Indikatorer för kvaliteten på el i elektriska nät
I enlighet med GOST 13109-87 särskiljs grundläggande och ytterligare strömkvalitetsindikatorer.
Bland huvudindikatorerna för kvaliteten på el inkluderar bestämningen av egenskaperna hos elektrisk energi som kännetecknar dess kvalitet:
1) spänningsavvikelse (δU, %);
2) spänningsändringsområdet (δUT,%);
3) dosen av spänningsfluktuationer (ψ, %);
4) spänningskurvans icke-sinusformade koefficient (kNSU, %);
5) koefficient för den n:te komponenten av övertonsspänningen av udda (jämn) ordning (kU (n), %);
6) koefficienten för den negativa följden av spänningar (k2U, %);
7) nollsekvensspänningsförhållande (k0U, %);
8) varaktigheten av spänningsfallet (ΔTpr, s);
9) impulsspänning (Uimp, V, kV);
10) frekvensavvikelse (Δe, Hz).
Ytterligare strömkvalitetsindikatorer, som är former för att registrera de viktigaste strömkvalitetsindikatorerna och används i andra reglerande och tekniska dokument:
1) koefficienten för amplitudmodulering av spänningar (kMod);
2) obalanskoefficienten mellan fasspänningar (kneb.m);
3) obalansfaktor för fasspänningar (kneb.f).
Låt oss notera de tillåtna värdena för de angivna indikatorerna för kvaliteten på el, uttryck för deras definition och omfattning. Under 95 % av tiden på dygnet (22,8 timmar) bör strömkvalitetsindikatorerna inte överstiga de normala tillåtna värdena, och vid alla tidpunkter, inklusive nödlägen, bör de ligga inom de högsta tillåtna värdena.
Kontrollen av kvaliteten på el på karakteristiska punkter i elnäten utförs av personalen på elnätsföretaget. I det här fallet bör varaktigheten av mätningen av strömkvalitetsindikatorn vara minst en dag.
Spänningsavvikelser
Spänningsavvikelse är en av de viktigaste indikatorerna för strömkvalitet. Spänningsavvikelsen hittas av formeln
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %
där U (t) — det effektiva värdet av spänningen för den positiva sekvensen av grundfrekvensen eller helt enkelt det effektiva värdet för spänningen (med en icke-sinusformad faktor som är mindre än eller lika med 5 %), i ögonblicket T, kV ; Icke-nominell spänning, kV.
Kvantiteten Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), där UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS-värden för fas-till-fas spänning vid grundfrekvensen.
På grund av förändringar i belastningar över tiden, förändringar i spänningsnivån och andra faktorer ändras storleken på spänningsfallet i nätverkselementen och följaktligen spänningsnivån UT.Som ett resultat visar det sig att spänningsavvikelserna är olika vid olika punkter i nätverket vid samma tidpunkt och vid ett ögonblick vid olika tidpunkter.
Normal drift av elektriska mottagare med en spänning på upp till 1 kV säkerställs förutsatt att spänningsavvikelserna vid deras ingång är lika med ± 5 % (normalt värde) och ± 10 % (maximalt värde). I nät med en spänning på 6 — 20 kV sätts en maximal spänningsavvikelse på ± 10 %.
Effekten som förbrukas av glödlampor är direkt proportionell mot den tillförda spänningen till effekten av 1,58, lampornas ljusstyrka är till effekten av 2,0, ljusflödet är till effekten av 3,61, och lampans livslängd är till kraften 13.57. Driften av lysrör beror mindre på spänningsavvikelse. Sålunda förändras deras livslängd med 4 % med en spänningsavvikelse på 1 %.
Minskningen av belysning på arbetsplatser sker med en minskning av spänningen, vilket leder till en minskning av arbetarnas produktivitet och försämring av deras syn. Med stora spänningsfall lyser eller blinkar inte lysrör, vilket leder till en minskning av deras livslängd. När spänningen ökar minskar livslängden för glödlampor dramatiskt.
Rotationshastigheten för asynkrona elmotorer och följaktligen deras funktion, såväl som den förbrukade reaktiva effekten, beror på spänningsnivån. Det senare återspeglas i mängden spännings- och effektförluster i nätverkssektioner.
Minskningen av spänningen leder till en ökning av varaktigheten av den tekniska processen i elektrotermiska och elektrolysanläggningar, såväl som till omöjligheten av stabil mottagning av tv-sändningar i allmännyttiga nätverk. I det andra fallet används så kallade spänningsstabilisatorer som själva förbrukar betydande reaktiv effekt och som har effektförluster i stålet. Få transformatorstål används för deras produktion.
För att säkerställa den nödvändiga spänningen på lågspänningsbussarna för alla TP, den så kallade motströmsregleringen i matcentret. Här bibehålls den maximalt tillåtna spänningen för processorbussarna i det maximala belastningsläget, och i det minimala belastningsläget bibehålls den lägsta spänningen.
I detta fall, den så kallade lokala regleringen av spänningen för varje transformatorstation genom att placera omkopplaren för distributionstransformatorerna i lämplig position. I kombination med centraliserad (i processorn) och definierad lokal spänningsreglering används reglerade och oreglerade kondensatorbanker, även kallade lokala spänningsregulatorer.
Minska spänningen
Spänningssvängning är skillnaden mellan topp- eller rms-spänningsvärdena före och efter en spänningsändring och bestäms av formeln
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %
där Ui och Ui + 1- värdena för följande extremer eller extrema och den horisontella delen av enveloppen för amplitudspänningsvärdena.
Spänningssvängningsområden inkluderar enstaka spänningsändringar av vilken form som helst med en upprepningshastighet på två gånger per minut (1/30 Hz) till en gång per timme, med en genomsnittlig spänningsändring på mer än 0,1 % per sekund (för glödlampor) och 0,2 % per sekund för andra mottagare.
Snabba förändringar i spänningen orsakas av chockdriftssättet för motorerna i metallurgiska valsverk av draganläggningar på järnvägar, ängsugnar för tillverkning av stål, svetsutrustning, såväl som frekventa starter av kraftfulla asynkrona elektriska motorer med ekorrar, när de startar den reaktiva effekten är några procent av kortslutningseffekten.
Antalet spänningsförändringar per tidsenhet, d.v.s. frekvensen för spänningsändringar hittas av formeln F = m / T, där m är antalet spänningsändringar under tiden T, T är den totala tiden för observation av spänningssvängningen.
De huvudsakliga kraven på spänningsfluktuationer beror på mänskliga ögonskydd. Det visade sig att ögats högsta känslighet för ljusflimmer ligger i frekvensområdet lika med 8,7 Hz. Därför, för glödlampor som ger arbetsbelysning med betydande visuella spänningar, tillåts spänningsändringen inte mer än 0,3%, för pumpande lampor i vardagen - 0,4%, för lysrör och andra elektriska mottagare - 0,6.
De tillåtna svängområdena visas i fig. 1.
Ris. 1. Tillåtna spänningsvariationer: 1 — arbetsbelysning med glödlampor vid hög visuell spänning, 2 — glödlampor för hushåll, 3 — lysrör
Region I motsvarar driften av pumpar och hushållsapparater, II — kranar, hissar, III — ljusbågsugnar, manuell motståndssvetsning, IV — drift av kolvkompressorer och automatisk motståndssvetsning.
För att minska utbudet av spänningsförändringar i belysningsnätverket, separat strömförsörjning av belysningsnätverkets mottagare och kraftbelastningen från olika krafttransformatorer, längsgående kapacitiv kompensation av kraftnätet, såväl som synkrona elektriska motorer och artificiella källor för reaktiva effekt (reaktorer eller kondensatorbanker vars ström genereras med hjälp av styrda ventiler för att erhålla den erforderliga reaktiva effekten).
Dos av spänningsfluktuationer
Dosen av spänningsfluktuationer är identisk med omfånget av spänningsförändringar och introduceras i befintliga elektriska nätverk så snart de är utrustade med lämpliga enheter. När du använder indikatorn "dos av spänningsfluktuationer" kan en bedömning av tillåtligheten av spänningsförändringarna inte göras, eftersom de övervägda indikatorerna är utbytbara.
Dosen av spänningsfluktuationer är också en integrerad egenskap hos spänningsfluktuationer som orsakar irritation hos en person ackumulerad under en viss tidsperiod på grund av blinkande ljus i frekvensområdet 0,5 till 0,25 Hz.
Det högsta tillåtna värdet av dosen från spänningsfluktuationer (ψ, (%)2) i det elektriska nätverket till vilket belysningsinstallationerna är anslutna bör inte överstiga: 0,018 — med glödlampor i rum där betydande visuell spänning krävs; 0,034 — med glödlampor i alla andra rum; 0,079 — med lysrör.
Icke-sinusformad faktor för spänningskurvan
När man arbetar i ett nätverk av kraftfulla likriktar- och omvandlarinstallationer, såväl som ljusbågsugnar och svetsinstallationer, det vill säga icke-linjära element, förvrängs ström- och spänningskurvorna. Icke-sinusformade ström- och spänningskurvor är harmoniska svängningar av olika frekvenser (industriell frekvens är den lägsta övertonen, alla andra i förhållande till den är högre övertoner).
Högre övertoner i strömförsörjningssystemet orsakar ytterligare energiförluster, minskar livslängden för cosinuskondensatorbatterier, elmotorer och transformatorer, leder till svårigheter med att ställa in reläskydd och signalering, samt driften av elektriska drivenheter som styrs av tyristorer etc. . .
Innehållet av högre övertoner i det elektriska nätet kännetecknas av den icke-sinusformade koefficienten för spänningskurvan kNSU som bestäms av uttrycket
där N är ordningen för den sista av de övertonade komponenterna, Uн — det effektiva värdet av den n:te (н = 2, ... Н) komponenten av övertonsspänningen, kV.
Normala och högsta tillåtna värden kNSU bör inte överstiga respektive: i ett elnät med spänning upp till 1 kV — 5 och 10 %, i ett elnät 6 — 20 kV — 4 och 8 %, i ett elnät 35 kV — 3 och 6 %, i elnätet 110 kV och däröver 2 och 4 %.
För att reducera högre övertoner används effektfilter, som är en seriekoppling av induktivt och kapacitivt motstånd avstämt till resonans vid en viss överton. För att eliminera övertoner vid låga frekvenser används omvandlarinstallationer med ett stort antal faser.
Koefficient n:te komponenten för harmonisk spänning av udda (jämn) ordning
Koefficient nDenna övertonskomponent av spänningen av den udda (jämna) ordningen är förhållandet mellan det effektiva värdet av den n:te övertonskomponenten av spänningen och det effektiva värdet av spänningen för grundfrekvensen, dvs. kU (n) = (Un/Un) x 100 %
Genom värdet på koefficienten kU (n) bestäms spektrumet av n-x övertonskomponenter, för vilkas undertryckning motsvarande effektfilter måste utformas.
Normala och högsta tillåtna värden bör inte överstiga respektive: i ett elnät med en spänning upp till 1 kV — 3 och 6 %, i ett elnät 6 — 20 kV 2,5 och 5 %, i ett elnät 35 kV — 2 och 4 %, i ett elnät 110 kV och över 1 och 2 %.
Spänningsobalans
Spänningsobalansen uppstår på grund av belastningen av enfasiga elektriska mottagare. Eftersom distributionsnät med spänningar över 1 kV arbetar med en isolerad eller kompenserad noll, alltså spänningsasymmetri på grund av uppkomsten av negativ sekvensspänning. Asymmetri visar sig i form av ojämlikhet linje- och fasspänning och en negativ konsekutiv faktor karakteriseras:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100 %,
där U2(1) är rms-värdet för den negativa sekvensspänningen vid grundfrekvensen för trefasspänningssystemet, kV. U-värde2(1) kan erhållas genom att mäta tre spänningar vid grundfrekvensen, d.v.s. UA(1), UB (1), UB (1)... Sedan
där yA, yB och y° C — faskonduktivitet A, B och ° C mottagare.
I nät med spänningar över 1 kV uppstår spänningsasymmetri främst på grund av enfasiga elektrotermiska installationer (indirekta ljusbågsugnar, motståndsugnar, ugnar med induktionskanaler, elektroslaggsmältningsinstallationer etc.).
Leder närvaron av en negativ sekvensspänning till ytterligare uppvärmning av excitationslindningarna hos synkrona generatorer och en ökning av deras vibrationer, ytterligare uppvärmning av elmotorer och en kraftig minskning av livslängden för deras isolering, en minskning av den genererade reaktiva effekten av kraftkondensatorer, tilläggsvärmning av ledningar och transformatorer? öka antalet falska larm av reläskyddet osv.
På terminalerna på en symmetrisk elektrisk mottagare är det normalt tillåtna obalansförhållandet 2 % och det maximalt tillåtna är 4 %.
Inverkan av obalans reduceras kraftigt när enfasiga strömförbrukare försörjs av separata transformatorer, såväl som när kontrollerade och okontrollerade balanseringsanordningar används, som kompenserar för den negativa sekvensekvivalenta strömmen som förbrukas av enfasbelastningar.
I fyrtrådsnätverk med en spänning på upp till 1 kV åtföljs en obalans orsakad av enfasmottagare associerade med fasspänningarna av strömpassage i nollledningen och därför uppkomsten av en nollsekvensspänning .
Nollsekvensspänningsfaktor k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,
där U0 (1) — effektiv nollföljdsspänning för grundfrekvensen, kV; Un.f. — Nominellt värde för fasspänningen, kV.
Storheten U0(1) bestäms genom att mäta de tre fasspänningarna vid grundfrekvensen, d.v.s.
där tiA, vB, c° C, yO — ledningsförmågan för faserna A, B, C hos mottagaren och ledningsförmågan hos den neutrala ledningen; UA(1), UB (1), UVB (1) - RMS-värden för fasspänningarna.
Tillåtet värde U0(1) begränsat av spänningstoleranskrav som uppfylls av nollsekvensfaktor på 2 % som normalnivå och 4 % av maxnivå.
Minskningen av värdet kan uppnås genom rationell fördelning av en enfasbelastning mellan faserna, såväl som genom att öka tvärsnittet av den neutrala ledningen till tvärsnittet av fasledningarna och använda transformatorer i ett distributionsnätverk med en stjärnsicksackanslutningsgrupp.
Spänningssänkning och intensiteten av spänningssänkningar
Spänningsfall — detta är en plötslig betydande spänningsminskning vid en punkt i det elektriska nätverket, följt av en återhämtning av spänningen till den ursprungliga nivån eller nära den efter ett tidsintervall från flera perioder till flera tiotals sekunder.
Spänningsfallets varaktighet ΔTpr är tidsintervallet mellan det initiala ögonblicket för spänningsfallet och ögonblicket för återhämtning av spänningen till den initiala nivån eller nära den (fig. 2), dvs. ΔTpr = Tvos — Trano
Ris. 2. Spänningsfallets varaktighet och djup
Det betyder att ΔTpr varierar från flera perioder till flera tiotals sekunder. Spänningsfallet kännetecknas av intensiteten och djupet av dippet δUpr, vilket är skillnaden mellan det nominella värdet på spänningen och det minsta effektiva värdet på spänningen Umin under spänningsfallet och uttrycks som en procentandel av det nominella värdet på spänningen eller i absoluta enheter.
Kvantiteten δUpr bestäms enligt följande:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100 % eller δUpr = Un — Umin
Spänningssänkningsintensitet m* representerar förekomstfrekvensen i nätverket av spänningssänkningar av ett visst djup och varaktighet, dvs. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100 %, där m (δUpr, ΔTNS) — antal spänningsfall djup δUpr och varaktighet ΔTNS under T; M — det totala antalet spänningsfall under T.
Vissa typer av elektriska apparater (datorer, kraftelektronik), därför måste strömförsörjningsprojekt för sådana mottagare tillhandahålla åtgärder för att minska varaktigheten, intensiteten och djupet av spänningsfall. GOST indikerar inte de tillåtna värdena för varaktigheten av spänningsfall.
Impulsspänning
En spänningsstöt är en plötslig förändring i spänningen följt av en återhämtning av spänningen till dess normala nivå under en tidsperiod på några mikrosekunder till 10 millisekunder. Det representerar det maximala momentana värdet för impulsspänningen Uimp (Fig. 3).
Ris. 3. Impulsspänning
Impulsspänningen kännetecknas av impulsamplituden U 'imp, som är skillnaden mellan spänningsimpulsen och det momentana värdet av spänningen för grundfrekvensen som motsvarar ögonblicket för impulsens början. Pulslängd Timp — tidsintervallet mellan det initiala ögonblicket för spänningspulsen och ögonblicket för återhämtning av det momentana värdet av spänningen till normal nivå. Pulsens bredd kan beräknas Timp0,5 vid nivån 0,5 av dess amplitud (se fig. 3).
Impulsspänningen bestäms i relativa enheter av formeln ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Känsliga för spänningspulser är också sådana elektriska mottagare som datorer, kraftelektronik etc. Impulsspänningar uppstår som ett resultat av omkoppling i elnätet. Impulsspänningsreducerande åtgärder bör övervägas vid utformning av specifika strömförsörjningskonstruktioner. GOST anger inte de tillåtna värdena för impulsspänningen.
Frekvensavvikelse
Förändringar i frekvens beror på förändringar i den totala belastningen och egenskaperna hos turbinhastighetsregulatorerna. Stora frekvensavvikelser är resultatet av långsamma, regelbundna laständringar med otillräcklig aktiv effektreserv.
Spänningsfrekvens, till skillnad från andra fenomen som försämrar elkvaliteten, är en systemomfattande parameter: alla generatorer som är anslutna till ett system genererar elektricitet vid en spänning med samma frekvens - 50 Hz.
Enligt Kirchhoffs första lag finns det alltid en strikt balans mellan produktion av el och produktion av el. Därför orsakar varje förändring av kraften hos lasten en förändring i frekvensen, vilket leder till en förändring i genereringen av aktiv effekt hos generatorerna, för vilka "turbingenerator"-blocken är utrustade med enheter som tillåter justering av flödet av energibärare i turbinen beroende på frekvensförändringar i det elektriska systemet.
Med en viss ökning av belastningen visar det sig att kraften i "turbingenerator"-blocken är uttömd. Om belastningen fortsätter att öka lägger sig balansen vid en lägre frekvens – frekvensdrift uppstår. I det här fallet talar vi om ett underskott av aktiv effekt för att bibehålla den nominella frekvensen.
Frekvensavvikelsen Δf från det nominella värdet en bestäms av formeln Δf = f — fn, där är — det aktuella värdet på frekvensen i systemet.
Frekvensförändringar över 0,2 Hz har en betydande inverkan på de tekniska och ekonomiska egenskaperna hos elektriska mottagare, därför är det normala tillåtna värdet för frekvensavvikelse ± 0,2 Hz, och det maximalt tillåtna värdet för frekvensavvikelse är ± 0,4 Hz. I nödlägen tillåts en frekvensavvikelse på +0,5 Hz till — 1 Hz under högst 90 timmar per år.
Avvikelse av frekvensen från den nominella leder till en ökning av energiförluster i nätverket, såväl som till en minskning av produktiviteten hos teknisk utrustning.
Spänningsamplitudmodulationsfaktor och obalansfaktor mellan fas- och fasspänningar
Amplitudmodulerande spänning kännetecknar spänningsfluktuationer och är lika med förhållandet mellan halva skillnaden mellan den modulerade spänningens största och minsta amplitud, taget för ett visst tidsintervall, och spänningens nominella eller basvärde, dvs.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
där Unb och Unm — den största respektive minsta amplituden för den modulerade spänningen.
Obalansfaktor mellan fasspänningarne.mf kännetecknar fas-fasspänningsobalansen och är lika med förhållandet mellan svängningen av fas-fasspänningsobalansen och spänningens nominella värde:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %
där Unb och Unm - det högsta och lägsta effektiva värdet av de trefasiga fasspänningarna.
Fasspänningsobalansfaktor kneb.f karakteriserar fasspänningsobalansen och är lika med förhållandet mellan svängningen av fasspänningsobalansen och det nominella värdet av fasspänningen:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100 %,
där Unb och Unm — det högsta och lägsta effektiva värdet av de tre fasspänningarna, Un.f — det nominella värdet på fasspänningen.
Läs också: Åtgärder och tekniska medel för att förbättra kvaliteten på elektrisk energi