Indicatoren van de kwaliteit van elektriciteit in elektrische netwerken

In overeenstemming met GOST 13109-87 worden basis- en aanvullende indicatoren voor stroomkwaliteit onderscheiden.

Een van de belangrijkste indicatoren van de kwaliteit van elektriciteit, omvat de bepaling van de eigenschappen van elektrische energie die de kwaliteit ervan kenmerkt:

1) spanningsafwijking (δU, %);

2) het spanningsveranderingsbereik (δUT,%);

3) de dosis spanningsfluctuaties (ψ, %);

4) de coëfficiënt van niet-sinusoïdaliteit van de spanningscurve (kNSU, %);

5) coëfficiënt van de n-de component van de harmonische spanning van oneven (even) orde (kU (n), %);

6) de coëfficiënt van de negatieve reeks spanningen (k2U, %);

7) spanningsverhouding nulreeks (k0U, %);

8) de duur van de spanningsval (ΔTpr, s);

9) impulsspanning (Uimp, V, kV);

10) frequentieafwijking (Δe, Hz).

Aanvullende Power Quality-indicatoren, dit zijn vormen van registratie van de belangrijkste Power Quality-indicatoren en worden gebruikt in andere regelgevende en technische documenten:

1) de coëfficiënt van amplitudemodulatie van spanningen (kMod);

2) de onbalanscoëfficiënt tussen fasespanningen (kneb.m);

3) onbalansfactor van fasespanningen (kneb.f).

Laten we eens kijken naar de toegestane waarden van de gespecificeerde indicatoren voor de kwaliteit van elektriciteit, uitdrukkingen voor hun definitie en reikwijdte. Gedurende 95% van de tijd van de dag (22,8 uur) mogen de stroomkwaliteitsindicatoren de normaal toegestane waarden niet overschrijden en moeten ze te allen tijde, inclusief noodmodi, binnen de maximaal toegestane waarden blijven.

De controle van de kwaliteit van elektriciteit op karakteristieke punten van de elektrische netwerken wordt uitgevoerd door het personeel van de elektriciteitsnetwerkonderneming. In dit geval moet de duur van de meting van de Power Quality-indicator minimaal één dag zijn.

Spanningsafwijkingen

Spanningsafwijking is een van de belangrijkste indicatoren van de netvoedingskwaliteit. De spanningsafwijking wordt gevonden door de formule

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

waarbij U (t) — de effectieve waarde van de spanning van de positieve reeks van de fundamentele frequentie of eenvoudigweg de effectieve waarde van de spanning (met een niet-sinusvormige factor kleiner dan of gelijk aan 5%), op het moment T, kV ; Niet-nominale spanning, kV.

De hoeveelheid Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), waarbij UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS-waarden van fase-naar-fase spanning bij de fundamentele frequentie.

Als gevolg van veranderingen in belastingen in de loop van de tijd, veranderingen in het spanningsniveau en andere factoren, verandert de grootte van de spanningsval in de netwerkelementen en daarmee het spanningsniveau UT.Hierdoor blijkt dat op verschillende punten van het netwerk op hetzelfde tijdstip en op een bepaald moment op een ander tijdstip de spanningsafwijkingen verschillend zijn.

De normale werking van elektrische ontvangers met een spanning tot 1 kV is verzekerd op voorwaarde dat de spanningsafwijkingen aan hun ingang gelijk zijn aan ± 5% (normale waarde) en ± 10% (maximale waarde). In netwerken met een spanning van 6...20 kV wordt een maximale spanningsafwijking van ± 10% gesteld.

Het door gloeilampen verbruikte vermogen is recht evenredig met de geleverde spanning tot het vermogen van 1,58, het lichtvermogen van de lampen is tot het vermogen van 2,0, de lichtstroom is tot het vermogen van 3,61 en de levensduur van de lamp is tot de kracht van 13.57. De werking van fluorescentielampen is minder afhankelijk van spanningsafwijkingen. Zo verandert hun levensduur met 4% bij een spanningsafwijking van 1%.

De vermindering van verlichting op werkplekken vindt plaats met een afname van de spanning, wat leidt tot een afname van de productiviteit van werknemers en een verslechtering van hun gezichtsvermogen. Bij grote spanningsdalingen gaan fluorescentielampen niet branden of knipperen, wat leidt tot een verkorting van hun levensduur. Naarmate de spanning toeneemt, wordt de levensduur van gloeilampen drastisch verkort.

De rotatiesnelheid van asynchrone elektromotoren en daarmee hun werking, evenals het verbruikte blindvermogen, zijn afhankelijk van het spanningsniveau. Dit laatste komt tot uiting in de hoeveelheid spannings- en vermogensverliezen in netwerksecties.

De afname van de spanning leidt tot een toename van de duur van het technologische proces in elektrothermische en elektrolyse-installaties, evenals tot de onmogelijkheid van stabiele ontvangst van televisie-uitzendingen in nutsnetwerken. In het tweede geval worden zogenaamde spanningsstabilisatoren gebruikt, die zelf een aanzienlijk blindvermogen verbruiken en die vermogensverliezen in het staal hebben. Voor hun productie wordt schaars transformatorstaal gebruikt.

Om de noodzakelijke spanning van de laagspanningsbussen van alle TP's te waarborgen, de zogenaamde tegenstroomregeling in het voedingscentrum. Hier wordt in de maximale belastingsmodus de maximaal toegestane spanning van de processorbussen gehandhaafd en in de minimale belastingsmodus wordt de minimale spanning gehandhaafd.

In dit geval de zogenaamde lokale regeling van de spanning van elk transformatorstation door de schakelaar van de verdeeltransformatoren in de juiste stand te zetten. In combinatie met gecentraliseerde (in de processor) en gedefinieerde lokale spanningsregeling wordt gebruik gemaakt van gereguleerde en ongeregelde condensatorbanken, ook wel lokale spanningsregelaars genoemd.

Spanning verminderen

Voltage swing is het verschil tussen de piek- of rms-spanningswaarden voor en na een spanningsverandering en wordt bepaald door de formule

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

waar Ui en Ui + 1- de waarden van de volgende uitersten of extrema en het horizontale deel van de omhullende van de amplitudespanningswaarden.

Spanningszwaaibereiken omvatten enkele spanningsveranderingen van welke vorm dan ook met een herhalingsfrequentie van tweemaal per minuut (1/30 Hz) tot eenmaal per uur, met een gemiddelde spanningsveranderingssnelheid van meer dan 0,1% per seconde (voor gloeilampen) en 0,2 % per seconde voor andere ontvangers.

Snelle spanningsveranderingen worden veroorzaakt door de schokmodus van de motoren van metallurgische walsmolens van tractie-installaties van spoorwegen, weideovens voor de productie van staal, lasapparatuur, evenals frequente starts van krachtige asynchrone elektromotoren met eekhoorns, wanneer ze starten het blindvermogen is een paar procent van het kortsluitvermogen.

Het aantal spanningsveranderingen per tijdseenheid, d.w.z. de frequentie van spanningsveranderingen wordt gevonden door de formule F = m / T, waarbij m het aantal spanningsveranderingen is gedurende de tijd T, T is de totale tijd van het observeren van de spanningszwaai.

De belangrijkste vereisten voor spanningsschommelingen zijn te wijten aan overwegingen ter bescherming van het menselijk oog. Het bleek dat de hoogste gevoeligheid van het oog voor lichtflikkering in het frequentiebereik gelijk aan 8,7 Hz ligt. Daarom is voor gloeilampen die werkverlichting leveren met aanzienlijke visuele spanningen, de spanningsverandering niet meer dan 0,3% toegestaan, voor pompende lampen in het dagelijks leven - 0,4%, voor fluorescentielampen en andere elektrische ontvangers - 0,6.

De toegestane zwenkbereiken worden weergegeven in afb. 1.

Rijst. 1. Toegestane bereiken van spanningsschommelingen: 1 — werkverlichting met gloeilampen met hoge visuele spanning, 2 — huishoudelijke gloeilampen, 3 — fluorescentielampen

Regio I komt overeen met de werking van pompen en huishoudelijke apparaten, II - kranen, takels, III - boogovens, handmatig weerstandslassen, IV - werking van zuigercompressoren en automatisch weerstandslassen.

Om het bereik van spanningsveranderingen in het verlichtingsnetwerk te verminderen, zijn gescheiden voeding van de ontvangers van het verlichtingsnetwerk en de stroombelasting van verschillende stroomtransformatoren, longitudinale capacitieve compensatie van het stroomnetwerk, evenals synchrone elektromotoren en kunstmatige bronnen van reactief vermogen (reactoren of condensatorbanken waarvan de stroom wordt gegenereerd met behulp van gecontroleerde kleppen om het vereiste blindvermogen te verkrijgen).

Dosis spanningsschommelingen

De dosis spanningsschommelingen is identiek aan het bereik van spanningsveranderingen en wordt in bestaande elektrische netwerken geïntroduceerd zodra ze zijn uitgerust met geschikte apparaten. Bij gebruik van de indicator "dosis spanningsschommelingen" kan een beoordeling van de toelaatbaarheid van het bereik van spanningsveranderingen niet worden gemaakt, aangezien de beschouwde indicatoren onderling uitwisselbaar zijn.

De dosis spanningsfluctuaties is ook een integraal kenmerk van spanningsfluctuaties die irritatie veroorzaken bij een persoon die zich gedurende een bepaalde periode heeft opgehoopt als gevolg van knipperend licht in het frequentiebereik van 0,5 tot 0,25 Hz.

De maximaal toelaatbare waarde van de dosis van spanningsschommelingen (ψ, (%)2) in het elektriciteitsnet waarop de verlichtingsinstallaties zijn aangesloten, mag niet hoger zijn dan: 0,018 — bij gloeilampen in ruimtes waar een aanzienlijke visuele spanning vereist is; 0,034 — met gloeilampen in alle andere kamers; 0,079 — met fluorescentielampen.

Niet-sinusvormige factor van de spanningscurve

Bij het werken in een netwerk van krachtige gelijkrichter- en omvormerinstallaties, evenals vlamboogovens en lasinstallaties, d.w.z. niet-lineaire elementen, worden de stroom- en spanningscurven vervormd. Niet-sinusvormige stroom- en spanningscurven zijn harmonische oscillaties van verschillende frequenties (industriële frequentie is de laagste harmonische, alle andere relatief zijn hogere harmonischen).

Hogere harmonischen in het voedingssysteem veroorzaken extra energieverliezen, verkorten de levensduur van cosinuscondensatorbatterijen, elektromotoren en transformatoren, leiden tot problemen bij het instellen van relaisbeveiliging en signalering, evenals de werking van elektrische aandrijvingen die worden aangestuurd door thyristors, enz. . .

Het gehalte aan hogere harmonischen in het elektrische netwerk wordt gekenmerkt door de niet-sinusvormige coëfficiënt van de spanningscurve kNSU die wordt bepaald door de uitdrukking

waarbij N de volgorde is van de laatste van de beschouwde harmonische componenten, Uн — effectieve waarde van de n-de (н = 2, ... Н) component van de harmonische spanning, kV.

Normale en maximaal toegestane waarden kNSU mogen respectievelijk niet hoger zijn dan: in een elektrisch netwerk met een spanning tot 1 kV - 5 en 10%, in een elektrisch netwerk 6 - 20 kV - 4 en 8%, in een elektrisch netwerk 35 kV — 3 en 6%, in het elektriciteitsnet 110 kV en daarboven 2 en 4%.

Om hogere harmonischen te verminderen, worden vermogensfilters gebruikt, die een serieschakeling zijn van inductieve en capacitieve weerstand afgestemd op resonantie bij een bepaalde harmonische. Om harmonischen bij lage frequenties te elimineren, worden omvormerinstallaties met een groot aantal fasen gebruikt.

Coëfficiënt n-de component van harmonische spanning van oneven (even) orde

Coëfficiënt nDeze harmonische component van de spanning van de oneven (even) orde is de verhouding van de effectieve waarde van de n-de harmonische component van de spanning tot de effectieve waarde van de spanning van de fundamentele frequentie, d.w.z. kU (n) = (Un/Un) x 100%

Door de waarde van de coëfficiënt kU (n) wordt het spectrum bepaald door n-x harmonische componenten, voor de onderdrukking waarvan de overeenkomstige vermogensfilters moeten worden ontworpen.

Normale en maximaal toegestane waarden mogen respectievelijk niet hoger zijn dan: in een elektrisch netwerk met een spanning tot 1 kV - 3 en 6%, in een elektrisch netwerk 6 - 20 kV 2,5 en 5%, in een elektrisch netwerk 35 kV - 2 en 4%, in een elektrisch netwerk 110 kV en daarboven 1 en 2%.

Spanningsonbalans

De spanningsonbalans treedt op als gevolg van de belasting van enkelfasige elektrische ontvangers. Aangezien distributienetwerken met spanningen boven 1 kV werken met een geïsoleerde of gecompenseerde nulleider, dan spanning asymmetrie vanwege het verschijnen van negatieve sequentiespanning. Asymmetrie manifesteert zich in de vorm van ongelijkheid lijn- en fasespanning en een negatieve opeenvolgende factor wordt gekenmerkt:

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

waarbij U2(1) de effectieve waarde is van de negatieve sequentiespanning bij de fundamentele frequentie van het driefasige spanningssysteem, kV. U-waarde2(1) kan worden verkregen door drie spanningen te meten bij de fundamentele frequentie, d.w.z. UA(1), UB(1), UB(1)... Dan

waarbij yA, yB en y° C — fasegeleidbaarheid A, B en ° C ontvanger.

In netwerken met spanningen boven 1 kV treedt spanningsasymmetrie voornamelijk op als gevolg van enkelfasige elektrothermische installaties (indirecte vlamboogovens, weerstandsovens, ovens met inductiekanalen, installaties voor het smelten van elektroslakken, enz.).

Leidt de aanwezigheid van een negatieve sequentiespanning tot extra verwarming van de bekrachtigingswikkelingen van synchrone generatoren en een toename van hun trillingen, extra verwarming van elektromotoren en een sterke afname van de levensduur van hun isolatie, een afname van het gegenereerde reactieve vermogen door vermogenscondensatoren, extra verwarming van leidingen en transformatoren? het verhogen van het aantal valse alarmen van de relaisbeveiliging, enz.

Op de aansluitingen van een symmetrische elektrische ontvanger is de normaal toegestane onbalansverhouding 2% en de maximaal toegestane 4%.

De invloed van onbalans wordt aanzienlijk verminderd wanneer enkelfasige stroomverbruikers worden gevoed door afzonderlijke transformatoren, evenals wanneer gecontroleerde en ongecontroleerde balanceerapparaten worden gebruikt, die de negatieve sequentie-equivalentstroom compenseren die wordt verbruikt door enkelfasige belastingen.

In vierdraadsnetwerken met een spanning tot 1 kV gaat een onbalans veroorzaakt door enkelfasige ontvangers die verband houden met de fasespanningen gepaard met de doorgang van stroom in de neutrale draad en dus het verschijnen van een nulvolgordespanning .

Spanningsfactor nulreeks k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

waarbij U0 (1) — effectieve spanningswaarde van de nulsequentie van de fundamentele frequentie, kV; Un.f. — nominale waarde van de fasespanning, kV.

De grootheid U0(1) wordt bepaald door de driefasige spanningen te meten bij de fundamentele frequentie, d.w.z.

waarbij tiA, vB, c° C, yO — geleidbaarheid van fasen A, B, C van de ontvanger en geleidbaarheid van de neutrale draad; UA(1), UB (1), UVB (1) - RMS-waarden van de fasespanningen.

Toegestane waarde U0(1) beperkt door spanningstolerantievereisten waaraan wordt voldaan door een nulsequentiefactor van 2% als normaal niveau en 4% van het maximale niveau.

De vermindering van de waarde kan worden bereikt door een rationele verdeling van een enkelfasige belasting tussen de fasen, evenals door de doorsnede van de neutrale draad te vergroten tot de doorsnede van de fasedraden en door transformatoren in een distributienetwerk te gebruiken met een ster-zigzag verbindingsgroep.

Spanningsdaling en intensiteit van spanningsdalingen

Spanningsdaling - dit is een plotselinge significante vermindering van de spanning op een punt van het elektrische netwerk, gevolgd door een herstel van de spanning naar het beginniveau of dichtbij na een tijdsinterval van enkele perioden tot enkele tientallen seconden.

Duur van de spanningsval ΔTpr is het tijdsinterval tussen het eerste moment van spanningsval en het moment van herstel van de spanning naar het beginniveau of dichtbij (Fig. 2), d.w.z. ΔTpr = Tvos — Trano

Rijst. 2. Duur en diepte van de spanningsval

Betekenis ΔTpr varieert van enkele perioden tot enkele tientallen seconden. De spanningsval wordt gekenmerkt door de intensiteit en diepte van de dip δUpr, die het verschil is tussen de nominale waarde van de spanning en de minimale effectieve waarde van de spanning Umin tijdens de spanningsval en wordt uitgedrukt als een percentage van de nominale waarde van de spanning of in absolute eenheden.

De grootheid δUpr wordt als volgt bepaald:

δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% of δUpr = Un — Umin

De intensiteit van spanningsdalingen m* vertegenwoordigt de frequentie van optreden in het netwerk van spanningsdalingen van een bepaalde diepte en duur, d.w.z. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, waarbij m (δUpr, ΔTNS) — aantal spanningsdalingen diepte δUpr en duur ΔTNS tijdens T; M — het totale aantal spanningsdalingen tijdens T.

Sommige soorten elektrische apparaten (computers, vermogenselektronica), daarom moeten stroomvoorzieningsprojecten voor dergelijke ontvangers voorzien in maatregelen om de duur, intensiteit en diepte van spanningsdips te verminderen. GOST geeft niet de toegestane waarden aan voor de duur van spanningsdalingen.

Impuls spanning

Een spanningspiek is een plotselinge spanningsverandering gevolgd door een herstel van de spanning naar het normale niveau gedurende een tijdsperiode van enkele microseconden tot 10 milliseconden. Het vertegenwoordigt de maximale momentane waarde van de impulsspanning Uimp (fig. 3).

Rijst. 3. Impulsspanning

De impulsspanning wordt gekenmerkt door de impulsamplitude U'imp, wat het verschil is tussen de spanningsimpuls en de momentane waarde van de spanning van de grondfrequentie die overeenkomt met het moment van het begin van de impuls. Pulsduur Timp — het tijdsinterval tussen het eerste moment van de spanningspuls en het moment van herstel van de momentane waarde van de spanning naar het normale niveau. De breedte van de puls kan worden berekend Timp0.5 op het niveau van 0,5 van zijn amplitude (zie figuur 3).

De impulsspanning wordt in relatieve eenheden bepaald door de formule ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Gevoelig voor spanningspulsen zijn ook elektrische ontvangers zoals computers, vermogenselektronica, enz. Impulsspanningen ontstaan ​​als gevolg van schakelen in het elektriciteitsnet. Impulsspanningsreductiemaatregelen moeten worden overwogen bij het ontwerpen van specifieke ontwerpen voor voedingen. GOST specificeert niet de toegestane waarden van de impulsspanning.

Frequentie afwijking

Veranderingen in frequentie zijn het gevolg van veranderingen in de totale belasting en kenmerken van de turbinesnelheidsregelaars. Grote frequentieafwijkingen zijn het gevolg van langzame, regelmatige belastingwisselingen met onvoldoende actieve vermogensreserve.

Spanningsfrequentie is, in tegenstelling tot andere verschijnselen die de kwaliteit van elektriciteit aantasten, een systeembrede parameter: alle generatoren die op één systeem zijn aangesloten, wekken elektriciteit op met een spanning met dezelfde frequentie - 50 Hz.

Volgens de eerste wet van Kirchhoff is er altijd een strikt evenwicht tussen de productie van elektriciteit en de productie van elektriciteit. Daarom veroorzaakt elke verandering in het vermogen van de belasting een verandering in de frequentie, wat leidt tot een verandering in het genereren van actief vermogen van de generatoren, waarvoor de "turbine-generator" -blokken zijn uitgerust met apparaten waarmee de stroom kan worden aangepast energiedrager in de turbine afhankelijk van frequentieveranderingen in het elektrische systeem.

Met een zekere toename van de belasting blijkt dat het vermogen van de "turbine-generator" -blokken is uitgeput. Als de belasting blijft toenemen, komt de balans op een lagere frequentie tot rust - er treedt frequentiedrift op. In dit geval hebben we het over een tekort aan actief vermogen om de nominale frequentie te behouden.

Frequentieafwijking Δf van de nominale waarde en wordt bepaald door de formule Δf = f — fn, waar is — de huidige waarde van de frequentie in het systeem.

Frequentieveranderingen boven 0,2 Hz hebben een aanzienlijke invloed op de technische en economische kenmerken van elektrische ontvangers, daarom is de normaal toegestane waarde van frequentieafwijking ± 0,2 Hz en is de maximaal toegestane waarde van frequentieafwijking ± 0,4 Hz. In noodmodi is een frequentieafwijking van +0,5 Hz tot — 1 Hz toegestaan ​​voor maximaal 90 uur per jaar.

Afwijking van de frequentie van de nominale waarde leidt tot een toename van energieverliezen in het netwerk, evenals tot een afname van de productiviteit van technologische apparatuur.

Spanningsamplitudemodulatiefactor en onbalansfactor tussen fase- en fasespanningen

Amplitude modulerende spanning kenmerkt spanningsfluctuaties en is gelijk aan de verhouding van het halve verschil van de grootste en kleinste amplitude van de gemoduleerde spanning, genomen voor een bepaald tijdsinterval, tot de nominale of basiswaarde van de spanning, d.w.z.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

waarbij Unb en Unm - respectievelijk de grootste en kleinste amplitude van de gemoduleerde spanning.

Onbalansfactor tussen fasespanningenne.mf karakteriseert de fase-fase spanningsonbalans en is gelijk aan de verhouding van de schommeling van de fase-fase spanningsonbalans tot de nominale waarde van de spanning:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

waarbij Unb en Unm de hoogste en laagste effectieve waarde van de driefasige fasespanningen zijn.

Fasespanningsonbalansfactor kneb.f kenmerkt de fasespanningsonbalans en is gelijk aan de verhouding van de schommeling van de fasespanningsonbalans tot de nominale waarde van de fasespanning:

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

waar Unb en Unm - de hoogste en laagste effectieve waarde van de driefasige spanningen, Un.f - nominale waarde van de fasespanning.

Lees ook: Maatregelen en technische middelen om de kwaliteit van elektrische energie te verbeteren