Penunjuk kualiti elektrik dalam rangkaian elektrik
Selaras dengan GOST 13109-87, petunjuk kualiti kuasa asas dan tambahan dibezakan.
Antara penunjuk utama kualiti elektrik, penentuan sifat tenaga elektrik yang mencirikan kualitinya termasuk:
1) sisihan voltan (δU, %);
2) julat perubahan voltan (δUT,%);
3) dos turun naik voltan (ψ, %);
4) pekali bukan sinusoidal lengkung voltan (kNSU, %);
5) pekali komponen ke-n voltan harmonik susunan ganjil (genap) (kU (n), %);
6) pekali jujukan negatif voltan (k2U, %);
7) nisbah voltan jujukan sifar (k0U, %);
8) tempoh penurunan voltan (ΔTpr, s);
9) voltan impuls (Uimp, V, kV);
10) sisihan frekuensi (Δe, Hz).
Penunjuk kualiti kuasa tambahan, yang merupakan bentuk merekodkan penunjuk kualiti kuasa utama dan digunakan dalam dokumen pengawalseliaan dan teknikal yang lain:
1) pekali modulasi amplitud voltan (kMod);
2) pekali ketidakseimbangan antara voltan fasa (kneb.m);
3) faktor ketidakseimbangan voltan fasa (kneb.f).
Mari kita perhatikan nilai yang dibenarkan bagi penunjuk yang ditentukan untuk kualiti elektrik, ungkapan untuk definisi dan skopnya. Sepanjang 95% masa dalam sehari (22.8 jam), penunjuk kualiti kuasa tidak boleh melebihi nilai biasa yang dibenarkan, dan pada setiap masa, termasuk mod kecemasan, ia harus berada dalam nilai maksimum yang dibenarkan.
Kawalan kualiti elektrik pada titik ciri rangkaian elektrik dijalankan oleh kakitangan perusahaan rangkaian elektrik. Dalam kes ini, tempoh pengukuran penunjuk kualiti kuasa hendaklah sekurang-kurangnya satu hari.
Sisihan voltan
Sisihan voltan adalah salah satu penunjuk kualiti kuasa yang paling penting. Sisihan voltan didapati oleh formula
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%
di mana U (t) — nilai berkesan voltan jujukan positif frekuensi asas atau hanya nilai berkesan voltan (dengan faktor bukan sinusoidal kurang daripada atau sama dengan 5%), pada masa ini T, kV ; Voltan bukan nominal, kV.
Kuantiti Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), di mana UAB (1),UPBC (1), UAC (1)-RMS nilai voltan fasa ke fasa pada frekuensi asas.
Disebabkan oleh perubahan dalam beban dari semasa ke semasa, perubahan dalam tahap voltan dan faktor lain, magnitud penurunan voltan dalam elemen rangkaian berubah dan, dengan itu, tahap voltan UT.Akibatnya, ternyata pada titik yang berbeza rangkaian pada masa yang sama dalam masa dan pada satu ketika dalam masa yang berbeza, sisihan voltan adalah berbeza.
Operasi biasa penerima elektrik dengan voltan sehingga 1 kV dipastikan dengan syarat sisihan voltan pada inputnya adalah sama dengan ± 5% (nilai normal) dan ± 10% (nilai maksimum). Dalam rangkaian dengan voltan 6 — 20 kV, sisihan voltan maksimum ± 10% ditetapkan.
Kuasa yang digunakan oleh lampu pijar adalah berkadar terus dengan voltan yang dibekalkan kepada kuasa 1.58, kuasa bercahaya lampu adalah kepada kuasa 2.0, fluks bercahaya adalah dengan kuasa 3.61, dan hayat lampu adalah untuk kuasa 13.57. Operasi lampu pendarfluor kurang bergantung pada sisihan voltan. Oleh itu, hayat perkhidmatan mereka berubah sebanyak 4% dengan sisihan voltan sebanyak 1%.
Pengurangan pencahayaan di tempat kerja berlaku dengan penurunan ketegangan, yang membawa kepada penurunan produktiviti pekerja dan kemerosotan penglihatan mereka. Dengan penurunan voltan yang besar, lampu pendarfluor tidak menyala atau berkelip, yang membawa kepada penurunan dalam hayat perkhidmatannya. Apabila voltan meningkat, hayat perkhidmatan lampu pijar dikurangkan secara mendadak.
Kelajuan putaran motor elektrik tak segerak dan, oleh itu, operasinya, serta kuasa reaktif yang digunakan, bergantung pada tahap voltan. Yang terakhir dicerminkan dalam jumlah voltan dan kehilangan kuasa dalam bahagian rangkaian.
Pengurangan voltan membawa kepada peningkatan dalam tempoh proses teknologi dalam loji elektroterma dan elektrolisis, serta ketidakmungkinan penerimaan stabil siaran televisyen dalam rangkaian utiliti. Dalam kes kedua, apa yang dipanggil penstabil voltan digunakan, yang sendiri menggunakan kuasa reaktif yang ketara dan yang mempunyai kehilangan kuasa dalam keluli. Keluli pengubah yang jarang digunakan untuk pengeluarannya.
Untuk memastikan voltan yang diperlukan bagi bas voltan rendah semua TP, apa yang dipanggil peraturan arus balas di pusat makanan. Di sini, dalam mod beban maksimum, voltan maksimum yang dibenarkan bagi bas pemproses dikekalkan, dan dalam mod beban minimum, voltan minimum dikekalkan.
Dalam kes ini, apa yang dipanggil peraturan tempatan voltan setiap stesen pengubah dengan meletakkan suis pengubah pengedaran dalam kedudukan yang sesuai. Dalam kombinasi dengan terpusat (dalam pemproses) dan peraturan voltan tempatan yang ditentukan, bank kapasitor terkawal dan tidak terkawal, juga dipanggil pengawal selia voltan tempatan, digunakan.
Mengurangkan ketegangan
Ayunan voltan ialah perbezaan antara nilai voltan puncak atau rms sebelum dan selepas perubahan voltan dan ditentukan oleh formula
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%
di mana Ui dan Ui + 1- nilai ekstrem atau ekstrem berikut dan bahagian mendatar sampul nilai voltan amplitud.
Julat ayunan voltan termasuk perubahan voltan tunggal dalam sebarang bentuk dengan kadar pengulangan dua kali seminit (1/30 Hz) hingga sekali sejam, dengan kadar purata perubahan voltan lebih daripada 0.1% sesaat (untuk lampu pijar) dan 0.2 % sesaat untuk penerima lain.
Perubahan pantas dalam voltan disebabkan oleh mod kejutan operasi motor kilang penggelek metalurgi pemasangan daya tarikan kereta api, relau padang rumput untuk pengeluaran keluli, peralatan kimpalan, serta permulaan kerap motor elektrik tak segerak yang berkuasa dengan tupai, apabila mereka mula kuasa reaktif adalah beberapa peratus daripada kuasa litar pintas.
Bilangan perubahan voltan setiap unit masa, i.e. kekerapan perubahan voltan didapati oleh formula F = m / T, di mana m ialah bilangan perubahan voltan semasa T, T ialah jumlah masa memerhati ayunan voltan.
Keperluan utama untuk turun naik voltan adalah disebabkan oleh pertimbangan perlindungan mata manusia. Didapati bahawa kepekaan tertinggi mata kepada kelipan cahaya adalah dalam julat frekuensi bersamaan dengan 8.7 Hz. Oleh itu, untuk lampu pijar yang menyediakan lampu kerja dengan voltan visual yang ketara, perubahan voltan dibenarkan tidak lebih daripada 0.3%, untuk mengepam lampu dalam kehidupan seharian - 0.4%, untuk lampu pendarfluor dan penerima elektrik lain - 0.6.
Julat ayunan yang dibenarkan ditunjukkan dalam rajah. 1.
nasi. 1. Julat turun naik voltan yang dibenarkan: 1 — pencahayaan kerja dengan lampu pijar pada voltan visual tinggi, 2 — lampu pijar domestik, 3 — lampu pendarfluor
Wilayah I sepadan dengan operasi pam dan perkakas rumah, II - kren, angkat, III - relau arka, kimpalan rintangan manual, IV - operasi pemampat salingan dan kimpalan rintangan automatik.
Untuk mengurangkan julat perubahan voltan dalam rangkaian pencahayaan, memisahkan bekalan kuasa penerima rangkaian lampu dan beban kuasa daripada pengubah kuasa yang berbeza, pampasan kapasitif membujur rangkaian kuasa, serta motor elektrik segerak dan sumber tiruan reaktif. kuasa (reaktor atau bank kapasitor yang arusnya dijana menggunakan injap terkawal untuk mendapatkan kuasa reaktif yang diperlukan).
Dos turun naik voltan
Dos turun naik voltan adalah sama dengan julat perubahan voltan dan diperkenalkan ke dalam rangkaian elektrik sedia ada sebaik sahaja ia dilengkapi dengan peranti yang sesuai. Apabila menggunakan penunjuk "dos turun naik voltan", penilaian kebolehterimaan julat perubahan voltan tidak boleh dibuat, kerana penunjuk yang dipertimbangkan boleh ditukar ganti.
Dos turun naik voltan juga merupakan ciri penting turun naik voltan yang menyebabkan kerengsaan kepada seseorang yang terkumpul dalam tempoh masa tertentu akibat cahaya berkelip dalam julat frekuensi 0.5 hingga 0.25 Hz.
Nilai maksimum dos yang dibenarkan daripada turun naik voltan (ψ, (%)2) dalam rangkaian elektrik yang mana pemasangan lampu disambungkan tidak boleh melebihi: 0.018 — dengan lampu pijar di dalam bilik di mana voltan visual yang ketara diperlukan; 0.034 — dengan lampu pijar di semua bilik lain; 0.079 — dengan lampu pendarfluor.
Faktor bukan sinusoidal bagi lengkung voltan
Apabila bekerja dalam rangkaian pemasangan penerus dan penukar yang berkuasa, serta relau arka dan pemasangan kimpalan, iaitu elemen bukan linear, lengkung arus dan voltan diherotkan. Arus bukan sinusoidal dan lengkung voltan ialah ayunan harmonik dengan frekuensi yang berbeza (frekuensi industri adalah harmonik terendah, semua yang lain berbanding dengannya adalah harmonik yang lebih tinggi).
Harmonik yang lebih tinggi dalam sistem bekalan kuasa menyebabkan kehilangan tenaga tambahan, mengurangkan hayat perkhidmatan bateri kapasitor kosinus, motor elektrik dan transformer, membawa kepada kesukaran dalam menyediakan perlindungan dan isyarat geganti, serta operasi pemacu elektrik yang dikawal oleh thyristor, dsb. . .
Kandungan harmonik yang lebih tinggi dalam rangkaian elektrik dicirikan oleh pekali bukan sinusoidal lengkung voltan kNSU yang ditentukan oleh ungkapan
di mana N ialah tertib terakhir komponen harmonik yang dipertimbangkan, Uн — nilai berkesan komponen nth (н = 2, ... Н) bagi voltan harmonik, kV.
Nilai biasa dan maksimum yang dibenarkan kNSU tidak boleh melebihi, masing-masing: dalam rangkaian elektrik dengan voltan sehingga 1 kV — 5 dan 10%, dalam rangkaian elektrik 6 — 20 kV — 4 dan 8%, dalam rangkaian elektrik 35 kV — 3 dan 6%, dalam rangkaian elektrik 110 kV dan ke atas 2 dan 4%.
Untuk mengurangkan harmonik yang lebih tinggi, penapis kuasa digunakan, yang merupakan sambungan siri rintangan induktif dan kapasitif yang ditala kepada resonans pada harmonik tertentu. Untuk menghapuskan harmonik pada frekuensi rendah, pemasangan penukar dengan sejumlah besar fasa digunakan.
Komponen ke-n pekali voltan harmonik susunan ganjil (genap).
Pekali nKomponen harmonik voltan susunan ganjil (genap) ini ialah nisbah nilai berkesan komponen harmonik ke-n voltan kepada nilai berkesan voltan frekuensi asas, i.e. kU (n) = (Un/Un) x 100%
Dengan nilai pekali kU (n), spektrum ditentukan oleh komponen harmonik n-x, untuk penindasan yang mana penapis kuasa sepadan mesti direka.
Nilai biasa dan maksimum yang dibenarkan tidak boleh melebihi, masing-masing: dalam rangkaian elektrik dengan voltan sehingga 1 kV — 3 dan 6%, dalam rangkaian elektrik 6 — 20 kV 2.5 dan 5%, dalam rangkaian elektrik 35 kV — 2 dan 4%, dalam rangkaian elektrik 110 kV dan ke atas 1 dan 2%.
Ketidakseimbangan voltan
Ketidakseimbangan voltan berlaku disebabkan oleh pemuatan penerima elektrik fasa tunggal. Oleh kerana rangkaian pengedaran dengan voltan melebihi 1 kV beroperasi dengan neutral terpencil atau pampasan, maka asimetri voltan disebabkan oleh kemunculan voltan jujukan negatif. Asimetri menampakkan dirinya dalam bentuk ketidaksamaan voltan talian dan fasa dan faktor berturut-turut negatif dicirikan:
k2U = (U2(1)/ Un) x 100%,
di mana U2(1) ialah nilai rms bagi voltan jujukan negatif pada frekuensi asas sistem voltan tiga fasa, kV. Nilai U2(1) boleh diperolehi dengan mengukur tiga voltan pada frekuensi asas, i.e. UA(1), UB (1), UB (1)... Kemudian
di mana yA, yB dan y° C — kekonduksian fasa A, B dan penerima ° C.
Dalam rangkaian dengan voltan melebihi 1 kV, asimetri voltan berlaku terutamanya disebabkan oleh pemasangan elektroterma fasa tunggal (relau arka tidak langsung, relau rintangan, relau dengan saluran aruhan, pemasangan lebur elektroslag, dll.).
Adakah kehadiran voltan jujukan negatif membawa kepada pemanasan tambahan belitan pengujaan penjana segerak dan peningkatan getarannya, pemanasan tambahan motor elektrik dan penurunan mendadak dalam hayat perkhidmatan penebatnya, penurunan kuasa reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor kuasa, pemanasan tambahan talian dan transformer? meningkatkan bilangan penggera palsu perlindungan geganti, dsb.
Pada terminal penerima elektrik simetri, nisbah ketidakseimbangan yang biasanya dibenarkan ialah 2%, dan maksimum yang dibenarkan ialah 4%.
Pengaruh ketidakseimbangan sangat dikurangkan apabila pengguna kuasa fasa tunggal dibekalkan oleh transformer berasingan, serta apabila peranti pengimbangan terkawal dan tidak terkawal digunakan, yang mengimbangi arus setara urutan negatif yang digunakan oleh beban fasa tunggal.
Dalam rangkaian empat wayar dengan voltan sehingga 1 kV, ketidakseimbangan yang disebabkan oleh penerima fasa tunggal yang dikaitkan dengan voltan fasa disertai dengan laluan arus dalam wayar neutral dan, oleh itu, penampilan voltan urutan sifar .
Faktor voltan jujukan sifar k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,
di mana U0 (1) — nilai voltan jujukan sifar berkesan bagi frekuensi asas, kV; Un.f. — nilai nominal voltan fasa, kV.
Kuantiti U0(1) ditentukan dengan mengukur voltan tiga fasa pada frekuensi asas, i.e.
di mana tiA, vB, c° C, yO — kekonduksian fasa A, B, C penerima dan kekonduksian wayar neutral; UA(1), UB (1), UVB (1) - Nilai RMS voltan fasa.
Nilai yang dibenarkan U0(1) dihadkan oleh keperluan toleransi voltan yang dipenuhi oleh faktor jujukan sifar sebanyak 2% sebagai aras biasa dan 4% daripada aras maksimum.
Pengurangan nilai boleh dicapai dengan pengagihan rasional beban satu fasa antara fasa, serta dengan meningkatkan keratan rentas wayar neutral kepada keratan rentas wayar fasa dan menggunakan transformer dalam rangkaian pengedaran dengan kumpulan sambungan bintang-zigzag.
Voltan kendur dan keamatan voltan kendur
Penurunan voltan — ini ialah pengurangan voltan yang ketara secara tiba-tiba pada satu titik rangkaian elektrik, diikuti dengan pemulihan voltan ke tahap awal atau hampir dengannya selepas selang masa dari beberapa tempoh hingga beberapa puluh saat.
Tempoh kejatuhan voltan ΔTpr ialah selang masa antara momen awal kejatuhan voltan dan momen pemulihan voltan ke paras awal atau hampir dengannya (Rajah 2), i.e. ΔTpr = Tvos — Trano
nasi. 2. Tempoh dan kedalaman penurunan voltan
Maksud ΔTpr berbeza dari beberapa tempoh hingga beberapa puluh saat. Penurunan voltan dicirikan oleh keamatan dan kedalaman penurunan δUpr, iaitu perbezaan antara nilai nominal voltan dan nilai efektif minimum voltan Umin semasa penurunan voltan dan dinyatakan sebagai peratusan nilai nominal voltan atau dalam unit mutlak.
Kuantiti δUpr ditentukan seperti berikut:
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100% atau δUpr = Un — Umin
Keamatan sag voltan m* mewakili kekerapan kejadian dalam rangkaian sag voltan pada kedalaman dan tempoh tertentu, i.e. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, dengan m (δUpr, ΔTNS) — bilangan kedalaman penurunan voltan δUpr dan tempoh ΔTNS semasa T; M — jumlah penurunan voltan semasa T.
Beberapa jenis peranti elektrik (komputer, elektronik kuasa), oleh itu, projek bekalan kuasa untuk penerima tersebut mesti menyediakan langkah-langkah untuk mengurangkan tempoh, keamatan dan kedalaman penurunan voltan. GOST tidak menunjukkan nilai yang dibenarkan untuk tempoh penurunan voltan.
Voltan impuls
Lonjakan voltan ialah perubahan mendadak dalam voltan diikuti dengan pemulihan voltan ke paras normalnya dalam tempoh masa beberapa mikrosaat hingga 10 milisaat. Ia mewakili nilai segera maksimum bagi voltan impuls Uimp (Rajah 3).
nasi. 3. Voltan impuls
Voltan impuls dicirikan oleh amplitud impuls U 'imp, iaitu perbezaan antara impuls voltan dan nilai serta-merta voltan frekuensi asas yang sepadan dengan momen permulaan impuls. Tempoh nadi Timp — selang masa antara momen awal nadi voltan dan momen pemulihan nilai serta-merta voltan ke paras normal. Lebar nadi boleh dikira Timp0.5 pada tahap 0.5 amplitudnya (lihat Rajah 3).
Voltan impuls ditentukan dalam unit relatif dengan formula ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Sensitif kepada denyutan voltan juga merupakan penerima elektrik seperti komputer, elektronik kuasa, dsb. Voltan impuls muncul akibat pensuisan dalam rangkaian elektrik. Langkah pengurangan voltan impuls perlu dipertimbangkan semasa mereka bentuk reka bentuk bekalan kuasa tertentu. GOST tidak menyatakan nilai voltan impuls yang dibenarkan.
Sisihan kekerapan
Perubahan dalam kekerapan adalah disebabkan oleh perubahan dalam beban keseluruhan dan ciri-ciri pengawal kelajuan turbin. Penyimpangan frekuensi yang besar terhasil daripada perubahan beban yang perlahan dan tetap dengan rizab kuasa aktif yang tidak mencukupi.
Kekerapan voltan, tidak seperti fenomena lain yang merendahkan kualiti elektrik, adalah parameter seluruh sistem: semua penjana yang disambungkan ke satu sistem menjana elektrik pada voltan dengan frekuensi yang sama — 50 Hz.
Menurut undang-undang pertama Kirchhoff, sentiasa ada keseimbangan yang ketat antara pengeluaran elektrik dan pengeluaran elektrik. Oleh itu, sebarang perubahan dalam kuasa beban menyebabkan perubahan dalam kekerapan, yang membawa kepada perubahan dalam penjanaan kuasa aktif penjana, yang mana blok «turbin-generator» dilengkapi dengan peranti yang membolehkan pelarasan aliran. pembawa tenaga dalam turbin bergantung kepada perubahan frekuensi dalam sistem elektrik.
Dengan peningkatan tertentu dalam beban, ternyata kuasa blok "penjana turbin" telah habis. Jika beban terus meningkat, baki mendap pada frekuensi yang lebih rendah—frekuensi hanyut berlaku. Dalam kes ini, kita bercakap tentang defisit kuasa aktif untuk mengekalkan frekuensi nominal.
Sisihan kekerapan Δf daripada nilai nominal en ditentukan oleh formula Δf = f — fn, di mana ialah — nilai semasa bagi frekuensi dalam sistem.
Perubahan frekuensi di atas 0.2 Hz mempunyai kesan yang ketara terhadap ciri teknikal dan ekonomi penerima elektrik, oleh itu nilai sisihan frekuensi biasa yang dibenarkan ialah ± 0.2 Hz, dan nilai sisihan frekuensi maksimum yang dibenarkan ialah ± 0.4 Hz . Dalam mod kecemasan, sisihan frekuensi +0.5 Hz hingga — 1 Hz dibenarkan untuk tidak lebih daripada 90 jam setahun.
Penyimpangan frekuensi daripada nominal membawa kepada peningkatan kehilangan tenaga dalam rangkaian, serta penurunan dalam produktiviti peralatan teknologi.
Faktor modulasi amplitud voltan dan faktor ketidakseimbangan antara voltan fasa dan fasa
Voltan modulasi amplitud mencirikan turun naik voltan dan adalah sama dengan nisbah separuh perbezaan amplitud terbesar dan terkecil voltan termodulat, diambil untuk selang masa tertentu, kepada nilai nominal atau asas voltan, i.e.
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
di mana Unb dan Unm — amplitud terbesar dan terkecil voltan termodulat, masing-masing.
Faktor ketidakseimbangan antara voltan fasane.mf mencirikan ketidakseimbangan voltan fasa fasa dan adalah sama dengan nisbah ayunan ketidakseimbangan voltan fasa fasa kepada nilai nominal voltan:
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
di mana Unb dan Unm-nilai berkesan tertinggi dan terendah bagi voltan fasa tiga fasa.
Faktor ketidakseimbangan voltan fasa kneb.f mencirikan ketidakseimbangan voltan fasa dan sama dengan nisbah ayunan ketidakseimbangan voltan fasa kepada nilai nominal voltan fasa:
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100%,
di mana Unb dan Unm — nilai berkesan tertinggi dan terendah bagi voltan tiga fasa, Un.f — nilai nominal voltan fasa.
Baca juga: Langkah-langkah dan cara teknikal untuk meningkatkan kualiti tenaga elektrik