Indikatorer for kvaliteten af ​​elektricitet i elektriske netværk

I overensstemmelse med GOST 13109-87 skelnes grundlæggende og yderligere strømkvalitetsindikatorer.

Blandt de vigtigste indikatorer for kvaliteten af ​​elektricitet omfatter bestemmelsen af ​​egenskaberne ved elektrisk energi, der karakteriserer dens kvalitet:

1) spændingsafvigelse (δU, %);

2) spændingsændringsområdet (δUT,%);

3) dosen af ​​spændingsudsving (ψ, %);

4) koefficienten for ikke-sinusoidalitet af spændingskurven (kNSU, %);

5) koefficient for den n'te komponent af den harmoniske spænding af ulige (lige) orden (kU (n), %);

6) koefficienten for den negative rækkefølge af spændinger (k2U, %);

7) nulsekvensspændingsforhold (k0U, %);

8) varigheden af ​​spændingsfaldet (ΔTpr, s);

9) impulsspænding (Uimp, V, kV);

10) frekvensafvigelse (Δe, Hz).

Yderligere strømkvalitetsindikatorer, som er former for registrering af de vigtigste strømkvalitetsindikatorer og bruges i andre regulatoriske og tekniske dokumenter:

1) koefficienten for amplitudemodulation af spændinger (kMod);

2) koefficienten for ubalance mellem fasespændinger (kneb.m);

3) ubalancefaktor for fasespændinger (kneb.f).

Lad os bemærke de tilladte værdier af de specificerede indikatorer for kvaliteten af ​​elektricitet, udtryk for deres definition og omfang. I løbet af 95 % af tiden på dagen (22,8 timer) bør strømkvalitetsindikatorerne ikke overstige de normale tilladte værdier, og på alle tidspunkter, inklusive nødtilstande, bør de være inden for de maksimalt tilladte værdier.

Kontrol af kvaliteten af ​​elektricitet på karakteristiske punkter i de elektriske netværk udføres af personalet i den elektriske netværksvirksomhed. I dette tilfælde skal varigheden af ​​målingen af ​​strømkvalitetsindikatoren være mindst en dag.

Spændingsafvigelser

Spændingsafvigelse er en af ​​de vigtigste indikatorer for strømkvalitet. Spændingsafvigelsen findes ved formlen

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %

hvor U (t) — den effektive værdi af spændingen af ​​den positive sekvens af grundfrekvensen eller blot den effektive værdi af spændingen (med en ikke-sinusformet faktor mindre end eller lig med 5%), i øjeblikket T, kV ; Ikke-nominel spænding, kV.

Mængden Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), hvor UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS værdier af fase-til-fase spænding ved grundfrekvensen.

På grund af ændringer i belastninger over tid, ændringer i spændingsniveauet og andre faktorer, ændres størrelsen af ​​spændingsfaldet i netværkselementerne og følgelig spændingsniveauet UT.Som et resultat viser det sig, at spændingsafvigelserne er forskellige på forskellige punkter i netværket på samme tidspunkt og på et tidspunkt på forskellige tidspunkter.

Den normale drift af elektriske modtagere med en spænding på op til 1 kV er sikret, forudsat at spændingsafvigelserne ved deres indgang er lig med ± 5 % (normalværdi) og ± 10 % (maksimal værdi). I netværk med en spænding på 6 — 20 kV indstilles en maksimal spændingsafvigelse på ± 10 %.

Den effekt, der forbruges af glødelamper, er direkte proportional med den leverede spænding til styrken 1,58, lysstyrken af ​​lamperne er til styrken af ​​2,0, lysstrømmen er til styrken på 3,61, og lampens levetid er til kraften 13,57. Driften af ​​lysstofrør afhænger mindre af spændingsafvigelse. Deres levetid ændres således med 4 % med en spændingsafvigelse på 1 %.

Reduktionen af ​​belysning på arbejdspladser sker med et fald i spænding, hvilket fører til et fald i arbejdernes produktivitet og forringelse af deres syn. Ved store spændingsfald lyser eller blinker lysstofrør ikke, hvilket fører til et fald i deres levetid. Efterhånden som spændingen stiger, reduceres levetiden for glødelamper dramatisk.

Rotationshastigheden af ​​asynkrone elektriske motorer og følgelig deres drift, såvel som den forbrugte reaktive effekt, afhænger af spændingsniveauet. Sidstnævnte afspejles i mængden af ​​spændings- og effekttab i netværkssektioner.

Faldet i spænding fører til en stigning i varigheden af ​​den teknologiske proces i elektrotermiske og elektrolyseanlæg, såvel som til umuligheden af ​​stabil modtagelse af tv-udsendelser i forsyningsnetværk. I det andet tilfælde anvendes såkaldte spændingsstabilisatorer, som selv forbruger betydelig reaktiv effekt, og som har effekttab i stålet. Knappe transformerstål bruges til deres produktion.

For at sikre den nødvendige spænding af alle TP'ers lavspændingsbusser, den såkaldte modstrømsregulering i fødevarecentret. Her, i den maksimale belastningstilstand, opretholdes den maksimalt tilladte spænding af processorbusserne, og i den minimale belastningstilstand opretholdes den minimale spænding.

I dette tilfælde den såkaldte lokale regulering af spændingen af ​​hver transformerstation ved at placere omskifteren til distributionstransformatorerne i den passende position. I kombination med centraliseret (i processoren) og defineret lokal spændingsregulering anvendes regulerede og uregulerede kondensatorbanker, også kaldet lokale spændingsregulatorer.

Reducerer spændingen

Spændingssving er forskellen mellem spids- eller effektivspændingsværdierne før og efter en spændingsændring og bestemmes af formlen

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %

hvor Ui og Ui + 1- værdierne af følgende ekstremer eller ekstremer og den vandrette del af indhyllingen af ​​amplitudespændingsværdierne.

Spændingssvingningsområder omfatter enkelte spændingsændringer af enhver form med en gentagelseshastighed på to gange pr. minut (1/30 Hz) til en gang i timen, med en gennemsnitlig spændingsændringshastighed på mere end 0,1 % pr. sekund (for glødelamper) og 0,2 % pr. sekund for andre modtagere.

Hurtige ændringer i spændingen er forårsaget af chokdriften af ​​motorerne til metallurgiske valsemøller til traktionsinstallationer på jernbaner, engovne til produktion af stål, svejseudstyr samt hyppige starter af kraftige asynkrone elektriske motorer med egern, når de starter den reaktive effekt er et par procent af kortslutningseffekten.

Antallet af spændingsændringer per tidsenhed, dvs. frekvensen af ​​spændingsændringer findes ved formlen F = m / T, hvor m er antallet af spændingsændringer i løbet af tiden T, T er den samlede tid for observation af spændingssvinget.

De vigtigste krav til spændingsudsving skyldes hensyn til beskyttelse af menneskers øjne. Det blev fundet, at øjets højeste følsomhed over for lysflimmer er i frekvensområdet svarende til 8,7 Hz. Derfor, for glødelamper, der giver arbejdsbelysning med betydelige visuelle spændinger, er spændingsændringen ikke tilladt mere end 0,3%, for pumpelamper i hverdagen - 0,4%, for lysstofrør og andre elektriske modtagere - 0,6.

De tilladte svingområder er vist i fig. 1.

Ris. 1. Tilladelige områder af spændingsudsving: 1 — arbejdsbelysning med glødelamper ved høj visuel spænding, 2 — glødelamper til boliger, 3 — lysstofrør

Region I svarer til driften af ​​pumper og husholdningsapparater, II - kraner, hejseværker, III - lysbueovne, manuel modstandssvejsning, IV - drift af stempelkompressorer og automatisk modstandssvejsning.

For at reducere rækkevidden af ​​spændingsændringer i belysningsnetværket, separat strømforsyning til belysningsnetværkets modtagere og strømbelastningen fra forskellige strømtransformatorer, langsgående kapacitiv kompensation af strømnettet samt synkrone elektriske motorer og kunstige kilder til reaktive effekt (reaktorer eller kondensatorbanker, hvis strøm genereres ved hjælp af kontrollerede ventiler for at opnå den nødvendige reaktive effekt).

Dosis af spændingsudsving

Dosis af spændingsudsving er identisk med rækken af ​​spændingsændringer og introduceres i eksisterende elektriske netværk, så snart de er udstyret med passende enheder. Ved brug af indikatoren "dosis af spændingsudsving" kan der muligvis ikke foretages en vurdering af tilladeligheden af ​​rækken af ​​spændingsændringer, da de betragtede indikatorer er udskiftelige.

Dosis af spændingsudsving er også en integreret karakteristik af spændingsudsving, der forårsager irritation hos en person akkumuleret over en vis periode på grund af blinkende lys i frekvensområdet 0,5 til 0,25 Hz.

Den maksimalt tilladte værdi af dosis fra spændingsudsving (ψ, (%)2) i det elektriske netværk, som belysningsinstallationerne er tilsluttet, bør ikke overstige: 0,018 — med glødelamper i rum, hvor der kræves betydelig visuel spænding; 0,034 — med glødelamper i alle andre rum; 0,079 — med lysstofrør.

Ikke-sinusformet faktor for spændingskurven

Når man arbejder i et netværk af kraftige ensretter- og omformerinstallationer, samt lysbueovne og svejseinstallationer, det vil sige ikke-lineære elementer, forvrænges strøm- og spændingskurverne. Ikke-sinusformede strøm- og spændingskurver er harmoniske svingninger af forskellige frekvenser (industriel frekvens er den laveste harmoniske, alle andre i forhold til den er højere harmoniske).

Højere harmoniske i strømforsyningssystemet forårsager yderligere energitab, reducerer levetiden for cosinuskondensatorbatterier, elektriske motorer og transformere, fører til vanskeligheder med at opsætte relæbeskyttelse og signalering, samt driften af ​​elektriske drev styret af tyristorer osv. . .

Indholdet af højere harmoniske i det elektriske netværk er karakteriseret ved den ikke-sinusformede koefficient af spændingskurven kNSU, som er bestemt af udtrykket

hvor N er rækkefølgen af ​​den sidste af de betragtede harmoniske komponenter, Uн — effektiv værdi af den n'te (н = 2, ... Н) komponent af den harmoniske spænding, kV.

Normale og maksimalt tilladte værdier kNSU bør ikke overstige henholdsvis: i et elektrisk netværk med spænding op til 1 kV — 5 og 10%, i et elektrisk netværk 6 — 20 kV — 4 og 8%, i et elektrisk netværk 35 kV — 3 og 6 %, i det elektriske netværk 110 kV og derover 2 og 4 %.

For at reducere højere harmoniske, anvendes effektfiltre, som er en serieforbindelse af induktiv og kapacitiv modstand afstemt til resonans ved en bestemt harmonisk. For at eliminere harmoniske ved lave frekvenser anvendes konverterinstallationer med et stort antal faser.

Koefficient n'te komponent af harmonisk spænding af ulige (lige) orden

Koefficient nDenne harmoniske komponent af spændingen af ​​den ulige (lige) orden er forholdet mellem den effektive værdi af den n'te harmoniske komponent af spændingen og den effektive værdi af spændingen af ​​grundfrekvensen, dvs. kU (n) = (Un/Un) x 100 %

Ved værdien af ​​koefficienten kU (n) bestemmes spektret af n-x harmoniske komponenter, til hvis undertrykkelse de tilsvarende effektfiltre skal konstrueres.

Normale og maksimalt tilladte værdier bør ikke overstige henholdsvis: i et elektrisk netværk med en spænding på op til 1 kV — 3 og 6 %, i et elektrisk netværk 6 — 20 kV 2,5 og 5 %, i et elektrisk netværk 35 kV — 2 og 4 %, i et elektrisk netværk 110 kV og derover 1 og 2 %.

Spændingsubalance

Spændingsubalancen opstår på grund af belastningen af ​​enfasede elektriske modtagere. Da distributionsnetværk med spændinger over 1 kV fungerer med en isoleret eller kompenseret neutral, så spændingsasymmetri på grund af udseendet af negativ sekvensspænding. Asymmetri viser sig i form af ulighed linje- og fasespænding og en negativ konsekutiv faktor er karakteriseret:

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

hvor U2(1) er effektivværdien af ​​den negative sekvensspænding ved grundfrekvensen af ​​det trefasede spændingssystem, kV. U-værdi2(1) kan opnås ved at måle tre spændinger ved grundfrekvensen, dvs. UA(1), UB (1), UB (1)... Derefter

hvor yA, yB og y° C — faseledningsevne A, B og ° C modtager.

I netværk med spændinger over 1 kV opstår spændingsasymmetri hovedsageligt på grund af enfasede elektrotermiske installationer (indirekte lysbueovne, modstandsovne, ovne med induktionskanaler, elektroslaggesmelteinstallationer osv.).

Fører tilstedeværelsen af ​​en negativ sekvensspænding til yderligere opvarmning af excitationsviklingerne af synkrone generatorer og en stigning i deres vibrationer, yderligere opvarmning af elektriske motorer og et kraftigt fald i levetiden af ​​deres isolering, et fald i den genererede reaktive effekt ved strømkondensatorer, ekstra opvarmning af ledninger og transformere? øge antallet af falske alarmer i relæbeskyttelsen mv.

På terminalerne på en symmetrisk elektrisk modtager er det normalt tilladte ubalanceforhold 2%, og det maksimalt tilladte er 4%.

Påvirkningen af ​​ubalance reduceres kraftigt, når enfasede strømforbrugere forsynes af separate transformere, såvel som når der anvendes kontrollerede og ukontrollerede balanceringsanordninger, som kompenserer for den negative sekvensækvivalente strøm, der forbruges af enfasede belastninger.

I firetrådsnetværk med en spænding på op til 1 kV ledsages en ubalance forårsaget af enkeltfasede modtagere forbundet med fasespændingerne af passage af strøm i den neutrale ledning og derfor udseendet af en nul-sekvensspænding .

Nulsekvensspændingsfaktor k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,

hvor U0 (1) — effektiv nulsekvensspændingsværdi af grundfrekvensen, kV; Un.f. — nominel værdi af fasespændingen, kV.

Størrelsen U0(1) bestemmes ved at måle de tre fasespændinger ved grundfrekvensen, dvs.

hvor tiA, vB, c° C, yO — ledningsevne af fase A, B, C af modtageren og ledningsevne af neutral ledning; UA(1), UB (1), UVB (1) - RMS-værdier for fasespændingerne.

Tilladt værdi U0(1) begrænset af spændingstolerancekrav, som er opfyldt af nulsekvensfaktor på 2 % som normalt niveau og 4 % af maksimalt niveau.

Reduktionen af ​​værdien kan opnås ved rationel fordeling af en enfaset belastning mellem faserne, samt ved at øge tværsnittet af den neutrale ledning til tværsnittet af fasetrådene og bruge transformere i et distributionsnetværk med en stjerne-zigzag forbindelsesgruppe.

Spændingsfald og intensiteten af ​​spændingsfald

Spændingsdip — dette er en pludselig betydelig reduktion i spændingen på et punkt i det elektriske netværk, efterfulgt af en genopretning af spændingen til det oprindelige niveau eller tæt på det efter et tidsinterval fra flere perioder til flere titusinder af sekunder.

Varighed af spændingsfald ΔTpr er tidsintervallet mellem det indledende øjeblik for spændingsfald og tidspunktet for genopretning af spændingen til det oprindelige niveau eller tæt på det (fig. 2), dvs. ΔTpr = Tvos — Trano

Ris. 2. Varighed og dybde af spændingsfald

Det betyder, at ΔTpr varierer fra flere perioder til flere titusinder af sekunder. Spændingsfaldet er karakteriseret ved intensiteten og dybden af ​​dykket δUpr, som er forskellen mellem den nominelle værdi af spændingen og den minimale effektive værdi af spændingen Umin under spændingsfaldet og er udtrykt som en procentdel af den nominelle værdi af spændingen eller i absolutte enheder.

Mængden δUpr bestemmes som følger:

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

Spændingsnedbrydningsintensitet m* repræsenterer hyppigheden af ​​forekomst i netværket af spændingsfald af en vis dybde og varighed, dvs. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, hvor m (δUpr, ΔTNS) — antal spændingsfald dybde δUpr og varighed ΔTNS under T; M — det samlede antal spændingsfald under T.

Nogle typer elektriske enheder (computere, kraftelektronik), derfor skal strømforsyningsprojekter til sådanne modtagere sørge for foranstaltninger til at reducere varigheden, intensiteten og dybden af ​​spændingsfald. GOST angiver ikke de tilladte værdier for varigheden af ​​spændingsfald.

Impulsspænding

En spændingsstigning er en pludselig ændring i spændingen efterfulgt af en genopretning af spændingen til dets normale niveau over en tidsperiode på nogle få mikrosekunder til 10 millisekunder. Den repræsenterer den maksimale øjeblikkelige værdi af impulsspændingen Uimp (fig. 3).

Ris. 3. Impulsspænding

Impulsspændingen er karakteriseret ved impulsamplituden U 'imp, som er forskellen mellem spændingsimpulsen og den øjeblikkelige værdi af spændingen af ​​grundfrekvensen svarende til tidspunktet for impulsens begyndelse. Pulsvarighed Timp — tidsintervallet mellem det indledende øjeblik for spændingsimpulsen og tidspunktet for genopretning af den øjeblikkelige værdi af spændingen til det normale niveau. Pulsens bredde kan beregnes Timp0,5 ved niveauet 0,5 af dens amplitude (se fig. 3).

Impulsspændingen bestemmes i relative enheder af formlen ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Følsomme over for spændingsimpulser er også sådanne elektriske modtagere som computere, strømelektronik osv. Impulsspændinger opstår som følge af kobling i det elektriske netværk. Impulsspændingsreduktionsforanstaltninger bør overvejes, når der designes specifikke strømforsyningsdesigns. GOST specificerer ikke de tilladte værdier for impulsspændingen.

Frekvensafvigelse

Ændringer i frekvens skyldes ændringer i den samlede belastning og karakteristika for turbinehastighedsregulatorerne. Store frekvensafvigelser skyldes langsomme, regelmæssige belastningsændringer med utilstrækkelig aktiv effektreserve.

Spændingsfrekvens er, i modsætning til andre fænomener, der forringer kvaliteten af ​​elektricitet, en systemdækkende parameter: alle generatorer, der er tilsluttet et system, genererer elektricitet ved en spænding med samme frekvens - 50 Hz.

Ifølge Kirchhoffs første lov er der altid en stram balance mellem produktion af elektricitet og produktion af elektricitet. Derfor forårsager enhver ændring i belastningens effekt en ændring i frekvensen, hvilket fører til en ændring i genereringen af ​​aktiv effekt af generatorerne, for hvilke «turbine-generator»-blokkene er udstyret med enheder, der tillader justering af flowet af energibærer i møllen afhængig af frekvensændringer i det elektriske system.

Med en vis stigning i belastningen viser det sig, at strømmen af ​​"turbine-generator" blokkene er opbrugt. Hvis belastningen fortsætter med at stige, sætter balancen sig ved en lavere frekvens - frekvensdrift opstår. I dette tilfælde taler vi om et underskud af aktiv effekt for at opretholde den nominelle frekvens.

Frekvensafvigelse Δf fra den nominelle værdi en bestemmes af formlen Δf = f — fn, hvor er — den aktuelle værdi af frekvensen i systemet.

Ændringer i frekvens over 0,2 Hz har en betydelig indvirkning på de tekniske og økonomiske karakteristika af elektriske modtagere, derfor er den normale tilladte værdi af frekvensafvigelse ± 0,2 Hz, og den maksimalt tilladte værdi af frekvensafvigelse er ± 0,4 Hz. I nødtilstande er en frekvensafvigelse på +0,5 Hz til - 1 Hz tilladt i højst 90 timer om året.

Afvigelse af frekvensen fra den nominelle fører til en stigning i energitab i netværket samt et fald i produktiviteten af ​​teknologisk udstyr.

Spændingsamplitudemodulationsfaktor og ubalancefaktor mellem fase- og fasespændinger

Amplitudemodulerende spænding karakteriserer spændingsudsving og er lig med forholdet mellem den halve forskel mellem den største og mindste amplitude af den modulerede spænding, taget for et bestemt tidsinterval, og spændingens nominelle eller basisværdi, dvs.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

hvor Unb og Unm — henholdsvis den største og mindste amplitude af den modulerede spænding.

Ubalancefaktor mellem fasespændingerne.mf karakteriserer fase-fasespændingsubalancen og er lig med forholdet mellem fase-fasespændingsubalancens svingning og spændingens nominelle værdi:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %

hvor Unb og Unm-den højeste og laveste effektive værdi af de trefasede fasespændinger.

Fasespændingsubalancefaktor kneb.f karakteriserer fasespændingsubalancen og er lig med forholdet mellem fasespændingsubalancens svingning og den nominelle værdi af fasespændingen:

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

hvor Unb og Unm — den højeste og laveste effektive værdi af de tre fasespændinger, Un.f — den nominelle værdi af fasespændingen.

Læs også: Foranstaltninger og tekniske midler til at forbedre kvaliteten af ​​elektrisk energi