Indicatori della qualità dell'energia elettrica nelle reti elettriche
In conformità con GOST 13109-87, si distinguono gli indicatori di qualità dell'alimentazione di base e aggiuntivi.
Tra i principali indicatori della qualità dell'elettricità, la determinazione delle proprietà dell'energia elettrica che ne caratterizzano la qualità comprende:
1) deviazione di tensione (δU, %);
2) l'intervallo di variazione della tensione (δUT,%);
3) la dose di fluttuazioni di tensione (ψ, %);
4) il coefficiente di non sinusoidalità della curva di tensione (kNSU, %);
5) coefficiente dell'ennesima componente della tensione armonica di ordine dispari (pari) (kU (n), %);
6) il coefficiente della sequenza negativa delle tensioni (k2U, %);
7) rapporto di tensione di sequenza zero (k0U, %);
8) la durata della caduta di tensione (ΔTpr, s);
9) tensione impulsiva (Uimp, V, kV);
10) deviazione di frequenza (Δe, Hz).
Ulteriori indicatori di qualità dell'energia, che sono forme di registrazione dei principali indicatori di qualità dell'energia e sono utilizzati in altri documenti normativi e tecnici:
1) il coefficiente di modulazione di ampiezza delle tensioni (kMod);
2) il coefficiente di squilibrio tra le tensioni di fase (kneb.m);
3) fattore di squilibrio delle tensioni di fase (kneb.f).
Notiamo i valori consentiti degli indicatori specificati per la qualità dell'elettricità, le espressioni per la loro definizione e portata. Durante il 95% dell'ora del giorno (22,8 ore), gli indicatori di qualità dell'alimentazione non devono superare i valori normali consentiti e in ogni momento, comprese le modalità di emergenza, devono rientrare nei valori massimi consentiti.
Il controllo della qualità dell'elettricità nei punti caratteristici delle reti elettriche viene effettuato dal personale dell'impresa di rete elettrica. In questo caso, la durata della misurazione dell'indicatore di qualità dell'energia dovrebbe essere di almeno un giorno.
Deviazioni di tensione
La deviazione della tensione è uno degli indicatori più importanti della qualità dell'alimentazione. La deviazione di tensione si trova con la formula
δUt = ((U(t) — Un) / Un) x 100%
dove U (t) — il valore effettivo della tensione della sequenza positiva della frequenza fondamentale o semplicemente il valore effettivo della tensione (con un fattore non sinusoidale inferiore o uguale al 5%), al momento T, kV ; Tensione non nominale, kV.
La quantità Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), dove UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS valori della tensione concatenata alla frequenza fondamentale.
A causa delle variazioni dei carichi nel tempo, delle variazioni del livello di tensione e di altri fattori, l'entità della caduta di tensione negli elementi di rete cambia e, di conseguenza, il livello di tensione UT.Di conseguenza, risulta che in diversi punti della rete nello stesso momento e in un momento in tempi diversi, le deviazioni di tensione sono diverse.
Il normale funzionamento dei ricevitori elettrici con una tensione fino a 1 kV è garantito a condizione che le deviazioni di tensione al loro ingresso siano pari a ± 5% (valore normale) e ± 10% (valore massimo). Nelle reti con una tensione di 6 - 20 kV, è impostata una deviazione di tensione massima di ± 10%.
La potenza consumata dalle lampade ad incandescenza è direttamente proporzionale alla tensione fornita alla potenza di 1,58, la potenza luminosa delle lampade è alla potenza di 2,0, il flusso luminoso è alla potenza di 3,61 e la durata della lampada è a la potenza di 13.57. Il funzionamento delle lampade fluorescenti dipende meno dalla deviazione della tensione. Pertanto, la loro vita utile cambia del 4% con una deviazione di tensione dell'1%.
La riduzione dell'illuminazione nei luoghi di lavoro si verifica con una diminuzione della tensione, che porta a una diminuzione della produttività dei lavoratori e al deterioramento della loro visione. Con grandi cadute di tensione, le lampade fluorescenti non si accendono o lampeggiano, il che porta a una riduzione della loro durata. All'aumentare della tensione, la durata delle lampade a incandescenza si riduce drasticamente.
La velocità di rotazione dei motori elettrici asincroni e, di conseguenza, il loro funzionamento, nonché la potenza reattiva consumata, dipendono dal livello di tensione. Quest'ultimo si riflette nella quantità di perdite di tensione e di potenza nelle sezioni di rete.
La diminuzione della tensione comporta un aumento della durata del processo tecnologico negli impianti elettrotermici ed elettrolitici, nonché l'impossibilità di una ricezione stabile delle trasmissioni televisive nelle reti di utenza. Nel secondo caso vengono utilizzati i cosiddetti stabilizzatori di tensione, che consumano essi stessi una notevole potenza reattiva e che hanno perdite di potenza nell'acciaio. Per la loro produzione viene utilizzato scarso acciaio per trasformatori.
Per garantire la tensione necessaria dei bus a bassa tensione di tutti i TP, la cosiddetta regolazione controcorrente nel centro alimentare. Qui, nella modalità di carico massimo, viene mantenuta la tensione massima consentita dei bus del processore e nella modalità di carico minimo viene mantenuta la tensione minima.
In questo caso, la cosiddetta regolazione locale della tensione di ogni stazione di trasformazione posizionando l'interruttore dei trasformatori di distribuzione nella posizione appropriata. In combinazione con la regolazione della tensione locale centralizzata (nel processore) e definita, vengono utilizzati banchi di condensatori regolati e non regolati, chiamati anche regolatori di tensione locali.
Ridurre la tensione
L'oscillazione di tensione è la differenza tra i valori di tensione di picco o rms prima e dopo una variazione di tensione ed è determinata dalla formula
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%
dove Ui e Ui + 1- i valori dei seguenti estremi o estremi e la parte orizzontale dell'inviluppo dei valori di tensione di ampiezza.
Gli intervalli di oscillazione della tensione includono singole variazioni di tensione di qualsiasi forma con una frequenza di ripetizione da due volte al minuto (1/30 Hz) a una volta all'ora, con una velocità media di variazione della tensione superiore allo 0,1% al secondo (per le lampade a incandescenza) e 0,2 % al secondo per altri ricevitori.
I rapidi cambiamenti di tensione sono causati dalla modalità di funzionamento degli shock dei motori dei laminatoi metallurgici degli impianti di trazione delle ferrovie, dei forni da prato per la produzione di acciaio, delle apparecchiature di saldatura, nonché dai frequenti avviamenti di potenti motori elettrici asincroni con scoiattoli, quando avviano la potenza reattiva è una piccola percentuale della potenza di cortocircuito.
Il numero di variazioni di tensione per unità di tempo, ad es. la frequenza delle variazioni di tensione si trova con la formula F = m / T, dove m è il numero di variazioni di tensione durante il tempo T, T è il tempo totale di osservazione dell'oscillazione della tensione.
I requisiti principali per le fluttuazioni di tensione sono dovuti a considerazioni sulla protezione dell'occhio umano. È stato riscontrato che la massima sensibilità dell'occhio allo sfarfallio della luce è nella gamma di frequenze pari a 8,7 Hz. Pertanto, per le lampade a incandescenza che forniscono illuminazione di lavoro con tensioni visive significative, la variazione di tensione non è consentita più dello 0,3%, per il pompaggio di lampade nella vita di tutti i giorni - 0,4%, per lampade fluorescenti e altri ricevitori elettrici - 0,6.
I campi di oscillazione consentiti sono mostrati in fig. 1.
Riso. 1. Intervalli consentiti di fluttuazioni di tensione: 1 — illuminazione da lavoro con lampade a incandescenza ad alta tensione visiva, 2 — lampade a incandescenza domestiche, 3 — lampade fluorescenti
La regione I corrisponde al funzionamento di pompe ed elettrodomestici, II — gru, paranchi, III — forni ad arco, saldatura manuale a resistenza, IV — funzionamento di compressori alternativi e saldatura automatica a resistenza.
Per ridurre la gamma di variazioni di tensione nella rete di illuminazione, alimentazione separata dei ricevitori della rete di illuminazione e il carico di potenza da diversi trasformatori di potenza, compensazione capacitiva longitudinale della rete di alimentazione, nonché motori elettrici sincroni e sorgenti artificiali di reattivo potenza (reattori o batterie di condensatori la cui corrente viene generata mediante valvole controllate per ottenere la potenza reattiva richiesta).
Dose di fluttuazioni di tensione
La dose delle fluttuazioni di tensione è identica all'intervallo delle variazioni di tensione e viene introdotta nelle reti elettriche esistenti non appena sono dotate di dispositivi adeguati. Quando si utilizza l'indicatore "dose di fluttuazioni di tensione", non è possibile effettuare una valutazione dell'ammissibilità dell'intervallo di variazioni di tensione, poiché gli indicatori considerati sono intercambiabili.
La dose di fluttuazioni di tensione è anche una caratteristica integrale delle fluttuazioni di tensione che causano irritazione a una persona accumulata in un certo periodo di tempo a causa della luce lampeggiante nell'intervallo di frequenza da 0,5 a 0,25 Hz.
Il valore massimo consentito della dose da fluttuazioni di tensione (ψ, (%)2) nella rete elettrica a cui sono collegati gli impianti di illuminazione non deve superare: 0,018 — con lampade a incandescenza in ambienti in cui è richiesta una tensione visiva significativa; 0,034 — con lampade ad incandescenza in tutte le altre stanze; 0,079 — con lampade fluorescenti.
Fattore non sinusoidale della curva di tensione
Quando si lavora in una rete di potenti impianti di raddrizzatori e convertitori, nonché forni ad arco e impianti di saldatura, ad es. elementi non lineari, le curve di corrente e tensione sono distorte. Le curve di corrente e tensione non sinusoidali sono oscillazioni armoniche di diverse frequenze (la frequenza industriale è l'armonica più bassa, tutte le altre relative ad essa sono armoniche più alte).
Armoniche più elevate nel sistema di alimentazione causano ulteriori perdite di energia, riducono la durata di batterie di condensatori del coseno, motori elettrici e trasformatori, portano a difficoltà nell'impostazione della protezione e della segnalazione del relè, nonché nel funzionamento di azionamenti elettrici controllati da tiristori, ecc. . .
Il contenuto di armoniche superiori nella rete elettrica è caratterizzato dal coefficiente non sinusoidale della curva di tensione kNSU che è determinato dall'espressione
dove N è l'ordine dell'ultima delle componenti armoniche considerate, Un — valore effettivo dell'ennesima (н = 2, ... Н) componente della tensione armonica, kV.
I valori normali e massimi consentiti kNSU non devono superare, rispettivamente: in una rete elettrica con tensione fino a 1 kV - 5 e 10%, in una rete elettrica 6 - 20 kV - 4 e 8%, in una rete elettrica 35 kV — 3 e 6%, nella rete elettrica 110 kV e oltre 2 e 4%.
Per ridurre le armoniche superiori, vengono utilizzati filtri di potenza, che sono un collegamento in serie di resistenze induttive e capacitive sintonizzate sulla risonanza a una determinata armonica. Per eliminare le armoniche a basse frequenze, vengono utilizzate installazioni di convertitori con un gran numero di fasi.
Coefficiente componente n-esima della tensione armonica di ordine dispari (pari).
Coefficiente nQuesta componente armonica della tensione di ordine dispari (pari) è il rapporto tra il valore effettivo dell'ennesima componente armonica della tensione e il valore effettivo della tensione della frequenza fondamentale, cioè kU (n) = (Un/Un) x 100%
Dal valore del coefficiente kU (n), lo spettro è determinato da n-x componenti armoniche, per la soppressione delle quali devono essere progettati i corrispondenti filtri di potenza.
I valori normali e massimi consentiti non devono superare, rispettivamente: in una rete elettrica con una tensione fino a 1 kV - 3 e 6%, in una rete elettrica 6 - 20 kV 2,5 e 5%, in una rete elettrica 35 kV - 2 e 4%, in una rete elettrica da 110 kV e oltre 1 e 2%.
Squilibrio di tensione
Lo squilibrio di tensione si verifica a causa del carico dei ricevitori elettrici monofase. Poiché le reti di distribuzione con tensioni superiori a 1 kV funzionano con neutro isolato o compensato, allora asimmetria di tensione a causa della comparsa di una tensione di sequenza negativa. L'asimmetria si manifesta sotto forma di disuguaglianza tensione di linea e di fase e un fattore consecutivo negativo è caratterizzato:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100%,
dove U2(1) è il valore efficace della tensione di sequenza inversa alla frequenza fondamentale del sistema di tensione trifase, kV. Il valore U2(1) può essere ottenuto misurando tre tensioni alla frequenza fondamentale, cioè UA(1), UB(1), UB(1)... Poi
dove yA, yB e y° C — conducibilità di fase A, B e ° C ricevitore.
Nelle reti con tensioni superiori a 1 kV, l'asimmetria di tensione si verifica principalmente a causa di impianti elettrotermici monofase (forni ad arco indiretto, forni a resistenza, forni con canali di induzione, impianti di fusione elettroscoria, ecc.).
La presenza di una tensione di sequenza negativa comporta un ulteriore riscaldamento degli avvolgimenti di eccitazione dei generatori sincroni e un aumento delle loro vibrazioni, un ulteriore riscaldamento dei motori elettrici e una forte diminuzione della durata del loro isolamento, una diminuzione della potenza reattiva generata da condensatori di potenza, riscaldamento aggiuntivo di linee e trasformatori? aumentare il numero di falsi allarmi della protezione relè, ecc.
Sui terminali di un ricevitore elettrico simmetrico, il rapporto di squilibrio normalmente consentito è del 2% e il massimo consentito è del 4%.
L'influenza dello squilibrio è notevolmente ridotta quando i consumatori di energia monofase sono alimentati da trasformatori separati, nonché quando vengono utilizzati dispositivi di bilanciamento controllati e non controllati, che compensano la corrente equivalente di sequenza inversa consumata dai carichi monofase.
Nelle reti a quattro fili con tensione fino a 1 kV, uno squilibrio causato dai ricevitori monofase associati alle tensioni di fase è accompagnato dal passaggio di corrente nel filo neutro e, quindi, dalla comparsa di una tensione omopolare .
Fattore di tensione sequenza zero k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
dove U0 (1) — valore effettivo della tensione di sequenza zero della frequenza fondamentale, kV; Un.f. — valore nominale della tensione di fase, kV.
La grandezza U0(1) è determinata misurando le tre tensioni di fase alla frequenza fondamentale, cioè
dove tiA, vB, c° C, yO — conducibilità delle fasi A, B, C del ricevitore e conduttività del filo neutro; UA(1), UB (1), UVB (1) - Valori RMS delle tensioni di fase.
Valore ammissibile U0(1) limitato dai requisiti di tolleranza di tensione che sono soddisfatti dal fattore di sequenza zero del 2% come livello normale e del 4% del livello massimo.
La riduzione del valore può essere ottenuta mediante una distribuzione razionale di un carico monofase tra le fasi, nonché aumentando la sezione del filo neutro alla sezione dei fili di fase e utilizzando trasformatori in una rete di distribuzione con un gruppo di connessione stella-zigzag.
Buchi di tensione e intensità dei buchi di tensione
Caduta di tensione — si tratta di un'improvvisa significativa riduzione della tensione in un punto della rete elettrica, seguita da un ripristino della tensione al livello iniziale o vicino ad esso dopo un intervallo di tempo da diversi periodi a diverse decine di secondi.
Durata della caduta di tensione ΔTpr è l'intervallo di tempo tra il momento iniziale della caduta di tensione e il momento del ripristino della tensione al livello iniziale o vicino ad esso (Fig. 2), ovvero ΔTpr = Tvos — Trano
Riso. 2. Durata e profondità della caduta di tensione
Significato ΔTpr varia da diversi periodi a diverse decine di secondi. La caduta di tensione è caratterizzata dall'intensità e dalla profondità della caduta δUpr, che è la differenza tra il valore nominale della tensione e il valore minimo efficace della tensione Umin durante la caduta di tensione ed è espressa in percentuale del valore nominale di la tensione o in unità assolute.
La quantità δUpr è determinata come segue:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% o δUpr = Un — Umin
L'intensità dei buchi di tensione m* rappresenta la frequenza di occorrenza nella rete di buchi di tensione di una certa profondità e durata, ad es. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, dove m (δUpr, ΔTNS) — numero di cadute di tensione profondità δUpr e durata ΔTNS durante T; M — il numero totale di cadute di tensione durante T.
Alcuni tipi di dispositivi elettrici (computer, elettronica di potenza), pertanto, i progetti di alimentazione di tali ricevitori devono prevedere misure per ridurre la durata, l'intensità e la profondità dei buchi di tensione. GOST non indica i valori consentiti per la durata delle cadute di tensione.
Tensione impulsiva
Un picco di tensione è un improvviso cambiamento di tensione seguito da un ripristino della tensione al suo livello normale in un periodo di tempo compreso tra pochi microsecondi e 10 millisecondi. Rappresenta il massimo valore istantaneo della tensione impulsiva Uimp (Fig. 3).
Riso. 3. Tensione impulsiva
La tensione impulsiva è caratterizzata dall'ampiezza dell'impulso U'imp, che è la differenza tra l'impulso di tensione e il valore istantaneo della tensione della frequenza fondamentale corrispondente all'istante di inizio dell'impulso. Durata dell'impulso Timp — l'intervallo di tempo tra il momento iniziale dell'impulso di tensione e il momento del ripristino del valore istantaneo della tensione al livello normale. La larghezza dell'impulso può essere calcolata Timp0.5 al livello di 0,5 della sua ampiezza (vedi Fig. 3).
La tensione impulsiva è determinata in unità relative dalla formula ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Sensibili agli impulsi di tensione sono anche ricevitori elettrici come computer, elettronica di potenza, ecc. Le tensioni impulsive compaiono come risultato della commutazione nella rete elettrica. Le misure di riduzione della tensione impulsiva devono essere prese in considerazione quando si progettano progetti specifici di alimentatori. GOST non specifica i valori consentiti della tensione impulsiva.
Deviazione di frequenza
Le variazioni di frequenza sono dovute a variazioni del carico complessivo e delle caratteristiche dei regolatori di velocità della turbina. Grandi deviazioni di frequenza derivano da variazioni di carico lente e regolari con riserva di potenza attiva insufficiente.
La frequenza della tensione, a differenza di altri fenomeni che degradano la qualità dell'elettricità, è un parametro a livello di sistema: tutti i generatori collegati a un sistema generano elettricità a una tensione con la stessa frequenza - 50 Hz.
Secondo la prima legge di Kirchhoff, esiste sempre uno stretto equilibrio tra la produzione di elettricità e la produzione di elettricità. Pertanto, qualsiasi variazione della potenza del carico provoca una variazione della frequenza, che comporta una variazione della generazione di potenza attiva dei generatori, per i quali i blocchi «turbina-generatore» sono dotati di dispositivi che consentono di regolare la portata di vettore energetico nella turbina in funzione delle variazioni di frequenza nel sistema elettrico.
Con un certo aumento del carico, si scopre che la potenza dei blocchi "turbina-generatore" è esaurita. Se il carico continua ad aumentare, l'equilibrio si assesta a una frequenza inferiore: si verifica una deriva di frequenza. In questo caso si parla di un deficit di potenza attiva per mantenere la frequenza nominale.
La deviazione di frequenza Δf dal valore nominale en è determinata dalla formula Δf = f — fn, dove è — il valore corrente della frequenza nel sistema.
Le variazioni di frequenza superiori a 0,2 Hz hanno un impatto significativo sulle caratteristiche tecniche ed economiche dei ricevitori elettrici, pertanto il valore normale consentito di deviazione di frequenza è ± 0,2 Hz e il valore massimo consentito di deviazione di frequenza è ± 0,4 Hz . Nelle modalità di emergenza, è consentita una deviazione di frequenza da +0,5 Hz a — 1 Hz per non più di 90 ore all'anno.
La deviazione della frequenza dal valore nominale comporta un aumento delle perdite di energia nella rete, nonché una diminuzione della produttività delle apparecchiature tecnologiche.
Fattore di modulazione dell'ampiezza della tensione e fattore di squilibrio tra tensioni di fase e di fase
La tensione modulante in ampiezza caratterizza le fluttuazioni di tensione ed è uguale al rapporto tra la semidifferenza dell'ampiezza massima e minima della tensione modulata, presa per un certo intervallo di tempo, rispetto al valore nominale o di base della tensione, ad es.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
dove Unb e Unm sono rispettivamente l'ampiezza massima e minima della tensione modulata.
Fattore di squilibrio tra tensioni di fasene.mf caratterizza lo squilibrio di tensione fase-fase ed è uguale al rapporto tra l'oscillazione dello squilibrio di tensione fase-fase e il valore nominale della tensione:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
dove Unb e Unm sono il valore efficace più alto e più basso delle tensioni di fase trifase.
Il fattore di squilibrio della tensione di fase kneb.f caratterizza lo squilibrio della tensione di fase ed è uguale al rapporto tra l'oscillazione dello squilibrio della tensione di fase e il valore nominale della tensione di fase:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100%,
dove Unb e Unm — il valore efficace più alto e più basso delle tre tensioni di fase, Un.f — valore nominale della tensione di fase.
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