Indicadors de la qualitat de l'electricitat a les xarxes elèctriques
D'acord amb GOST 13109-87, es distingeixen els indicadors bàsics i addicionals de qualitat d'energia.
Entre els principals indicadors de la qualitat de l'electricitat, la determinació de les propietats de l'energia elèctrica que caracteritzen la seva qualitat inclou:
1) desviació de tensió (δU, %);
2) el rang de canvi de tensió (δUT,%);
3) la dosi de fluctuacions de tensió (ψ, %);
4) el coeficient de no-sinusoïdalitat de la corba de tensió (kNSU, %);
5) coeficient de l'enèsima component de la tensió harmònica d'ordre imparell (par) (kU (n), %);
6) el coeficient de la seqüència negativa de tensions (k2U, %);
7) relació de voltatge de seqüència zero (k0U, %);
8) la durada de la caiguda de tensió (ΔTpr, s);
9) tensió d'impuls (Uimp, V, kV);
10) desviació de freqüència (Δe, Hz).
Indicadors addicionals de qualitat de l'energia, que són formes d'enregistrament dels principals indicadors de qualitat de l'energia i que s'utilitzen en altres documents normatius i tècnics:
1) el coeficient de modulació d'amplitud de les tensions (kMod);
2) el coeficient de desequilibri entre les tensions de fase (kneb.m);
3) factor de desequilibri de les tensions de fase (kneb.f).
Observem els valors permesos dels indicadors especificats per a la qualitat de l'electricitat, expressions per a la seva definició i abast. Durant el 95% del temps del dia (22,8 hores), els indicadors de qualitat de l'energia no han de superar els valors normals permesos i en tot moment, inclosos els modes d'emergència, haurien d'estar dins dels valors màxims permesos.
El control de la qualitat de l'electricitat en punts característics de les xarxes elèctriques el realitza el personal de l'empresa de la xarxa elèctrica. En aquest cas, la durada de la mesura de l'indicador de qualitat de l'energia ha de ser d'almenys un dia.
Desviacions de tensió
La desviació de tensió és un dels indicadors més importants de la qualitat de l'energia. La desviació de tensió es troba mitjançant la fórmula
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%
on U (t) — el valor efectiu de la tensió de la seqüència positiva de la freqüència fonamental o simplement el valor efectiu de la tensió (amb un factor no sinusoïdal inferior o igual al 5%), en el moment T, kV ; Tensió no nominal, kV.
La quantitat Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), on UAB (1), UPBC (1), UAC (1)-valors RMS de tensió fase a fase a la freqüència fonamental.
A causa dels canvis en les càrregues al llarg del temps, canvis en el nivell de tensió i altres factors, la magnitud de la caiguda de tensió en els elements de la xarxa canvia i, en conseqüència, el nivell de tensió UT.Com a resultat, resulta que en diferents punts de la xarxa al mateix moment i en un moment diferent, les desviacions de tensió són diferents.
El funcionament normal dels receptors elèctrics amb una tensió de fins a 1 kV està garantit sempre que les desviacions de tensió a la seva entrada siguin iguals a ± 5% (valor normal) i ± 10% (valor màxim). A les xarxes amb una tensió de 6 a 20 kV, s'estableix una desviació de tensió màxima de ± 10%.
La potència consumida per les làmpades incandescents és directament proporcional a la tensió subministrada a la potència de 1,58, la potència lluminosa de les làmpades és a la potència de 2,0, el flux lluminós és a la potència de 3,61 i la vida útil de la làmpada és a la potència de 13,57. El funcionament de les làmpades fluorescents depèn menys de la desviació de tensió. Així, la seva vida útil canvia un 4% amb una desviació de tensió de l'1%.
La reducció de la il·luminació als llocs de treball es produeix amb una disminució de la tensió, la qual cosa comporta una disminució de la productivitat dels treballadors i un deteriorament de la seva visió. Amb grans caigudes de tensió, les làmpades fluorescents no s'encenen ni parpellegen, la qual cosa comporta una disminució de la seva vida útil. A mesura que augmenta la tensió, la vida útil de les làmpades incandescents es redueix dràsticament.
La velocitat de rotació dels motors elèctrics asíncrons i, en conseqüència, el seu funcionament, així com la potència reactiva consumida, depenen del nivell de tensió. Aquest últim es reflecteix en la quantitat de pèrdues de tensió i potència a les seccions de la xarxa.
La disminució de la tensió comporta un augment de la durada del procés tecnològic a les plantes electrotèrmiques i d'electròlisi, així com la impossibilitat de recepció estable de les emissions de televisió a les xarxes de serveis públics. En el segon cas, s'utilitzen els anomenats estabilitzadors de tensió, que per si mateixos consumeixen una potència reactiva important i que presenten pèrdues de potència a l'acer. Per a la seva producció s'utilitza acer de transformador escàs.
Per tal de garantir la tensió necessària dels busos de baixa tensió de tots els TP, l'anomenada regulació a contracorrent al centre d'alimentació. Aquí, en el mode de càrrega màxima, es manté la tensió màxima permesa dels busos del processador, i en el mode de càrrega mínima, es manté la tensió mínima.
En aquest cas, l'anomenada regulació local de la tensió de cada estació transformadora col·locant l'interruptor dels transformadors de distribució en la posició adequada. En combinació amb la regulació de tensió local centralitzada (al processador) i definida, s'utilitzen bancs de condensadors regulats i no regulats, també anomenats reguladors de tensió locals.
Reduint la tensió
La variació de tensió és la diferència entre els valors de voltatge màxim o rms abans i després d'un canvi de tensió i es determina per la fórmula
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%
on Ui i Ui + 1- els valors dels següents extrems o extrems i la part horitzontal de l'embolcall dels valors de tensió d'amplitud.
Els rangs d'oscil·lació de tensió inclouen canvis de voltatge senzills de qualsevol forma amb una freqüència de repetició de dues vegades per minut (1/30 Hz) a una vegada per hora, amb una taxa mitjana de canvi de voltatge de més del 0,1% per segon (per a làmpades incandescents) i 0,2 % per segon per a altres receptors.
Els canvis ràpids de tensió són causats pel mode de funcionament de xoc dels motors dels molins de corrons metal·lúrgics de les instal·lacions de tracció de ferrocarrils, forns de prat per a la producció d'acer, equips de soldadura, així com enceses freqüents de potents motors elèctrics asíncrons amb esquirols, quan comencen la potència reactiva és un poc per cent de la potència de curtcircuit.
El nombre de canvis de tensió per unitat de temps, és a dir. la freqüència dels canvis de tensió es troba amb la fórmula F = m / T, on m és el nombre de canvis de tensió durant el temps T, T és el temps total d'observació de la variació de tensió.
Els principals requisits per a les fluctuacions de tensió es deuen a consideracions de protecció dels ulls humans. Es va trobar que la sensibilitat més alta de l'ull al parpelleig de la llum es troba en el rang de freqüència igual a 8,7 Hz. Per tant, per a les làmpades incandescents que proporcionen il·luminació de treball amb tensions visuals significatives, el canvi de tensió no es permet més del 0,3%, per a les làmpades de bombeig a la vida quotidiana - 0,4%, per a làmpades fluorescents i altres receptors elèctrics - 0,6.
A la fig. 1.
Arròs. 1. Intervals permesos de fluctuacions de tensió: 1 — il·luminació de treball amb làmpades incandescents a alt voltatge visual, 2 — llums incandescents domèstiques, 3 — llums fluorescents
La regió I correspon al funcionament de bombes i electrodomèstics, II - grues, polipasts, III - forns d'arc, soldadura manual per resistència, IV - funcionament de compressors alternatius i soldadura automàtica per resistència.
Per reduir el rang de canvis de tensió a la xarxa d'il·luminació, la font d'alimentació separada dels receptors de la xarxa d'il·luminació i la càrrega de potència de diferents transformadors de potència, compensació capacitiva longitudinal de la xarxa elèctrica, així com motors elèctrics síncrons i fonts artificials de reacció. potència (reactors o bancs de condensadors el corrent dels quals es genera mitjançant vàlvules controlades per obtenir la potència reactiva requerida).
Dosi de fluctuacions de tensió
La dosi de fluctuacions de tensió és idèntica a la gamma de canvis de tensió i s'introdueix a les xarxes elèctriques existents tan bon punt estan equipades amb els dispositius adequats. Quan s'utilitza l'indicador "dosi de fluctuacions de tensió", no es pot fer una avaluació de l'admissibilitat del rang de canvis de tensió, ja que els indicadors considerats són intercanviables.
La dosi de fluctuacions de tensió també és una característica integral de les fluctuacions de tensió que causen irritació a una persona acumulada durant un cert període de temps a causa de la llum intermitent en el rang de freqüència de 0,5 a 0,25 Hz.
El valor màxim admissible de la dosi per fluctuacions de tensió (ψ, (%)2) a la xarxa elèctrica a la qual es connecten les instal·lacions d'enllumenat no ha de superar: 0,018 — amb làmpades incandescents en sales on es requereix una tensió visual important; 0,034 — amb làmpades incandescents a totes les altres habitacions; 0,079 — amb làmpades fluorescents.
Factor no sinusoïdal de la corba de tensió
Quan es treballa en una xarxa de potents instal·lacions rectificadores i convertidores, així com forns d'arc i instal·lacions de soldadura, és a dir, elements no lineals, les corbes de corrent i tensió es distorsionen. Les corbes de corrent i tensió no sinusoïdals són oscil·lacions harmòniques de diferents freqüències (la freqüència industrial és l'harmònic més baix, tots els altres relatius a aquest són harmònics superiors).
Els harmònics més alts en el sistema d'alimentació causen pèrdues d'energia addicionals, redueixen la vida útil de les bateries de condensadors de cosinus, motors elèctrics i transformadors, provoquen dificultats per configurar la protecció i senyalització de relés, així com el funcionament dels accionaments elèctrics controlats per tiristors, etc. . .
El contingut d'harmònics superiors a la xarxa elèctrica es caracteritza pel coeficient no sinusoïdal de la corba de tensió kNSU que està determinat per l'expressió
on N és l'ordre de l'última de les components harmòniques considerades, Uн — valor efectiu de l'enèsima component (н = 2, ... Н) de la tensió harmònica, kV.
Els valors normals i màxims permesos kNSU no han de superar, respectivament: en una xarxa elèctrica amb tensió de fins a 1 kV — 5 i 10%, en una xarxa elèctrica 6 — 20 kV — 4 i 8%, en una xarxa elèctrica 35 kV — 3 i 6%, a la xarxa elèctrica 110 kV i superiors al 2 i 4%.
Per reduir els harmònics més alts, s'utilitzen filtres de potència, que són una connexió en sèrie de resistència inductiva i capacitiva afinada a la ressonància a un determinat harmònic. Per eliminar els harmònics a baixes freqüències, s'utilitzen instal·lacions convertidores amb un gran nombre de fases.
Coeficient enèsimo component de la tensió harmònica d'ordre imparell (par).
Coeficient nAquest component harmònic de la tensió d'ordre imparell (parell) és la relació entre el valor efectiu de l'enèsima component harmònica de la tensió al valor efectiu de la tensió de la freqüència fonamental, és a dir. kU (n) = (Un/Un) x 100%
Pel valor del coeficient kU (n), l'espectre està determinat per n-x components harmònics, per a la supressió dels quals s'han de dissenyar els filtres de potència corresponents.
Els valors normals i màxims admissibles no han de superar, respectivament: en una xarxa elèctrica amb una tensió de fins a 1 kV — 3 i 6%, en una xarxa elèctrica 6 — 20 kV 2,5 i 5%, en una xarxa elèctrica 35 kV — 2 i 4%, en xarxa elèctrica de 110 kV i superior a 1 i 2%.
Desequilibri de tensió
El desequilibri de tensió es produeix a causa de la càrrega dels receptors elèctrics monofàsics. Com que les xarxes de distribució amb tensions superiors a 1 kV funcionen amb un neutre aïllat o compensat, doncs asimetria de voltatge a causa de l'aparició de voltatge de seqüència negativa. L'asimetria es manifesta en forma de desigualtat tensió de línia i fase i un factor consecutiu negatiu es caracteritza:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100%,
on U2(1) és el valor rms de la tensió de seqüència negativa a la freqüència fonamental del sistema de tensió trifàsica, kV. El valor U2(1) es pot obtenir mesurant tres tensions a la freqüència fonamental, és a dir. UA(1), UB (1), UB (1)... Després
on yA, yB i y° C — conductivitat de fase A, B i ° C receptor.
En xarxes amb tensions superiors a 1 kV, l'asimetria de tensió es produeix principalment per instal·lacions electrotèrmiques monofàsiques (forns d'arc indirecte, forns de resistència, forns amb canals d'inducció, instal·lacions de fusió d'electroescòries, etc.).
La presència d'una tensió de seqüència negativa comporta un escalfament addicional dels bobinatges d'excitació dels generadors síncrons i un augment de les seves vibracions, un escalfament addicional dels motors elèctrics i una forta disminució de la vida útil del seu aïllament, una disminució de la potència reactiva generada? per condensadors de potència, escalfament addicional de línies i transformadors? augmentar el nombre de falses alarmes de la protecció del relé, etc.
Als terminals d'un receptor elèctric simètric, la relació de desequilibri normalment admissible és del 2% i la màxima admissible és del 4%.
La influència del desequilibri es redueix molt quan els consumidors d'energia monofàsic es subministren mitjançant transformadors separats, així com quan s'utilitzen dispositius d'equilibri controlats i no controlats, que compensen el corrent equivalent de seqüència negativa consumit per càrregues monofàsiques.
En xarxes de quatre fils amb una tensió de fins a 1 kV, un desequilibri causat per receptors monofàsics associats a les tensions de fase s'acompanya del pas de corrent al cable neutre i, per tant, l'aparició d'una tensió de seqüència zero. .
Factor de tensió de seqüència zero k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
on U0 (1) — valor efectiu de la tensió de seqüència zero de la freqüència fonamental, kV; Un.f. — valor nominal de la tensió de fase, kV.
La quantitat U0(1) es determina mesurant les tres tensions de fase a la freqüència fonamental, és a dir.
on tiA, vB, c° C, yO — conductivitat de les fases A, B, C del receptor i conductivitat del cable neutre; UA(1), UB (1), UVB (1) - Valors RMS de les tensions de fase.
Valor admissible U0(1) limitat pels requisits de tolerància de tensió que es compleixen amb un factor de seqüència zero del 2% com a nivell normal i un 4% del nivell màxim.
La reducció del valor es pot aconseguir mitjançant la distribució racional d'una càrrega monofàsica entre les fases, així com augmentant la secció transversal del cable neutre a la secció transversal dels cables de fase i utilitzant transformadors en una xarxa de distribució. amb un grup de connexió estrella-ziga-zaga.
Caiguda de tensió i intensitat de caiguda de tensió
Caiguda de tensió: es tracta d'una reducció significativa sobtada de la tensió en un punt de la xarxa elèctrica, seguida d'una recuperació de la tensió al nivell inicial o a prop d'aquest després d'un interval de temps des de diversos períodes fins a diverses desenes de segons.
Durada de la caiguda de tensió ΔTpr és l'interval de temps entre el moment inicial de la caiguda de tensió i el moment de recuperació de la tensió al nivell inicial o proper a aquest (Fig. 2), és a dir. ΔTpr = Tvos — Trano
Arròs. 2. Durada i profunditat de la caiguda de tensió
Significat que ΔTpr varia des de diversos períodes fins a diverses desenes de segons. La caiguda de tensió es caracteritza per la intensitat i la profunditat de la caiguda δUpr, que és la diferència entre el valor nominal de la tensió i el valor efectiu mínim de la tensió Umin durant la caiguda de tensió i s'expressa com a percentatge del valor nominal de la tensió o en unitats absolutes.
La quantitat δUpr es determina de la següent manera:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% o δUpr = Un — Umin
La intensitat de caiguda de tensió m* representa la freqüència d'ocurrència a la xarxa de caigudes de tensió d'una determinada profunditat i durada, és a dir. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, on m (δUpr, ΔTNS) — nombre de caigudes de tensió profunditat δUpr i durada ΔTNS durant T; M: el nombre total de caigudes de tensió durant T.
Alguns tipus de dispositius elèctrics (ordinadors, electrònica de potència), per tant, els projectes d'alimentació d'aquests receptors han de preveure mesures per reduir la durada, la intensitat i la profunditat de les caigudes de tensió. GOST no indica els valors permesos per a la durada de les caigudes de tensió.
Tensió d'impuls
Una pujada de tensió és un canvi sobtat de tensió seguit d'una recuperació de la tensió al seu nivell normal durant un període de temps d'uns pocs microsegons a 10 mil·lisegons. Representa el valor instantani màxim de la tensió d'impuls Uimp (Fig. 3).
Arròs. 3. Tensió d'impuls
La tensió d'impuls es caracteritza per l'amplitud de l'impuls U 'imp, que és la diferència entre l'impuls de tensió i el valor instantani de la tensió de la freqüència fonamental corresponent al moment de l'inici de l'impuls. Durada del pols Timp — l'interval de temps entre el moment inicial del pols de tensió i el moment de recuperació del valor instantani de la tensió al nivell normal. L'amplada del pols es pot calcular Timp0,5 al nivell de 0,5 de la seva amplitud (vegeu la figura 3).
La tensió d'impuls es determina en unitats relatives per la fórmula ΔUimp = Uimp / (√2Un)
També són sensibles als polsos de tensió receptors elèctrics com ordinadors, electrònica de potència, etc. Les tensions d'impuls apareixen com a resultat de la commutació a la xarxa elèctrica. Les mesures de reducció de la tensió d'impuls s'han de considerar quan es dissenyen dissenys específics de fonts d'alimentació. GOST no especifica els valors permesos de la tensió d'impuls.
Desviació de freqüència
Els canvis en la freqüència es deuen als canvis en la càrrega global i les característiques dels controladors de velocitat de la turbina. Les grans desviacions de freqüència resulten de canvis de càrrega lents i regulars amb una reserva d'energia activa insuficient.
La freqüència de tensió, a diferència d'altres fenòmens que degraden la qualitat de l'electricitat, és un paràmetre de tot el sistema: tots els generadors connectats a un sistema generen electricitat a una tensió amb la mateixa freqüència: 50 Hz.
Segons la primera llei de Kirchhoff, sempre hi ha un estricte equilibri entre la producció d'electricitat i la producció d'electricitat. Per tant, qualsevol canvi en la potència de la càrrega provoca un canvi en la freqüència, que comporta un canvi en la generació de potència activa dels generadors, per la qual cosa els blocs «turbina-generador» estan equipats amb dispositius que permeten ajustar el cabal. del portador d'energia a la turbina en funció dels canvis de freqüència en el sistema elèctric.
Amb un cert augment de la càrrega, resulta que la potència dels blocs de "turbina-generador" s'esgota. Si la càrrega continua augmentant, l'equilibri s'estableix a una freqüència més baixa: es produeix una deriva de freqüència. En aquest cas, estem parlant d'un dèficit de potència activa per mantenir la freqüència nominal.
La desviació de freqüència Δf del valor nominal en està determinada per la fórmula Δf = f — fn, on és — el valor actual de la freqüència en el sistema.
Els canvis de freqüència superiors a 0,2 Hz tenen un impacte significatiu en les característiques tècniques i econòmiques dels receptors elèctrics, per tant, el valor normal admissible de la desviació de freqüència és de ± 0,2 Hz i el valor màxim permès de desviació de freqüència és de ± 0,4 Hz. En els modes d'emergència, es permet una desviació de freqüència de +0,5 Hz a —1 Hz durant no més de 90 hores a l'any.
La desviació de la freqüència de la nominal comporta un augment de les pèrdues d'energia a la xarxa, així com una disminució de la productivitat dels equips tecnològics.
Factor de modulació d'amplitud de tensió i factor de desequilibri entre les tensions de fase i fase
La tensió moduladora d'amplitud caracteritza les fluctuacions de tensió i és igual a la relació entre la mitja diferència de l'amplitud més gran i més petita de la tensió modulada, presa durant un interval de temps determinat, al valor nominal o base de la tensió, és a dir.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
on Unb i Unm: l'amplitud més gran i més petita de la tensió modulada, respectivament.
El factor de desequilibri entre les tensions de fase ne.mf caracteritza el desequilibri de la tensió fase-fase i és igual a la relació entre l'oscil·lació del desequilibri de tensió fase-fase al valor nominal de la tensió:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
on Unb i Unm: el valor efectiu més alt i més baix de les tensions de fase trifàsica.
El factor de desequilibri de la tensió de fase kneb.f caracteritza el desequilibri de la tensió de fase i és igual a la relació entre l'oscil·lació del desequilibri de la tensió de fase i el valor nominal de la tensió de fase:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100%,
on Unb i Unm — el valor efectiu més alt i més baix de les tres tensions de fase, Un.f — valor nominal de la tensió de fase.
Llegeix també: Mesures i mitjans tècnics per millorar la qualitat de l'energia elèctrica