Elektroenerģijas kvalitātes rādītāji elektrotīklos
Saskaņā ar GOST 13109-87 tiek izdalīti pamata un papildu jaudas kvalitātes rādītāji.
Starp galvenajiem elektroenerģijas kvalitātes rādītājiem, elektroenerģijas kvalitāti raksturojošo īpašību noteikšanā ietilpst:
1) sprieguma novirze (δU, %);
2) sprieguma maiņas diapazons (δUT,%);
3) sprieguma svārstību doza (ψ, %);
4) sprieguma līknes nesinusoiditātes koeficients (kNSU, %);
5) nepāra (pāra) kārtas harmonikas sprieguma n-tās komponentes koeficients (kU (n), %);
6) spriegumu negatīvās secības koeficients (k2U, %);
7) nulles secības sprieguma attiecība (k0U, %);
8) sprieguma krituma ilgums (ΔTpr, s);
9) impulsa spriegums (Uimp, V, kV);
10) frekvences novirze (Δe, Hz).
Papildu elektroenerģijas kvalitātes rādītāji, kas ir galveno elektroenerģijas kvalitātes rādītāju uzskaites veidi un tiek izmantoti citos normatīvajos un tehniskajos dokumentos:
1) spriegumu amplitūdas modulācijas koeficients (kMod);
2) nelīdzsvarotības koeficients starp fāzu spriegumiem (kneb.m);
3) fāzes spriegumu nelīdzsvarotības koeficients (kneb.f).
Atzīmēsim norādīto elektroenerģijas kvalitātes rādītāju pieļaujamās vērtības, to definīcijas un apjoma izteiksmes. 95% diennakts laika (22,8 stundas) elektroenerģijas kvalitātes rādītāji nedrīkst pārsniegt normālās pieļaujamās vērtības, un vienmēr, ieskaitot avārijas režīmus, tiem jāatrodas maksimāli pieļaujamo vērtību robežās.
Elektroenerģijas kvalitātes kontroli elektrisko tīklu raksturīgajos punktos veic elektrotīklu uzņēmuma personāls. Šajā gadījumā elektroenerģijas kvalitātes indikatora mērīšanas ilgumam jābūt vismaz vienai dienai.
Sprieguma novirzes
Sprieguma novirze ir viens no svarīgākajiem elektroenerģijas kvalitātes rādītājiem. Sprieguma novirzi nosaka pēc formulas
δUt = ((U (t) — Un)/Un) x 100%
kur U (t) — pamatfrekvences pozitīvās secības sprieguma efektīvā vērtība vai vienkārši sprieguma efektīvā vērtība (ar nesinusoidālo koeficientu, mazāku vai vienādu ar 5%), momentā T, kV ; Nenominālais spriegums, kV.
Daudzums Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), kur UAB (1), UPBC (1), UAC (1)-RMS fāzes-fāzes sprieguma vērtības pie pamatfrekvences.
Sakarā ar slodžu izmaiņām laika gaitā, sprieguma līmeņa izmaiņām un citiem faktoriem, mainās sprieguma krituma lielums tīkla elementos un attiecīgi arī sprieguma līmenis UT.Rezultātā izrādās, ka dažādos tīkla punktos vienā laika momentā un vienā brīdī dažādos laikos sprieguma novirzes ir dažādas.
Elektrisko uztvērēju ar spriegumu līdz 1 kV normāla darbība tiek nodrošināta ar nosacījumu, ka sprieguma novirzes to ieejā ir vienādas ar ± 5% (normālā vērtība) un ± 10% (maksimālā vērtība). Tīklos ar spriegumu 6 — 20 kV tiek noteikta maksimālā sprieguma novirze ± 10%.
Kvēlspuldžu patērētā jauda ir tieši proporcionāla piegādātajam spriegumam līdz jaudai 1,58, spuldžu gaismas jauda ir jaudai 2,0, gaismas plūsma ir jaudai 3,61, un lampas kalpošanas laiks ir jauda 13,57. Luminiscences spuldžu darbība mazāk atkarīga no sprieguma novirzes. Tādējādi to kalpošanas laiks mainās par 4% ar sprieguma novirzi 1%.
Apgaismojuma samazināšanās darba vietās notiek līdz ar spriedzes samazināšanos, kas izraisa darbinieku produktivitātes samazināšanos un redzes pasliktināšanos. Ar lieliem sprieguma kritumiem dienasgaismas spuldzes neiedegas un nemirgo, kā rezultātā samazinās to kalpošanas laiks. Palielinoties spriegumam, kvēlspuldžu kalpošanas laiks tiek ievērojami samazināts.
Asinhrono elektromotoru griešanās ātrums un attiecīgi to darbība, kā arī patērētā reaktīvā jauda ir atkarīgi no sprieguma līmeņa. Pēdējais atspoguļojas sprieguma un jaudas zudumu apjomā tīkla sekcijās.
Sprieguma samazināšanās izraisa tehnoloģiskā procesa ilguma palielināšanos elektrotermiskajās un elektrolīzes stacijās, kā arī nespēju nodrošināt stabilu televīzijas raidījumu uztveršanu komunālajos tīklos. Otrajā gadījumā tiek izmantoti tā sauktie sprieguma stabilizatori, kas paši patērē ievērojamu reaktīvo jaudu un kuriem ir jaudas zudumi tēraudā. To ražošanai tiek izmantots trūcīgs transformatoru tērauds.
Lai nodrošinātu visu TP zemsprieguma kopņu nepieciešamo spriegumu, pārtikas centrā tā saukto pretstrāvas regulēšanu. Šeit maksimālās slodzes režīmā tiek uzturēts maksimālais pieļaujamais procesora kopņu spriegums, bet minimālās slodzes režīmā - minimālais spriegums.
Šajā gadījumā katras transformatoru stacijas tā sauktā lokālā sprieguma regulēšana, novietojot sadales transformatoru slēdzi atbilstošā stāvoklī. Kombinācijā ar centralizētu (procesorā) un definētu lokālo sprieguma regulēšanu tiek izmantotas regulējamas un neregulētas kondensatoru blokus, ko sauc arī par vietējiem sprieguma regulatoriem.
Spriedzes mazināšana
Sprieguma svārstības ir starpība starp maksimālā vai efektīvā sprieguma vērtībām pirms un pēc sprieguma maiņas, un to nosaka pēc formulas
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%
kur Ui un Ui + 1 - šādu galējību vai ekstremitāšu vērtības un amplitūdas sprieguma vērtību apvalka horizontālā daļa.
Sprieguma svārstību diapazoni ietver jebkura veida atsevišķas sprieguma izmaiņas ar atkārtošanās ātrumu divas reizes minūtē (1/30 Hz) līdz vienreiz stundā, ar vidējo sprieguma izmaiņu ātrumu vairāk nekā 0,1% sekundē (kvēlspuldzēm) un 0,2 % sekundē citiem uztvērējiem.
Straujas sprieguma izmaiņas izraisa dzelzceļu vilces iekārtu metalurģijas veltņu dzirnavu dzinēju trieciena režīms, tērauda ražošanas pļavu krāsnis, metināšanas iekārtas, kā arī jaudīgu asinhrono elektromotoru bieža iedarbināšana ar vāverēm, kad tie sāk reaktīvā jauda ir daži procenti no īssavienojuma jaudas.
Sprieguma izmaiņu skaits laika vienībā, t.i. sprieguma izmaiņu biežumu nosaka pēc formulas F = m / T, kur m ir sprieguma izmaiņu skaits laikā T, T ir kopējais sprieguma svārstību novērošanas laiks.
Galvenās prasības attiecībā uz sprieguma svārstībām ir saistītas ar cilvēka acu aizsardzības apsvērumiem. Tika konstatēts, ka vislielākā acs jutība pret gaismas mirgošanu ir frekvenču diapazonā, kas vienāds ar 8,7 Hz. Tāpēc kvēlspuldzēm, kas nodrošina darba apgaismojumu ar ievērojamu vizuālo spriegumu, sprieguma izmaiņas pieļaujamas ne vairāk kā 0,3%, sūknēšanas lampām ikdienas dzīvē - 0,4%, dienasgaismas spuldzēm un citiem elektriskajiem uztvērējiem - 0,6.
Pieļaujamie šūpošanās diapazoni ir parādīti attēlā. 1.
Rīsi. 1. Pieļaujamie sprieguma svārstību diapazoni: 1 — darba apgaismojums ar kvēlspuldzēm ar augstu vizuālo spriegumu, 2 — sadzīves kvēlspuldzes, 3 — dienasgaismas spuldzes
I apgabals atbilst sūkņu un sadzīves tehnikas darbībai, II — celtņi, pacēlāji, III — loka krāsnis, manuālā pretestības metināšana, IV — virzuļu kompresoru darbība un automātiskā pretestības metināšana.
Lai samazinātu apgaismojuma tīkla sprieguma izmaiņu diapazonu, atsevišķa apgaismojuma tīkla uztvērēju barošana un jaudas slodze no dažādiem jaudas transformatoriem, elektrotīkla garenkapacitatīvā kompensācija, kā arī sinhronie elektromotori un mākslīgie reaktīvo avoti. jauda (reaktori vai kondensatoru bloki, kuru strāva tiek ģenerēta, izmantojot vadāmus vārstus, lai iegūtu nepieciešamo reaktīvo jaudu).
Sprieguma svārstību deva
Sprieguma svārstību deva ir identiska sprieguma izmaiņu diapazonam un tiek ievadīta esošajos elektrotīklos, tiklīdz tie ir aprīkoti ar atbilstošām ierīcēm. Izmantojot indikatoru "sprieguma svārstību deva", sprieguma izmaiņu diapazona pieļaujamības novērtējumu var neveikt, jo aplūkotie rādītāji ir savstarpēji aizstājami.
Sprieguma svārstību deva ir arī neatņemams raksturlielums sprieguma svārstībām, kas izraisa cilvēka kairinājumu, kas uzkrāts noteiktā laika periodā mirgojošas gaismas dēļ frekvenču diapazonā no 0,5 līdz 0,25 Hz.
Maksimāli pieļaujamā dozas vērtība no sprieguma svārstībām (ψ, (%)2) elektrotīklā, kuram pieslēgtas apgaismes instalācijas, nedrīkst pārsniegt: 0,018 — ar kvēlspuldzēm telpās, kur nepieciešams ievērojams vizuālais spriegums; 0,034 — ar kvēlspuldzēm visās pārējās telpās; 0,079 — ar dienasgaismas spuldzēm.
Sprieguma līknes nesinusoidālais koeficients
Strādājot jaudīgu taisngriežu un pārveidotāju instalāciju tīklā, kā arī loka krāsnīs un metināšanas iekārtās, t.i., nelineāros elementos, strāvas un sprieguma līknes tiek izkropļotas. Nesinusoidālās strāvas un sprieguma līknes ir dažādu frekvenču harmoniskas svārstības (rūpnieciskā frekvence ir zemākā harmonika, visas pārējās attiecībā pret to ir augstākas harmonikas).
Augstākas harmonikas elektroapgādes sistēmā rada papildu enerģijas zudumus, samazina kosinusa kondensatoru bateriju, elektromotoru un transformatoru kalpošanas laiku, rada grūtības relejaizsardzības un signalizācijas uzstādīšanā, kā arī tiristoru vadīto elektrisko piedziņu darbībā utt. . .
Augstāko harmoniku saturu elektrotīklā raksturo sprieguma līknes kNSU nesinusoidālais koeficients, ko nosaka izteiksme
kur N ir pēdējās aplūkotās harmonikas komponentes secība, Uн — harmonikas sprieguma n-tās (н = 2, ... Н) komponentes efektīvā vērtība, kV.
Normālās un maksimālās pieļaujamās vērtības kNSU nedrīkst pārsniegt attiecīgi: elektrotīklā ar spriegumu līdz 1 kV — 5 un 10%, elektrotīklā 6 — 20 kV — 4 un 8%, elektrotīklā 35 kV — 3 un 6%, elektrotīklā 110 kV un virs 2 un 4%.
Lai samazinātu augstākas harmonikas, tiek izmantoti jaudas filtri, kas ir induktīvās un kapacitatīvās pretestības virknes savienojums, kas noregulēts uz rezonansi pie noteiktas harmonikas. Lai novērstu harmonikas zemās frekvencēs, tiek izmantotas pārveidotāju iekārtas ar lielu skaitu fāžu.
Nepāra (pāra) kārtas harmoniskā sprieguma koeficienta n-tā sastāvdaļa
Koeficients nŠī nepāra (pāra) kārtas sprieguma harmoniskā komponente ir sprieguma n-tās harmoniskās komponentes efektīvās vērtības attiecība pret pamatfrekvences sprieguma efektīvo vērtību, t.i. kU (n) = (Un/Un) x 100%
Pēc koeficienta kU (n) vērtības spektru nosaka n-x harmonikas komponentes, kuru slāpēšanai jāprojektē atbilstošie jaudas filtri.
Normālās un maksimālās pieļaujamās vērtības nedrīkst pārsniegt attiecīgi: elektrotīklā ar spriegumu līdz 1 kV — 3 un 6%, elektrotīklā 6 — 20 kV 2,5 un 5%, elektrotīklā 35 kV — 2 un 4%, elektrotīklā 110 kV un virs 1 un 2%.
Sprieguma nelīdzsvarotība
Sprieguma nelīdzsvarotība rodas vienfāzes elektrisko uztvērēju slodzes dēļ. Tā kā sadales tīkli ar spriegumu virs 1 kV darbojas ar izolētu vai kompensētu neitrālu, tad sprieguma asimetrija negatīvas secības sprieguma parādīšanās dēļ. Asimetrija izpaužas nevienlīdzības formā līnijas un fāzes spriegums un negatīvu secīgu faktoru raksturo:
k2U = (U2(1)/Un) x 100%,
kur U2(1) ir negatīvās secības sprieguma efektīvā vērtība pie trīsfāzu sprieguma sistēmas pamatfrekvences, kV. U vērtību2(1) var iegūt, izmērot trīs spriegumus pie pamatfrekvences, t.i. UA(1), UB (1), UB (1)... Tad
kur yA, yB un y° C — fāzes vadītspēja A, B un ° C uztvērējs.
Tīklos ar spriegumu virs 1 kV sprieguma asimetrija rodas galvenokārt vienfāzes elektrotermisko iekārtu dēļ (netiešā loka krāsnis, pretestības krāsnis, krāsnis ar indukcijas kanāliem, elektrosārņu kausēšanas iekārtas utt.).
Vai negatīvas secības sprieguma klātbūtne izraisa sinhrono ģeneratoru ierosmes tinumu papildu sildīšanu un to vibrāciju palielināšanos, elektromotoru papildu sildīšanu un strauju to izolācijas kalpošanas laika samazināšanos, radītās reaktīvās jaudas samazināšanos ar jaudas kondensatoriem, līniju un transformatoru papildu apsildīšanu? palielināt releja aizsardzības viltus trauksmju skaitu utt.
Uz simetriskā elektriskā uztvērēja spailēm parasti pieļaujamā nelīdzsvarotības attiecība ir 2%, bet maksimālā pieļaujamā ir 4%.
Nelīdzsvarotības ietekme tiek ievērojami samazināta, ja vienfāzes elektroenerģijas patērētāji tiek baroti ar atsevišķiem transformatoriem, kā arī tiek izmantotas vadāmas un nekontrolētas balansēšanas ierīces, kas kompensē vienfāzes slodžu patērēto negatīvās secības ekvivalento strāvu.
Četru vadu tīklos ar spriegumu līdz 1 kV vienfāzes uztvērēju izraisītu nelīdzsvarotību, kas saistīta ar fāzes spriegumiem, pavada strāvas pāreja neitrālajā vadā un līdz ar to arī nulles secības sprieguma parādīšanās. .
Nulles secības sprieguma koeficients k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
kur U0 (1) — pamatfrekvences faktiskā nulles secības sprieguma vērtība, kV; Un.f. — fāzes sprieguma nominālvērtība, kV.
Lielumu U0(1) nosaka, izmērot trīs fāžu spriegumus pie pamatfrekvences, t.i.
kur tiA, vB, c° C, yO — uztvērēja A, B, C fāžu vadītspēja un nulles vada vadītspēja; UA (1), UB (1), UVB (1) - fāzes spriegumu efektīvās vērtības.
Pieļaujamā vērtība U0(1), ko ierobežo sprieguma pielaides prasības, kuras apmierina nulles secības koeficients 2% kā normāls līmenis un 4% no maksimālā līmeņa.
Vērtības samazināšanu var panākt, racionāli sadalot vienfāzes slodzi starp fāzēm, kā arī palielinot nulles vada šķērsgriezumu līdz fāzes vadu šķērsgriezumam un sadales tīklā izmantojot transformatorus. ar zigzagveida savienojuma grupu.
Sprieguma kritums un sprieguma krituma intensitāte
Sprieguma kritums - tas ir pēkšņs būtisks sprieguma samazinājums elektrotīkla punktā, kam seko sprieguma atjaunošanās līdz sākotnējam līmenim vai tuvu tam pēc laika intervāla no vairākiem periodiem līdz vairākiem desmitiem sekunžu.
Sprieguma krituma ilgums ΔTpr ir laika intervāls starp sākotnējo sprieguma krituma brīdi un sprieguma atjaunošanās brīdi līdz sākuma līmenim vai tuvu tam (2. att.), t.i. ΔTpr = Tvos — Trano
Rīsi. 2. Sprieguma krituma ilgums un dziļums
Nozīme ΔTpr svārstās no vairākiem periodiem līdz vairākiem desmitiem sekunžu. Sprieguma kritumu raksturo krituma intensitāte un dziļums δUpr, kas ir starpība starp sprieguma nominālo vērtību un sprieguma minimālo efektīvo vērtību Umin sprieguma krituma laikā, un to izsaka procentos no nominālās vērtības. spriegums vai absolūtās vienībās.
Daudzumu δUpr nosaka šādi:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% vai δUpr = Un — Umin
Sprieguma krituma intensitāte m* atspoguļo noteikta dziļuma un ilguma sprieguma kritumu rašanās biežumu tīklā, t.i. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, kur m (δUpr, ΔTNS) — sprieguma kritumu skaits dziļums δUpr un ilgums ΔTNS T laikā; M — kopējais sprieguma kritumu skaits T laikā.
Dažu veidu elektriskās ierīces (datori, spēka elektronika), tādēļ šādu uztvērēju elektroapgādes projektos jāparedz pasākumi sprieguma kritumu ilguma, intensitātes un dziļuma samazināšanai. GOST nenorāda pieļaujamās vērtības sprieguma krituma ilgumam.
Impulsu spriegums
Sprieguma pārspriegums ir pēkšņas sprieguma izmaiņas, kam seko sprieguma atjaunošana līdz normālam līmenim laika periodā no dažām mikrosekundēm līdz 10 milisekundēm. Tas attēlo impulsa sprieguma Uimp maksimālo momentāno vērtību (3. att.).
Rīsi. 3. Impulsa spriegums
Impulsa spriegumu raksturo impulsa amplitūda U 'imp, kas ir starpība starp sprieguma impulsu un pamatfrekvences sprieguma momentāno vērtību, kas atbilst impulsa sākuma momentam. Impulsa ilgums Timp — laika intervāls starp sprieguma impulsa sākuma momentu un brīdi, kad sprieguma momentānā vērtība atjaunojas līdz normālam līmenim. Impulsa platumu var aprēķināt Timp0,5 tā amplitūdas 0,5 līmenī (sk. 3. att.).
Impulsa spriegumu nosaka relatīvās vienībās pēc formulas ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Jutīgi pret sprieguma impulsiem ir arī tādi elektriskie uztvērēji kā datori, spēka elektronika u.c. Impulsu spriegumi parādās elektrotīkla pārslēgšanas rezultātā. Izstrādājot konkrētus barošanas avotu projektus, jāņem vērā impulsu sprieguma samazināšanas pasākumi. GOST nenorāda pieļaujamās impulsa sprieguma vērtības.
Frekvences novirze
Frekvences izmaiņas ir saistītas ar kopējās slodzes un turbīnas ātruma regulatoru raksturlielumu izmaiņām. Lielas frekvences novirzes rodas no lēnām, regulārām slodzes izmaiņām ar nepietiekamu aktīvās jaudas rezervi.
Sprieguma frekvence, atšķirībā no citām parādībām, kas pasliktina elektroenerģijas kvalitāti, ir visas sistēmas parametrs: visi vienā sistēmā pieslēgtie ģeneratori ģenerē elektroenerģiju ar vienādu frekvenci — 50 Hz.
Saskaņā ar pirmo Kirhhofa likumu vienmēr pastāv stingrs līdzsvars starp elektroenerģijas ražošanu un elektroenerģijas ražošanu. Tāpēc jebkuras slodzes jaudas izmaiņas izraisa frekvences izmaiņas, kas izraisa ģeneratoru aktīvās jaudas ģenerēšanas izmaiņas, kurām "turbīnu-ģeneratoru" bloki ir aprīkoti ar ierīcēm, kas ļauj regulēt plūsmu. enerģijas nesēja turbīnā atkarībā no frekvences izmaiņām elektrosistēmā.
Ar zināmu slodzes pieaugumu izrādās, ka "turbīnu-ģeneratoru" bloku jauda ir izsmelta. Ja slodze turpina pieaugt, līdzsvars noregulējas zemākā frekvencē — notiek frekvences novirze. Šajā gadījumā mēs runājam par aktīvās jaudas deficītu, lai saglabātu nominālo frekvenci.
Frekvences novirzi Δf no nominālvērtības en nosaka pēc formulas Δf = f — fn, kur ir — frekvences pašreizējā vērtība sistēmā.
Frekvences izmaiņas virs 0,2 Hz būtiski ietekmē elektrisko uztvērēju tehniskos un ekonomiskos raksturlielumus, tāpēc normālā pieļaujamā frekvences novirzes vērtība ir ± 0,2 Hz, bet maksimālā pieļaujamā frekvences novirzes vērtība ir ± 0,4 Hz . Avārijas režīmos frekvences novirze no +0,5 Hz līdz – 1 Hz pieļaujama ne vairāk kā 90 stundas gadā.
Frekvences novirze no nominālās izraisa enerģijas zudumu palielināšanos tīklā, kā arī tehnoloģisko iekārtu produktivitātes samazināšanos.
Sprieguma amplitūdas modulācijas koeficients un nelīdzsvarotības koeficients starp fāzes un fāzes spriegumiem
Amplitūdas modulējošais spriegums raksturo sprieguma svārstības un ir vienāds ar modulētā sprieguma lielākās un mazākās amplitūdas pusstarpības attiecību, kas ņemta noteiktā laika intervālā, pret sprieguma nominālo jeb bāzes vērtību, t.i.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
kur Unb un Unm — attiecīgi lielākā un mazākā modulētā sprieguma amplitūda.
Nelīdzsvarotības koeficients starp fāzēm voltagesne.mf raksturo fāzes-fāzes sprieguma nelīdzsvarotību un ir vienāds ar fāzes-fāzes sprieguma nelīdzsvarotības svārstību attiecību pret sprieguma nominālo vērtību:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
kur Unb un Unm — trīsfāzu fāzes spriegumu augstākā un zemākā efektīvā vērtība.
Fāzes sprieguma nelīdzsvarotības koeficients kneb.f raksturo fāzes sprieguma nelīdzsvarotību un ir vienāds ar fāzes sprieguma nelīdzsvarotības svārstību attiecību pret fāzes sprieguma nominālo vērtību:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100%,
kur Unb un Unm — trīsfāzu spriegumu augstākā un zemākā efektīvā vērtība, Un.f — fāzes sprieguma nominālā vērtība.
Lasi arī: Pasākumi un tehniskie līdzekļi elektroenerģijas kvalitātes uzlabošanai