Các chỉ tiêu chất lượng điện năng trong mạng điện

Theo GOST 13109-87, các chỉ số chất lượng điện năng cơ bản và bổ sung được phân biệt.

Trong số các chỉ số chính về chất lượng điện, việc xác định các tính chất của năng lượng điện đặc trưng cho chất lượng của nó bao gồm:

1) độ lệch điện áp (δU, %);

2) phạm vi thay đổi điện áp (δUT,%);

3) liều dao động điện áp (ψ, %);

4) hệ số không sin của đường cong điện áp (kNSU, %);

5) hệ số của thành phần thứ n của điện áp hài bậc lẻ (chẵn) (kU(n), %);

6) hệ số của dãy điện áp âm (k2U, %);

7) tỷ số điện áp thứ tự không (k0U, %);

8) thời gian sụt áp (ΔTpr, s);

9) điện áp xung (Uimp, V, kV);

10) độ lệch tần số (Δe, Hz).

Phụ lục chỉ số chất lượng điện năng là hình thức ghi các chỉ tiêu chất lượng điện năng chính và được sử dụng trong các văn bản quy định, kỹ thuật khác:

1) hệ số điều biến biên độ của điện áp (kMod);

2) hệ số mất cân bằng giữa các điện áp pha (kneb.m);

3) hệ số mất cân bằng điện áp pha (kneb.f).

Hãy lưu ý các giá trị cho phép của các chỉ số được chỉ định cho chất lượng điện, biểu thức cho định nghĩa và phạm vi của chúng. Trong 95% thời gian trong ngày (22,8 giờ), các chỉ số chất lượng điện năng không được vượt quá giá trị cho phép thông thường và tại mọi thời điểm, kể cả các chế độ khẩn cấp, chúng phải nằm trong giá trị tối đa cho phép.

Việc kiểm soát chất lượng điện năng tại các điểm đặc trưng của mạng điện do nhân viên của xí nghiệp mạng điện thực hiện. Trong trường hợp này, thời gian đo chỉ số chất lượng điện năng ít nhất phải là một ngày.

Độ lệch điện áp

Độ lệch điện áp là một trong những chỉ số quan trọng nhất về chất lượng điện năng. Độ lệch điện áp được tìm thấy theo công thức

δUt = ((U(t) — Un) / Un) x 100%

trong đó U(t) — giá trị hiệu dụng của điện áp thuộc dãy dương của tần số cơ bản hoặc đơn giản là giá trị hiệu dụng của điện áp (với hệ số không hình sin nhỏ hơn hoặc bằng 5%), tại thời điểm T, kV ; Điện áp phi danh định, kV.

Đại lượng Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), trong đó UAB (1),UPBC (1), giá trị UAC (1)-RMS của điện áp pha-pha ở tần số cơ bản.

Do thay đổi tải theo thời gian, thay đổi mức điện áp và các yếu tố khác, mức độ sụt áp trong các phần tử mạng thay đổi và theo đó, mức điện áp UT.Kết quả là, tại các điểm khác nhau của mạng tại cùng một thời điểm và tại một thời điểm trong các thời điểm khác nhau, độ lệch điện áp là khác nhau.

Hoạt động bình thường của máy thu điện có điện áp lên đến 1 kV được đảm bảo với điều kiện là độ lệch điện áp ở đầu vào của chúng bằng ± 5% (giá trị bình thường) và ± 10% (giá trị tối đa). Trong các mạng có điện áp 6 - 20 kV, độ lệch điện áp tối đa được đặt là ± 10%.

Công suất tiêu thụ của đèn sợi đốt tỷ lệ thuận với điện áp được cung cấp với công suất 1,58, công suất phát sáng của đèn là công suất 2,0, quang thông là công suất 3,61 và tuổi thọ của đèn là lũy thừa của 13,57. Hoạt động của đèn huỳnh quang ít phụ thuộc vào độ lệch điện áp. Do đó, tuổi thọ của chúng thay đổi 4% với độ lệch điện áp là 1%.

Việc giảm ánh sáng tại nơi làm việc xảy ra cùng với sự giảm căng thẳng, dẫn đến giảm năng suất của người lao động và suy giảm thị lực của họ. Với sự sụt giảm điện áp lớn, đèn huỳnh quang không sáng hoặc nhấp nháy, dẫn đến giảm tuổi thọ của chúng. Khi điện áp tăng, tuổi thọ của đèn sợi đốt giảm đáng kể.

Tốc độ quay của động cơ điện không đồng bộ và theo đó, hoạt động của chúng, cũng như công suất phản kháng tiêu thụ, phụ thuộc vào cấp điện áp. Cái sau được phản ánh trong lượng điện áp và tổn thất điện năng trong các phần mạng.

Việc giảm điện áp dẫn đến tăng thời lượng của quy trình công nghệ trong các nhà máy nhiệt điện và điện phân, cũng như không thể thu ổn định các chương trình phát sóng truyền hình trong các mạng tiện ích. Trong trường hợp thứ hai, cái gọi là bộ ổn áp được sử dụng, bản thân chúng tiêu thụ công suất phản kháng đáng kể và gây tổn thất điện năng trong thép. Thép biến áp khan hiếm được sử dụng để sản xuất chúng.

Để đảm bảo điện áp cần thiết của các xe buýt điện áp thấp của tất cả các TP, cái gọi là quy định ngược dòng trong trung tâm thực phẩm. Ở đây, ở chế độ tải tối đa, điện áp tối đa cho phép của các bus bộ xử lý được duy trì và ở chế độ tải tối thiểu, điện áp tối thiểu được duy trì.

Trong trường hợp này, cái gọi là điều chỉnh cục bộ điện áp của từng trạm biến áp bằng cách đặt công tắc của các máy biến áp phân phối ở vị trí thích hợp. Kết hợp với điều chỉnh điện áp cục bộ tập trung (trong bộ xử lý) và xác định, các dàn tụ điện được điều chỉnh và không điều chỉnh, còn được gọi là bộ điều chỉnh điện áp cục bộ, được sử dụng.

giảm căng thẳng

Dao động điện áp là sự chênh lệch giữa giá trị điện áp đỉnh hoặc hiệu dụng trước và sau khi thay đổi điện áp và được xác định theo công thức

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

trong đó Ui và Ui+1- giá trị của các cực trị hoặc cực trị sau và phần nằm ngang của đường bao của các giá trị điện áp biên độ.

Phạm vi dao động điện áp bao gồm các thay đổi điện áp đơn lẻ dưới mọi hình thức với tốc độ lặp lại từ hai lần mỗi phút (1/30 Hz) đến một lần mỗi giờ, với tốc độ thay đổi điện áp trung bình hơn 0,1% mỗi giây (đối với đèn sợi đốt) và 0,2 % mỗi giây cho các máy thu khác.

Sự thay đổi điện áp nhanh chóng là do chế độ hoạt động sốc của động cơ của các nhà máy luyện kim, lắp đặt lực kéo của đường sắt, lò đồng cỏ để sản xuất thép, thiết bị hàn, cũng như khởi động thường xuyên của động cơ điện không đồng bộ mạnh mẽ với sóc, khi họ bắt đầu công suất phản kháng là một vài phần trăm của công suất ngắn mạch.

Số lần thay đổi điện áp trong một đơn vị thời gian, tức là tần số thay đổi điện áp được tìm theo công thức F = m / T, trong đó m là số lần thay đổi điện áp trong thời gian T, T là tổng thời gian quan sát sự dao động của điện áp.

Các yêu cầu chính đối với dao động điện áp là do xem xét bảo vệ mắt của con người. Người ta thấy rằng độ nhạy cao nhất của mắt đối với ánh sáng nhấp nháy là ở dải tần bằng 8,7 Hz. Do đó, đối với đèn sợi đốt cung cấp ánh sáng làm việc với điện áp trực quan đáng kể, sự thay đổi điện áp được phép không quá 0,3%, đối với đèn bơm trong cuộc sống hàng ngày - 0,4%, đối với đèn huỳnh quang và các máy thu điện khác - 0,6.

Phạm vi dao động cho phép được thể hiện trong hình. 1.

Cơm. 1. Phạm vi dao động điện áp cho phép: 1 — chiếu sáng nơi làm việc bằng đèn sợi đốt có điện áp nhìn cao, 2 — đèn sợi đốt trong nhà, 3 — đèn huỳnh quang

Khu vực I tương ứng với hoạt động của máy bơm và thiết bị gia dụng, II - cần trục, tời, III - lò hồ quang, hàn điện trở thủ công, IV - hoạt động của máy nén pittông và hàn điện trở tự động.

Để giảm phạm vi thay đổi điện áp trong mạng chiếu sáng, nguồn điện riêng của máy thu mạng chiếu sáng và tải điện từ các máy biến áp điện khác nhau, bù điện dung dọc của mạng điện, cũng như động cơ điện đồng bộ và nguồn phản kháng nhân tạo công suất (lò phản ứng hoặc dàn tụ điện có dòng điện được tạo ra bằng cách sử dụng các van được điều khiển để thu được công suất phản kháng cần thiết).

Liều dao động điện áp

Liều dao động điện áp giống hệt với phạm vi thay đổi điện áp và được đưa vào các mạng điện hiện có ngay khi chúng được trang bị các thiết bị thích hợp. Khi sử dụng chỉ báo "liều dao động điện áp", việc đánh giá khả năng chấp nhận phạm vi thay đổi điện áp có thể không được thực hiện, vì các chỉ báo được xem xét có thể hoán đổi cho nhau.

Liều dao động điện áp cũng là một đặc tính không thể thiếu của dao động điện áp gây khó chịu cho một người tích lũy trong một khoảng thời gian nhất định do ánh sáng nhấp nháy trong dải tần từ 0,5 đến 0,25 Hz.

Giá trị tối đa cho phép của liều do dao động điện áp (ψ, (%)2) trong mạng điện mà hệ thống chiếu sáng được kết nối không được vượt quá: 0,018 — với đèn sợi đốt trong các phòng cần có điện áp trực quan đáng kể; 0,034 — với đèn sợi đốt trong tất cả các phòng khác; 0,079 — với đèn huỳnh quang.

Hệ số không hình sin của đường cong điện áp

Khi làm việc trong mạng lắp đặt bộ chỉnh lưu và bộ chuyển đổi mạnh mẽ, cũng như lò hồ quang và lắp đặt hàn, tức là các phần tử phi tuyến tính, các đường cong dòng điện và điện áp bị biến dạng. Các đường cong điện áp và dòng điện không phải hình sin là các dao động điều hòa có tần số khác nhau (tần số công nghiệp là sóng hài thấp nhất, tất cả các tần số khác liên quan đến nó là sóng hài cao hơn).

Sóng hài cao hơn trong hệ thống cung cấp điện gây ra tổn thất năng lượng bổ sung, giảm tuổi thọ của pin tụ điện cosine, động cơ điện và máy biến áp, dẫn đến khó khăn trong việc thiết lập bảo vệ rơle và tín hiệu, cũng như hoạt động của các ổ điện được điều khiển bởi thyristor, v.v. . .

Hàm lượng sóng hài bậc cao trong mạng điện được đặc trưng bởi hệ số không sin của đường cong điện áp kNSU được xác định bằng biểu thức

trong đó N là thứ tự của thành phần hài cuối cùng được xem xét, Uн — giá trị hiệu dụng của thành phần thứ n (н = 2, ... Н) của điện áp hài, kV.

Các giá trị cho phép bình thường và tối đa kNSU không được vượt quá tương ứng: trong mạng điện có điện áp lên đến 1 kV - 5 và 10%, trong mạng điện 6 - 20 kV - 4 và 8%, trong mạng điện 35 kV — 3 và 6%, trong mạng điện 110 kV trở lên 2 và 4%.

Để giảm các sóng hài cao hơn, người ta sử dụng các bộ lọc công suất, là một chuỗi kết nối điện trở cảm ứng và điện dung được điều chỉnh để cộng hưởng ở một sóng hài nhất định. Để loại bỏ sóng hài ở tần số thấp, việc cài đặt bộ chuyển đổi với số lượng lớn các pha được sử dụng.

Hệ số thành phần thứ n của điện áp hài bậc lẻ (chẵn)

Hệ số nThành phần hài này của điện áp bậc lẻ (chẵn) là tỷ số giữa giá trị hiệu dụng của thành phần hài thứ n của điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp có tần số cơ bản, tức là. kU (n) = (Un/Un) x 100%

Theo giá trị của hệ số kU (n), phổ được xác định bởi các thành phần sóng hài n-x, để triệt tiêu các bộ lọc công suất tương ứng phải được thiết kế.

Các giá trị cho phép bình thường và tối đa không được vượt quá, tương ứng: trong mạng điện có điện áp lên đến 1 kV - 3 và 6%, trong mạng điện 6 - 20 kV 2,5 và 5%, trong mạng điện 35 kV - 2 và 4%, trong mạng điện 110 kV trở lên là 1 và 2%.

mất cân bằng điện áp

Mất cân bằng điện áp xảy ra do tải của máy thu điện một pha. Do mạng phân phối có điện áp trên 1 kV vận hành với trung tính cách ly hoặc bù, nên điện áp không đối xứng do xuất hiện điện áp thứ tự âm. Sự bất đối xứng thể hiện ở dạng bất bình đẳng điện áp dây và pha và một yếu tố liên tiếp tiêu cực được đặc trưng:

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

trong đó U2(1) là giá trị hiệu dụng của điện áp thứ tự âm ở tần số cơ bản của hệ thống điện áp ba pha, kV. Giá trị U2(1) có thể thu được bằng cách đo ba điện áp ở tần số cơ bản, tức là UA(1), UB(1), UB(1)... Rồi

trong đó yA, yB và y° C — độ dẫn pha của máy thu A, B và ° C.

Trong các mạng có điện áp trên 1 kV, sự bất đối xứng điện áp xảy ra chủ yếu do lắp đặt nhiệt điện một pha (lò hồ quang gián tiếp, lò điện trở, lò có kênh cảm ứng, lắp đặt nấu chảy xỉ điện, v.v.).

Liệu sự hiện diện của điện áp thứ tự âm có dẫn đến việc làm nóng thêm cuộn dây kích thích của máy phát đồng bộ và tăng độ rung của chúng, làm nóng thêm động cơ điện và giảm mạnh tuổi thọ của lớp cách điện, giảm công suất phản kháng được tạo ra không? bằng tụ điện, làm nóng thêm đường dây và máy biến áp? tăng số lần báo động giả của rơle bảo vệ, v.v.

Trên các cực của máy thu điện đối xứng, tỷ lệ mất cân bằng thông thường cho phép là 2% và tỷ lệ tối đa cho phép là 4%.

Ảnh hưởng của sự mất cân bằng giảm đáng kể khi người tiêu dùng điện một pha được cung cấp bởi các máy biến áp riêng biệt, cũng như khi sử dụng các thiết bị cân bằng có kiểm soát và không kiểm soát, bù cho dòng điện tương đương thứ tự âm được tiêu thụ bởi tải một pha.

Trong các mạng bốn dây có điện áp lên đến 1 kV, sự mất cân bằng do máy thu một pha gây ra liên quan đến điện áp pha đi kèm với dòng điện chạy qua dây trung tính và do đó, xuất hiện điện áp thứ tự không. .

Hệ số điện áp thứ tự không k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

trong đó U0 (1) - giá trị điện áp thứ tự không hiệu dụng của tần số cơ bản, kV; Un.f. - giá trị danh định của điện áp pha, kV.

Đại lượng U0(1) được xác định bằng cách đo điện áp ba pha ở tần số cơ bản, tức là

trong đó tiA, vB, c° C, yO — độ dẫn điện của các pha A, B, C của máy thu và độ dẫn điện của dây trung tính; UA(1), UB(1), UVB(1) - Giá trị RMS của điện áp pha.

Giá trị cho phép U0(1) bị giới hạn bởi các yêu cầu về dung sai điện áp được thỏa mãn bởi hệ số thứ tự không là 2% ở mức bình thường và 4% ở mức tối đa.

Việc giảm giá trị có thể đạt được bằng cách phân phối hợp lý tải một pha giữa các pha, cũng như bằng cách tăng tiết diện của dây trung tính bằng tiết diện của dây pha và sử dụng máy biến áp trong mạng phân phối với một nhóm kết nối hình sao-zigzag.

Độ sụt điện áp và cường độ của độ sụt điện áp

Sụt điện áp - đây là sự giảm điện áp đáng kể đột ngột tại một điểm của mạng điện, sau đó là sự phục hồi của điện áp về mức ban đầu hoặc gần với mức đó sau một khoảng thời gian từ vài chu kỳ đến vài chục giây.

Thời lượng sụt áp ΔTpr là khoảng thời gian giữa thời điểm sụt áp ban đầu và thời điểm phục hồi điện áp về mức ban đầu hoặc gần với mức ban đầu (Hình 2), tức là ΔTpr = Tvos — Trano

Cơm. 2. Thời gian và độ sâu sụt áp

Có nghĩa là ΔTpr thay đổi từ vài chu kỳ đến vài chục giây. Sụt áp được đặc trưng bởi cường độ và độ sâu của sụt áp δUpr, là hiệu số giữa giá trị danh nghĩa của điện áp và giá trị hiệu dụng tối thiểu của điện áp Umin trong quá trình sụt áp và được biểu thị bằng phần trăm giá trị danh định của điện áp hoặc đơn vị tuyệt đối.

Đại lượng δUpr được xác định như sau:

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

Cường độ sụt áp m* biểu thị tần suất xuất hiện trong mạng lưới sụt áp ở một độ sâu và khoảng thời gian nhất định, tức là. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, trong đó m (δUpr, ΔTNS) — số lần sụt áp sâu δUpr và thời lượng ΔTNS trong thời gian T; M — tổng số lần sụt áp trong T.

Một số loại thiết bị điện (máy tính, năng lượng điện), do đó, các dự án cung cấp điện cho các máy thu như vậy phải cung cấp các biện pháp để giảm thời gian, cường độ và độ sâu của sự sụt giảm điện áp. GOST không chỉ ra các giá trị cho phép trong thời gian giảm điện áp.

điện áp xung

Tăng điện áp là sự thay đổi điện áp đột ngột, sau đó điện áp phục hồi về mức bình thường trong khoảng thời gian từ vài micro giây đến 10 mili giây. Nó đại diện cho giá trị tức thời cực đại của điện áp xung Uimp (Hình 3).

Cơm. 3. Điện áp xung

Điện áp xung được đặc trưng bởi biên độ xung U 'imp, là sự khác biệt giữa xung điện áp và giá trị tức thời của điện áp có tần số cơ bản tương ứng với thời điểm bắt đầu xung. Thời lượng xung Timp — khoảng thời gian giữa thời điểm ban đầu của xung điện áp và thời điểm khôi phục giá trị tức thời của điện áp về mức bình thường. Độ rộng của xung có thể được tính Timp0,5 ở mức 0,5 biên độ của nó (xem Hình 3).

Điện áp xung được xác định theo đơn vị tương đối theo công thức ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Các máy thu điện như máy tính, điện tử công suất, v.v. cũng nhạy cảm với các xung điện áp. Điện áp xung xuất hiện do chuyển mạch trong mạng điện. Các biện pháp giảm điện áp xung nên được xem xét khi thiết kế các thiết kế cung cấp điện cụ thể. GOST không chỉ định các giá trị cho phép của điện áp xung.

Độ lệch tần số

Những thay đổi về tần số là do những thay đổi về tải tổng thể và các đặc tính của bộ điều khiển tốc độ tuabin. Độ lệch tần số lớn là kết quả của việc thay đổi tải chậm, thường xuyên với dự trữ năng lượng hoạt động không đủ.

Tần số điện áp, không giống như các hiện tượng làm suy giảm chất lượng điện khác, là một tham số toàn hệ thống: tất cả các máy phát điện được kết nối với một hệ thống đều tạo ra điện ở điện áp có cùng tần số — 50 Hz.

Theo định luật đầu tiên của Kirchhoff, luôn có sự cân bằng nghiêm ngặt giữa sản xuất điện năng và sản xuất điện năng. Do đó, bất kỳ sự thay đổi nào về công suất của tải đều gây ra sự thay đổi về tần số, dẫn đến sự thay đổi trong việc tạo ra công suất hoạt động của các máy phát điện, trong đó các khối «máy phát tua-bin» được trang bị các thiết bị cho phép điều chỉnh lưu lượng. của chất mang năng lượng trong tuabin tùy thuộc vào sự thay đổi tần số trong hệ thống điện.

Với một mức tăng tải nhất định, hóa ra sức mạnh của các khối "máy phát tua-bin" đã cạn kiệt. Nếu tải tiếp tục tăng, sự cân bằng sẽ ổn định ở tần số thấp hơn—sự trôi dạt tần số xảy ra. Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về sự thiếu hụt năng lượng hoạt động để duy trì tần số danh định.

Độ lệch tần số Δf so với giá trị danh nghĩa en được xác định theo công thức Δf = f — fn, trong đó là — giá trị hiện tại của tần số trong hệ thống.

Những thay đổi về tần số trên 0,2 Hz có tác động đáng kể đến các đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy thu điện, do đó, giá trị độ lệch tần số cho phép thông thường là ± 0,2 Hz và giá trị độ lệch tần số tối đa cho phép là ± 0,4 Hz . Ở các chế độ khẩn cấp, độ lệch tần số từ +0,5 Hz đến — 1 Hz được phép không quá 90 giờ mỗi năm.

Độ lệch tần số so với danh nghĩa dẫn đến tăng tổn thất năng lượng trong mạng, cũng như giảm năng suất của thiết bị công nghệ.

Hệ số biến điệu biên độ điện áp và hệ số mất cân bằng giữa điện áp pha và điện áp pha

Điện áp điều chế biên độ đặc trưng cho dao động điện áp và bằng tỷ số giữa hiệu số bán phần của biên độ lớn nhất và nhỏ nhất của điện áp điều chế, được lấy trong một khoảng thời gian nhất định, với giá trị danh định hoặc giá trị cơ sở của điện áp, tức là.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

trong đó Unb và Unm - tương ứng là biên độ lớn nhất và nhỏ nhất của điện áp được điều chế.

Hệ số mất cân bằng giữa các điện áp phane.mf đặc trưng cho sự mất cân bằng điện áp pha-pha và bằng tỷ lệ dao động của sự mất cân bằng điện áp pha-pha với giá trị danh nghĩa của điện áp:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

trong đó Unb và Unm-giá trị hiệu dụng cao nhất và thấp nhất của điện áp ba pha.

Hệ số mất cân bằng điện áp pha kneb.f đặc trưng cho sự mất cân bằng điện áp pha và bằng tỷ lệ dao động của mất cân bằng điện áp pha với giá trị danh định của điện áp pha:

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

trong đó Unb và Unm — giá trị hiệu dụng cao nhất và thấp nhất của điện áp ba pha, Un.f — giá trị danh định của điện áp pha.

Đọc thêm: Các biện pháp, phương tiện kỹ thuật nâng cao chất lượng điện năng