Показатели за качеството на електричеството в електрическите мрежи

В съответствие с ГОСТ 13109-87 се разграничават основни и допълнителни показатели за качество на електроенергията.

Към основните показатели за качество на електроенергиятаопределянето на свойствата на електрическата енергия, характеризиращи нейното качество, включва:

1) отклонение на напрежението (δU, %);

2) обхватът на промяна на напрежението (δUT,%);

3) дозата на колебанията в напрежението (ψ, %);

4) коефициентът на несинусоидалност на кривата на напрежението (кNSU, %);

5) коефициент н-тият компонент на хармоничното напрежение от нечетен (четен) ред (kU (n), %);

6) коефициентът на отрицателната последователност от напрежения (к2U, %);

7) съотношение напрежение нулева последователност (к0U, %);

8) продължителността на спада на напрежението (ΔTpr, s);

9) импулсно напрежение (Uimp, V, kV);

10) отклонение на честотата (Δе, Hz).

Допълнителни показатели за качество на електроенергията, които са форми на записване на основните показатели за качеството на електроенергията и се използват в други регулаторни и технически документи:

1) коефициентът на амплитудна модулация на напреженията (кМод);

2) коефициентът на дисбаланс между фазови напрежения (кneb.m);

3) коефициент на дисбаланс на фазовите напрежения (кneb.f).

Нека отбележим допустимите стойности на посочените показатели за качеството на електроенергията, изрази за тяхното определение и обхват. През 95% от времето на деня (22,8 часа) показателите за качество на електроенергията не трябва да надхвърлят нормалните допустими стойности, а през цялото време, включително аварийните режими, те трябва да са в рамките на максимално допустимите стойности.

Контролът на качеството на електроенергията в характерни точки на електрическите мрежи се извършва от персонала на предприятието за електрическа мрежа. В този случай продължителността на измерването на индикатора за качество на електроенергията трябва да бъде най -малко един ден.

Отклонения на напрежението

Отклонението на напрежението е един от най -важните показатели за качеството на електроенергията. Отклонението на напрежението се намира по формулата

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

където U (t) — ефективната стойност на напрежението на положителната последователност на основната честота или просто ефективната стойност на напрежението (с несинусоидален фактор по-малък или равен на 5%), в момента T, kV; Неноминално напрежение, kV.

Количеството Ut = 1/3 (UAB (1) + UПр.н.е. (1) + UAC (1)), където UAB (1),UПр.н.е. (1), UAC (1)-RMS стойности на фазово-фазово напрежение на основната честота.

Поради промени в натоварванията във времето, промени в нивото на напрежение и други фактори, величината на спада на напрежението в елементите на мрежата се променя и съответно нивото на напрежение UT. В резултат на това се оказва, че в различни точки на мрежата в един и същи момент във времето и в един момент в различно време отклоненията в напрежението са различни.

Нормалната работа на електрически приемници с напрежение до 1 kV се осигурява при условие, че отклоненията на напрежението на техния вход са равни на ± 5% (нормална стойност) и ± 10% (максимална стойност). В мрежи с напрежение 6 — 20 kV се задава максимално отклонение на напрежението ± 10%.

Консумираната мощност от лампите с нажежаема жичка е правопропорционална на подаденото напрежение до мощността 1,58, светлинната мощност на лампите е към мощността 2,0, светлинният поток е към мощността 3,61, а животът на лампата е към мощността от 13,57. Работата на флуоресцентните лампи зависи по -малко от отклонението на напрежението. Така техният експлоатационен живот се променя с 4% с отклонение на напрежението от 1%.

Намаляването на осветеността на работните места се случва с намаляване на напрежението, което води до намаляване на производителността на работниците и влошаване на зрението им. При големи спадове на напрежението флуоресцентните лампи не светят или мигат, което води до намаляване на експлоатационния им живот. С повишаването на напрежението експлоатационният живот на лампите с нажежаема жичка се намалява драстично.

Скоростта на въртене на асинхронните електродвигатели и съответно тяхната работа, както и консумираната реактивна мощност зависят от нивото на напрежение. Последното се отразява в размера на загубите на напрежение и мощност в мрежовите участъци.

Намаляването на напрежението води до увеличаване на продължителността на технологичния процес в електротермични и електролизни инсталации, както и до невъзможност за стабилно приемане на телевизионни предавания в комунални мрежи. Във втория случай се използват така наречените стабилизатори на напрежение, които сами консумират значителна реактивна мощност и които имат загуби на мощност в стоманата. За производството им се използва оскъдна трансформаторна стомана.

За да се осигури необходимото напрежение на нисковолтовите шини на всички ТП, т.нар регулиране на противотока в хранителния център. Тук в режим на максимално натоварване се поддържа максимално допустимото напрежение на шините на процесора, а в режим на минимално натоварване се поддържа минималното напрежение.

В този случай т.нар локално регулиране на напрежението на всяка трансформаторна станция чрез поставяне на превключвателя на разпределителните трансформатори в подходящо положение. В комбинация с централизирано (в процесора) и определеното локално регулиране на напрежението се използват регулирани и нерегулирани кондензаторни банки, наричани още средства за локално регулиране на напрежението.

Намаляване на напрежението

Люлеенето на напрежението е разликата между стойностите на пиковото или средноквадратичното напрежение преди и след една промяна на напрежението и се определя по формулата

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

където Uiи Ui + 1- стойностите на следващите една след друга екстремуми или екстремуми и хоризонталната част на обвивката на стойностите на амплитудното напрежение.

Диапазоните на люлеене на напрежението включват единични промени на напрежението под всякаква форма с честота на повторение от два пъти в минута (1/30 Hz) до веднъж на час, със средна скорост на промяна на напрежението повече от 0,1% в секунда (за лампи с нажежаема жичка) и 0 , 2% в секунда за други приемници.

Бързите промени на напрежението се причиняват от ударния режим на работа на двигателите на металургични валцови мелници на тягови инсталации на железници, ливадни пещи за производство на стомана, заваръчно оборудване, както и чести пускове на мощни асинхронни електродвигатели с катерици, когато те стартират реактивната мощност е няколко процента от мощността на късо съединение.

Броят на промените на напрежението за единица време, т.е. честотата на промените на напрежението, се намира по формулата F = m / T, където м е броят на промените в напрежението през времето T, T е общото време на наблюдение на люлеенето на напрежението.

Основните изисквания за колебанията в напрежението се дължат на съображения за защита на човешките очи. Установено е, че най -високата чувствителност на окото към трептене на светлината е в честотния диапазон, равен на 8,7 Hz. Следователно, за лампи с нажежаема жичка, които осигуряват работно осветление със значителни визуални напрежения, промяната на напрежението е разрешена не повече от 0,3%, за изпомпване на лампи в ежедневието — 0,4%, за луминесцентни лампи и други електрически приемници — 0,6.

Допустимите диапазони на люлеене са показани на фиг. 1.

Ориз. 1. Допустими диапазони на колебания в напрежението: 1 — работно осветление с лампи с нажежаема жичка при високо визуално напрежение, 2 — битови лампи с нажежаема жичка, 3 — флуоресцентни лампи

Регион Аз съответства на работата на помпи и домакински уреди, II — кранове, подемници, III — дъгови пещи, ръчно съпротивление заваряване, IV — работа на бутални компресори и автоматично съпротивление заваряване.

За да се намали обхватът на промени в напрежението в осветителната мрежа, отделно захранване на приемниците на осветителната мрежа и натоварването на мощността от различни силови трансформатори, надлъжна капацитивна компенсация на захранващата мрежа, както и синхронни електродвигатели и изкуствени източници на реактивна мощност ( реактори или кондензаторни банки, чийто ток се генерира с помощта на контролирани клапани за получаване на необходимата реактивна мощност).

Доза на колебанията в напрежението

Дозата на колебанията в напрежението е идентична с обхвата на промените в напрежението и се въвежда в съществуващите електрически мрежи веднага след като те са оборудвани с подходящи устройства. При използване на индикатора «доза колебания на напрежението» може да не се направи оценка на допустимостта на диапазона от промени на напрежението, тъй като разглежданите показатели са взаимозаменяеми.

Дозата на колебанията в напрежението също е неразделна характеристика на колебанията в напрежението, които причиняват дразнене на човек, натрупано за определен период от време поради мигаща светлина в честотния диапазон от 0,5 до 0,25 Hz.

Допустимата максимална стойност на дозата от колебания на напрежението (ψ, (%)2) в електрическата мрежа, към която са свързани осветителните инсталации, не трябва да надвишава: 0,018 — с лампи с нажежаема жичка в помещения, където се изисква значително визуално напрежение; 0,034 — с лампи с нажежаема жичка във всички останали помещения; 0,079 — с флуоресцентни лампи.

Коефициент на несинусоидалност на кривата на напрежението

При работа в мрежа от мощни токоизправителни и преобразуващи инсталации, както и дъгови пещи и инсталации за заваряване, т.е.нелинейни елементи, кривите на тока и напрежението се изкривяват. Несинусоидалните криви на ток и напрежение са хармонични колебания с различни честоти (индустриалната честота е най-ниската хармоника, всички останали по отношение на нея са по-високи хармоници).

По-високите хармоници в захранващата система причиняват допълнителни загуби на енергия, намаляват експлоатационния живот на косинусни кондензаторни батерии, електродвигатели и трансформатори, водят до затруднения при настройването на релейна защита и сигнализация, както и работата на електрически задвижвания, управлявани от тиристори и др. .

Съдържанието на по -високи хармоници в електрическата мрежа се характеризира с коефициентът на несинусоидалност на кривата на напрежението кNSU което се определя от израза

където N е редът на последната от разглежданите хармонични компоненти, Uн — ефективна стойност нth (н = 2, … Н) компонента на хармоничното напрежение, kV.

Нормални и максимално допустими стойности кNSU не трябва съответно да надвишава: в електрическа мрежа с напрежение до 1 kV — 5 и 10%, в електрическата мрежа 6 — 20 kV — 4 и 8%, в електрическата мрежа 35 kV — 3 и 6%, в електрическата мрежа 110 kV и над 2 и 4%.

За намаляване на по -високи хармоници се използват силови филтри, които представляват последователно свързване на индуктивно и капацитивно съпротивление, настроено на резонанс при определена хармоника. За да се премахнат хармониците на ниски честоти, се използват преобразуващи инсталации с голям брой фази.

Коефициент н-тият компонент на хармоничното напрежение от нечетен (четен) ред

Коефициент нТози хармоничен компонент на напрежението на нечетния (четен) ред е съотношението на ефективната стойност н-тият хармоничен компонент на напрежението до ефективната стойност на напрежението на основната честота, т.е. kU (n) = (Un/Un) x 100%

По стойността на коефициента kU (n) спектърът се определя н-x хармонични компоненти, за потискане на които трябва да бъдат проектирани съответните захранващи филтри.

Нормалните и максимално допустимите стойности не трябва съответно да надвишават: в електрическа мрежа с напрежение до 1 kV — 3 и 6%, в електрическата мрежа 6 — 20 kV 2.5 и 5%, в електрическата мрежа 35 kV — 2 и 4%, в електрическата мрежа 110 kV и над 1 и 2%.

Дисбаланс на напрежението

Дисбалансът на напрежението възниква поради натоварването на еднофазни електрически приемници. Тъй като разпределителните мрежи с напрежения над 1 kV работят с изолирана или компенсирана неутрала, тогава асиметрия на напрежението поради появата на напрежение на отрицателната последователност. Асиметрията се проявява под формата на неравенство линейно и фазово напрежение и се характеризира отрицателен последователен фактор:

к2U = (U2(1)/ Uн) х 100%,

където U2(1) е ефективната стойност на напрежението на отрицателната последователност на основната честота на трифазната система с напрежение, kV. U стойност2(1) могат да бъдат получени чрез измерване на три напрежения на основната честота, т.е. UА(1), UБ (1), UВ (1)… Тогава

където yА, yБ и y° С — фазова проводимост А, Б и ° С приемник.

В мрежи с напрежения над 1 kV, асиметрията на напрежението се проявява главно поради еднофазни електротермични инсталации (пещи с непряка дъга, пещи с устойчивост, пещи с индукционни канали, инсталации за топене на електрошлак и др.).

Дали наличието на напрежение с отрицателна последователност води до допълнително нагряване на възбуждащите намотки на синхронни генератори и увеличаване на техните вибрации, допълнително загряване на електродвигатели и рязко намаляване на експлоатационния живот на тяхната изолация, намаляване на реактивната мощност, генерирана от силови кондензатори, допълнително нагряване на линии и трансформатори? увеличаване на броя на фалшивите аларми на релейната защита и др.

На клемите на симетричен електрически приемник нормално допустимото съотношение на дисбаланс е 2%, а максимално допустимото е 4%.

Влиянието на дисбаланса е значително намалено, когато еднофазни консуматори на енергия се захранват от отделни трансформатори, както и когато се използват контролирани и неконтролирани балансиращи устройства, които компенсират еквивалентния ток на отрицателната последователност, консумиран от еднофазни натоварвания.

В четирипроводни мрежи с напрежение до 1 kV, дисбаланс, причинен от еднофазни приемници, свързан с фазовите напрежения, е придружен от преминаване на ток в нулевия проводник и следователно появата на напрежение с нулева последователност.

Коефициент на напрежение нулева последователност к0U = (U0(1)/ Un.f.) х 100%,

където U0 (1) — ефективна стойност на напрежението с нулева последователност на основната честота, kV; Un.f. — номинална стойност на фазовото напрежение, kV.

Количеството U0(1) се определя чрез измерване на трите фазови напрежения на основната честота, т.е.

къде тиА, вБ, в° С, yО — проводимост на фази A, B, C на приемника и проводимост на нулевия проводник; UА(1), UБ (1), UВ (1)- RMS стойности на фазовите напрежения.

Допустима стойност U0(1) ограничени от изискванията за толеранс на напрежение, които са удовлетворени от нулев коефициент на последователност от 2% като нормално ниво и 4% от максималното ниво.

Намаляването на стойността може да се постигне чрез рационално разпределение на еднофазно натоварване между фазите, както и чрез увеличаване на напречното сечение на нулевия проводник до напречното сечение на фазовите проводници и използване на трансформатори в разпределителна мрежа със звездна-зигзагова група за връзка.

Пропадане на напрежението и интензивността на спадовете на напрежението

Пропадане на напрежението — това е внезапно значително намаляване на напрежението в точката на електрическата мрежа, последвано от възстановяване на напрежението до първоначалното или близко до него ниво след интервал от време от няколко периода до няколко десетки секунди.

Продължителност на спадане на напрежението ΔTpr е интервалът от време между началния момент на спадане на напрежението и момента на възстановяване на напрежениетодо началното или близко до него ниво (фиг. 2), т.е. ΔTpr = Tvos — Tрано

Ориз. 2. Продължителност и дълбочина на спада на напрежението

Смисъл ΔTpr варира от няколко периода до няколко десетки секунди. Намаляването на напрежението се характеризира с интензивността и дълбочината на пропадането δUpr, което е разликата между номиналната стойност на напрежението и минималната ефективна стойност на напрежението Умин по време на спад на напрежението и се изразява като процент от номиналната стойност на напрежението или в абсолютни единици.

Количеството δUпр се определя, както следва:

δUpr = ((Uн — Умин)/ Un) x 100% или δUпр = Uн — Умин

Интензитет на спадане на напрежението м* представлява честотата на възникване в мрежата на спадове на напрежението с определена дълбочина и продължителност, т.е. m* = (m (δUpr, ΔTНС)/М) NS 100%, където m (δUpr, ΔTNS) — брой спадове на напрежението дълбочина δUpr и продължителност ΔTNS по време на T; М — общият брой спадове на напрежението по време на T.

Някои видове електрически устройства (компютри, силова електроника), следователно проектите за захранване на такива приемници трябва да предвиждат мерки за намаляване на продължителността, интензивността и дълбочината на спадовете на напрежението. ГОСТ не посочва допустимите стойности за продължителността на спадовете на напрежението.

Импулсно напрежение

Импулсно напрежение е рязка промяна в напрежението, последвана от възстановяване на напрежението до нормалното му ниво за период от време от няколко микросекунди до 10 милисекунди. Той представлява максималната моментна стойност на импулсното напрежение Uимп (фиг. 3).

Ориз. 3. Импулсно напрежение

Импулсното напрежение се характеризира с амплитудата на импулса U ‘имп, което е разликата между импулса на напрежението и моментната стойност на напрежението на основната честота, съответстваща на момента на началото на импулса. Продължителност на импулса Tимп — интервалът от време между началния момент на импулса на напрежението и момента на възстановяване на моментната стойност на напрежението до нормалното ниво. Ширината на импулса може да се изчисли Timp0.5 на ниво 0,5 от неговата амплитуда (виж фиг. 3).

Импулсното напрежение се определя в относителни единици по формулата ΔUimp = Uimp / (√2Uн)

Чувствителни към импулси на напрежение са и такива електрически приемници като компютри, силова електроника и др. Импулсните напрежения се появяват в резултат на превключване в електрическата мрежа. Трябва да се предвидят мерки за намаляване на импулсното напрежение при разработването на специфични проекти за електрозахранване. GOST не посочва допустимите стойности на импулсното напрежение.

Отклонение на честотата

Промените в честотата се дължат на промени в общото натоварване и характеристиките на регулаторите на скоростта на турбината. Големите отклонения на честотата са резултат от бавни, редовни промени на товара с недостатъчен запас от активна мощност.

Честотата на напрежението, за разлика от други явления, които влошават качеството на електричеството, е общосистемен параметър: всички генератори, свързани към една система, генерират електричество при напрежение със същата честота — 50 Hz.

Според първия закон на Кирххоф винаги съществува строг баланс между производството на електроенергия и производството на електроенергия. Следователно, всяка промяна в мощността на товара причинява промяна в честотата, което води до промяна в генерирането на активна мощност на генераторите, за които блоковете «турбина — генератор» е оборудвана с устройства, позволяващи да се регулира потока на енергиен носител в турбината в зависимост от честотните промени в електрическата система.

При известно увеличаване на натоварването се оказва, че силата на блоковете «турбина — генератор» е изчерпана. Ако натоварването продължава да се увеличава, балансът се установява на по -ниска честота — възниква отклонение на честотата. В този случай се говори за дефицит на активна мощност за поддържане на номиналната честота.

Отклонение на честотата Δf от номиналната стойност еn се определя от формулата Δf = f — fn, където е — текущата стойност на честотата в системата.

Промените в честотата над 0,2 Hz оказват значително влияние върху техническите и икономическите характеристики на електрическите приемници, поради което нормално допустимата стойност на отклонението на честотата е ± 0,2 Hz, а максимално допустимата стойност на отклонението на честотата е ± 0,4 Hz. В аварийни режими се допуска отклонение на честотата от +0,5 Hz до — 1 Hz за не повече от 90 часа годишно.

Отклонението на честотата от номиналното води до увеличаване на загубите на енергия в мрежата, както и до намаляване на производителността на технологичното оборудване.

Коефициент на амплитудна модулация на напрежението и коефициент на дисбаланс между фазови и фазови напрежения

Амплитудно модулиращо напрежение характеризира колебанията на напрежението и е равно на съотношението на полуразликата на най-голямата и най-малката амплитуда на модулираното напрежение, взето за определен интервал от време, към номиналната или базовата стойност на напрежението, т.е.

кmod = (Unb — Unm) / (2√2Uн),

където Unb и Unm — съответно най -голямата и най -малката амплитуда на модулираното напрежение.

Коефициент на дисбаланс между фазови напрежениякne.mf характеризира фазовия фазов дисбаланс на напрежението и е равен на съотношението на люлеенето на фазовия фазов дисбаланс на напрежението към номиналната стойност на напрежението:

кne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

където Unb и Unm-най-високата и най-ниската ефективна стойност на трите фазови фазови напрежения.

Фактор на дисбаланс на фазовото напрежение кneb.f характеризира дисбаланса на фазовото напрежение и е равен на отношението на люлеенето на дисбаланса на фазовото напрежение към номиналната стойност на фазовото напрежение:

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

където Unb и Unm — най -високата и най -ниската ефективна стойност на трите фазови напрежения, Un.f — номинална стойност на фазовото напрежение.

Прочетете също: Мерки и технически средства за подобряване на качеството на електрическата енергия