la care sunt conectate instalațiile de iluminat nu trebuie să depășească: 0,018 — cu lămpi cu incandescență în încăperi în care este necesară o tensiune vizuală semnificativă; 0,034 — cu lămpi cu incandescență în toate celelalte încăperi; 0,079 — cu lămpi fluorescente.
Factorul nesinusoidal al curbei de tensiune
Când lucrați într-o rețea de instalații puternice de redresare și convertoare, precum și cuptoare cu arc și instalații de sudare, adică elemente neliniare, curbele de curent și tensiune sunt distorsionate. Curbele nesinusoidale de curent și tensiune sunt oscilații armonice de diferite frecvențe (frecvența industrială este cea mai joasă armonică, toate celelalte relativ la aceasta sunt armonici superioare).
Armonicele mai mari din sistemul de alimentare provoacă pierderi suplimentare de energie, reduc durata de viață a bateriilor condensatoare cosinus, motoarelor electrice și transformatoarelor, duc la dificultăți în configurarea protecției și semnalizării releului, precum și în funcționarea acționărilor electrice controlate de tiristoare etc. . .
Conținutul de armonici superioare din rețeaua electrică este caracterizat de coeficientul nesinusoidal al curbei de tensiune kNSU care este determinat de expresia
unde N este ordinul ultimei componente armonice considerate, Uн — valoarea efectivă a componentei a n-a (н = 2, ... Н) a tensiunii armonice, kV.
Valorile normale și maxime admise kNSU nu trebuie să depășească, respectiv: într-o rețea electrică cu tensiune de până la 1 kV — 5 și 10%, într-o rețea electrică 6 — 20 kV — 4 și 8%, într-o rețea electrică 35 kV — 3 și 6%, în rețeaua electrică 110 kV și peste 2 și 4%.
Pentru a reduce armonicile superioare, se folosesc filtre de putere, care sunt o conexiune în serie de rezistență inductivă și capacitivă reglată la rezonanță la o anumită armonică. Pentru eliminarea armonicilor la frecvențe joase se folosesc instalații de convertizor cu un număr mare de faze.
Coeficientul a n-a componentă a tensiunii armonice de ordin impar (par).
Coeficientul nAceastă componentă armonică a tensiunii de ordin impar (par) este raportul dintre valoarea efectivă a componentei a n-a armonică a tensiunii și valoarea efectivă a tensiunii frecvenței fundamentale, adică. kU (n) = (Un/Un) x 100%
Prin valoarea coeficientului kU (n), spectrul este determinat de n-x componente armonice, pentru a căror suprimare trebuie proiectate filtrele de putere corespunzătoare.
Valorile normale și maxime admise nu trebuie să depășească, respectiv: într-o rețea electrică cu o tensiune de până la 1 kV — 3 și 6%, într-o rețea electrică 6 — 20 kV 2,5 și 5%, într-o rețea electrică 35 kV — 2 și 4%, într-o rețea electrică 110 kV și peste 1 și 2%.
Dezechilibru de tensiune
Dezechilibrul de tensiune apare din cauza incarcarii receptoarelor electrice monofazate. Deoarece rețelele de distribuție cu tensiuni peste 1 kV funcționează cu un neutru izolat sau compensat, atunci asimetria tensiunii datorită apariţiei tensiunii secvenţă negativă. Asimetria se manifestă sub forma inegalității tensiunea de linie și fază iar un factor consecutiv negativ este caracterizat:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100%,
unde U2(1) este valoarea efectivă a tensiunii secvență negativă la frecvența fundamentală a sistemului de tensiune trifazat, kV. Valoarea U2(1) poate fi obținută prin măsurarea a trei tensiuni la frecvența fundamentală, adică. UA(1), UB (1), UB (1)... Atunci
unde yA, yB și y° C — conductivitate de fază A, B și °C receptor.
În rețelele cu tensiuni peste 1 kV, asimetria tensiunii se produce în principal din cauza instalațiilor electrotermice monofazate (cuptoare cu arc indirect, cuptoare cu rezistență, cuptoare cu canale de inducție, instalații de topire a zgurii electrice etc.).
Prezența unei tensiuni de secvență negativă duce la încălzirea suplimentară a înfășurărilor de excitație ale generatoarelor sincrone și la o creștere a vibrațiilor acestora, la încălzirea suplimentară a motoarelor electrice și la o scădere bruscă a duratei de viață a izolației lor, la o scădere a puterii reactive generate? prin condensatoare de putere, încălzire suplimentară a liniilor și transformatoarelor? creșterea numărului de alarme false ale protecției releului etc.
La bornele unui receptor electric simetric, raportul de dezechilibru admis în mod normal este de 2%, iar cel maxim admis este de 4%.
Influența dezechilibrului este mult redusă atunci când consumatorii de energie monofazat sunt alimentați prin transformatoare separate, precum și atunci când sunt utilizate dispozitive de echilibrare controlate și necontrolate, care compensează curentul echivalent de secvență negativă consumat de sarcinile monofazate.
În rețelele cu patru fire cu o tensiune de până la 1 kV, un dezechilibru cauzat de receptoarele monofazate asociate cu tensiunile de fază este însoțită de trecerea curentului în firul neutru și, prin urmare, de apariția unei tensiuni cu secvență zero. .
Factor de tensiune zero k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
unde U0 (1) — valoarea efectivă a tensiunii de ordine zero a frecvenței fundamentale, kV; Un.f. — valoarea nominală a tensiunii de fază, kV.
Mărimea U0(1) se determină prin măsurarea tensiunilor trifazate la frecvența fundamentală, adică.
unde tiA, vB, c° C, yO — conductivitatea fazelor A, B, C ale receptorului și conductivitatea firului neutru; UA(1), UB (1), UVB (1) - valori RMS ale tensiunilor de fază.
Valoarea admisibilă U0(1) limitată de cerințele de toleranță la tensiune care sunt îndeplinite de un factor de secvență zero de 2% ca nivel normal și 4% din nivelul maxim.
Reducerea valorii poate fi realizată prin distribuția rațională a sarcinii monofazate între faze, precum și prin creșterea secțiunii transversale a firului neutru la secțiunea transversală a firelor de fază și utilizarea transformatoarelor într-o rețea de distribuție. cu un grup de conexiune stea-zig-zag.
Scăderea tensiunii și intensitatea căderilor de tensiune
Scăderea tensiunii - aceasta este o reducere bruscă semnificativă a tensiunii într-un punct al rețelei electrice, urmată de o revenire a tensiunii la nivelul inițial sau aproape de acesta după un interval de timp de la câteva perioade la câteva zeci de secunde.
Durata căderii de tensiune ΔTpr este intervalul de timp dintre momentul inițial al căderii de tensiune și momentul revenirii tensiunii la nivelul inițial sau aproape de acesta (Fig. 2), adică. ΔTpr = Tvos — Trano
Orez. 2. Durata și adâncimea căderii de tensiune
Înțeles ΔTpr variază de la câteva perioade la câteva zeci de secunde. Căderea de tensiune se caracterizează prin intensitatea și adâncimea căderii δUpr, care este diferența dintre valoarea nominală a tensiunii și valoarea minimă efectivă a tensiunii Umin în timpul căderii de tensiune și se exprimă ca procent din valoarea nominală a tensiunea sau în unităţi absolute.
Mărimea δUpr se determină după cum urmează:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% sau δUpr = Un — Umin
Intensitatea scăderilor de tensiune m* reprezintă frecvența de apariție în rețeaua scăderilor de tensiune de o anumită adâncime și durată, adică. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, unde m (δUpr, ΔTNS) — numărul căderilor de tensiune adâncimea δUpr și durata ΔTNS în timpul T; M — numărul total de căderi de tensiune în timpul T.
Unele tipuri de dispozitive electrice (calculatoare, electronica de putere), prin urmare, proiectele de alimentare cu energie electrică pentru astfel de receptoare trebuie să prevadă măsuri de reducere a duratei, intensității și adâncimii căderilor de tensiune. GOST nu indică valorile permise pentru durata căderilor de tensiune.
Tensiune de impuls
O creștere a tensiunii este o schimbare bruscă a tensiunii, urmată de o revenire a tensiunii la nivelul său normal pe o perioadă de timp de la câteva microsecunde până la 10 milisecunde. Reprezintă valoarea maximă instantanee a tensiunii de impuls Uimp (Fig. 3).
Orez. 3. Tensiune de impuls
Tensiunea de impuls este caracterizată de amplitudinea impulsului U 'imp, care este diferența dintre impulsul de tensiune și valoarea instantanee a tensiunii frecvenței fundamentale corespunzătoare momentului începerii impulsului. Durata impulsului Timp — intervalul de timp dintre momentul inițial al impulsului de tensiune și momentul revenirii valorii instantanee a tensiunii la nivelul normal. Lățimea impulsului poate fi calculată Timp0,5 la nivelul de 0,5 din amplitudinea acestuia (vezi Fig. 3).
Tensiunea de impuls este determinată în unități relative de formula ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Sensibili la impulsurile de tensiune sunt, de asemenea, receptoare electrice precum computerele, electronicele de putere etc. Tensiunile de impuls apar ca urmare a comutării în rețeaua electrică. Măsurile de reducere a tensiunii de impuls ar trebui luate în considerare atunci când se proiectează proiecte specifice de alimentare. GOST nu specifică valorile admise ale tensiunii de impuls.
Deviația de frecvență
Modificările de frecvență se datorează modificărilor sarcinii generale și caracteristicilor regulatoarelor de viteză ale turbinei. Abateri mari de frecvență rezultă din modificări lente, regulate ale sarcinii, cu o rezervă de putere activă insuficientă.
Frecvența tensiunii, spre deosebire de alte fenomene care degradează calitatea energiei electrice, este un parametru la nivelul întregului sistem: toate generatoarele conectate la un sistem generează energie electrică la o tensiune cu aceeași frecvență - 50 Hz.
Conform primei legi a lui Kirchhoff, există întotdeauna un echilibru strict între producția de energie electrică și producția de energie electrică. Prin urmare, orice modificare a puterii sarcinii determină o modificare a frecvenței, ceea ce duce la o modificare a generării de putere activă a generatoarelor, pentru care blocurile «turbină-generator» sunt echipate cu dispozitive care permit reglarea debitului. de purtător de energie în turbină în funcție de schimbările de frecvență din sistemul electric.
Cu o anumită creștere a sarcinii, se dovedește că puterea blocurilor „turbină-generator” este epuizată. Dacă sarcina continuă să crească, echilibrul se stabilește la o frecvență mai mică - apare o deviere de frecvență. În acest caz, vorbim de un deficit de putere activă pentru menținerea frecvenței nominale.
Abaterea de frecvență Δf de la valoarea nominală en este determinată de formula Δf = f — fn, unde este — valoarea curentă a frecvenței în sistem.
Modificările de frecvență peste 0,2 Hz au un impact semnificativ asupra caracteristicilor tehnice și economice ale receptoarelor electrice, prin urmare valoarea normală admisă a abaterii de frecvență este de ± 0,2 Hz, iar valoarea maximă admisă a abaterii de frecvență este de ± 0,4 Hz. În modurile de urgență, o abatere de frecvență de la +0,5 Hz la — 1 Hz este permisă pentru cel mult 90 de ore pe an.
Abaterea frecvenței de la nominală duce la creșterea pierderilor de energie în rețea, precum și la scăderea productivității echipamentelor tehnologice.
Factor de modulare a amplitudinii tensiunii și factor de dezechilibru între tensiunile de fază și fază
Tensiunea de modulare a amplitudinii caracterizează fluctuațiile de tensiune și este egală cu raportul dintre semidiferența celei mai mari și mai mici amplitudini a tensiunii modulate, luate pentru un anumit interval de timp, la valoarea nominală sau de bază a tensiunii, adică.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
unde Unb și Unm — cea mai mare și, respectiv, cea mai mică amplitudine a tensiunii modulate.
Factorul de dezechilibru între tensiunile de fazăne.mf caracterizează dezechilibrul tensiunii fază-fază și este egal cu raportul dintre oscilația dezechilibrului tensiunii fază-fază și valoarea nominală a tensiunii:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
unde Unb și Unm - cea mai mare și cea mai mică valoare efectivă a tensiunilor trifazate ale fazelor.
Factorul de dezechilibru al tensiunii de fază kneb.f caracterizează dezechilibrul tensiunii de fază și este egal cu raportul dintre oscilația dezechilibrului tensiunii de fază și valoarea nominală a tensiunii de fază:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100%,
unde Unb și Unm — cea mai mare și cea mai mică valoare efectivă a tensiunilor trifazate, Un.f — valoarea nominală a tensiunii de fază.
Citeste si: Măsuri și mijloace tehnice de îmbunătățire a calității energiei electrice