מדדים לאיכות החשמל ברשתות חשמל

בהתאם ל-GOST 13109-87, נבדלים מחווני איכות חשמל בסיסיים ונוספים.

בין המדדים העיקריים לאיכות החשמל, קביעת תכונות האנרגיה החשמלית המאפיינת את איכותה כוללת:

1) סטיית מתח (δU, %);

2) טווח שינוי המתח (δUT,%);

3) המינון של תנודות המתח (ψ,%);

4) מקדם האי-סינוסואידיות של עקומת המתח (kNSU,%);

5) מקדם של הרכיב ה-n של המתח ההרמוני בסדר אי זוגי (זוגי) (kU (n),%);

6) מקדם הרצף השלילי של המתחים (k2U, %);

7) יחס מתח ברצף אפס (k0U,%);

8) משך ירידת המתח (ΔTpr, s);

9) מתח דחף (Uimp, V, kV);

10) סטיית תדר (Δe, Hz).

מחווני איכות חשמל נוספים, שהם צורות של רישום מחווני איכות החשמל העיקריים ומשמשים במסמכים רגולטוריים וטכניים אחרים:

1) מקדם אפנון משרעת של מתחים (kMod);

2) מקדם חוסר האיזון בין מתחי הפאזה (kneb.m);

3) גורם חוסר איזון של מתחי פאזה (kneb.f).

נציין את הערכים המותרים של האינדיקטורים שצוינו לאיכות החשמל, ביטויים להגדרתם והיקפם. במהלך 95% מהזמן של היום (22.8 שעות), מחווני איכות החשמל לא צריכים לחרוג מהערכים המותרים הרגילים, ובכל עת, כולל מצבי חירום, הם צריכים להיות בערכים המרביים המותרים.

בקרת איכות החשמל בנקודות אופייניות לרשתות החשמל מתבצעת על ידי אנשי מפעל רשתות החשמל. במקרה זה, משך המדידה של מחוון איכות החשמל צריך להיות לפחות יום אחד.

סטיות מתח

סטיית מתח היא אחד המדדים החשובים ביותר לאיכות החשמל. סטיית המתח נמצאת על ידי הנוסחה

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

כאשר U (t) - הערך האפקטיבי של המתח של הרצף החיובי של התדר הבסיסי או פשוט הערך האפקטיבי של המתח (עם גורם לא-סינוסואידי קטן או שווה ל-5%), ברגע T, kV ; מתח לא נומינלי, קילו וולט.

הכמות Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), כאשר UAB (1),UPBC (1), ערכי UAC (1)-RMS של מתח פאזה לפאזה בתדר הבסיסי.

עקב שינויים בעומסים לאורך זמן, שינויים ברמת המתח וגורמים נוספים, משתנה גודל ירידת המתח ברכיבי הרשת ובהתאם גם רמת המתח UT.כתוצאה מכך, מתברר שבנקודות שונות של הרשת באותו רגע בזמן וברגע אחד בזמן שונה, סטיות המתח שונות.

מובטחת פעולתם הרגילה של מקלטים חשמליים במתח של עד 1 קילו וולט בתנאי שסטיות המתח בכניסתם שוות ל-± 5% (ערך רגיל) ו-± 10% (ערך מרבי). ברשתות עם מתח של 6 - 20 קילו וולט, נקבעת סטיית מתח מקסימלית של ± 10%.

ההספק הנצרך על ידי מנורות ליבון עומד ביחס ישר למתח המסופק בהספק של 1.58, כוח האור של המנורות הוא בהספק של 2.0, שטף האור הוא בהספק של 3.61, וחיי המנורה הם עד העוצמה של 13.57. פעולתן של מנורות פלורסנט תלויה פחות בסטיית מתח. לפיכך, חיי השירות שלהם משתנים ב-4% עם סטיית מתח של 1%.

הפחתת התאורה במקומות עבודה מתרחשת עם ירידה במתח, מה שמוביל לירידה בתפוקה של העובדים ולהידרדרות בראייתם. עם נפילות מתח גדולות, מנורות פלורסנט אינן מאירות או מהבהבות, מה שמוביל לירידה בחיי השירות שלהן. ככל שהמתח עולה, חיי השירות של מנורות ליבון מצטמצמים באופן דרמטי.

מהירות הסיבוב של מנועים חשמליים אסינכרוניים, ובהתאם, פעולתם, כמו גם הכוח התגובתי הנצרך, תלויים ברמת המתח. זה האחרון בא לידי ביטוי בכמות הפסדי המתח וההספק במקטעי הרשת.

הירידה במתח מובילה לעלייה במשך התהליך הטכנולוגי במפעלי אלקטרו-תרמיות ואלקטרוליזה, כמו גם לחוסר האפשרות של קליטה יציבה של שידורי טלוויזיה ברשתות שירות. במקרה השני, משתמשים במה שנקרא מייצבי מתח, אשר בעצמם צורכים כוח תגובתי משמעותי ואשר יש להם הפסדי כוח בפלדה. פלדת שנאי נדיר משמשת לייצור שלהם.

על מנת להבטיח את המתח הדרוש של אוטובוסים במתח נמוך של כל TPs, מה שנקרא ויסות זרם נגדי במרכז המזון. כאן, במצב עומס מקסימלי, נשמר המתח המרבי המותר של אפיקי המעבד, ובמצב עומס מינימלי נשמר המתח המינימלי.

במקרה זה, מה שנקרא ויסות מקומי של המתח של כל תחנת שנאים על ידי הצבת המתג של שנאי ההפצה במיקום המתאים. בשילוב עם ויסות מתח מקומי ריכוזי (במעבד) ומוגדר, נעשה שימוש בבנקי קבלים מוסדרים ובלתי מוסדרים, הנקראים גם ווסתי מתח מקומיים.

הפחתת מתח

תנודת מתח היא ההפרש בין ערכי מתח השיא או ה-rms לפני ואחרי שינוי מתח והוא נקבע על ידי הנוסחה

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

כאשר Ui ו-Ui + 1- הערכים של הקיצונים או הקיצונים הבאים והחלק האופקי של המעטפת של ערכי מתח המשרעת.

טווחי תנודת מתח כוללים שינויי מתח בודדים מכל צורה עם קצב חזרות של פעמיים בדקה (1/30 הרץ) עד פעם בשעה, עם קצב שינוי מתח ממוצע של יותר מ-0.1% לשנייה (עבור מנורות ליבון) ו-0.2 % לשנייה עבור מקלטים אחרים.

שינויים מהירים במתח נגרמים על ידי מצב הפעולה ההלם של המנועים של טחנות רולר מתכות של מתקני מתיחה של מסילות ברזל, תנורי אחו לייצור פלדה, ציוד ריתוך, כמו גם התחלות תכופות של מנועים חשמליים אסינכרוניים חזקים עם סנאים, כאשר הם מתחילים שהכוח התגובתי הוא כמה אחוזים מהספק הקצר.

מספר שינויי המתח ליחידת זמן, כלומר. תדירות שינויי המתח מצויה בנוסחה F = m / T, כאשר m הוא מספר שינויי המתח בזמן T, T הוא הזמן הכולל של צפייה בתנודת המתח.

הדרישות העיקריות לתנודות מתח נובעות משיקולי הגנה על העין האנושית. נמצא כי הרגישות הגבוהה ביותר של העין להבהוב האור היא בתחום התדרים השווה ל-8.7 הרץ. לכן, עבור מנורות ליבון המספקות תאורת עבודה עם מתחים חזותיים משמעותיים, שינוי המתח מותר לא יותר מ-0.3%, עבור שאיבת מנורות בחיי היומיום - 0.4%, עבור מנורות פלורסנט ומקלטי חשמל אחרים - 0.6.

טווחי התנופה המותרים מוצגים באיור. 1.

אורז. 1. טווחים מותרים של תנודות מתח: 1 - תאורת עבודה עם מנורות ליבון במתח ראייה גבוה, 2 - מנורות ליבון ביתיות, 3 - מנורות פלורסנט

אזור I מתאים לפעולה של משאבות ומכשירי חשמל ביתיים, II - מנופים, מנופים, III - תנורי קשת, ריתוך התנגדות ידני, IV - פעולה של מדחסים הדדיים וריתוך התנגדות אוטומטי.

כדי לצמצם את טווח שינויי המתח ברשת התאורה, אספקת חשמל נפרדת של מקלטי רשת התאורה ועומס הכוח משנאי כוח שונים, פיצוי קיבולי אורכי של רשת החשמל, כמו גם מנועים חשמליים סינכרוניים ומקורות מלאכותיים של תגובתי כוח (כורים או בנקאי קבלים שהזרם שלהם נוצר באמצעות שסתומים מבוקרים כדי להשיג את ההספק התגובתי הנדרש).

מינון של תנודות מתח

מינון תנודות המתח זהה לטווח שינויי המתח ומוכנס לרשתות החשמל הקיימות ברגע שהן מצוידות במכשירים מתאימים. בעת שימוש במחוון "מנה של תנודות מתח", ייתכן שלא תתבצע הערכה של קבילות טווח שינויי המתח, מכיוון שהאינדיקטורים הנחשבים ניתנים להחלפה.

מינון תנודות המתח הוא גם מאפיין אינטגרלי של תנודות מתח הגורמות לגירוי לאדם הנצבר במשך פרק זמן מסוים עקב אור מהבהב בטווח התדרים של 0.5 עד 0.25 הרץ.

הערך המרבי המותר של המינון מתנודות מתח (ψ, (%)2) ברשת החשמל שאליה מחוברים מתקני התאורה לא יעלה על: 0.018 - עם מנורות ליבון בחדרים בהם נדרש מתח ויזואלי משמעותי; 0.034 - עם מנורות ליבון בכל החדרים האחרים; 0.079 - עם מנורות פלורסנט.

גורם לא-סינוסואידי של עקומת המתח

כאשר עובדים ברשת של מתקני מיישרים וממירים רבי עוצמה, כמו גם תנורי קשת ומתקני ריתוך, כלומר אלמנטים לא ליניאריים, עקומות הזרם והמתח מעוותות. עקומות זרם ומתח לא-סינוסואידיים הן תנודות הרמוניות בתדרים שונים (התדר התעשייתי הוא ההרמוני הנמוך ביותר, כל השאר ביחס אליו הרמוניות גבוהות יותר).

הרמוניות גבוהות יותר במערכת אספקת החשמל גורמות להפסדי אנרגיה נוספים, מפחיתות את חיי השירות של סוללות קבלי קוסינוס, מנועים חשמליים ושנאים, מובילות לקשיים בהגדרת הגנת ממסר ואיתות, כמו גם פעולת כוננים חשמליים הנשלטים על ידי תיריסטורים וכו'. . .

התוכן של הרמוניות גבוהות יותר ברשת החשמל מאופיין במקדם הלא-סינוסואידי של עקומת המתח kNSU אשר נקבע על ידי הביטוי

כאשר N הוא הסדר של האחרון מבין הרכיבים ההרמוניים הנחשבים, Uн — ערך אפקטיבי של הרכיב ה-n-ה (н = 2, ... Н) של המתח ההרמוני, kV.

הערכים הרגילים והמרביים המותרים של kNSU לא יעלו בהתאמה: ברשת חשמלית עם מתח של עד 1 קילו וולט - 5 ו-10%, ברשת חשמל 6 - 20 קילו וולט - 4 ו-8%, ברשת חשמל 35 קילו וולט. — 3 ו-6%, ברשת החשמל 110 קילו וולט ומעלה 2 ו-4%.

כדי להפחית הרמוניות גבוהות יותר, נעשה שימוש במסנני הספק, שהם חיבור סדרתי של התנגדות אינדוקטיבית וקיבולית המכווננת לתהודה בהרמוניה מסוימת. כדי לחסל הרמוניות בתדרים נמוכים, נעשה שימוש במתקני ממירים עם מספר רב של פאזות.

מקדם רכיב n של מתח הרמוני בסדר אי זוגי (זוגי).

מקדם nהרכיב ההרמוני הזה של המתח בסדר האי-זוגי (זוגי) הוא היחס בין הערך האפקטיבי של הרכיב ההרמוני ה-n של המתח לערך האפקטיבי של המתח של התדר הבסיסי, כלומר. kU (n) = (Un/Un) x 100%

לפי הערך של מקדם kU (n), הספקטרום נקבע על ידי n-x רכיבים הרמוניים, שלצורך דיכוי יש לתכנן את מסנני ההספק המתאימים.

הערכים הרגילים והמרביים המותרים לא יעלו בהתאמה: ברשת חשמלית עם מתח של עד 1 קילו וולט - 3 ו-6%, ברשת חשמל 6 - 20 קילו וולט 2.5 ו-5%, ברשת חשמל 35 קילו וולט - 2 ו-4%, ברשת חשמל 110 קילו וולט ומעלה 1 ו-2%.

חוסר איזון מתח

חוסר איזון המתח מתרחש עקב העמסת מקלטי חשמל חד פאזיים. מאז רשתות הפצה עם מתחים מעל 1 קילו וולט פועלות עם נייטרלי מבודד או מפוצה, אז אסימטריה של מתח עקב הופעת מתח רצף שלילי. אסימטריה מתבטאת בצורה של אי שוויון מתח קו ופאזה וגורם שלילי עוקב מאופיין:

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

כאשר U2(1) הוא ערך ה-rms של מתח הרצף השלילי בתדר הבסיסי של מערכת המתח התלת פאזי, kV. U value2(1) ניתן לקבל על ידי מדידת שלושה מתחים בתדר הבסיסי, כלומר. UA(1), UB (1), UB (1)... ואז

כאשר yA, yB ו-y° C - מוליכות פאזה A, B ו-°C מקלט.

ברשתות עם מתחים מעל 1 קילו וולט, אסימטריה של מתח מתרחשת בעיקר עקב מתקנים אלקטרו-תרמיים חד-פאזיים (תנורי קשת עקיפים, תנורי התנגדות, תנורים עם תעלות אינדוקציה, מתקנים להתכת אלקטרו-שלג וכו').

האם נוכחות של מתח רצף שלילי מובילה לחימום נוסף של פיתולי העירור של גנרטורים סינכרוניים ולעלייה בתנודות שלהם, חימום נוסף של מנועים חשמליים וירידה חדה בחיי השירות של הבידוד שלהם, ירידה בכוח התגובתי שנוצר על ידי קבלי חשמל, חימום נוסף של קווים ושנאים? הגדלת מספר אזעקות השווא של הגנת הממסר וכו'.

על המסופים של מקלט חשמלי סימטרי, יחס חוסר האיזון המותר בדרך כלל הוא 2%, והמקסימום המותר הוא 4%.

השפעת חוסר האיזון מצטמצמת מאוד כאשר צרכני חשמל חד פאזיים מסופקים על ידי שנאים נפרדים, כמו גם כאשר נעשה שימוש בהתקני איזון מבוקרים ובלתי מבוקרים, המפצים על הזרם המקביל ברצף השלילי הנצרך בעומסים חד פאזיים.

ברשתות ארבע חוטים במתח של עד 1 קילו וולט, חוסר איזון הנגרם על ידי מקלטים חד פאזיים הקשורים למתחי הפאזה מלווה במעבר זרם בחוט הנייטרלי, ולכן הופעת מתח ברצף אפס .

גורם מתח ברצף אפס k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

כאשר U0 (1) - ערך מתח אפקטיבי של רצף אפס של התדר הבסיסי, kV; Un.f. - ערך נומינלי של מתח הפאזה, קילו וולט.

הכמות U0(1) נקבעת על ידי מדידת מתחי שלושת הפאזות בתדר הבסיסי, כלומר.

כאשר tiA, vB, c° C, yO - מוליכות של שלבים A, B, C של המקלט ומוליכות של החוט הנייטרלי; UA(1), UB (1), UVB (1) - ערכי RMS של מתחי הפאזה.

ערך מותר U0(1) מוגבל על ידי דרישות סובלנות מתח אשר מתקיימות על ידי גורם רצף אפס של 2% כרמה רגילה ו-4% מהרמה המקסימלית.

ניתן להשיג את הפחתת הערך על ידי חלוקה רציונלית של עומס חד פאזי בין השלבים, וכן על ידי הגדלת חתך החוט הנייטרלי לחתך חוטי הפאזה ושימוש בשנאים ברשת הפצה עם קבוצת חיבור כוכב-מזגזג.

צניחה במתח ועוצמת צניחה במתח

נפילת מתח - זוהי הפחתה משמעותית פתאומית במתח בנקודה של רשת החשמל, ולאחריה התאוששות המתח לרמה ההתחלתית או קרובה אליה לאחר מרווח זמן של מספר תקופות עד כמה עשרות שניות.

משך נפילת המתח ΔTpr הוא מרווח הזמן בין הרגע הראשוני של נפילת המתח לרגע ההתאוששות של המתח לרמה ההתחלתית או קרוב אליה (איור 2), כלומר. ΔTpr = Tvos - טראנו

אורז. 2. משך ועומק נפילת המתח

כלומר ΔTpr משתנה ממספר תקופות לכמה עשרות שניות. נפילת המתח מאופיינת בעוצמה ובעומק של הדיפ δUpr, שהוא ההפרש בין הערך הנומינלי של המתח לבין הערך האפקטיבי המינימלי של המתח Umin במהלך נפילת המתח והוא מבוטא כאחוז מהערך הנומינלי של המתח או ביחידות מוחלטות.

הכמות δUpr נקבעת באופן הבא:

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

עוצמת צניחת המתח m* מייצגת את תדירות ההתרחשות ברשת של צניחות מתח בעומק ומשך מסוימים, כלומר. m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, כאשר m (δUpr, ΔTNS) - מספר נפילות המתח עומק δUpr ומשך הזמן ΔTNS במהלך T; M - המספר הכולל של נפילות המתח במהלך T.

סוגים מסוימים של מכשירים חשמליים (מחשבים, אלקטרוניקת כוח), לפיכך, פרויקטים של אספקת חשמל למקלטים כאלה חייבים לספק אמצעים להפחתת משך הזמן, העוצמה והעומק של נפילות המתח. GOST אינו מציין את הערכים המותרים למשך נפילות המתח.

מתח אימפולס

נחשול מתח הוא שינוי פתאומי במתח ואחריו התאוששות של המתח לרמתו הרגילה לאורך פרק זמן של כמה מיקרו-שניות עד 10 מילישניות. הוא מייצג את הערך המיידי המרבי של מתח הדחף Uimp (איור 3).

אורז. 3. מתח אימפולס

מתח הדחף מאופיין באמפליטודת הדחף U 'imp, שהיא ההפרש בין דחף המתח לבין הערך המיידי של המתח של התדר הבסיסי המתאים לרגע תחילת הדחף. משך הדופק Timp - מרווח הזמן בין הרגע הראשוני של דופק המתח לרגע ההתאוששות של הערך המיידי של המתח לרמה הנורמלית. ניתן לחשב את רוחב הדופק Timp0.5 ברמה של 0.5 של המשרעת שלו (ראה איור 3).

מתח הדחף נקבע ביחידות יחסיות לפי הנוסחה ΔUimp = Uimp / (√2Un)

רגישים לפולסי מתח הם גם מקלטים חשמליים כמו מחשבים, מוצרי חשמל וכו'. מתחי דחף מופיעים כתוצאה ממיתוג ברשת החשמל. יש לשקול אמצעי הפחתת מתח דחף בעת תכנון עיצובים ספציפיים של ספק כוח. GOST אינו מציין את הערכים המותרים של מתח הדחף.

סטיית תדר

שינויים בתדירות נובעים משינויים בעומס הכולל ובמאפיינים של בקרי מהירות הטורבינה. סטיות תדר גדולות נובעות משינויי עומס איטיים וקבועים עם רזרבת כוח פעילה לא מספקת.

תדר מתח, בניגוד לתופעות אחרות הפוגעות באיכות החשמל, הוא פרמטר כלל מערכתי: כל הגנרטורים המחוברים למערכת אחת מייצרים חשמל במתח באותו תדר - 50 הרץ.

לפי החוק הראשון של קירכהוף, תמיד יש איזון קפדני בין ייצור החשמל לייצור החשמל. לכן, כל שינוי בעוצמת העומס גורם לשינוי בתדירות, מה שמוביל לשינוי ביצירת הכוח הפעיל של הגנרטורים, שעבורם בלוקים "טורבינה-גנרטור" מצוידים במכשירים המאפשרים התאמת הזרימה. של נושאת האנרגיה בטורבינה בהתאם לשינויי תדר במערכת החשמל.

עם עלייה מסוימת בעומס, מתברר שכוחם של בלוקי "הטורבינה-גנרטור" נגמר. אם העומס ממשיך לעלות, האיזון מתיישב בתדירות נמוכה יותר - מתרחשת סחיפה בתדר. במקרה זה, אנו מדברים על גירעון של כוח פעיל כדי לשמור על התדר הנומינלי.

סטיית התדר Δf מהערך הנומינלי en נקבעת על ידי הנוסחה Δf = f - fn, כאשר הוא - הערך הנוכחי של התדר במערכת.

לשינויים בתדר מעל 0.2 הרץ יש השפעה משמעותית על המאפיינים הטכניים והכלכליים של מקלטי חשמל, לכן הערך המותר הרגיל של סטיית התדר הוא ± 0.2 הרץ, והערך המרבי המותר של סטיית התדר הוא ± 0.4 הרץ. במצבי חירום, סטיית תדר של +0.5 הרץ עד - 1 הרץ מותרת לא יותר מ-90 שעות בשנה.

חריגה של התדירות מהנומינלי מובילה לעלייה בהפסדי האנרגיה ברשת, כמו גם לירידה בתפוקה של ציוד טכנולוגי.

גורם אפנון משרעת מתח וגורם חוסר איזון בין מתחי פאזה ופאזה

מתח אפנון משרעת מאפיין את תנודות המתח ושווה ליחס בין חצי ההפרש של המשרעת הגדולה והקטנה ביותר של המתח המאופנן, נלקח לפרק זמן מסוים, לערך הנומינלי או הבסיסי של המתח, כלומר.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

כאשר Unb ו-Unm - המשרעת הגדולה והקטנה ביותר של המתח המאופנן, בהתאמה.

גורם חוסר איזון בין מתח הפאזה מאפיין את חוסר האיזון במתח הפאזה-פאזה ושווה ליחס בין התנופה של חוסר האיזון במתח הפאזה לערך הנומינלי של המתח:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

כאשר Unb ו-Unm-הערך האפקטיבי הגבוה והנמוך ביותר של מתחי הפאזה התלת פאזיים.

גורם חוסר איזון מתח הפאזה kneb.f מאפיין את חוסר האיזון במתח הפאזה ושווה ליחס בין התנופה של חוסר האיזון במתח הפאזה לערך הנומינלי של מתח הפאזה:

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

כאשר Unb ו-Unm - הערך האפקטיבי הגבוה והנמוך ביותר מבין שלושת המתחים, Un.f - הערך הנומינלי של מתח הפאזה.

קרא גם: אמצעים ואמצעים טכניים לשיפור איכות האנרגיה החשמלית