Отклонение частоты
Отклонение частоты — отличие фактического значения частоты напряжения от номинального значения.
Причиной снижения частоты напряжения является дефицит активной мощности в энергосистеме. Понижение частоты напряжения вследствие недостатка вырабатываемой генераторами мощности опасно для сохранения устойчивости энергосистемы в целом. При этом следует отметить, что отдельно взятый потребитель в процессе потребления электроэнергии не может оказывать влияние на частоту напряжения, так как его мощность несоизмеримо мала по сравнению с мощностью всех генератор, объединенных в энергосистему. Поэтому отклонение частоты является одним из немногих контролируемых показателей качества, за соответствие нормам которого несет ответственность только энергоснабжающая организация.
Влияние снижения частоты напряжения по-разному сказывается на работе приемников электроэнергии. Практически нечувствительны к изменениям частоты искусственные источники света, установки электротехнологии, работающие на переменном токе без преобразования частоты (примером таких установок могут быть печи сопротивления, дуговые печи). Потери мощности в элементах сети пропорциональны частоте во второй степени. Различные вращающиеся механизмы имеют зависимости мощности на выходе пропорциональные частоте напряжения, как в первой степени, так и в третьей степени [].
Измерение отклонения частоты осуществляют следующим образом.
На каждом интервале времени, равном 20 с, измеряют действительное значение частоты не менее пятнадцати раз. Вычисляют усредненное значение частоты по формуле
,
где N – число измерений не менее пятнадцати.
Определяют отклонение частоты по формуле
,
где fном – номинальное значение частоты, Гц.
Полученное значение сравнивается с установленными нормами.
Нормально допустимое значение отклонения частоты равно 0,2 Гц, а предельно допустимое – 0,4 Гц.
Провал напряжения
Провал напряжения это снижение действующего значения напряжения ниже уровня 0,9Uном длительностью от 20 мс до нескольких десятков секунд (см. рис. 15, 16).
Провалы напряжения возникают в результате коротких замыканий и последующего действия релейной защиты и автоматики восстановления нормального электроснабжения (АПВ и АВР), в результате прямых пусков и самозапуска после восстановления напряжения у двигателей большой мощности. Сварочные стыковые и многоточечные машины могут создавать провалы глубиной до 19 % от номинального напряжения. Прокатные станы, имея режим работы, характеризующийся резким изменением моментов на валу главных приводов, так же создают провалы напряжения глубиной до 20 % от номинального значения [].
Рис. 15 Провал напряжения
Последствия от возникновения провала напряжения.
Установки электротермии не подвержены воздействию провалов напряжения, так как тепловые процессы имеют значительно большую постоянную времени по сравнению со скоростью процесса провала напряжения, а интенсивность возникновения провалов напряжения мала.
Электродвигатели при значительном снижении напряжения и его последующем восстановлении входят в режим самозапуска, который сопровождается увеличением токов в сети и может быть опасен как для самой электросети, так и для технологического процесса, так как самозапуск происходит одновременно у всех двигателей. Так же самозапуск может приводить к затягиванию провала напряжения или возникновению нового провала.
Провалы напряжения питания у технических средств, связанных с обработкой и передачей информации, вызывают значительные нарушения функционирования, в виде искажения или полной потери данных.
Провалы напряжения характеризуются тремя показателями: длительностью провала напряжения Δtп, глубиной провала напряжения Uп, и частостью появления провалов напряжения Fп.
Измерение длительности провала напряжения осуществляют следующим образом.
Рис. 16. Огибающая среднеквадратичных значений напряжения, соответствующая рис. 15
Фиксируют начальный момент tн спада среднеквадратичного значения напряжения ниже уровня 0,9Uном (см. рис. 16) и момент восстановления tк среднеквадратичного значения напряжения до уровня 0,9Uном. Вычисляют длительность провала напряжения по формуле
.
Полученное значение сравнивают с нормой.
Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с.
Глубина провала напряжения определяется следующим образом.
Во время провала за каждый полупериод основной частоты измеряют среднеквадратичные значения напряжения. Находят минимальное из измеренных значений Uмин. Вычисляют глубину провала напряжения в процентах по формуле
.
Частость появления провалов напряжения Fп вычисляют по формуле
,
где m(Uп, Δtп) – число провалов напряжения глубиной Uп и длительностью Δtп за период времени наблюдения T;
M – суммарное число провалов напряжения за указанный выше период времени наблюдения.
Импульс напряжения
Импульс напряжения — резкое изменение мгновенного значения напряжения и последующее восстановление в течение времени не более одного полупериода основной частоты (см. рис. 17).
Рис. 17. Импульсы напряжения
Причинами возникновения импульсов напряжения являются переходные процессы, вызванные разрядами молний в линии электропередач или близлежащие объекты, переключениями коммутационных аппаратов и другие. Коммутации элементов систем электроснабжения с большими реактивными сопротивлениями сопровождаются быстро затухающими переходными процессами с большими начальными амплитудами и повторными пробоями межконтактных промежутков выключателей.
Амплитуда импульсов напряжения является существенным фактором влияния на изоляцию элементов систем электроснабжения. В случае пробоя могут возникать устойчивые короткие замыкания, как междуфазные, так и на землю. Спектральные характеристики импульсов имеют широкий диапазон частот и оказывают влияние на микропроцессорные системы релейной защиты и автоматики, высокочастотные каналы передачи данных. В этом случае импульс создает мультипликационное действие на передаваемый полезный сигнал, что приводит к потере или искажению данных.
Импульс напряжения характеризуется основным показателем КЭ – импульсным напряжением Uимп, а так же вспомогательным параметром – длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды Δtимп0,5.
Импульсное напряжение измеряют как максимальное мгновенное значение напряжения при резком его изменении с длительностью фронта не более 5 мс (см. рис. 18).
Рис. 18. Показатели, характеризующие импульс напряжения
Для определения длительности импульса по уровню 0,5 его амплитуды из кривой напряжения выделяют сам импульс (см. рис. 18). Измеряют амплитуду импульса Uимп а как максимальное значение импульса напряжения. Определяют моменты времени tн0,5 и tк0,5, соответствующие пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведенной на половине его амплитуды.
После этого вычисляют Δtимп0,5 по формуле
Нормы на импульсы напряжения не устанавливаются, поскольку этот показатель относится к динамическим процессам, ненормируемым рассматриваемым ГОСТ.
Временное перенапряжение
Временное перенапряжение – повышение амплитудного значения напряжения выше уровня 1,1uном длительностью более 40 мс (см. рис. 19).
Рис. 19. Временное перенапряжение
Причины возникновения временного перенапряжения аналогичны причинам появления импульсов напряжения. Само временное перенапряжение, как правило, является завершением переходного процесса после первоначального импульса, связанного с коммутациями в системах электроснабжения.
В течение времени завершения переходного процесса после импульса существование временного перенапряжения повышает вероятность возникновения устойчивого короткого замыкания в местах пробоя изоляции.
Показатели, описывающие временное перенапряжение в соответствии с ГОСТ: основной – коэффициент временного перенапряжения KперU, вспомогательный – длительность временного перенапряжения ΔtперU.
Измерение коэффициента временного перенапряжения осуществляют следующим образом.
Измеряют амплитудные значения напряжения на каждом полупериоде основной частоты начиная с момента резкого превышения уровня напряжения, равного 1,1√2Uном (длительность фронта до 5 мс) (см. рис. 19). Через 0,04 с от указанного момента с целью исключения влияния самого коммутационного импульса определяют максимальное из измеренных амплитудных значений напряжения Uа max. По полученным данным вычисляют коэффициент временного перенапряжения по формуле
Для определения длительности временного перенапряжения фиксируют момент времени tн пер превышения действующим значением напряжения уровня, равного 1,1Uном, и момент времени tк пер спада действующего значения напряжения до уровня 1,1Uном (см. рис. 19). Длительность временного перенапряжения вычисляют по формуле
