Zajištění kvality elektřiny, která splňuje normy GOST 13109-97, je hlavním úkolem při dodávkách elektřiny spotřebitelům. Odchylky od jmenovitých hodnot, zejména poklesy napětí, mají negativní vliv na provoz elektrického zařízení a mohou způsobit vážné materiální škody. V tomto článku odpovíme na klíčové otázky související s krátkodobými poklesy napětí, zvážíme povahu tohoto jevu a důvody jeho projevu.
Co je pokles napětí?
V souladu s definicí uvedenou v GOST 13109-97 tento jev znamená náhlý pokles amplitudy napětí s následným dynamickým obnovením výkonu v rámci jmenovité hodnoty. Příklad křivky poklesu napětí je uveden níže.
Průběh poklesu napětí
Charakteristické ukazatele
K popisu poklesu amplitudy napětí se používají následující indikátory:
δUп – hloubka ponorů, pro výpočet se používá vzorec: δUп = (Unom —Umin)/Unom , kde tynom – jmenovitá hodnota amplitudy napájecího napětí Umin – hodnota zbytkového napětí;
∆t – doba trvání, tato hodnota je definována jako rozdíl mezi okamžikem obnovení napětí na nominální hodnotu tк a parametr času pro stanovení počátečního stupně odchylky tn. Vzorec pro výpočet doby trvání bude následující: ∆t = tк – tн
Fп – četnost opakování (četnost selhání), uvádíme vzorec použitý pro výpočet tohoto parametru: Fп= 100 % * m * (XNUMXUп* ∆tп) / M, kde čitatel zlomku popisuje počet odchylek určité hloubky a trvání, ke kterým došlo během měřeného období. Jmenovatel je celkový počet odchylek zjištěných během měření.
Hlavní indikátory poklesu napětí
Výše uvedené ukazatele slouží k určení kvality elektřiny v konkrétním napájecím systému.
Příčiny poruch
Navzdory skutečnosti, že projevy odchylek napětí jsou náhodné, závisí pravděpodobnost této události na velmi specifických důvodech. Tyto zahrnují:
- Startovací proudy.
- Kolísání napětí při zkratu.
- Náhlé výrazné zvýšení zátěže.
- Jiné důvody vzniku sítě.
Podívejme se podrobně na každý z uvedených faktorů.
Zapínací proudy
Vznik spínacích proudů, například při spouštění silných elektromotorů nebo jiných zařízení, je nejčastější příčinou takových poruch. Níže uvedený obrázek ukazuje příklad, kdy je výkonný motor připojen ke společnému napájecímu vstupu s dalšími spotřebiči.
Tvorba poklesu napětí při spouštění elektromotoru
Označení:
- T1 – Snižovací transformátor.
- RZ – Vstupní impedance.
- RZ1-RZ3 – Impedance spotřebitelských obvodů.
- M – výkonný asynchronní motor.
Když je motor M zapnutý, generuje se startovací proud Istart-up, jehož hodnota přesahuje jmenovitou hodnotu (Istart-up > Jánom). To vede ke vzniku poruchové zóny s výrazným poklesem napětí v obvodu RZ1 a drobnými odchylkami v hlavním rozdělovači zbývajících spotřebitelských obvodů.
Zkraty
Výskyt zkratových proudů v elektrické síti také způsobuje odchylky napětí od normy. Uvažujme, jak proces probíhá a je určen v sítích s různými napěťovými třídami.
Zkrat v sítích nízkého napětí.
Příklad takové situace je znázorněn na obrázku níže. V tomto případě je velikost zkratového proudu ovlivněna impedancemi RZ a RZ2.
Vznik mezery v důsledku zkratu v obvodu spotřebiče 2
Na základě toho můžeme říci, že čím větší bude hodnota impedance v síti nízkého napětí, tím menší bude hodnota zkratového proudu.
V praxi by v případě zkratu v obvodu spotřebiče 2 měla být spuštěna ochrana této skupiny. Pokud například dojde k odpojení obvodu po 50 ms, vytvoří se na hlavním rozvaděči 50 ms poklesová zóna. To znamená, že tento parametr závisí na rychlosti provozu ochrany. V tomto případě se bude hloubka poruchy zmenšovat se vzdáleností od poškozené oblasti, a proto čím blíže je zatížení, tím větší je odchylka. Tato pravidla platí pro sítě nízkého, středního a vysokého napětí.
Zkrat v sítích se středním napětím.
Nejvíce problémů vzniká při zkratu v třífázových sítích třídy vysokého napětí. Navzdory náhodné povaze tohoto jevu je pravděpodobnost výskytu mimořádné události poměrně vysoká, protože nelze vyloučit vliv faktorů třetích stran. Tyto zahrnují:
- Různé typy výkopových prací, které mohou způsobit poškození kabelového vedení.
- Poruchy na spojích.
- Stárnutí izolačního povlaku.
- Vliv přírodních a umělých faktorů.
Když se vytvoří zkratový proud, bude protékat, dokud automatické ochranné vypínací zařízení v rozvodně neizoluje nouzový prostor. Dokud se tak nestane, dojde v síti distribučních rozvoden k výraznému poklesu síťového napětí.
Zkrat ve vedení vysokého napětí.
Ve většině případů dochází ke zkratům ve venkovních vedeních v důsledku působení přírodních faktorů (blesk, hurikán atd.) nebo v důsledku chybného spínání a falešných poplachů automatické ochrany.
Těžká břemena
Při připojení velkého zatížení k elektrické síti může dojít k vytvoření zapínacích proudů několikanásobně vyšších než jmenovitý proud. V případech, kdy je elektrický obvod dimenzován na jmenovitý proud, překročení tohoto parametru způsobí pokles amplitudy napájecího zdroje. Rozsah tohoto projevu přímo závisí na výkonové rezervě elektrické sítě a velikosti impedance.
Selhání sítě
Vzhledem ke složitosti distribučních obvodů je třeba počítat s tím, že pokud dojde k poškození jednoho úseku obvodu, dojde k ovlivnění zbývajících částí. V tomto případě bude hloubka a doba trvání poruch ovlivněna následujícími faktory:
- topologie obvodů;
- hodnota impedance problémové oblasti;
- aktuální výkon zátěže a zdroj elektrické energie (generátor).
Pro podrobnější pohled zvažte příklad uvedený na obrázku níže.
Řekněme, že v bodě P2 dojde k výpadku fáze, to povede k tomu, že spotřebitel 1 nezaznamená žádné odchylky napětí, spotřebitel 2 bude mít hloubku ponoru 63 % a spotřebitel 3 bude mít 97 %.
Pokud dojde k jednofázové poruše v bodě P1, pak bude hloubka poklesu 50 % nominální hodnoty pro všechny spotřebiče, s výjimkou spotřebiče 1. To znamená, jak vidíme, čím vyšší je úroveň topologie, kde došlo k poškození, tím větší počet spotřebitelů spadá do zóny poklesu napětí. V souladu s tím je u spotřebitelů připojených k úrovni 3 riziko selhání výrazně vyšší než u spotřebitelů napájených z první a druhé úrovně.
Přípustné poklesy napětí podle GOST
Podle GOST 32144 2013 by pro určení indikátorů kvality energie měly být poruchy klasifikovány podle dvou kritérií:
- Velikost zbytkového napětí.
- doba trvání.
Vzhledem k tomu, že výskyt poklesů je náhodný, nebyly pro výše uvedená kritéria stanoveny žádné číselné hodnoty. Měření amplitudy a trvání by však mělo být prováděno za účelem vytvoření statistického pole, které vám umožní stanovit pravděpodobnost náhodné události pro konkrétní elektrickou síť za účelem charakterizace PQ.
Pokud jde o „poruchy přípustné podle GOST“, tato fráze nedává smysl, protože selhání znamená odchylku od normy stanovené GOST (0,9Unom). Abychom byli přesní, můžeme normalizaci nazvat povolenou dobou poklesu (30 s), nad kterou je odchylka považována za podpětí.
Vliv poruch na provoz elektrických zařízení
Tento jev je považován za méně nebezpečné odchylky ve frekvenčních a napěťových pulzech, ale přesto mohou poklesy vést k následujícím důsledkům:
- Snížení intenzity světelného toku produkovaného zdroji s vláknem.
- Snížená citlivost rozhlasových a televizních přijímačů.
- Nestabilita rentgenových instalací.
- Falešné poplachy elektronických řídicích systémů.
- Pokles hladiny stejnosměrného proudu v kontaktní síti elektrické dopravy má negativní dopad na provoz kolejových vozidel.
- Změna charakteristik měničů napětí.
- Snížení výkonu elektromotorů, což vede k elektrickým ztrátám a opotřebení.
Hloubka poruchy větší než 10 % povolené odchylky s největší pravděpodobností způsobí vypnutí výbojkových světelných zdrojů. Při nízkém napětí, více než 15% přípustné normy, se spouštěče otevřou, což způsobí vypnutí elektrického zařízení a v důsledku toho povede k narušení technického procesu.
Je charakteristické, že propady nemají vážný vliv na svařování elektrickým obloukem kvůli velké tepelné setrvačnosti procesu, zatímco kvalita bodového svařování je výrazně snížena.
Finanční stránka emise
Když mluvíme o dopadu poruch na elektrická zařízení, ztratili jsme ze zřetele finanční ztráty, které se skládají z následujících komponent:
- Ušlý zisk v důsledku odstávky zařízení a ztráty času na obnovení technologického cyklu.
- Oprava vadného zařízení.
- Ztráta surovin atd.
Jak se vypořádat s poklesy napětí?
Jak jsme zjistili, poruchy jsou náhodným jevem, jehož trvání závisí na činnosti ochranných systémů a hloubka na vzdálenosti od problémové oblasti. Vzhledem k tomu, že nelze měnit pravděpodobnost výskytu, nezbývá než ovlivnit rozsah poruchy a odstranit následky.
Toho lze dosáhnout optimalizací sítě pro kompenzaci poklesů při náhlých změnách zátěže a také instalací speciálních zařízení pro monitorování fázových napětí z hlediska souladu s nominální úrovní a odstraněním asymetrie. Stabilizační zařízení instalované u spotřebitele elektřiny je neméně účinné. Vážnější zařízení mohou fungovat jako regulátor napětí a měnič základní frekvence.
Pokud je problém způsoben zkratem, může instalace automatického systému opětovného uzavření a v případě kritických poruch automatický přepínač přepnutí zkrátit maximální přípustnou dobu trvání odchylky na krátké přerušení. To znamená, že automatický systém se restartuje a pokud to nepřinese výsledek, bude zavedena rezerva.
