A villamos energia minőségének mutatói az elektromos hálózatokban
A GOST 13109-87 szerint megkülönböztetik az alapvető és kiegészítő energiaminőségi mutatókat.
A villamos energia minőségének főbb mutatói közé tartozik a villamos energia minőségét jellemző tulajdonságainak meghatározása:
1) feszültségeltérés (δU, %);
2) a feszültségváltozási tartomány (δUT,%);
3) a feszültségingadozás dózisa (ψ, %);
4) a feszültséggörbe nem szinuszosságának együtthatója (kNSU, %);
5) a páratlan (páros) rendű harmonikus feszültség n-edik összetevőjének együtthatója (kU (n), %);
6) a feszültségek negatív sorozatának együtthatója (k2U, %);
7) nulla sorrendű feszültségarány (k0U, %);
8) a feszültségesés időtartama (ΔTpr, s);
9) impulzusfeszültség (Uimp, V, kV);
10) frekvencia eltérés (Δe, Hz).
További áramminőségi mutatók, amelyek a fő áramminőségi mutatók rögzítésének formái, és amelyeket más szabályozási és műszaki dokumentumokban használnak:
1) a feszültségek amplitúdómodulációs együtthatója (kMod);
2) a fázisfeszültségek közötti kiegyensúlyozatlansági együttható (kneb.m);
3) fázisfeszültségek kiegyensúlyozatlansági tényezője (kneb.f).
Jegyezzük meg a villamos energia minőségére vonatkozó meghatározott mutatók megengedett értékeit, meghatározásuk és hatókörük kifejezéseit. A napszak 95%-ában (22,8 óra) az áramminőségi mutatók nem haladhatják meg a normál megengedett értékeket, és mindenkor, beleértve a vészhelyzeti üzemmódokat is, a maximálisan megengedett értékeken belül kell lenniük.
Az elektromos hálózatok jellemző pontjain a villamos energia minőségének ellenőrzését az elektromos hálózati vállalkozás személyzete végzi. Ebben az esetben az áramminőség-mutató mérésének időtartama legalább egy nap legyen.
Feszültségeltérések
A feszültségeltérés az energiaminőség egyik legfontosabb mutatója. A feszültségeltérést a képlet határozza meg
δUt = ((U (t) – Un) / Un) x 100%
ahol U (t) - az alapfrekvencia pozitív sorozatának feszültségének effektív értéke vagy egyszerűen a feszültség effektív értéke (5% vagy annál kisebb nem szinuszos tényezővel), a T pillanatban, kV ; Nem névleges feszültség, kV.
A mennyiség Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1) ahol UAB (1),UPBC (1), UAC (1) - A fázis-fázis közötti feszültség RMS értékei az alapfrekvencián.
A terhelések időbeli változása, a feszültségszint változása és egyéb tényezők miatt megváltozik a hálózati elemek feszültségesésének nagysága és ennek megfelelően az UT feszültségszint.Ennek eredményeként kiderül, hogy a hálózat különböző pontjain ugyanabban az időpillanatban és egy pillanatban különböző időben eltérőek a feszültségeltérések.
Az 1 kV-ig terjedő feszültségű elektromos vevőkészülékek normál működése biztosított, ha a bemeneti feszültségeltérés ± 5% (normál érték) és ± 10% (maximális érték). A 6-20 kV feszültségű hálózatokban a maximális feszültségeltérés ± 10%.
Az izzólámpák által fogyasztott teljesítmény egyenesen arányos a betáplált feszültséggel 1,58, a lámpák fényereje 2,0, a fényáram teljesítménye 3,61, és a lámpa élettartama a 13,57 hatványa. A fénycsövek működése kevésbé függ a feszültségeltéréstől. Így élettartamuk 4%-kal változik 1%-os feszültségeltérés mellett.
A munkahelyek megvilágításának csökkenése a feszültség csökkenésével jár, ami a dolgozók termelékenységének csökkenéséhez és látásuk romlásához vezet. Nagy feszültségesés esetén a fénycsövek nem világítanak és nem villognak, ami élettartamuk csökkenéséhez vezet. A feszültség növekedésével az izzólámpák élettartama drámaian csökken.
Az aszinkron villanymotorok forgási sebessége és ennek megfelelően működésük, valamint az elhasznált meddőteljesítmény a feszültségszinttől függ. Ez utóbbi tükröződik a hálózati szakaszok feszültség- és teljesítményveszteségének mértékében.
A feszültség csökkenése az elektrotermikus és elektrolízis üzemekben a technológiai folyamat időtartamának növekedéséhez, valamint a televíziós adások stabil vételének ellehetetlenüléséhez vezet a közműhálózatokban. A második esetben úgynevezett feszültségstabilizátorokat használnak, amelyek maguk is jelentős meddőteljesítményt fogyasztanak, és amelyek teljesítményveszteséggel rendelkeznek az acélban. Gyártásukhoz szűkös transzformátoracélt használnak fel.
Az összes TP kisfeszültségű buszának szükséges feszültségének biztosítása érdekében az élelmiszerközpontban ún. Itt a maximális terhelési módban a processzorbuszok megengedett legnagyobb feszültsége, a minimális terhelési módban pedig a minimális feszültség.
Ebben az esetben az egyes transzformátorállomások feszültségének ún. helyi szabályozása az elosztó transzformátorok kapcsolójának megfelelő pozícióba helyezésével. A központosított (a processzorban) és meghatározott helyi feszültségszabályozással kombinálva szabályozott és szabályozatlan kondenzátortelepeket, más néven helyi feszültségszabályozókat használnak.
A feszültség csökkentése
A feszültségingadozás a feszültségváltozás előtti és utáni csúcs- vagy effektív feszültségértékek különbsége, és a képlet határozza meg
δUt = ((Ui – Уi + 1) / √2Un) x 100%
ahol Ui és Ui + 1 - a következő szélsőségek vagy szélsőségek értékei és az amplitúdó feszültségértékek burkológörbéjének vízszintes része.
A feszültségingadozási tartományok bármilyen formájú egyszeri feszültségváltozást tartalmaznak percenként kétszeri (1/30 Hz) és óránkénti egyszeri ismétlődési gyakorisággal, több mint 0,1%-os másodpercenkénti átlagos feszültségváltozási sebességgel (izzólámpák esetén) és 0,2 % másodpercenként más vevőkészülékeknél.
A gyors feszültségváltozásokat a vasutak vontatási berendezéseinek kohászati hengerművei, acélgyártású réti kemencék, hegesztőberendezések motorjainak lökésüzemmódja, valamint a nagy teljesítményű aszinkron villanymotorok mókusokkal való gyakori indítása okozza, amikor beindítják a meddőteljesítmény néhány százaléka a zárlati teljesítménynek.
Az egységnyi idő alatt bekövetkező feszültségváltozások száma, i.e. a feszültségváltozások frekvenciáját az F = m / T képlet határozza meg, ahol m a feszültségváltozások száma a T idő alatt, T a feszültségingadozás megfigyelésének teljes ideje.
A feszültségingadozásokkal szemben támasztott főbb követelmények az emberi szem védelmére vonatkoznak. Megállapítást nyert, hogy a szem fényvillogásának legnagyobb érzékenysége a 8,7 Hz-es frekvenciatartományban van. Ezért azoknál az izzólámpáknál, amelyek jelentős vizuális feszültséggel működő világítást biztosítanak, a feszültségváltozás legfeljebb 0,3%, a mindennapi életben szivattyúzó lámpák esetében - 0,4%, a fénycsövek és más elektromos vevőkészülékek esetében - 0,6.
A megengedett lengési tartományok az ábrán láthatók. 1.
Rizs. 1. Megengedett feszültségingadozási tartományok: 1 — munkahelyi világítás izzólámpákkal nagy vizuális feszültségen, 2 — háztartási izzólámpák, 3 — fénycsövek
Az I. körzet a szivattyúk és háztartási készülékek működésének, II – daruk, emelők, III – ívkemencék, kézi ellenálláshegesztés, IV – dugattyús kompresszorok működésének és automatikus ellenálláshegesztésnek felel meg.
A világítási hálózat feszültségváltozási tartományának csökkentése érdekében a világítási hálózat vevőinek külön tápellátása és a különböző teljesítménytranszformátorok teljesítményterhelése, az áramhálózat hosszirányú kapacitív kompenzációja, valamint szinkron villanymotorok és mesterséges reaktív források. teljesítmény (reaktorok vagy kondenzátortelepek, amelyek áramát vezérelt szelepek segítségével állítják elő a szükséges meddőteljesítmény elérése érdekében).
A feszültségingadozás dózisa
A feszültségingadozás dózisa megegyezik a feszültségváltozások tartományával, és azonnal bevezetik a meglévő elektromos hálózatokba, amint azokat megfelelő eszközökkel látják el. A "feszültségingadozás dózisa" mutató használatakor nem lehet értékelni a feszültségváltozások tartományának elfogadhatóságát, mivel a figyelembe vett mutatók felcserélhetők.
A feszültségingadozás dózisa a 0,5 és 0,25 Hz közötti frekvenciatartományban villogó fény hatására egy bizonyos idő alatt felhalmozódó irritációt okozó feszültségingadozások szerves jellemzője is.
A feszültségingadozásokból származó dózis maximális megengedett értéke (ψ, (%)2) abban az elektromos hálózatban, amelyre a világítóberendezések csatlakoznak, nem haladhatja meg: 0,018 - izzólámpákkal olyan helyiségekben, ahol jelentős vizuális feszültségre van szükség; 0,034 - izzólámpákkal minden más helyiségben; 0,079 — fénycsövekkel.
A feszültséggörbe nem szinuszos tényezője
Ha nagy teljesítményű egyenirányító- és átalakítóberendezésekből, valamint ívkemencékből és hegesztőberendezésekből, azaz nem lineáris elemekből álló hálózatban dolgozik, az áram- és feszültséggörbék torzulnak. A nem szinuszos áram- és feszültséggörbék különböző frekvenciájú harmonikus rezgések (az ipari frekvencia a legalacsonyabb harmonikus, az összes többi hozzá képest magasabb harmonikus).
A magasabb felharmonikusok az áramellátó rendszerben további energiaveszteséget okoznak, csökkentik a koszinuszos kondenzátor akkumulátorok, villanymotorok és transzformátorok élettartamát, nehézségeket okoznak a relévédelem és jelzések beállításában, valamint a tirisztorral vezérelt elektromos hajtások működésében stb. . .
Az elektromos hálózat magasabb harmonikusainak tartalmát a kNSU feszültséggörbe nem szinuszos együtthatója jellemzi, amelyet a kifejezés határozza meg.
ahol N a figyelembe vett harmonikus komponensek közül az utolsó sorrendje, Uн — a harmonikus feszültség n-edik (н = 2, ... Н) komponensének effektív értéke, kV.
A kNSU normál és maximális megengedett értéke nem haladhatja meg: 1 kV-ig terjedő feszültségű elektromos hálózatban - 5 és 10%, elektromos hálózatban 6 - 20 kV - 4 és 8%, elektromos hálózatban 35 kV — 3 és 6%, elektromos hálózatban 110 kV és 2 és 4% felett.
A magasabb harmonikusok csökkentésére teljesítményszűrőket használnak, amelyek az induktív és kapacitív ellenállás sorba kapcsolását jelentik, amely egy bizonyos harmonikusnál rezonanciára van hangolva. Az alacsony frekvenciákon felharmonikusok kiküszöbölésére nagyszámú fázisú átalakító telepítést használnak.
A páratlan (páros) rendű harmonikus feszültség n-edik együtthatója
n-együttható A feszültségnek ez a páratlan (páros) sorrendű harmonikus összetevője a feszültség n-edik harmonikus komponense effektív értékének az alapfrekvencia feszültsége effektív értékéhez viszonyított aránya, azaz. kU (n) = (Un/Un) x 100%
A kU (n) együttható értékével a spektrumot n-x harmonikus komponens határozza meg, amelyek elnyomására a megfelelő teljesítményszűrőket kell megtervezni.
A normál és maximális megengedett értékek nem haladhatják meg: 1 kV-ig terjedő feszültségű elektromos hálózatban - 3 és 6%, elektromos hálózatban 6 - 20 kV 2,5 és 5%, elektromos hálózatban 35 kV - 2 és 4%, elektromos hálózatban 110 kV és 1 és 2% felett.
Feszültség kiegyensúlyozatlanság
A feszültség kiegyensúlyozatlansága az egyfázisú elektromos vevők terhelése miatt következik be. Mivel az 1 kV feletti feszültségű elosztó hálózatok szigetelt vagy kompenzált nullával működnek, akkor feszültség aszimmetria negatív sorrendű feszültség megjelenése miatt. Az aszimmetria egyenlőtlenség formájában nyilvánul meg vonali és fázisfeszültség és egy negatív egymást követő tényező jellemzi:
k2U = (U2(1)/Un) x 100%,
ahol U2(1) a negatív sorrendű feszültség effektív értéke a háromfázisú feszültségrendszer alapfrekvenciáján, kV. Az U érték2(1) három feszültség mérésével kapható meg az alapfrekvencián, azaz. UA(1), UB (1), UB (1)... Akkor
ahol yA, yB és y° C – fázisvezetőképesség A, B és °C vevő.
Az 1 kV feletti feszültségű hálózatokban a feszültség aszimmetria főként az egyfázisú elektrotermikus berendezések miatt lép fel (közvetett ívkemencék, ellenálláskemencék, indukciós csatornás kemencék, elektrosalak olvasztó berendezések stb.).
A negatív sorrendű feszültség jelenléte a szinkron generátorok gerjesztő tekercseinek további felmelegedéséhez és rezgéseik növekedéséhez, az elektromos motorok további melegítéséhez és szigetelésük élettartamának éles csökkenéséhez, a generált meddőteljesítmény csökkenéséhez vezet-e? teljesítménykondenzátorokkal, vezetékek és transzformátorok kiegészítő fűtésével? a relévédelem téves riasztásainak számának növelése stb.
A szimmetrikus elektromos vevő kapcsain az általában megengedett kiegyensúlyozatlansági arány 2%, a maximálisan 4%.
A kiegyensúlyozatlanság befolyása nagymértékben csökken, ha az egyfázisú áramfogyasztókat külön transzformátorok táplálják, valamint szabályozott és szabályozatlan kiegyenlítő eszközök alkalmazásakor, amelyek kompenzálják az egyfázisú terhelések negatív sorrendű egyenértékű áramát.
A legfeljebb 1 kV feszültségű négyvezetékes hálózatokban a fázisfeszültségekhez kapcsolódó egyfázisú vevők által okozott kiegyensúlyozatlanságot az áram áthaladása a nulla vezetékben, és ennek következtében a nulla sorrendű feszültség megjelenése kíséri. .
Nulla sorrendű feszültségtényező k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
ahol U0 (1) – az alapfrekvencia effektív nulla sorrendű feszültségértéke, kV; Un.f. — a fázisfeszültség névleges értéke, kV.
Az U0(1) mennyiséget az alapfrekvencián lévő három fázisfeszültség mérésével határozzuk meg, azaz az alapfrekvencián.
ahol tiA, vB, c° C, yO — a vevő A, B, C fázisainak vezetőképessége és a nulla vezeték vezetőképessége; UA (1), UB (1), UVB (1) - a fázisfeszültségek RMS értékei.
Az U0(1) megengedett értéket a feszültségtűrési követelmények korlátozzák, amelyeket normál szintként 2%-os nulla sorrendi tényezővel és a maximális szint 4%-ával teljesítenek.
Az érték csökkentése az egyfázisú terhelés racionális elosztásával a fázisok között, valamint a nulla vezeték keresztmetszetének a fázisvezetékek keresztmetszetére való növelésével és elosztó hálózatban transzformátorok alkalmazásával érhető el. csillag-cikcakk összekötő csoporttal.
Feszültségcsökkenés és feszültségesés intenzitása
Feszültségcsökkenés - ez a feszültség hirtelen jelentős csökkenése az elektromos hálózat egy pontján, amelyet a feszültség visszaállítása a kezdeti szintre vagy annak közelébe egy bizonyos időintervallum után több tíz másodpercig tart.
A feszültségesés időtartama ΔTpr a feszültségesés kezdeti pillanata és a feszültség kezdeti szintre vagy ahhoz közeli helyreállása közötti időintervallum (2. ábra), azaz. ΔTpr = Tvos – Trano
Rizs. 2. A feszültségesés időtartama és mélysége
A ΔTpr jelentése több periódustól több tíz másodpercig terjed. A feszültségesést a δUpr merülés intenzitása és mélysége jellemzi, amely a feszültség névleges értéke és a feszültségesés alatti Umin feszültség minimális effektív értéke közötti különbség, és a névleges érték százalékában van kifejezve. a feszültség vagy abszolút mértékegységben.
A δUpr mennyiséget a következőképpen kell meghatározni:
δUpr = ((Un – Umin)/ Un) x 100% vagy δUpr = Un – Umin
Az m* feszültségcsökkenés intenzitása a hálózatban bizonyos mélységű és időtartamú feszültségesések előfordulási gyakoriságát jelenti, pl. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, ahol m (δUpr, ΔTNS) – a feszültségesések száma δUpr mélység és időtartam ΔTNS T alatt; M - a feszültségesések teljes száma T alatt.
Bizonyos típusú elektromos készülékek (számítógépek, teljesítmény elektronika), ezért az ilyen vevőkészülékekre vonatkozó energiaellátási projekteknek intézkedéseket kell tenniük a feszültségesések időtartamának, intenzitásának és mélységének csökkentésére. A GOST nem jelzi a megengedett értékeket a feszültségesések időtartamára.
Impulzusfeszültség
A feszültséglökés a feszültség hirtelen változása, amelyet a feszültség normális szintre való visszaállása követ néhány mikroszekundum és 10 ezredmásodperc közötti időtartam alatt. Az Uimp impulzusfeszültség maximális pillanatnyi értékét jelenti (3. ábra).
Rizs. 3. Impulzusfeszültség
Az impulzusfeszültséget az U 'imp impulzusamplitúdó jellemzi, amely a feszültségimpulzus és az alapfrekvencia feszültségének az impulzus kezdetének pillanatának megfelelő pillanatnyi értéke közötti különbség. Impulzus időtartama Timp - a feszültségimpulzus kezdeti pillanata és a feszültség pillanatnyi értékének normál szintre való visszaállása közötti idő. Az impulzus szélessége az amplitúdó 0,5 szintjén számítható Timp0,5 (lásd 3. ábra).
Az impulzusfeszültséget relatív egységekben a következő képlet határozza meg: ΔUimp = Uimp / (√2Un)
A feszültségimpulzusokra érzékenyek az olyan elektromos vevőkészülékek is, mint a számítógépek, teljesítményelektronika stb. Az elektromos hálózatban történő kapcsolás következtében impulzusfeszültségek jelennek meg. Az impulzusfeszültség-csökkentési intézkedéseket figyelembe kell venni az egyes tápegységek tervezése során. A GOST nem határozza meg az impulzusfeszültség megengedett értékeit.
Frekvencia eltérés
A frekvenciaváltozások a turbina fordulatszám-szabályozóinak általános terhelésében és jellemzőiben bekövetkezett változások miatt következnek be. A nagy frekvenciaeltérések lassú, rendszeres terhelésváltásból adódnak, elégtelen aktív teljesítménytartalék mellett.
A feszültségfrekvencia, ellentétben más, az elektromos áram minőségét rontó jelenségekkel, az egész rendszerre kiterjedő paraméter: az egy rendszerhez csatlakoztatott összes generátor azonos frekvenciájú - 50 Hz - feszültséggel állít elő villamos energiát.
Kirchhoff első törvénye szerint mindig szigorú egyensúly van a villamosenergia-termelés és a villamosenergia-termelés között. Ezért a terhelés teljesítményének bármilyen változása frekvenciaváltozást okoz, ami a generátorok aktív teljesítményének megváltozásához vezet, amelyhez a "turbina-generátor" blokkokat olyan eszközökkel látják el, amelyek lehetővé teszik az áramlás beállítását. energiahordozó mennyisége a turbinában az elektromos rendszer frekvenciaváltozásaitól függően.
A terhelés bizonyos növekedésével kiderül, hogy a "turbina-generátor" blokkok teljesítménye kimerült. Ha a terhelés tovább növekszik, az egyensúly alacsonyabb frekvencián rendeződik – frekvencia eltolódás lép fel. Ebben az esetben a névleges frekvencia fenntartásához szükséges aktív teljesítmény hiányáról beszélünk.
A Δf frekvenciaeltérést az en névleges értéktől a Δf = f — fn képlet határozza meg, ahol a frekvencia aktuális értéke a rendszerben.
A 0,2 Hz feletti frekvenciaváltozás jelentős hatással van az elektromos vevőkészülékek műszaki-gazdasági jellemzőire, ezért a frekvenciaeltérés normál megengedett értéke ± 0,2 Hz, a frekvenciaeltérés megengedett legnagyobb értéke ± 0,4 Hz . Vészhelyzetben a +0,5 Hz és – 1 Hz közötti frekvenciaeltérés legfeljebb évi 90 órán keresztül megengedett.
A frekvencia névlegestől való eltérése a hálózat energiaveszteségének növekedéséhez, valamint a technológiai berendezések termelékenységének csökkenéséhez vezet.
A feszültség amplitúdó modulációs tényezője és a fázis- és fázisfeszültségek közötti egyensúlyhiány tényezője
Az amplitúdómoduláló feszültség a feszültségingadozásokat jellemzi, és egyenlő a modulált feszültség legnagyobb és legkisebb amplitúdója adott időintervallumra vett fele-különbségének a feszültség névleges vagy alapértékéhez viszonyított arányával, azaz.
kmod = (Unb – Unm) / (2√2Un),
ahol Unb és Unm – a modulált feszültség legnagyobb, illetve legkisebb amplitúdója.
A fázisfeszültségekne.mf közötti kiegyensúlyozatlansági tényező a fázis-fázis feszültség kiegyensúlyozatlanságát jellemzi, és egyenlő a fázis-fázis feszültség kiegyensúlyozatlanság ingadozásának a feszültség névleges értékéhez viszonyított arányával:
kne.mf = ((Unb – Unm) /Un) x 100%
ahol Unb és Unm – a háromfázisú fázisfeszültség legmagasabb és legalacsonyabb effektív értéke.
A kneb.f fázisfeszültség kiegyensúlyozatlansági tényező a fázisfeszültség kiegyensúlyozatlanságát jellemzi, és egyenlő a fázisfeszültség kiegyensúlyozatlanság ingadozásának a fázisfeszültség névleges értékéhez viszonyított arányával:
kneb.ph = ((Unb.f – Unm.f) /Un.f) x 100%,
ahol Unb és Unm – a három fázisfeszültség legmagasabb és legalacsonyabb effektív értéke, Un.f – a fázisfeszültség névleges értéke.
Olvassa el még: Intézkedések és technikai eszközök az elektromos energia minőségének javítására