Indicadores da qualidade da eletricidade em redes elétricas

De acordo com GOST 13109-87, os indicadores básicos e adicionais de qualidade de energia são diferenciados.

Entre os principais indicadores da qualidade da energia elétrica, a determinação das propriedades da energia elétrica que caracterizam sua qualidade inclui:

1) desvio de tensão (δU, %);

2) a faixa de variação de tensão (δUT,%);

3) a dose de flutuações de tensão (ψ, %);

4) o coeficiente de não senoidalidade da curva de tensão (kNSU, %);

5) coeficiente da enésima componente da tensão harmônica de ordem ímpar (par) (kU (n), %);

6) o coeficiente da sequência negativa de tensões (k2U, %);

7) razão de tensão de sequência zero (k0U, %);

8) a duração da queda de tensão (ΔTpr, s);

9) tensão de impulso (Uimp, V, kV);

10) desvio de frequência (Δe, Hz).

Indicadores adicionais de qualidade de energia, que são formas de registrar os principais indicadores de qualidade de energia e são usados ​​em outros documentos técnicos e regulamentares:

1) o coeficiente de modulação de amplitude de tensões (kMod);

2) o coeficiente de desequilíbrio entre tensões de fase (kneb.m);

3) fator de desequilíbrio das tensões de fase (kneb.f).

Vamos observar os valores permitidos dos indicadores especificados para a qualidade da eletricidade, expressões para sua definição e escopo. Durante 95% do dia (22,8 horas), os indicadores de qualidade de energia não devem exceder os valores normais permitidos e, em todos os momentos, incluindo os modos de emergência, devem estar dentro dos valores máximos permitidos.

O controle da qualidade da eletricidade em pontos característicos das redes elétricas é realizado pelo pessoal da empresa de rede elétrica. Nesse caso, a duração da medição do indicador de qualidade de energia deve ser de pelo menos um dia.

desvios de tensão

O desvio de tensão é um dos indicadores mais importantes da qualidade da energia. O desvio de tensão é encontrado pela fórmula

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

onde U (t) — o valor efetivo da tensão da sequência positiva da frequência fundamental ou simplesmente o valor efetivo da tensão (com um fator não senoidal menor ou igual a 5%), no momento T, kV ; Tensão não nominal, kV.

A quantidade Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), onde UAB (1),UPBC (1), valores UAC (1)-RMS de tensão fase-fase na frequência fundamental.

Devido a mudanças nas cargas ao longo do tempo, mudanças no nível de tensão e outros fatores, a magnitude da queda de tensão nos elementos da rede muda e, conseqüentemente, o nível de tensão UT.Como resultado, verifica-se que em diferentes pontos da rede no mesmo momento e em um momento diferente, os desvios de tensão são diferentes.

O funcionamento normal de receptores elétricos com tensão de até 1 kV é assegurado desde que os desvios de tensão em sua entrada sejam iguais a ± 5% (valor normal) e ± 10% (valor máximo). Em redes com tensão de 6 a 20 kV, é definido um desvio máximo de tensão de ± 10%.

A potência consumida pelas lâmpadas incandescentes é diretamente proporcional à tensão fornecida à potência de 1,58, a potência luminosa das lâmpadas é à potência de 2,0, o fluxo luminoso é à potência de 3,61 e a vida útil da lâmpada é a potência de 13,57. O funcionamento das lâmpadas fluorescentes depende menos do desvio de tensão. Assim, sua vida útil muda em 4% com um desvio de tensão de 1%.

A redução da iluminação nos locais de trabalho ocorre com a diminuição da tensão, o que leva à diminuição da produtividade dos trabalhadores e à deterioração da visão. Com grandes quedas de tensão, as lâmpadas fluorescentes não acendem ou piscam, o que leva à diminuição de sua vida útil. À medida que a tensão aumenta, a vida útil das lâmpadas incandescentes é reduzida drasticamente.

A velocidade de rotação dos motores elétricos assíncronos e, consequentemente, sua operação, bem como a potência reativa consumida, dependem do nível de tensão. O último é refletido na quantidade de perdas de tensão e potência nas seções da rede.

A diminuição da tensão leva ao aumento da duração do processo tecnológico nas usinas eletrotérmicas e de eletrólise, bem como à impossibilidade de recepção estável de transmissões de televisão nas redes de concessionárias. No segundo caso, são utilizados os chamados estabilizadores de tensão, que consomem uma potência reativa significativa e que apresentam perdas de potência no aço. O escasso aço do transformador é usado para sua produção.

Para garantir a tensão necessária dos barramentos de baixa tensão de todos os TPs, a chamada regulação de contracorrente no centro de alimentação. Aqui, no modo de carga máxima, a tensão máxima permitida dos barramentos do processador é mantida e no modo de carga mínima, a tensão mínima é mantida.

Neste caso, a chamada regulação local da tensão de cada posto de transformação, colocando o interruptor dos transformadores de distribuição na posição adequada. Em combinação com a regulação de tensão local centralizada (no processador) e definida, são usados ​​bancos de capacitores regulados e não regulados, também chamados de reguladores de tensão locais.

Reduzindo a tensão

A oscilação de tensão é a diferença entre os valores de tensão de pico ou rms antes e depois de uma mudança de tensão e é determinada pela fórmula

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

onde Ui e Ui + 1- os valores dos seguintes extremos ou extremos e a parte horizontal do envelope dos valores de tensão de amplitude.

Faixas de oscilação de tensão incluem mudanças de tensão única de qualquer forma com uma taxa de repetição de duas vezes por minuto (1/30 Hz) a uma vez por hora, com uma taxa média de mudança de tensão de mais de 0,1% por segundo (para lâmpadas incandescentes) e 0,2 % por segundo para outros receptores.

Mudanças rápidas de tensão são causadas pelo modo de operação de choque dos motores de laminadores metalúrgicos de instalações de tração de ferrovias, fornos de prado para a produção de aço, equipamentos de soldagem, bem como partidas frequentes de poderosos motores elétricos assíncronos com esquilos, quando eles iniciam a potência reativa é uma pequena porcentagem da potência de curto-circuito.

O número de mudanças de tensão por unidade de tempo, ou seja, a frequência das mudanças de tensão é encontrada pela fórmula F = m / T, onde m é o número de mudanças de tensão durante o tempo T, T é o tempo total de observação da oscilação de tensão.

Os principais requisitos para flutuações de tensão devem-se a considerações de proteção ocular. Verificou-se que a maior sensibilidade do olho à cintilação da luz está na faixa de frequência igual a 8,7 Hz. Portanto, para lâmpadas incandescentes que fornecem iluminação de trabalho com tensões visuais significativas, a variação de tensão não é permitida em mais de 0,3%, para lâmpadas de bombeamento na vida cotidiana - 0,4%, para lâmpadas fluorescentes e outros receptores elétricos - 0,6.

As faixas de oscilação permitidas são mostradas na fig. 1.

Arroz. 1. Faixas permitidas de flutuações de tensão: 1 — iluminação de trabalho com lâmpadas incandescentes de alta tensão visual, 2 — lâmpadas incandescentes domésticas, 3 — lâmpadas fluorescentes

A região I corresponde à operação de bombas e eletrodomésticos, II — guindastes, guindastes, III — fornos a arco, soldagem por resistência manual, IV — operação de compressores alternativos e soldagem por resistência automática.

Para reduzir a gama de mudanças de tensão na rede de iluminação, alimentação separada dos receptores da rede de iluminação e a carga de energia de diferentes transformadores de potência, compensação capacitiva longitudinal da rede de energia, bem como motores elétricos síncronos e fontes artificiais de reativos potência (reatores ou bancos de capacitores cuja corrente é gerada por meio de válvulas controladas para obter a potência reativa necessária).

Dose de flutuações de tensão

A dose de flutuações de tensão é idêntica à gama de variações de tensão e é introduzida nas redes elétricas existentes assim que estas são equipadas com dispositivos apropriados. Ao usar o indicador "dose de flutuações de tensão", não pode ser feita uma avaliação da admissibilidade da faixa de mudanças de tensão, uma vez que os indicadores considerados são intercambiáveis.

A dose de flutuações de tensão também é uma característica integral das flutuações de tensão que causam irritação a uma pessoa acumulada durante um determinado período de tempo devido à luz intermitente na faixa de frequência de 0,5 a 0,25 Hz.

O valor máximo admissível da dose de flutuações de tensão (ψ, (%)2) na rede elétrica à qual as instalações de iluminação estão conectadas não deve exceder: 0,018 — com lâmpadas incandescentes em salas onde é necessária tensão visual significativa; 0,034 — com lâmpadas incandescentes em todas as outras salas; 0,079 — com lâmpadas fluorescentes.

Fator não senoidal da curva de tensão

Ao trabalhar em uma rede de potentes instalações de retificadores e conversores, bem como fornos a arco e instalações de soldagem, ou seja, elementos não lineares, as curvas de corrente e tensão são distorcidas. Curvas de corrente e tensão não senoidais são oscilações harmônicas de diferentes frequências (a frequência industrial é a harmônica mais baixa, todas as outras relativas a ela são harmônicas mais altas).

Harmônicos mais altos no sistema de alimentação causam perdas adicionais de energia, reduzem a vida útil de baterias de capacitores cosseno, motores elétricos e transformadores, levam a dificuldades na configuração de proteção e sinalização de relés, bem como na operação de acionamentos elétricos controlados por tiristores, etc. . .

O conteúdo de harmônicos mais altos na rede elétrica é caracterizado pelo coeficiente não senoidal da curva de tensão kNSU que é determinado pela expressão

onde N é a ordem da última das componentes harmônicas consideradas, Uн — valor efetivo da enésima (í = 2, ... Í) componente da tensão harmônica, kV.

Os valores normais e máximos admissíveis kNSU não devem exceder, respectivamente: em rede elétrica com tensão de até 1 kV — 5 e 10%, em rede elétrica 6 — 20 kV — 4 e 8%, em rede elétrica 35 kV — 3 e 6%, na rede elétrica 110 kV e acima de 2 e 4%.

Para reduzir harmônicos mais altos, são usados ​​filtros de potência, que são uma conexão em série de resistência indutiva e capacitiva sintonizada para ressonância em um determinado harmônico. Para eliminar harmônicos em baixas frequências, são utilizadas instalações de conversores com um grande número de fases.

Coeficiente enésima componente de tensão harmônica de ordem ímpar (par)

Coeficiente nEsta componente harmônica da tensão de ordem ímpar (par) é a razão entre o valor efetivo da nª componente harmônica da tensão e o valor efetivo da tensão da frequência fundamental, ou seja, kU (n) = (Un/Un) x 100%

Pelo valor do coeficiente kU (n), o espectro é determinado por n-x componentes harmônicos, para cuja supressão os filtros de potência correspondentes devem ser projetados.

Os valores normais e máximos admissíveis não devem exceder, respectivamente: em rede elétrica com tensão de até 1 kV — 3 e 6%, em rede elétrica 6 — 20 kV 2,5 e 5%, em rede elétrica 35 kV — 2 e 4%, em rede elétrica de 110 kV e acima de 1 e 2%.

Desequilíbrio de tensão

O desequilíbrio de tensão ocorre devido ao carregamento de receptores elétricos monofásicos. Como as redes de distribuição com tensões acima de 1 kV operam com neutro isolado ou compensado, então assimetria de tensão devido ao aparecimento de tensão de sequência negativa. A assimetria se manifesta na forma de desigualdade tensão de linha e fase e um fator consecutivo negativo é caracterizado:

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

onde U2(1) é o valor eficaz da tensão de sequência negativa na frequência fundamental do sistema de tensão trifásica, kV. O valor U2(1) pode ser obtido medindo três tensões na frequência fundamental, ou seja, UA(1), UB (1), UB (1)... Então

onde yA, yB e y° C — condutividade de fase A, B e ° C receptor.

Em redes com tensões superiores a 1 kV, a assimetria de tensão ocorre principalmente devido a instalações eletrotérmicas monofásicas (fornos de arco indireto, fornos de resistência, fornos com canais de indução, instalações de fusão por eletroescória, etc.).

A presença de uma tensão de sequência negativa leva ao aquecimento adicional dos enrolamentos de excitação dos geradores síncronos e ao aumento de suas vibrações, aquecimento adicional dos motores elétricos e diminuição acentuada da vida útil de seu isolamento, diminuição da potência reativa gerada por capacitores de potência, aquecimento adicional de linhas e transformadores? aumentando o número de alarmes falsos da proteção do relé, etc.

Nos terminais de um receptor elétrico simétrico, a taxa de desequilíbrio normalmente permitida é de 2% e a máxima permitida é de 4%.

A influência do desbalanço é bastante reduzida quando os consumidores de energia monofásica são alimentados por transformadores separados, bem como quando são utilizados dispositivos de balanceamento controlados e não controlados, que compensam a corrente equivalente de seqüência negativa consumida pelas cargas monofásicas.

Em redes a quatro fios com tensão de até 1 kV, um desequilíbrio causado por receptores monofásicos associados às tensões de fase é acompanhado pela passagem de corrente no fio neutro e, portanto, pelo aparecimento de uma tensão de seqüência zero .

Fator de tensão de sequência zero k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

onde U0 (1) — valor efetivo da tensão de seqüência zero da frequência fundamental, kV; Un.f. — valor nominal da tensão de fase, kV.

A quantidade U0(1) é determinada medindo as tensões trifásicas na frequência fundamental, ou seja,

onde tiA, vB, c° C, yO — condutividade das fases A, B, C do receptor e condutividade do fio neutro; UA(1), UB (1), UVB (1) - Valores eficazes das tensões de fase.

Valor permitido U0(1) limitado pelos requisitos de tolerância de tensão que são satisfeitos pelo fator de sequência zero de 2% como nível normal e 4% do nível máximo.

A redução do valor pode ser obtida pela distribuição racional de uma carga monofásica entre as fases, bem como pelo aumento da seção transversal do fio neutro para a seção transversal dos fios da fase e usando transformadores em uma rede de distribuição com um grupo de conexão estrela-zigue-zague.

Afundamento de tensão e intensidade de afundamentos de tensão

Queda de tensão - é uma redução repentina e significativa da tensão em um ponto da rede elétrica, seguida de uma recuperação da tensão ao nível inicial ou próximo a ele após um intervalo de tempo de vários períodos a várias dezenas de segundos.

Duração da queda de tensão ΔTpr é o intervalo de tempo entre o momento inicial da queda de tensão e o momento de recuperação da tensão ao nível inicial ou próximo a ele (Fig. 2), ou seja, ΔTpr = Tvos — Trano

Arroz. 2. Duração e profundidade da queda de tensão

Significado ΔTpr varia de vários períodos a várias dezenas de segundos. A queda de tensão é caracterizada pela intensidade e profundidade da queda δUpr, que é a diferença entre o valor nominal da tensão e o valor efetivo mínimo da tensão Umin durante a queda de tensão e é expressa como uma porcentagem do valor nominal de a tensão ou em unidades absolutas.

A quantidade δUpr é determinada da seguinte forma:

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

A intensidade de afundamento de tensão m* representa a frequência de ocorrência na rede de afundamentos de tensão de uma certa profundidade e duração, ou seja, m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, onde m (δUpr, ΔTNS) — número de quedas de tensão profundidade δUpr e duração ΔTNS durante T; M — o número total de quedas de tensão durante T.

Alguns tipos de dispositivos elétricos (computadores, eletrônica de potência), portanto, os projetos de alimentação desses receptores devem prever medidas para reduzir a duração, a intensidade e a profundidade das quedas de tensão. O GOST não indica os valores permitidos para a duração das quedas de tensão.

tensão de impulso

Um surto de tensão é uma mudança repentina na tensão seguida por uma recuperação da tensão ao seu nível normal durante um período de alguns microssegundos a 10 milissegundos. Representa o valor instantâneo máximo da tensão de impulso Uimp (Fig. 3).

Arroz. 3. Tensão de impulso

A tensão de impulso é caracterizada pela amplitude do impulso U'imp, que é a diferença entre o impulso de tensão e o valor instantâneo da tensão da frequência fundamental correspondente ao momento do início do impulso. Duração do pulso Timp - o intervalo de tempo entre o momento inicial do pulso de tensão e o momento de recuperação do valor instantâneo da tensão ao nível normal. A largura do pulso pode ser calculada Timp0.5 no nível de 0,5 de sua amplitude (ver Fig. 3).

A tensão de impulso é determinada em unidades relativas pela fórmula ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Sensíveis a pulsos de tensão também são receptores elétricos como computadores, eletrônica de potência, etc. As tensões de impulso aparecem como resultado da comutação na rede elétrica. Medidas de redução de tensão de impulso devem ser consideradas ao projetar projetos de fonte de alimentação específicos. O GOST não especifica os valores permitidos da tensão de impulso.

desvio de frequência

As mudanças na frequência são devidas a mudanças na carga geral e nas características dos controladores de velocidade da turbina. Grandes desvios de frequência resultam de mudanças de carga lentas e regulares com reserva de energia ativa insuficiente.

A frequência da tensão, ao contrário de outros fenômenos que degradam a qualidade da eletricidade, é um parâmetro de todo o sistema: todos os geradores conectados a um sistema geram eletricidade em uma tensão com a mesma frequência – 50 Hz.

De acordo com a primeira lei de Kirchhoff, sempre há um equilíbrio estrito entre a produção de eletricidade e a produção de eletricidade. Portanto, qualquer alteração na potência da carga provoca uma alteração na frequência, o que leva a uma alteração na geração de potência ativa dos geradores, para o que os blocos «turbina-gerador» estão equipados com dispositivos que permitem ajustar o fluxo do portador de energia na turbina dependendo das mudanças de frequência no sistema elétrico.

Com um certo aumento de carga, verifica-se que a potência dos blocos "turbina-gerador" se esgota. Se a carga continuar a aumentar, o equilíbrio se estabiliza em uma frequência mais baixa - ocorre um desvio de frequência. Neste caso, estamos falando de um déficit de potência ativa para manter a frequência nominal.

O desvio de frequência Δf do valor nominal en é determinado pela fórmula Δf = f — fn, onde é — o valor atual da frequência no sistema.

Mudanças na frequência acima de 0,2 Hz têm um impacto significativo nas características técnicas e econômicas dos receptores elétricos, portanto, o valor normal permitido de desvio de frequência é de ± 0,2 Hz e o valor máximo permitido de desvio de frequência é de ± 0,4 Hz . Em modos de emergência, um desvio de frequência de +0,5 Hz a - 1 Hz é permitido por não mais de 90 horas por ano.

O desvio da frequência da nominal leva ao aumento das perdas de energia na rede, bem como à diminuição da produtividade dos equipamentos tecnológicos.

Fator de modulação de amplitude de tensão e fator de desequilíbrio entre tensões de fase e fase

A tensão de modulação de amplitude caracteriza as flutuações de tensão e é igual à razão da meia diferença da maior e menor amplitude da tensão modulada, tomada para um determinado intervalo de tempo, para o valor nominal ou base da tensão, ou seja,

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

onde Unb e Unm — a maior e menor amplitude da tensão modulada, respectivamente.

Fator de desequilíbrio entre tensões de fasene.mf caracteriza o desequilíbrio de tensão fase-fase e é igual à razão da oscilação do desequilíbrio de tensão fase-fase para o valor nominal da tensão:

kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

onde Unb e Unm - o valor efetivo mais alto e mais baixo das tensões de fase trifásica.

Fator de desequilíbrio de tensão de fase kneb.f caracteriza o desequilíbrio de tensão de fase e é igual à razão da oscilação do desequilíbrio de tensão de fase para o valor nominal da tensão de fase:

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

onde Unb e Unm — o valor efetivo mais alto e mais baixo das tensões trifásicas, Un.f — valor nominal da tensão de fase.

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