Ukazatele kvality elektřiny v elektrických sítích

V souladu s GOST 13109-87 se rozlišují základní a další indikátory kvality energie.

Mezi hlavní ukazatele kvality elektřiny patří stanovení vlastností elektrické energie charakterizující její kvalitu:

1) odchylka napětí (δU, %);

2) rozsah změny napětí (δUT,%);

3) dávka kolísání napětí (ψ, %);

4) koeficient nesinusoidy křivky napětí (kNSU, %);

5) koeficient n-té složky harmonického napětí lichého (sudého) řádu (kU (n), %);

6) koeficient záporné posloupnosti napětí (k2U, %);

7) poměr napětí nulové složky (k0U, %);

8) dobu trvání poklesu napětí (ATpr, s);

9) impulsní napětí (Uimp, V, kV);

10) frekvenční odchylka (Δe, Hz).

Doplňkové indikátory kvality elektrické energie, což jsou formy záznamu hlavních indikátorů kvality elektrické energie a používají se v dalších regulačních a technických dokumentech:

1) koeficient amplitudové modulace napětí (kMod);

2) koeficient nevyváženosti mezi fázovými napětími (kneb.m);

3) faktor nesymetrie fázových napětí (kneb.f).

Všimněme si přípustných hodnot stanovených ukazatelů kvality elektřiny, výrazů pro jejich definici a rozsah. Během 95 % denní doby (22,8 hodin) by indikátory kvality elektrické energie neměly překračovat běžné přípustné hodnoty a po celou dobu, včetně nouzových režimů, by měly být v rámci maximálních přípustných hodnot.

Kontrolu kvality elektřiny v charakteristických bodech elektrických sítí provádějí pracovníci podniku elektrické sítě. V tomto případě by doba měření indikátoru kvality elektrické energie měla být alespoň jeden den.

Odchylky napětí

Napěťová odchylka je jedním z nejdůležitějších ukazatelů kvality elektrické energie. Odchylka napětí se zjistí podle vzorce

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %

kde U (t) — efektivní hodnota napětí kladné sekvence základní frekvence nebo jednoduše efektivní hodnota napětí (s nesinusovým faktorem menším nebo rovným 5 %), v okamžiku T, kV ; Jiné než jmenovité napětí, kV.

Množství Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), kde UAB (1), UPBC (1), UAC (1)-RMS hodnoty sdruženého napětí na základní frekvenci.

Vlivem změn zatížení v čase, změn napěťové hladiny a dalších faktorů se mění velikost úbytku napětí v síťových prvcích a v souladu s tím i napěťová hladina UT.V důsledku toho se ukazuje, že v různých bodech sítě ve stejném časovém okamžiku a v jednom okamžiku v různém čase jsou odchylky napětí různé.

Normální provoz elektrických přijímačů s napětím do 1 kV je zajištěn za předpokladu, že odchylky napětí na jejich vstupu jsou rovné ± 5 % (normální hodnota) a ± 10 % (maximální hodnota). V sítích s napětím 6 — 20 kV je nastavena maximální odchylka napětí ± 10 %.

Výkon spotřebovaný žárovkami je přímo úměrný dodávanému napětí do výkonu 1,58, světelný výkon žárovek je výkon 2,0, světelný tok je výkon 3,61 a životnost žárovky je síla 13,57. Provoz zářivek méně závisí na odchylce napětí. Jejich životnost se tedy změní o 4 % při odchylce napětí 1 %.

Ke snížení osvětlení na pracovištích dochází při poklesu napětí, což vede ke snížení produktivity pracovníků a zhoršení jejich zraku. Při velkých poklesech napětí zářivky nesvítí ani neblikají, což vede ke snížení jejich životnosti. S rostoucím napětím se životnost žárovek dramaticky snižuje.

Rychlost otáčení asynchronních elektromotorů a v souladu s tím jejich provoz, stejně jako spotřebovaný jalový výkon, závisí na úrovni napětí. To se odráží ve výši ztrát napětí a výkonu v úsecích sítě.

Pokles napětí vede k prodloužení doby trvání technologického procesu v elektrotermických a elektrolýzních provozech a také k nemožnosti stabilního příjmu televizního vysílání v inženýrských sítích. V druhém případě se používají tzv. stabilizátory napětí, které samy spotřebovávají značný jalový výkon a které mají v oceli výkonové ztráty. K jejich výrobě se používá nedostatková transformátorová ocel.

Pro zajištění potřebného napětí nízkonapěťových autobusů všech TP tzv. protiproudá regulace ve středisku potravin. Zde je v režimu maximálního zatížení zachováno maximální povolené napětí sběrnic procesoru a v režimu minimálního zatížení je udržováno minimální napětí.

V tomto případě tzv. místní regulace napětí každé trafostanice umístěním přepínače distribučních transformátorů do příslušné polohy. V kombinaci s centralizovanou (v procesoru) a definovanou lokální regulací napětí se používají regulované a neregulované kondenzátorové banky, nazývané také lokální regulátory napětí.

Snížení napětí

Kolísání napětí je rozdíl mezi špičkovými nebo efektivními hodnotami napětí před a po změně napětí a je určeno vzorcem

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %

kde Ui a Ui + 1- hodnoty následujících extrémů nebo extrémů a horizontální část obálky hodnot amplitudového napětí.

Rozsahy kolísání napětí zahrnují jednotlivé změny napětí jakékoli formy s frekvencí opakování dvakrát za minutu (1/30 Hz) až jednou za hodinu, s průměrnou rychlostí změny napětí více než 0,1 % za sekundu (u žárovek) a 0,2 % za sekundu pro ostatní přijímače.

Rychlé změny napětí jsou způsobeny rázovým režimem provozu motorů hutních válcovacích stolic trakčních zařízení železnic, lučních pecí na výrobu oceli, svářecích zařízení, ale i častými starty výkonných asynchronních elektromotorů s veverkami, kdy spouštějí jalový výkon je několik procent zkratového výkonu.

Počet změn napětí za jednotku času, tzn. četnost změn napětí zjistíme vzorcem F = m / T, kde m je počet změn napětí za čas T, T je celková doba pozorování kolísání napětí.

Hlavní požadavky na kolísání napětí jsou způsobeny úvahami o ochraně lidského zraku. Bylo zjištěno, že nejvyšší citlivost oka na blikání světla je ve frekvenčním rozsahu rovném 8,7 Hz. Proto pro žárovky, které poskytují pracovní osvětlení s významným vizuálním napětím, je změna napětí povolena ne více než 0,3%, pro čerpací lampy v každodenním životě - 0,4%, pro zářivky a jiné elektrické přijímače - 0,6.

Přípustné rozsahy výkyvu jsou znázorněny na obr. 1.

Rýže. 1. Přípustné rozsahy kolísání napětí: 1 — pracovní osvětlení žárovkami s vysokým vizuálním napětím, 2 — domácí žárovky, 3 — zářivky

Oblast I odpovídá provozu čerpadel a domácích spotřebičů, II — jeřáby, kladkostroje, III — obloukové pece, ruční odporové svařování, IV — provoz pístových kompresorů a automatické odporové svařování.

Pro snížení rozsahu změn napětí v osvětlovací síti, oddělené napájení přijímačů osvětlovací sítě a výkonové zátěže z různých výkonových transformátorů, podélná kapacitní kompenzace energetické sítě, jakož i synchronních elektromotorů a umělých zdrojů jalového výkon (reaktory nebo kondenzátorové banky, jejichž proud je generován pomocí řízených ventilů pro získání požadovaného jalového výkonu).

Dávka kolísání napětí

Dávka kolísání napětí je shodná s rozsahem změn napětí a je zavedena do stávajících elektrických sítí, jakmile jsou vybaveny příslušnými zařízeními. Při použití indikátoru "dávka kolísání napětí" nemusí být provedeno posouzení přípustnosti rozsahu změn napětí, protože uvažované indikátory jsou zaměnitelné.

Dávka kolísání napětí je také integrální charakteristikou kolísání napětí, které způsobuje podráždění osoby nahromaděné po určitou dobu v důsledku blikajícího světla ve frekvenčním rozsahu 0,5 až 0,25 Hz.

Maximální přípustná hodnota dávky z kolísání napětí (ψ, (%)2) v elektrické síti, ke které jsou osvětlovací zařízení připojena, by neměla překročit: 0,018 — se žárovkami v místnostech, kde je vyžadováno značné vizuální napětí; 0,034 — se žárovkami ve všech ostatních místnostech; 0,079 — se zářivkami.

Nesinusový faktor křivky napětí

Při práci v síti výkonných instalací usměrňovačů a měničů, stejně jako obloukových pecí a svařovacích zařízení, tedy nelineárních prvků, dochází ke zkreslení křivek proudu a napětí. Nesinusové průběhy proudu a napětí jsou harmonické kmity různých frekvencí (průmyslová frekvence je nejnižší harmonická, všechny ostatní k ní jsou vyšší harmonické).

Vyšší harmonické v napájecí soustavě způsobují dodatečné ztráty energie, snižují životnost kosinusových kondenzátorových baterií, elektromotorů a transformátorů, vedou k potížím při nastavování reléové ochrany a signalizace, jakož i provozu elektrických pohonů řízených tyristory atd. . .

Obsah vyšších harmonických v elektrické síti je charakterizován nesinusovým koeficientem napěťové křivky kNSU, který je určen výrazem

kde N je řád poslední z uvažovaných harmonických složek, Uн — efektivní hodnota n-té (н = 2, ... Н) složky harmonického napětí, kV.

Normální a maximální přípustné hodnoty kNSU by neměly překročit: v elektrické síti s napětím do 1 kV — 5 a 10 %, v elektrické síti 6 — 20 kV — 4 a 8 %, v elektrické síti 35 kV — 3 a 6 %, v elektrické síti 110 kV a více 2 a 4 %.

Pro snížení vyšších harmonických se používají výkonové filtry, které jsou sériovým zapojením indukčního a kapacitního odporu laděného do rezonance při určité harmonické. Pro eliminaci harmonických na nízkých frekvencích se používají měničové instalace s velkým počtem fází.

Koeficient n-té složky harmonického napětí lichého (sudého) řádu

Koeficient nTato harmonická složka napětí lichého (sudého) řádu je poměrem efektivní hodnoty n-té harmonické složky napětí k efektivní hodnotě napětí základní frekvence, tzn. kU (n) = (ne/ne) x 100 %

Hodnotou koeficientu kU (n) je spektrum určeno n-x harmonickými složkami, pro jejichž potlačení musí být navrženy odpovídající výkonové filtry.

Normální a maximální přípustné hodnoty by neměly překročit: v elektrické síti s napětím do 1 kV — 3 a 6 %, v elektrické síti 6 — 20 kV 2,5 a 5 %, v elektrické síti 35 kV — 2 a 4 %, v elektrické síti 110 kV a více 1 a 2 %.

Nerovnováha napětí

K nerovnováze napětí dochází v důsledku zatížení jednofázových elektrických přijímačů. Protože distribuční sítě s napětím nad 1 kV pracují s izolovaným nebo kompenzovaným neutrálem, pak napěťová asymetrie kvůli výskytu napětí záporné sekvence. Asymetrie se projevuje ve formě nerovnosti linkové a fázové napětí a negativní po sobě jdoucí faktor je charakterizován:

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

kde U2(1) je efektivní hodnota napětí záporné složky na základní frekvenci třífázové napěťové soustavy, kV. Hodnotu U2(1) lze získat měřením tří napětí na základní frekvenci, tzn. UA(1), UB (1), UB (1)... Potom

kde yA, yB a y°C — fázová vodivost A, B a °C přijímač.

V sítích s napětím nad 1 kV dochází k napěťové asymetrii především u jednofázových elektrotermických instalací (nepřímé obloukové pece, odporové pece, pece s indukčními kanály, elektrostrusková tavicí zařízení atd.).

Vede přítomnost napětí záporné složky k dodatečnému zahřívání budicích vinutí synchronních generátorů a ke zvýšení jejich vibrací, dodatečnému zahřívání elektromotorů a prudkému snížení životnosti jejich izolace, snížení generovaného jalového výkonu výkonovými kondenzátory, přídavným ohřevem vedení a transformátorů? zvýšení počtu falešných poplachů reléové ochrany atd.

Na svorkách symetrického elektrického přijímače je normálně přípustná nevyváženost 2% a maximální přípustná je 4%.

Vliv nesymetrie se výrazně snižuje, když jsou jednofázové spotřebiče napájeny samostatnými transformátory, stejně jako když se používají řízená a neřízená vyvažovací zařízení, která kompenzují ekvivalentní proud záporné sekvence spotřebovávaný jednofázovými zátěžemi.

Ve čtyřvodičových sítích s napětím do 1 kV je nerovnováha způsobená jednofázovými přijímači spojenými s fázovými napětími doprovázena průchodem proudu v nulovém vodiči, a proto se objeví napětí nulové složky. .

Faktor napětí nulové složky k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,

kde U0 (1) — efektivní hodnota netočivé složky napětí základní frekvence, kV; Un.f. — jmenovitá hodnota fázového napětí, kV.

Veličina U0(1) je určena měřením tří fázových napětí na základní frekvenci, tzn.

kde tiA, vB, c° C, yO — vodivost fází A, B, C přijímače a vodivost nulového vodiče; UA(1), UB (1), UVB (1) - efektivní hodnoty fázových napětí.

Přípustná hodnota U0(1) omezená požadavky na toleranci napětí, které jsou splněny faktorem nulové sekvence 2 % jako normální úroveň a 4 % maximální úrovně.

Snížení hodnoty lze dosáhnout racionálním rozložením jednofázové zátěže mezi fázemi, dále zvětšením průřezu nulového vodiče na průřez fázových vodičů a použitím transformátorů v distribuční síti se skupinou spojení hvězda-cik-cak.

Pokles napětí a intenzita poklesů napětí

Pokles napětí — jedná se o náhlé výrazné snížení napětí v místě elektrické sítě s následným obnovením napětí na počáteční úroveň nebo blízko ní po časovém intervalu od několika period po několik desítek sekund.

Doba trvání poklesu napětí ΔTpr je časový interval mezi počátečním okamžikem poklesu napětí a okamžikem obnovení napětí na počáteční úroveň nebo blízko ní (obr. 2), tzn. ΔTpr = Tvos — Trano

Rýže. 2. Doba trvání a hloubka poklesu napětí

Význam ΔTpr se pohybuje od několika period po několik desítek sekund. Úbytek napětí je charakterizován intenzitou a hloubkou poklesu δUpr, což je rozdíl mezi jmenovitou hodnotou napětí a minimální efektivní hodnotou napětí Umin při poklesu napětí a je vyjádřen v procentech jmenovité hodnoty napětí. napětí nebo v absolutních jednotkách.

Množství δUpr se stanoví takto:

δUp = ((Un — Umin)/ Un) x 100 % nebo δUpr = Un — Umin

Intenzita poklesu napětí m* představuje četnost výskytu v síti poklesů napětí určité hloubky a trvání, tzn. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100 %, kde m (δUpr, ΔTNS) — počet hloubek poklesu napětí δUpr a trvání ΔTNS během T; M — celkový počet poklesů napětí během T.

Některé typy elektrických zařízení (počítače, výkonová elektronika), proto musí projekty napájení pro takové přijímače obsahovat opatření ke snížení doby trvání, intenzity a hloubky poklesů napětí. GOST neuvádí přípustné hodnoty pro dobu trvání poklesu napětí.

Impulsní napětí

Napěťový ráz je náhlá změna napětí následovaná obnovením napětí na jeho normální úroveň po dobu několika mikrosekund až 10 milisekund. Představuje maximální okamžitou hodnotu impulsního napětí Uimp (obr. 3).

Rýže. 3. Impulsní napětí

Impulzní napětí je charakterizováno amplitudou impulsu U'imp, což je rozdíl mezi napěťovým impulsem a okamžitou hodnotou napětí základní frekvence odpovídající okamžiku počátku impulsu. Doba trvání pulsu Timp — časový interval mezi počátečním okamžikem napěťového impulzu a okamžikem návratu okamžité hodnoty napětí na normální úroveň. Šířku impulsu lze vypočítat Timp0,5 na úrovni 0,5 jeho amplitudy (viz obr. 3).

Impulzní napětí je určeno v relativních jednotkách vzorcem ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Citlivé na napěťové impulsy jsou i takové elektrické přijímače jako počítače, výkonová elektronika atp. Impulzní napětí se objevují v důsledku spínání v elektrické síti. Při navrhování konkrétních návrhů napájecích zdrojů by měla být zvážena opatření ke snížení impulsního napětí. GOST neuvádí přípustné hodnoty impulsního napětí.

Frekvenční odchylka

Změny frekvence jsou způsobeny změnami v celkovém zatížení a charakteristikách regulátorů otáček turbíny. Velké frekvenční odchylky vyplývají z pomalých, pravidelných změn zátěže s nedostatečnou rezervou činného výkonu.

Frekvence napětí, na rozdíl od jiných jevů, které zhoršují kvalitu elektřiny, je celosystémový parametr: všechny generátory připojené k jednomu systému vyrábějí elektřinu o napětí se stejnou frekvencí — 50 Hz.

Podle prvního Kirchhoffova zákona existuje vždy přísná rovnováha mezi výrobou elektřiny a výrobou elektřiny. Proto jakákoli změna výkonu zátěže způsobí změnu frekvence, což vede ke změně generování činného výkonu generátorů, pro které jsou bloky «turbína-generátor» vybaveny zařízeními, která umožňují nastavení průtoku. nosiče energie v turbíně v závislosti na změnách frekvence v elektrickém systému.

S určitým zvýšením zátěže se ukazuje, že výkon bloků "turbína-generátor" je vyčerpán. Pokud se zátěž stále zvyšuje, váha se ustálí na nižší frekvenci – dochází k frekvenčnímu posunu. V tomto případě mluvíme o deficitu činného výkonu pro udržení jmenovité frekvence.

Odchylka frekvence Δf od jmenovité hodnoty en je určena vzorcem Δf = f — fn, kde je — aktuální hodnota frekvence v systému.

Změny kmitočtu nad 0,2 Hz mají významný vliv na technické a ekonomické vlastnosti elektrických přijímačů, proto je běžná přípustná hodnota frekvenční odchylky ± 0,2 Hz a maximální přípustná hodnota frekvenční odchylky je ± 0,4 Hz . V nouzových režimech je povolena odchylka frekvence +0,5 Hz až – 1 Hz po dobu maximálně 90 hodin za rok.

Odchylka frekvence od jmenovité vede k nárůstu energetických ztrát v síti a také ke snížení produktivity technologického zařízení.

Faktor amplitudové modulace napětí a faktor nesymetrie mezi fázovým a fázovým napětím

Amplitudově modulační napětí charakterizuje kolísání napětí a je rovno poměru polovičního rozdílu největší a nejmenší amplitudy modulovaného napětí, odebraného za určitý časový interval, ke jmenovité nebo základní hodnotě napětí, tzn.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

kde Unb a Unm — největší a nejmenší amplituda modulovaného napětí.

Faktor nesymetrie mezi fázovými napětímisne.mf charakterizuje nesymetrii fázového napětí a je roven poměru výkyvu nesymetrie fázového napětí ke jmenovité hodnotě napětí:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100 %

kde Unb a Unm-nejvyšší a nejnižší efektivní hodnota třífázových napětí.

Faktor nesymetrie fázového napětí kneb.f charakterizuje nesymetrii fázového napětí a je roven poměru výkyvu nesymetrie fázového napětí ke jmenovité hodnotě fázového napětí:

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

kde Unb a Unm — nejvyšší a nejnižší efektivní hodnota tří fázových napětí, Un.f — jmenovitá hodnota fázového napětí.

Přečtěte si také: Opatření a technické prostředky ke zlepšení kvality elektrické energie