Indikator kualitas listrik dalam jaringan listrik

Sesuai dengan GOST 13109-87, indikator kualitas daya dasar dan tambahan dibedakan.

Di antara indikator utama kualitas listrik, penentuan sifat-sifat energi listrik yang mencirikan kualitasnya meliputi:

1) penyimpangan tegangan (δU, %);

2) rentang perubahan tegangan (δUT,%);

3) dosis fluktuasi tegangan (ψ,%);

4) koefisien kurva tegangan non-sinusoidalitas (kNSU, %);

5) koefisien komponen ke-n tegangan harmonik orde ganjil (genap) (kU (n), %);

6) koefisien urutan tegangan negatif (k2U, %);

7) rasio tegangan urutan nol (k0U, %);

8) durasi penurunan tegangan (ΔTpr, s);

9) tegangan impuls (Uimp, V, kV);

10) penyimpangan frekuensi (Δe, Hz).

Indikator kualitas daya tambahan, yang merupakan bentuk pencatatan indikator kualitas daya utama dan digunakan dalam dokumen regulasi dan teknis lainnya:

1) koefisien modulasi tegangan amplitudo (kMod);

2) koefisien ketidakseimbangan antara tegangan fasa (kneb.m);

3) faktor ketidakseimbangan tegangan fasa (kneb.f).

Perhatikan nilai yang diizinkan dari indikator yang ditentukan untuk kualitas listrik, ekspresi untuk definisi dan ruang lingkupnya. Selama 95% waktu dalam sehari (22,8 jam), indikator kualitas daya tidak boleh melebihi nilai normal yang diizinkan, dan setiap saat, termasuk mode darurat, harus berada dalam nilai maksimum yang diizinkan.

Kontrol kualitas listrik pada titik-titik karakteristik jaringan listrik dilakukan oleh personel perusahaan jaringan listrik. Dalam hal ini, durasi pengukuran indikator kualitas daya minimal satu hari.

Penyimpangan tegangan

Penyimpangan tegangan adalah salah satu indikator kualitas daya yang paling penting. Penyimpangan tegangan ditemukan dengan rumus

δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100%

dimana U (t) — nilai efektif dari tegangan urutan positif dari frekuensi dasar atau hanya nilai efektif dari tegangan (dengan faktor non-sinusoidal kurang dari atau sama dengan 5%), pada saat ini T, kV ; Tegangan non-nominal, kV.

Besaran Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), dimana UAB (1),UPBC (1), nilai UAC (1)-RMS tegangan fasa ke fasa pada frekuensi dasar.

Karena perubahan beban dari waktu ke waktu, perubahan level tegangan dan faktor lainnya, besarnya penurunan tegangan pada elemen jaringan berubah dan, karenanya, level tegangan UT.Akibatnya, ternyata pada titik jaringan yang berbeda pada saat yang sama dan pada satu saat dalam waktu yang berbeda, penyimpangan tegangannya berbeda.

Pengoperasian normal penerima listrik dengan tegangan hingga 1 kV dipastikan asalkan penyimpangan tegangan pada inputnya sama dengan ± 5% (nilai normal) dan ± 10% (nilai maksimum). Dalam jaringan dengan tegangan 6 — 20 kV, deviasi tegangan maksimum ditetapkan ± 10%.

Daya yang dikonsumsi oleh lampu pijar berbanding lurus dengan tegangan yang disuplai dengan pangkat 1,58, daya cahaya lampu dengan pangkat 2,0, fluks cahaya dengan pangkat 3,61, dan umur lampu adalah dengan kekuatan 13,57. Pengoperasian lampu fluoresen kurang tergantung pada penyimpangan tegangan. Dengan demikian, masa pakai mereka berubah sebesar 4% dengan deviasi tegangan 1%.

Pengurangan pencahayaan di tempat kerja terjadi dengan penurunan ketegangan, yang mengarah pada penurunan produktivitas pekerja dan penurunan penglihatan mereka. Dengan penurunan tegangan yang besar, lampu fluoresen tidak menyala atau berkedip, yang menyebabkan penurunan masa pakainya. Saat voltase meningkat, masa pakai lampu pijar berkurang secara dramatis.

Kecepatan putaran motor listrik asinkron dan, karenanya, pengoperasiannya, serta daya reaktif yang dikonsumsi, bergantung pada level voltase. Yang terakhir tercermin dalam jumlah tegangan dan daya yang hilang di bagian jaringan.

Penurunan voltase menyebabkan peningkatan durasi proses teknologi di pabrik elektrotermal dan elektrolisis, serta ketidakmungkinan penerimaan siaran televisi yang stabil di jaringan utilitas. Dalam kasus kedua, yang disebut penstabil tegangan digunakan, yang mengkonsumsi daya reaktif yang signifikan dan yang memiliki kerugian daya pada baja. Baja trafo yang langka digunakan untuk produksinya.

Untuk memastikan tegangan yang diperlukan dari bus tegangan rendah dari semua TP, yang disebut pengaturan arus balik di pusat makanan. Di sini, dalam mode beban maksimum, tegangan maksimum yang diizinkan dari bus prosesor dipertahankan, dan dalam mode beban minimum, tegangan minimum dipertahankan.

Dalam hal ini, yang disebut regulasi lokal tegangan masing-masing stasiun trafo dengan menempatkan saklar trafo distribusi pada posisi yang sesuai. Dalam kombinasi dengan pengaturan tegangan lokal terpusat (dalam prosesor) dan ditentukan, bank kapasitor yang diatur dan tidak diatur, juga disebut pengatur tegangan lokal, digunakan.

Mengurangi ketegangan

Ayunan tegangan adalah perbedaan antara nilai tegangan puncak atau rms sebelum dan sesudah perubahan tegangan dan ditentukan dengan rumus

δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100%

di mana Ui dan Ui + 1- nilai ekstrem atau ekstrem berikut dan bagian horizontal dari selubung nilai tegangan amplitudo.

Kisaran ayunan tegangan mencakup perubahan tegangan tunggal dalam bentuk apa pun dengan tingkat pengulangan dua kali per menit (1/30 Hz) hingga sekali per jam, dengan tingkat rata-rata perubahan tegangan lebih dari 0,1% per detik (untuk lampu pijar) dan 0,2 % per detik untuk penerima lainnya.

Perubahan voltase yang cepat disebabkan oleh mode kejut pengoperasian motor pabrik roller metalurgi dari instalasi traksi rel kereta api, tungku padang rumput untuk produksi baja, peralatan las, serta sering dimulainya motor listrik asinkron yang kuat dengan tupai, ketika mereka memulai daya reaktif adalah beberapa persen dari daya hubung singkat.

Jumlah perubahan tegangan per satuan waktu, mis. frekuensi perubahan tegangan dicari dengan rumus F = m / T, dimana m adalah banyaknya perubahan tegangan selama waktu T, T adalah total waktu pengamatan ayunan tegangan.

Persyaratan utama untuk fluktuasi voltase adalah karena pertimbangan pelindung mata manusia. Ditemukan bahwa sensitivitas mata tertinggi terhadap kedipan cahaya berada pada rentang frekuensi sebesar 8,7 Hz. Oleh karena itu, untuk lampu pijar yang menyediakan penerangan kerja dengan voltase visual yang signifikan, perubahan voltase diperbolehkan tidak lebih dari 0,3%, untuk lampu pemompa dalam kehidupan sehari-hari - 0,4%, untuk lampu fluoresen dan penerima listrik lainnya - 0,6.

Kisaran ayunan yang diizinkan ditunjukkan pada gambar. 1.

Beras. 1. Kisaran fluktuasi voltase yang diizinkan: 1 — penerangan kerja dengan lampu pijar pada voltase visual tinggi, 2 — lampu pijar domestik, 3 — lampu fluoresen

Wilayah I sesuai dengan pengoperasian pompa dan peralatan rumah tangga, II - derek, kerekan, III - tungku busur, pengelasan resistansi manual, IV - pengoperasian kompresor bolak-balik dan pengelasan resistansi otomatis.

Untuk mengurangi kisaran perubahan tegangan dalam jaringan penerangan, pisahkan catu daya penerima jaringan penerangan dan beban daya dari transformator daya yang berbeda, kompensasi kapasitif longitudinal dari jaringan daya, serta motor listrik sinkron dan sumber reaktif buatan. daya (reaktor atau bank kapasitor yang arusnya dihasilkan menggunakan katup terkontrol untuk mendapatkan daya reaktif yang diperlukan).

Dosis fluktuasi tegangan

Dosis fluktuasi tegangan identik dengan kisaran perubahan tegangan dan dimasukkan ke dalam jaringan listrik yang ada segera setelah dilengkapi dengan perangkat yang sesuai. Saat menggunakan indikator "dosis fluktuasi tegangan", penilaian penerimaan kisaran perubahan tegangan tidak dapat dilakukan, karena indikator yang dipertimbangkan dapat dipertukarkan.

Dosis fluktuasi tegangan juga merupakan karakteristik integral dari fluktuasi tegangan yang menyebabkan iritasi pada seseorang yang terakumulasi selama periode waktu tertentu karena kilatan cahaya dalam rentang frekuensi 0,5 hingga 0,25 Hz.

Nilai dosis maksimum yang diizinkan dari fluktuasi tegangan (ψ, (%)2) dalam jaringan listrik yang menghubungkan instalasi penerangan tidak boleh melebihi: 0,018 — dengan lampu pijar di ruangan yang membutuhkan tegangan visual yang signifikan; 0,034 — dengan lampu pijar di semua ruangan lainnya; 0,079 — dengan lampu neon.

Faktor non-sinusoidal dari kurva tegangan

Saat bekerja di jaringan instalasi penyearah dan konverter yang kuat, serta tungku busur dan instalasi pengelasan, mis. elemen non-linier, kurva arus dan tegangan terdistorsi. Kurva arus dan tegangan non-sinusoidal adalah osilasi harmonik dari frekuensi yang berbeda (frekuensi industri adalah harmonik terendah, semua yang lain relatif terhadapnya adalah harmonik yang lebih tinggi).

Harmonik yang lebih tinggi dalam sistem catu daya menyebabkan kehilangan energi tambahan, mengurangi masa pakai baterai kapasitor cosinus, motor listrik dan transformator, menyebabkan kesulitan dalam mengatur perlindungan dan pensinyalan relai, serta pengoperasian penggerak listrik yang dikendalikan oleh thyristor, dll. . .

Kandungan harmonik yang lebih tinggi dalam jaringan listrik dicirikan oleh koefisien non-sinusoidal dari kurva tegangan kNSU yang ditentukan oleh ekspresi

di mana N adalah urutan komponen harmonik terakhir yang dipertimbangkan, Uн — nilai efektif komponen ke-n (н = 2, ... Н) dari tegangan harmonik, kV.

Nilai normal dan maksimum yang diizinkan kNSU masing-masing tidak boleh melebihi: dalam jaringan listrik dengan tegangan hingga 1 kV — 5 dan 10%, dalam jaringan listrik 6 — 20 kV — 4 dan 8%, dalam jaringan listrik 35 kV — 3 dan 6%, dalam jaringan listrik 110 kV ke atas 2 dan 4%.

Untuk mengurangi harmonik yang lebih tinggi, filter daya digunakan, yang merupakan rangkaian sambungan resistansi induktif dan kapasitif yang disetel ke resonansi pada harmonik tertentu. Untuk menghilangkan harmonik pada frekuensi rendah, instalasi konverter dengan sejumlah besar fase digunakan.

Koefisien komponen ke-n tegangan harmonik orde ganjil (genap).

Koefisien nKomponen harmonik tegangan orde ganjil (genap) ini adalah perbandingan antara nilai efektif komponen harmonik ke-n tegangan dengan nilai efektif tegangan frekuensi fundamental, yaitu kU (n) = (Un/Un) x 100%

Dengan nilai koefisien kU (n), spektrum ditentukan oleh n-x komponen harmonik, untuk penekanannya harus dirancang filter daya yang sesuai.

Nilai normal dan maksimum yang diizinkan masing-masing tidak boleh melebihi: dalam jaringan listrik dengan tegangan hingga 1 kV — 3 dan 6%, dalam jaringan listrik 6 — 20 kV 2,5 dan 5%, dalam jaringan listrik 35 kV — 2 dan 4%, dalam jaringan listrik 110 kV ke atas 1 dan 2%.

Ketidakseimbangan tegangan

Ketidakseimbangan tegangan terjadi karena pembebanan pada penerima listrik satu fasa. Karena jaringan distribusi dengan tegangan di atas 1 kV beroperasi dengan netral terisolasi atau terkompensasi, maka asimetri tegangan karena munculnya tegangan urutan negatif. Asimetri memanifestasikan dirinya dalam bentuk ketidaksetaraan tegangan saluran dan fasa dan faktor berurutan negatif dicirikan:

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

di mana U2(1) adalah nilai rms tegangan urutan negatif pada frekuensi dasar sistem tegangan tiga fasa, kV. Nilai U2(1) dapat diperoleh dengan mengukur tiga voltase pada frekuensi dasar, yaitu UA(1), UB (1), UB (1)... Lalu

dimana yA, yB dan y° C — konduktivitas fasa penerima A, B dan ° C.

Dalam jaringan dengan tegangan di atas 1 kV, asimetri tegangan terjadi terutama karena instalasi elektrotermal fase tunggal (tungku busur tidak langsung, tungku resistansi, tungku dengan saluran induksi, instalasi peleburan terak listrik, dll.).

Apakah adanya tegangan urutan negatif menyebabkan pemanasan tambahan pada belitan eksitasi generator sinkron dan peningkatan getarannya, pemanasan tambahan motor listrik dan penurunan tajam dalam masa pakai isolasi mereka, penurunan daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor daya, pemanasan tambahan saluran dan transformator? meningkatkan jumlah alarm palsu dari proteksi relai, dll.

Pada terminal penerima listrik simetris, rasio ketidakseimbangan yang biasanya diizinkan adalah 2%, dan maksimum yang diizinkan adalah 4%.

Pengaruh ketidakseimbangan sangat berkurang ketika konsumen daya satu fasa disuplai oleh transformator terpisah, serta ketika perangkat penyeimbang yang dikontrol dan tidak dikontrol digunakan, yang mengkompensasi arus ekuivalen urutan negatif yang dikonsumsi oleh beban satu fasa.

Dalam jaringan empat kabel dengan tegangan hingga 1 kV, ketidakseimbangan yang disebabkan oleh penerima fase tunggal yang terkait dengan tegangan fase disertai dengan aliran arus pada kabel netral dan, oleh karena itu, munculnya tegangan urutan-nol .

Faktor tegangan urutan nol k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100%,

dimana U0 (1) — nilai tegangan urutan-nol efektif dari frekuensi fundamental, kV; Un.f. — nilai nominal tegangan fasa, kV.

Kuantitas U0(1) ditentukan dengan mengukur tegangan tiga fasa pada frekuensi dasar, yaitu

di mana tiA, vB, c° C, yO — konduktivitas fase A, B, C penerima dan konduktivitas kabel netral; UA(1), UB (1), UVB (1) - Nilai RMS tegangan fasa.

Nilai yang diperbolehkan U0(1) dibatasi oleh persyaratan toleransi tegangan yang dipenuhi oleh faktor urutan nol sebesar 2% sebagai level normal dan 4% dari level maksimum.

Pengurangan nilai dapat dicapai dengan distribusi rasional dari beban satu fasa antara fasa, serta dengan meningkatkan penampang kabel netral ke penampang kabel fasa dan menggunakan transformator dalam jaringan distribusi. dengan grup koneksi zigzag bintang.

Tegangan kedip dan intensitas kedip tegangan

Penurunan tegangan - ini adalah penurunan tegangan yang signifikan secara tiba-tiba pada suatu titik jaringan listrik, diikuti dengan pemulihan tegangan ke tingkat awal atau mendekatinya setelah interval waktu dari beberapa periode hingga beberapa puluh detik.

Durasi penurunan tegangan ΔTpr adalah interval waktu antara momen awal penurunan tegangan dan momen pemulihan tegangan ke level awal atau mendekatinya (Gbr. 2), mis. ΔTpr = Tvos — Trano

Beras. 2. Durasi dan kedalaman jatuh tegangan

Arti ΔTpr bervariasi dari beberapa periode hingga beberapa puluh detik. Penurunan tegangan ditandai dengan intensitas dan kedalaman dip δUpr, yang merupakan perbedaan antara nilai nominal tegangan dan nilai efektif minimum tegangan Umin selama penurunan tegangan dan dinyatakan sebagai persentase dari nilai nominal tegangan. tegangan atau dalam satuan mutlak.

Kuantitas δUpr ditentukan sebagai berikut:

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

Intensitas kedip tegangan m* merepresentasikan frekuensi kejadian dalam jaringan kedip tegangan pada kedalaman dan durasi tertentu, yaitu m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100%, di mana m (δUpr, ΔTNS) — jumlah kedalaman jatuh tegangan δUpr dan durasi ΔTNS selama T; M — jumlah total penurunan tegangan selama T.

Beberapa jenis perangkat listrik (komputer, elektronik daya), oleh karena itu, proyek catu daya untuk penerima tersebut harus menyediakan langkah-langkah untuk mengurangi durasi, intensitas, dan kedalaman penurunan tegangan. GOST tidak menunjukkan nilai yang diizinkan selama penurunan tegangan.

Tegangan impuls

Lonjakan tegangan adalah perubahan tegangan yang tiba-tiba diikuti dengan pemulihan tegangan ke tingkat normalnya selama periode waktu beberapa mikrodetik hingga 10 milidetik. Ini mewakili nilai sesaat maksimum dari tegangan impuls Uimp (Gbr. 3).

Beras. 3. Tegangan impuls

Tegangan impuls dicirikan oleh amplitudo impuls U 'imp, yang merupakan perbedaan antara impuls tegangan dan nilai sesaat dari tegangan frekuensi dasar yang sesuai dengan momen awal impuls. Durasi pulsa Timp — interval waktu antara momen awal pulsa voltase dan momen pemulihan nilai sesaat voltase ke level normal. Lebar pulsa dapat dihitung Timp0.5 pada level 0,5 amplitudonya (lihat Gambar 3).

Tegangan impuls ditentukan dalam satuan relatif dengan rumus ΔUimp = Uimp / (√2Un)

Peka terhadap pulsa tegangan juga merupakan penerima listrik seperti komputer, elektronika daya, dll. Tegangan impuls muncul sebagai akibat dari peralihan di jaringan listrik. Langkah-langkah pengurangan tegangan impuls harus dipertimbangkan saat merancang desain catu daya khusus. GOST tidak menentukan nilai tegangan impuls yang diizinkan.

Penyimpangan frekuensi

Perubahan frekuensi disebabkan oleh perubahan beban keseluruhan dan karakteristik pengontrol kecepatan turbin. Penyimpangan frekuensi yang besar diakibatkan oleh perubahan beban yang lambat dan teratur dengan cadangan daya aktif yang tidak mencukupi.

Frekuensi tegangan, tidak seperti fenomena lain yang menurunkan kualitas listrik, adalah parameter seluruh sistem: semua generator yang terhubung ke satu sistem menghasilkan listrik pada tegangan dengan frekuensi yang sama — 50 Hz.

Menurut hukum pertama Kirchhoff, selalu ada keseimbangan yang ketat antara produksi listrik dan produksi listrik. Oleh karena itu, setiap perubahan daya beban menyebabkan perubahan frekuensi, yang mengarah pada perubahan pembangkitan daya aktif generator, di mana blok «turbin-generator» dilengkapi dengan perangkat yang memungkinkan penyesuaian aliran pembawa energi dalam turbin tergantung dari perubahan frekuensi dalam sistem kelistrikan.

Dengan kenaikan beban tertentu, ternyata tenaga blok "turbin-generator" habis. Jika beban terus meningkat, keseimbangan mengendap pada frekuensi yang lebih rendah — terjadi pergeseran frekuensi. Dalam hal ini, kita berbicara tentang kekurangan daya aktif untuk mempertahankan frekuensi nominal.

Penyimpangan frekuensi Δf dari nilai nominal en ditentukan dengan rumus Δf = f — fn, di mana adalah — nilai frekuensi saat ini dalam sistem.

Perubahan frekuensi di atas 0,2 Hz berdampak signifikan pada karakteristik teknis dan ekonomi penerima listrik, oleh karena itu nilai normal penyimpangan frekuensi yang diperbolehkan adalah ± 0,2 Hz, dan nilai penyimpangan frekuensi maksimum yang diperbolehkan adalah ± 0,4 Hz . Dalam mode darurat, penyimpangan frekuensi dari +0,5 Hz hingga — 1 Hz diperbolehkan tidak lebih dari 90 jam per tahun.

Penyimpangan frekuensi dari nominal menyebabkan peningkatan kehilangan energi dalam jaringan, serta penurunan produktivitas peralatan teknologi.

Faktor modulasi amplitudo tegangan dan faktor ketidakseimbangan antara tegangan fasa dan fasa

Tegangan modulasi amplitudo mencirikan fluktuasi tegangan dan sama dengan rasio setengah perbedaan amplitudo terbesar dan terkecil dari tegangan termodulasi, diambil untuk interval waktu tertentu, dengan nilai tegangan nominal atau dasar, mis.

kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),

dimana Unb dan Unm — masing-masing amplitudo terbesar dan terkecil dari tegangan termodulasi.

Faktor ketidakseimbangan antara tegangan fasane.mf mencirikan ketidakseimbangan tegangan fasa-fasa dan sama dengan rasio ayunan ketidakseimbangan tegangan fasa-fasa dengan nilai nominal tegangan:

lutut.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%

dimana Unb dan Unm - nilai efektif tertinggi dan terendah dari tegangan fasa tiga fasa.

Faktor ketidakseimbangan tegangan fasa kneb.f mencirikan ketidakseimbangan tegangan fasa dan sama dengan rasio ayunan ketidakseimbangan tegangan fasa dengan nilai nominal tegangan fasa:

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

dimana Unb dan Unm — nilai efektif tertinggi dan terendah dari tegangan tiga fasa, Un.f — nilai nominal tegangan fasa.

Baca juga: Langkah-langkah dan sarana teknis untuk meningkatkan kualitas energi listrik