Показатељи квалитета електричне енергије у електричним мрежама

У складу са ГОСТ 13109-87 разликују се основни и додатни индикатори квалитета електричне енергије.

Међу главним показатељима квалитета електричне енергије, одређивање својстава електричне енергије која карактерише њен квалитет укључује:

1) одступање напона (δУ, %);

2) опсег промене напона (δУТ,%);

3) доза колебања напона (ψ, %);

4) коефицијент несинусоидалности напонске криве (кНСУ, %);

5) коефицијент н-те компоненте хармонијског напона непарног (парног) реда (кУ (н), %);

6) коефицијент негативног низа напона (к2У, %);

7) однос напона нулте секвенце (к0У, %);

8) трајање пада напона (ΔТпр, с);

9) импулсни напон (Уимп, В, кВ);

10) девијација фреквенције (Δе, Хз).

Додатни индикатори квалитета електричне енергије, који су облици евидентирања главних индикатора квалитета електричне енергије и користе се у другим регулаторним и техничким документима:

1) коефицијент амплитудске модулације напона (кМод);

2) коефицијент неуравнотежености између фазних напона (кнеб.м);

3) фактор неуравнотежености фазних напона (кнеб.ф).

Запазимо дозвољене вредности наведених индикатора за квалитет електричне енергије, изразе за њихову дефиницију и обим. Током 95% времена у току дана (22,8 сати), индикатори квалитета електричне енергије не би требало да прелазе нормалне дозвољене вредности, а у сваком тренутку, укључујући и хитне режиме, треба да буду у границама максимално дозвољених вредности.

Контролу квалитета електричне енергије на карактеристичним тачкама електричних мрежа врши особље електромрежног предузећа. У овом случају, трајање мерења индикатора квалитета електричне енергије треба да буде најмање један дан.

Одступања напона

Девијација напона је један од најважнијих показатеља квалитета електричне енергије. Одступање напона се налази по формули

δУт = ((У (т) — Ун) / Ун) к 100%

где је У (т) — ефективна вредност напона позитивне секвенце основне фреквенције или једноставно ефективна вредност напона (са несинусоидним фактором мањим или једнаким 5%), у тренутку Т, кВ ; Неноминални напон, кВ.

Количина Ут = 1/3 (УАБ (1) + УПБЦ (1) + УАЦ (1)), где је УАБ (1),УПБЦ (1), УАЦ (1)-РМС вредности напона фаза-фаза на основној фреквенцији.

Услед промена оптерећења током времена, промене нивоа напона и других фактора, мења се величина пада напона у елементима мреже и, сходно томе, напонски ниво УТ.Као резултат тога, испоставља се да су у различитим тачкама мреже у истом тренутку и у једном тренутку у различито време одступања напона различита.

Нормалан рад електричних пријемника напона до 1 кВ обезбеђује се под условом да су одступања напона на њиховом улазу једнака ± 5% (нормална вредност) и ± 10% (максимална вредност). У мрежама са напоном од 6 — 20 кВ поставља се максимално одступање напона од ± 10%.

Снага коју троше сијалице са жарном нити је директно пропорционална напајаном напону на снагу 1,58, светлосна снага сијалица је на снагу 2,0, светлосни флукс је на снагу од 3,61, а животни век лампе је до снага 13,57. Рад флуоресцентних сијалица мање зависи од одступања напона. Дакле, њихов радни век се мења за 4% са одступањем напона од 1%.

Смањење осветљења на радним местима настаје са смањењем напетости, што доводи до смањења продуктивности радника и погоршања њиховог вида. Са великим падом напона, флуоресцентне сијалице не светле и не трепћу, што доводи до смањења њиховог радног века. Како се напон повећава, животни век сијалица са жарном нити се драматично смањује.

Брзина ротације асинхроних електромотора и, сходно томе, њихов рад, као и потрошена реактивна снага, зависе од нивоа напона. Ово последње се огледа у количини губитака напона и снаге у деловима мреже.

Смањење напона доводи до повећања трајања технолошког процеса у електротермалним и електролизним постројењима, као и до немогућности стабилног пријема телевизијског програма у комуналним мрежама. У другом случају користе се такозвани стабилизатори напона, који сами троше значајну реактивну снагу и који имају губитке снаге у челику. За њихову производњу користи се оскудни трансформаторски челик.

У циљу обезбеђивања потребног напона нисконапонских сабирница свих ТП-а, у прехрамбеном центру је уведена такозвана противструјна регулација. Овде се у режиму максималног оптерећења одржава максимални дозвољени напон процесорских магистрала, а у режиму минималног оптерећења одржава се минимални напон.

У овом случају се врши такозвана локална регулација напона сваке трансформаторске станице постављањем прекидача разводних трансформатора у одговарајући положај. У комбинацији са централизованом (у процесору) и дефинисаном локалном регулацијом напона, користе се регулисане и нерегулисане батерије кондензатора, које се називају и локални регулатори напона.

Смањење напетости

Промена напона је разлика између вршне или ефективне вредности напона пре и после промене напона и одређује се формулом

δУт = ((Уи — Уи + 1) / √2Ун) к 100%

где је Уи и Уи + 1- вредности следећих екстрема или екстрема и хоризонтални део омотача вредности амплитуда напона.

Опсези промене напона укључују појединачне промене напона било ког облика са стопом понављања од два пута у минути (1/30 Хз) до једном на сат, са просечном стопом промене напона већом од 0,1% у секунди (за жаруље са жарном нити) и 0,2 % у секунди за друге пријемнике.

Брзе промене напона узроковане су ударним режимом рада мотора металуршких ваљака вучних инсталација железнице, ливадских пећи за производњу челика, опреме за заваривање, као и честим стартовањем моћних асинхроних електромотора са веверицама, када они стартују реактивна снага је неколико процената снаге кратког споја.

Број промена напона у јединици времена, тј. учесталост промене напона се налази по формули Ф = м / Т, где је м број промена напона током времена Т, Т је укупно време посматрања промене напона.

Главни захтеви за флуктуације напона су због заштите људских очију. Утврђено је да је највећа осетљивост ока на треперење светлости у фреквенцијском опсегу од 8,7 Хз. Дакле, за сијалице са жарном нити које обезбеђују радно осветљење са значајним визуелним напонима, промена напона је дозвољена не више од 0,3%, за пумпне лампе у свакодневном животу - 0,4%, за флуоресцентне сијалице и друге електричне пријемнике - 0,6.

Дозвољени распони замаха су приказани на сл. 1.

Пиринач. 1. Дозвољени опсези колебања напона: 1 — радно осветљење сијалицама са жарном нити на високом визуелном напону, 2 — кућне сијалице са жарном нити, 3 — флуоресцентне сијалице

Регион И одговара раду пумпи и кућних апарата, ИИ — дизалице, дизалице, ИИИ — лучне пећи, ручно отпорно заваривање, ИВ — рад клипних компресора и аутоматско отпорно заваривање.

Да би се смањио опсег промена напона у расветној мрежи, потребно је одвојено напајање пријемника расветне мреже и енергетског оптерећења из различитих енергетских трансформатора, уздужна капацитивна компензација електроенергетске мреже, као и синхрони електромотори и вештачки извори реактивне енергије. снаге (реактори или кондензаторске банке чија се струја генерише коришћењем контролисаних вентила за добијање потребне реактивне снаге).

Доза колебања напона

Доза колебања напона је идентична опсегу промене напона и уводи се у постојеће електричне мреже чим се опреми одговарајућим уређајима. Када се користи индикатор "доза флуктуација напона", процена прихватљивости опсега промена напона се можда неће извршити, пошто су разматрани индикатори заменљиви.

Доза колебања напона је такође интегрална карактеристика колебања напона које изазивају иритацију код човека акумулирану током одређеног временског периода услед треперења светлости у фреквенцијском опсегу од 0,5 до 0,25 Хз.

Максимална дозвољена вредност дозе од колебања напона (ψ, (%)2) у електричној мрежи на коју су прикључене расветне инсталације не би требало да прелази: 0,018 — код сијалица са жарном нити у просторијама где је потребан значајан визуелни напон; 0,034 — са лампама са жарном нити у свим осталим просторијама; 0,079 — са флуоресцентним лампама.

Несинусни фактор криве напона

Приликом рада у мрежи моћних исправљачких и конверторских инсталација, као и лучних пећи и инсталација за заваривање, односно нелинеарних елемената, криве струје и напона су изобличене. Несинусне криве струје и напона су хармонијске осцилације различитих фреквенција (индустријска фреквенција је најнижи хармоник, сви остали у односу на њу су виши хармоници).

Виши хармоници у систему напајања изазивају додатне губитке енергије, смањују век трајања косинусних кондензаторских батерија, електромотора и трансформатора, доводе до потешкоћа у постављању релејне заштите и сигнализације, као и рада електромоторних погона контролисаних тиристорима итд. . .

Садржај виших хармоника у електричној мрежи карактерише несинусни коефицијент криве напона кНСУ који је одређен изразом

где је Н ред последње од разматраних хармонијских компоненти, Ун — ефективна вредност н-те (н = 2, ... Н) компоненте хармонијског напона, кВ.

Нормалне и максимално дозвољене вредности кНСУ не би требало да прелазе, респективно: у електричној мрежи са напоном до 1 кВ - 5 и 10%, у електричној мрежи 6 - 20 кВ - 4 и 8%, у електричној мрежи 35 кВ — 3 и 6%, у електричној мрежи 110 кВ и изнад 2 и 4%.

За смањење виших хармоника користе се филтери снаге, који су серијски спој индуктивног и капацитивног отпора подешеног на резонанцију на одређеном хармонику. Да би се елиминисали хармоници на ниским фреквенцијама, користе се конверторске инсталације са великим бројем фаза.

Коефицијент н-те компоненте хармонијског напона непарног (парног) реда

Коефицијент нОва хармонијска компонента напона непарног (парног) реда је однос ефективне вредности н-те хармонијске компоненте напона према ефективној вредности напона основне фреквенције, тј. кУ (н) = (Ун/Ун) к 100%

Вредностом коефицијента кУ (н) спектар је одређен н-к хармонијских компоненти за чије сузбијање морају бити пројектовани одговарајући филтери снаге.

Нормалне и максимално дозвољене вредности не би требало да прелазе, респективно: у електричној мрежи напона до 1 кВ — 3 и 6%, у електричној мрежи 6 — 20 кВ 2,5 и 5%, у електричној мрежи 35 кВ — 2 и 4%, у електричној мрежи 110 кВ и изнад 1 и 2%.

Неравнотежа напона

Неравнотежа напона настаје услед оптерећења једнофазних електричних пријемника. Пошто дистрибутивне мреже напона изнад 1 кВ раде са изолованим или компензованим неутралним елементом, онда асиметрија напона услед појаве напона негативне секвенце. Асиметрија се манифестује у облику неједнакости линијски и фазни напон а негативан узастопни фактор карактерише се:

к2У = (У2(1)/ Ун) к 100%,

где је У2(1) ефективна вредност напона негативне секвенце на основној фреквенцији трофазног напонског система, кВ. У вредност2(1) се може добити мерењем три напона на основној фреквенцији, тј. УА(1), УБ (1), УБ (1)... Затим

где иА, иБ и и° Ц — фазна проводљивост А, Б и ° Ц пријемника.

У мрежама са напонима изнад 1 кВ до асиметрије напона долази углавном због монофазних електротермалних инсталација (индиректне лучне пећи, отпорне пећи, пећи са индукционим каналима, инсталације за топљење шљаке итд.).

Да ли присуство напона негативне секвенце доводи до додатног загревања побудних намотаја синхроних генератора и повећања њихових вибрација, додатног загревања електромотора и оштрог смањења века трајања њихове изолације, смањења произведене реактивне снаге енергетским кондензаторима, додатним загревањем водова и трансформатора? повећање броја лажних аларма релејне заштите и др.

На стезаљкама симетричног електричног пријемника нормално дозвољени однос неуравнотежености је 2%, а максимално дозвољен је 4%.

Утицај неуравнотежености је знатно смањен када се једнофазни потрошачи напајају одвојеним трансформаторима, као и када се користе контролисани и неконтролисани балансни уређаји, који компензују еквивалентну струју негативног низа коју троше једнофазна оптерећења.

У четворожичним мрежама са напоном до 1 кВ, неравнотежа изазвана једнофазним пријемницима повезаним са фазним напонима је праћена проласком струје у неутралној жици и, према томе, појавом напона нулте секвенце. .

Фактор напона нулте секвенце к0У = (У0(1)/ Ун.ф.) к 100%,

где је У0 (1) — ефективна вредност напона нулте секвенце основне фреквенције, кВ; Ун.ф. — називна вредност фазног напона, кВ.

Величина У0(1) се одређује мерењем трофазних напона на основној фреквенцији, тј.

где тиА, вБ, ц° Ц, иО — проводљивост фаза А, Б, Ц пријемника и проводљивост неутралне жице; УА(1), УБ (1), УВБ (1) - РМС вредности фазних напона.

Дозвољена вредност У0(1) ограничена је захтевима толеранције напона који су задовољени фактором нулте секвенце од 2% као нормалног нивоа и 4% од максималног нивоа.

Смањење вредности може се постићи рационалном расподелом једнофазног оптерећења између фаза, као и повећањем попречног пресека неутралне жице на пресек фазних жица и коришћењем трансформатора у дистрибутивној мрежи. са везном групом звезда-цик.

Пад напона и интензитет пада напона

Пад напона — ово је изненадно значајно смањење напона на једној тачки електричне мреже, праћено опоравком напона на почетни ниво или близу њега након временског интервала од неколико периода до неколико десетина секунди.

Трајање пада напона ΔТпр је временски интервал између почетног момента пада напона и тренутка повратка напона на почетни ниво или близу њега (сл. 2), тј. ΔТпр = Твос — Трано

Пиринач. 2. Трајање и дубина пада напона

Значење ΔТпр варира од неколико периода до неколико десетина секунди. Пад напона карактерише интензитет и дубина пада δУпр, што је разлика између номиналне вредности напона и минималне ефективне вредности напона Умин током пада напона и изражава се као проценат номиналне вредности напона. напон или у апсолутним јединицама.

Количина δУпр се одређује на следећи начин:

δУпр = ((Ун — Умин)/ Ун) к 100% или δУпр = Ун — Умин

Интензитет пада напона м* представља учесталост појављивања у мрежи падова напона одређене дубине и трајања, тј. м* = (м (δУпр, ΔТНЦ)/М) НС 100%, где је м (δУпр, ΔТНС) — број дубине пада напона δУпр и трајање ΔТНС током Т; М — укупан број падова напона током Т.

Неке врсте електричних уређаја (рачунари, уређаји на струју), стога пројекти напајања за такве пријемнике морају предвидети мере за смањење трајања, интензитета и дубине падова напона. ГОСТ не наводи дозвољене вредности за време трајања падова напона.

Импулсни напон

Напон напона је изненадна промена напона праћена опоравком напона на нормалан ниво током временског периода од неколико микросекунди до 10 милисекунди. Представља максималну тренутну вредност импулсног напона Уимп (слика 3).

Пиринач. 3. Импулсни напон

Импулсни напон карактерише амплитуда импулса У 'имп, која је разлика између напонског импулса и тренутне вредности напона основне фреквенције која одговара тренутку почетка импулса. Трајање импулса Тимп — временски интервал између почетног тренутка импулса напона и тренутка враћања тренутне вредности напона на нормалан ниво. Ширина импулса се може израчунати Тимп0,5 на нивоу од 0,5 његове амплитуде (види слику 3).

Импулсни напон се одређује у релативним јединицама по формули ΔУимп = Уимп / (√2Ун)

Осетљиви на импулсе напона су и такви електрични пријемници као што су рачунари, енергетска електроника итд. Импулсни напони се јављају као резултат пребацивања у електричној мрежи. Мере смањења импулсног напона треба узети у обзир приликом пројектовања специфичних пројеката напајања. ГОСТ не наводи дозвољене вредности импулсног напона.

Девијација фреквенције

Промене у фреквенцији су последица промена укупног оптерећења и карактеристика регулатора брзине турбине. Велика одступања фреквенције су резултат спорих, редовних промена оптерећења са недовољном резервом активне снаге.

Фреквенција напона, за разлику од других појава које деградирају квалитет електричне енергије, је параметар целог система: сви генератори повезани на један систем производе електричну енергију на напону са истом фреквенцијом — 50 Хз.

Према првом Кирхофовом закону, увек постоји строга равнотежа између производње електричне енергије и производње електричне енергије. Дакле, свака промена снаге оптерећења изазива промену фреквенције, што доводи до промене у стварању активне снаге генератора, за шта су блокови «турбина-генератор» опремљени уређајима који омогућавају подешавање протока. носиоца енергије у турбини у зависности од промене фреквенције у електричном систему.

Са одређеним повећањем оптерећења, испоставља се да је снага блокова "турбина-генератор" исцрпљена. Ако оптерећење настави да расте, равнотежа се успоставља на нижој фреквенцији - долази до одступања фреквенције. У овом случају говоримо о дефициту активне снаге за одржавање номиналне фреквенције.

Одступање фреквенције Δф од номиналне вредности ен одређује се формулом Δф = ф — фн, где је — тренутна вредност фреквенције у систему.

Промене фреквенције изнад 0,2 Хз имају значајан утицај на техничко-економске карактеристике електричних пријемника, па је нормална дозвољена вредност девијације фреквенције ± 0,2 Хз, а максимална дозвољена вредност одступања фреквенције ± 0,4 Хз. У хитним режимима, одступање фреквенције од +0,5 Хз до — 1 Хз је дозвољено не више од 90 сати годишње.

Одступање фреквенције од номиналне доводи до повећања губитака енергије у мрежи, као и до смањења продуктивности технолошке опреме.

Фактор модулације амплитуде напона и фактор неравнотеже између фазног и фазног напона

Амплитудно модулирајући напон карактерише колебања напона и једнак је односу полуразлике највеће и најмање амплитуде модулисаног напона, узете за одређени временски интервал, према називној или базној вредности напона, тј.

кмод = (Унб — Унм) / (2√2Ун),

где Унб и Унм — највећа и најмања амплитуда модулисаног напона, респективно.

Фактор неуравнотежености између фазних напонасне.мф карактерише неравнотежу фазно-фазног напона и једнак је односу љуљања неравнотеже фазно-фазног напона према номиналној вредности напона:

кне.мф = ((Унб — Унм) /Ун) к 100%

где Унб и Унм-највиша и најнижа ефективна вредност трофазних напона.

Фактор неравнотеже фазног напона кнеб.ф карактерише неравнотежу фазног напона и једнак је односу љуљања неравнотеже фазног напона према номиналној вредности фазног напона:

кнеб.пх = ((Унб.ф — Унм.ф) /Ун.ф) к 100%,

где Унб и Унм — највећа и најнижа ефективна вредност трофазних напона, Ун.ф — номинална вредност фазног напона.

Прочитајте такође: Мере и техничка средства за побољшање квалитета електричне енергије