Indicateurs de la qualité de l'électricité dans les réseaux électriques
Conformément à GOST 13109-87, les indicateurs de qualité de l'alimentation de base et supplémentaires sont distingués.
Parmi les principaux indicateurs de la qualité de l'électricité, la détermination des propriétés de l'énergie électrique caractérisant sa qualité comprend :
1) écart de tension (δU, %) ;
2) la plage de changement de tension (δUT,%);
3) la dose de fluctuations de tension (ψ, %) ;
4) le coefficient de non-sinusoïdalité de la courbe de tension (kNSU, %) ;
5) coefficient de la nième composante de la tension harmonique d'ordre impair (pair) (kU (n), %) ;
6) le coefficient de la séquence négative des tensions (k2U, %) ;
7) rapport de tension homopolaire (k0U, %) ;
8) la durée de la chute de tension (ΔTpr, s) ;
9) tension d'impulsion (Uimp, V, kV) ;
10) écart de fréquence (Δe, Hz).
Indicateurs supplémentaires de qualité de l'énergie, qui sont des formes d'enregistrement des principaux indicateurs de qualité de l'énergie et sont utilisés dans d'autres documents réglementaires et techniques :
1) le coefficient de modulation d'amplitude des tensions (kMod) ;
2) le coefficient de déséquilibre entre les tensions de phase (kneb.m) ;
3) facteur de déséquilibre des tensions de phase (kneb.f).
Notons les valeurs admissibles des indicateurs spécifiés pour la qualité de l'électricité, les expressions de leur définition et leur portée. Pendant 95 % de l'heure de la journée (22,8 heures), les indicateurs de qualité de l'alimentation ne doivent pas dépasser les valeurs normales autorisées et, à tout moment, y compris les modes d'urgence, ils doivent se situer dans les valeurs maximales autorisées.
Le contrôle de la qualité de l'électricité aux points caractéristiques des réseaux électriques est effectué par le personnel de l'entreprise du réseau électrique. Dans ce cas, la durée de la mesure de l'indicateur de qualité de l'énergie doit être d'au moins un jour.
Écarts de tension
L'écart de tension est l'un des indicateurs les plus importants de la qualité de l'énergie. L'écart de tension est trouvé par la formule
δUt = ((U (t) — Un) / Un) x 100 %
où U (t) - la valeur efficace de la tension de la séquence positive de la fréquence fondamentale ou simplement la valeur efficace de la tension (avec un facteur non sinusoïdal inférieur ou égal à 5%), à l'instant T, kV ; Tension non nominale, kV.
La quantité Ut = 1/3 (UAB (1) + UPBC (1) + UAC (1)), où UAB (1),UPBC (1), valeurs UAC (1)-RMS de la tension entre phases à la fréquence fondamentale.
En raison des variations des charges au fil du temps, des variations du niveau de tension et d'autres facteurs, l'amplitude de la chute de tension dans les éléments du réseau change et, par conséquent, le niveau de tension UT.De ce fait, il s'avère qu'en différents points du réseau au même instant dans le temps et à un instant dans un temps différent, les écarts de tension sont différents.
Le fonctionnement normal des récepteurs électriques avec une tension jusqu'à 1 kV est assuré à condition que les écarts de tension à leur entrée soient égaux à ± 5% (valeur normale) et ± 10% (valeur maximale). Dans les réseaux avec une tension de 6 à 20 kV, un écart de tension maximal de ± 10% est défini.
La puissance consommée par les lampes à incandescence est directement proportionnelle à la tension fournie à la puissance 1,58, la puissance lumineuse des lampes est à la puissance 2,0, le flux lumineux est à la puissance 3,61 et la durée de vie de la lampe est de la puissance de 13,57. Le fonctionnement des lampes fluorescentes dépend moins de la déviation de tension. Ainsi, leur durée de vie change de 4 % avec un écart de tension de 1 %.
La réduction de l'éclairage sur les lieux de travail se produit avec une diminution de la tension, ce qui entraîne une diminution de la productivité des travailleurs et une détérioration de leur vision. Avec de fortes chutes de tension, les lampes fluorescentes ne s'allument pas ou ne clignotent pas, ce qui entraîne une diminution de leur durée de vie. Lorsque la tension augmente, la durée de vie des lampes à incandescence est considérablement réduite.
La vitesse de rotation des moteurs électriques asynchrones et, par conséquent, leur fonctionnement, ainsi que la puissance réactive consommée, dépendent du niveau de tension. Ce dernier se reflète dans la quantité de pertes de tension et de puissance dans les sections de réseau.
La diminution de la tension entraîne une augmentation de la durée du processus technologique dans les installations électrothermiques et d'électrolyse, ainsi que l'impossibilité d'une réception stable des émissions de télévision dans les réseaux publics. Dans le second cas, on utilise des stabilisateurs dits de tension, qui consomment eux-mêmes une puissance réactive importante et qui présentent des pertes de puissance dans l'acier. De l'acier de transformateur rare est utilisé pour leur production.
Afin d'assurer la tension nécessaire des bus basse tension de tous les TP, la régulation dite à contre-courant dans le centre alimentaire. Ici, dans le mode de charge maximale, la tension maximale admissible des bus de processeur est maintenue, et dans le mode de charge minimale, la tension minimale est maintenue.
Dans ce cas, la régulation dite locale de la tension de chaque poste de transformation en plaçant l'interrupteur des transformateurs de distribution dans la position appropriée. En combinaison avec une régulation de tension locale centralisée (dans le processeur) et définie, des batteries de condensateurs régulées et non régulées, également appelées régulateurs de tension locaux, sont utilisées.
Réduire les tensions
L'oscillation de tension est la différence entre les valeurs de tension de crête ou efficace avant et après un changement de tension et est déterminée par la formule
δUt = ((Ui — Уi + 1) / √2Un) x 100 %
où Ui et Ui + 1- les valeurs des extrêmes ou extrema suivants et la partie horizontale de l'enveloppe des valeurs de tension d'amplitude.
Les plages d'oscillations de tension comprennent des changements de tension uniques de toute forme avec un taux de répétition de deux fois par minute (1/30 Hz) à une fois par heure, avec un taux moyen de changement de tension de plus de 0,1 % par seconde (pour les lampes à incandescence) et 0,2 % par seconde pour les autres récepteurs.
Les changements rapides de tension sont provoqués par le mode de fonctionnement par choc des moteurs des laminoirs métallurgiques des installations de traction des chemins de fer, des fours de prairie pour la production d'acier, des équipements de soudage, ainsi que des démarrages fréquents de puissants moteurs électriques asynchrones à écureuils, lorsque ils démarrent la puissance réactive est de quelques pour cent de la puissance de court-circuit.
Le nombre de changements de tension par unité de temps, c'est-à-dire la fréquence des changements de tension est trouvée par la formule F = m / T, où m est le nombre de changements de tension pendant le temps T, T est le temps total d'observation de l'oscillation de tension.
Les principales exigences en matière de fluctuations de tension sont dues à des considérations de protection de l'œil humain. Il a été constaté que la sensibilité la plus élevée de l'œil au scintillement lumineux se situe dans la gamme de fréquences égale à 8,7 Hz. Par conséquent, pour les lampes à incandescence qui fournissent un éclairage de travail avec des tensions visuelles importantes, le changement de tension n'est pas autorisé à plus de 0,3%, pour les lampes de pompage dans la vie quotidienne - 0,4%, pour les lampes fluorescentes et autres récepteurs électriques - 0,6.
Les plages d'oscillation autorisées sont indiquées à la fig. 1.
Riz. 1. Plages admissibles de fluctuations de tension : 1 — éclairage de travail avec lampes à incandescence à haute tension visuelle, 2 — lampes à incandescence domestiques, 3 — lampes fluorescentes
La région I correspond au fonctionnement des pompes et des appareils électroménagers, II — grues, palans, III — fours à arc, soudage manuel par résistance, IV — fonctionnement des compresseurs alternatifs et soudage automatique par résistance.
Pour réduire la plage de variations de tension dans le réseau d'éclairage, alimentation séparée des récepteurs du réseau d'éclairage et de la charge de puissance de différents transformateurs de puissance, compensation capacitive longitudinale du réseau électrique, ainsi que des moteurs électriques synchrones et des sources artificielles de réactif puissance (réacteurs ou batteries de condensateurs dont le courant est généré à l'aide de vannes commandées pour obtenir la puissance réactive requise).
Dose de fluctuations de tension
La dose de fluctuations de tension est identique à la plage de variations de tension et s'introduit dans les réseaux électriques existants dès qu'ils sont équipés d'appareils adaptés. Lors de l'utilisation de l'indicateur "dose de fluctuations de tension", une évaluation de l'admissibilité de la plage de variations de tension peut ne pas être effectuée, car les indicateurs considérés sont interchangeables.
La dose de fluctuations de tension est également une caractéristique intégrale des fluctuations de tension qui causent une irritation à une personne accumulée sur une certaine période de temps en raison de la lumière clignotante dans la gamme de fréquences de 0,5 à 0,25 Hz.
La valeur maximale admissible de la dose due aux fluctuations de tension (ψ, (%)2) dans le réseau électrique auquel les installations d'éclairage sont connectées ne doit pas dépasser: 0,018 - avec des lampes à incandescence dans les pièces où une tension visuelle importante est requise; 0,034 — avec des lampes à incandescence dans toutes les autres pièces ; 0,079 — avec des lampes fluorescentes.
Facteur non sinusoïdal de la courbe de tension
Lorsque vous travaillez dans un réseau d'installations puissantes de redresseur et de convertisseur, ainsi que des fours à arc et des installations de soudage, c'est-à-dire des éléments non linéaires, les courbes de courant et de tension sont déformées. Les courbes de courant et de tension non sinusoïdales sont des oscillations harmoniques de différentes fréquences (la fréquence industrielle est l'harmonique la plus basse, toutes les autres par rapport à elle sont des harmoniques plus élevées).
Des harmoniques plus élevées dans le système d'alimentation électrique entraînent des pertes d'énergie supplémentaires, réduisent la durée de vie des batteries de condensateurs cosinus, des moteurs électriques et des transformateurs, entraînent des difficultés dans la configuration de la protection et de la signalisation des relais, ainsi que le fonctionnement des entraînements électriques contrôlés par des thyristors, etc. . .
Le contenu des harmoniques supérieurs dans le réseau électrique est caractérisé par le coefficient non sinusoïdal de la courbe de tension kNSU qui est déterminé par l'expression
où N est l'ordre de la dernière des composantes harmoniques considérées, Uн - valeur efficace de la nième (н = 2, ... Н) composante de la tension harmonique, kV.
Les valeurs normales et maximales admissibles kNSU ne doivent pas dépasser, respectivement: dans un réseau électrique avec une tension jusqu'à 1 kV - 5 et 10%, dans un réseau électrique 6 - 20 kV - 4 et 8%, dans un réseau électrique 35 kV — 3 et 6 %, dans le réseau électrique 110 kV et supérieur 2 et 4 %.
Pour réduire les harmoniques plus élevées, des filtres de puissance sont utilisés, qui sont une connexion en série de résistances inductives et capacitives accordées à la résonance à une certaine harmonique. Pour éliminer les harmoniques aux basses fréquences, des installations de convertisseurs avec un grand nombre de phases sont utilisées.
Coefficient nième composante de la tension harmonique d'ordre impair (pair)
Coefficient nCette composante harmonique de la tension d'ordre impair (pair) est le rapport de la valeur efficace de la nième composante harmonique de la tension à la valeur efficace de la tension de la fréquence fondamentale, c'est-à-dire kU (n) = (Un/Un) x 100 %
Par la valeur du coefficient kU (n), le spectre est déterminé par n-x composantes harmoniques, pour la suppression desquelles les filtres de puissance correspondants doivent être conçus.
Les valeurs normales et maximales admissibles ne doivent pas dépasser, respectivement: dans un réseau électrique avec une tension jusqu'à 1 kV - 3 et 6%, dans un réseau électrique 6 - 20 kV 2,5 et 5%, dans un réseau électrique 35 kV - 2 et 4 %, dans un réseau électrique 110 kV et supérieur à 1 et 2 %.
Déséquilibre de tension
Le déséquilibre de tension se produit en raison de la charge des récepteurs électriques monophasés. Les réseaux de distribution avec des tensions supérieures à 1 kV fonctionnant avec un neutre isolé ou compensé, alors asymétrie de tension en raison de l'apparition d'une tension inverse. L'asymétrie se manifeste sous la forme d'inégalité tension de ligne et de phase et un facteur consécutif négatif est caractérisé :
k2U = (U2(1)/ Un) x 100 %,
où U2(1) est la valeur efficace de la tension inverse à la fréquence fondamentale du système de tension triphasée, kV. La valeur U2(1) peut être obtenue en mesurant trois tensions à la fréquence fondamentale, c'est-à-dire UA(1), UB(1), UB(1)... Alors
où yA, yB et y° C — phase conductivité A, B et ° C récepteur.
Dans les réseaux dont les tensions sont supérieures à 1 kV, l'asymétrie de tension se produit principalement du fait des installations électrothermiques monophasées (fours à arc indirect, fours à résistance, fours à canaux à induction, installations de fusion sous laitier électrique, etc.).
La présence d'une tension inverse entraîne-t-elle un échauffement supplémentaire des enroulements d'excitation des générateurs synchrones et une augmentation de leurs vibrations, un échauffement supplémentaire des moteurs électriques et une forte diminution de la durée de vie de leur isolation, une diminution de la puissance réactive générée par des condensateurs de puissance, un échauffement supplémentaire des lignes et des transformateurs ? augmenter le nombre de fausses alarmes de la protection du relais, etc.
Aux bornes d'un récepteur électrique symétrique, le taux de balourd normalement admissible est de 2 %, et le maximum admissible est de 4 %.
L'influence du déséquilibre est considérablement réduite lorsque les consommateurs d'énergie monophasés sont alimentés par des transformateurs séparés, ainsi que lorsque des dispositifs d'équilibrage contrôlés et non contrôlés sont utilisés, qui compensent le courant équivalent inverse consommé par les charges monophasées.
Dans les réseaux à quatre fils avec une tension allant jusqu'à 1 kV, un déséquilibre provoqué par des récepteurs monophasés associés aux tensions de phase s'accompagne du passage de courant dans le fil neutre et, par conséquent, de l'apparition d'une tension homopolaire .
Facteur de tension homopolaire k0U = (U0(1)/ Un.f.) x 100 %,
où U0 (1) — valeur de tension homopolaire effective de la fréquence fondamentale, kV ; Un.f. — valeur nominale de la tension de phase, kV.
La quantité U0(1) est déterminée en mesurant les trois tensions de phase à la fréquence fondamentale, c'est-à-dire
où tiA, vB, c° C, yO — conductivité des phases A, B, C du récepteur et conductivité du fil neutre ; UA(1), UB (1), UVB (1) - Valeurs efficaces des tensions de phase.
Valeur admissible U0(1) limitée par les exigences de tolérance de tension qui sont satisfaites par un facteur homopolaire de 2 % comme niveau normal et 4 % du niveau maximum.
La réduction de la valeur peut être obtenue en répartissant rationnellement une charge monophasée entre les phases, ainsi qu'en augmentant la section du fil neutre à la section des fils de phase et en utilisant des transformateurs dans un réseau de distribution avec un groupe de connexion étoile-zigzag.
Creux de tension et intensité des creux de tension
Creux de tension — il s'agit d'une diminution brutale et importante de la tension en un point du réseau électrique, suivie d'un rétablissement de la tension au niveau initial ou proche de celui-ci après un intervalle de temps allant de plusieurs périodes à plusieurs dizaines de secondes.
La durée de chute de tension ΔTpr est l'intervalle de temps entre le moment initial de chute de tension et le moment de rétablissement de la tension au niveau initial ou proche de celui-ci (Fig. 2), c'est-à-dire ΔTpr = Tvos — Trano
Riz. 2. Durée et profondeur de la chute de tension
Signification ΔTpr varie de quelques périodes à plusieurs dizaines de secondes. La chute de tension est caractérisée par l'intensité et la profondeur du creux δUpr, qui est la différence entre la valeur nominale de la tension et la valeur efficace minimale de la tension Umin pendant la chute de tension et s'exprime en pourcentage de la valeur nominale de la tension ou en unités absolues.
La quantité δUpr est déterminée comme suit :
δUpr = ((Un — Umin)/ Un) x 100 % ou δUpr = Un — Umin
L'intensité de creux de tension m* représente la fréquence d'apparition dans le réseau de creux de tension d'une certaine profondeur et durée, c'est-à-dire m* = (m (δUpr, ΔTNC)/М) NS 100 %, où m (δUpr, ΔTNS) — nombre de chutes de tension profondeur δUpr et durée ΔTNS pendant T ; M — le nombre total de chutes de tension pendant T.
Certains types d'appareils électriques (ordinateurs, électronique de puissance), par conséquent, les projets d'alimentation électrique de tels récepteurs doivent prévoir des mesures visant à réduire la durée, l'intensité et la profondeur des creux de tension. GOST n'indique pas les valeurs admissibles pour la durée des chutes de tension.
Tension d'impulsion
Une surtension est un changement soudain de tension suivi d'un rétablissement de la tension à son niveau normal sur une période de temps de quelques microsecondes à 10 millisecondes. Elle représente la valeur instantanée maximale de la tension de choc Uimp (Fig. 3).
Riz. 3. Tension d'impulsion
La tension d'impulsion est caractérisée par l'amplitude d'impulsion U'imp, qui est la différence entre l'impulsion de tension et la valeur instantanée de la tension de la fréquence fondamentale correspondant à l'instant du début de l'impulsion. Durée d'impulsion Timp — l'intervalle de temps entre le moment initial de l'impulsion de tension et le moment de la récupération de la valeur instantanée de la tension au niveau normal. La largeur de l'impulsion peut être calculée Timp0,5 au niveau de 0,5 de son amplitude (voir Fig. 3).
La tension de choc est déterminée en unités relatives par la formule ΔUimp = Uimp / (√2Un)
Les récepteurs électriques tels que les ordinateurs, l'électronique de puissance, etc. sont également sensibles aux impulsions de tension. Des tensions impulsionnelles apparaissent à la suite d'une commutation dans le réseau électrique. Des mesures de réduction de la tension d'impulsion doivent être prises en compte lors de la conception de conceptions d'alimentation spécifiques. GOST ne spécifie pas les valeurs admissibles de la tension d'impulsion.
Déviation de fréquence
Les changements de fréquence sont dus à des changements dans la charge globale et les caractéristiques des régulateurs de vitesse de la turbine. Les écarts de fréquence importants résultent de changements de charge lents et réguliers avec une réserve de puissance active insuffisante.
La fréquence de tension, contrairement à d'autres phénomènes qui dégradent la qualité de l'électricité, est un paramètre à l'échelle du système : tous les générateurs connectés à un système génèrent de l'électricité à une tension de même fréquence - 50 Hz.
Selon la première loi de Kirchhoff, il existe toujours un strict équilibre entre la production d'électricité et la production d'électricité. Par conséquent, toute variation de la puissance de la charge entraîne une variation de la fréquence, ce qui entraîne une modification de la génération de puissance active des générateurs, pour lesquels les blocs «turbine-alternateur» sont équipés de dispositifs permettant de régler le débit de vecteur d'énergie dans la turbine en fonction des changements de fréquence dans le système électrique.
Avec une certaine augmentation de la charge, il s'avère que la puissance des blocs "turbine-générateur" est épuisée. Si la charge continue d'augmenter, l'équilibre se stabilise à une fréquence plus basse — une dérive de fréquence se produit. Dans ce cas, on parle d'un déficit de puissance active pour maintenir la fréquence nominale.
L'écart de fréquence Δf par rapport à la valeur nominale en est déterminé par la formule Δf = f — fn, où est — la valeur actuelle de la fréquence dans le système.
Les changements de fréquence supérieurs à 0,2 Hz ont un impact significatif sur les caractéristiques techniques et économiques des récepteurs électriques, par conséquent, la valeur normale admissible de l'écart de fréquence est de ± 0,2 Hz et la valeur maximale admissible de l'écart de fréquence est de ± 0,4 Hz . En mode d'urgence, un écart de fréquence de +0,5 Hz à — 1 Hz est autorisé pendant 90 heures maximum par an.
Une déviation de la fréquence par rapport à la valeur nominale entraîne une augmentation des pertes d'énergie dans le réseau, ainsi qu'une diminution de la productivité des équipements technologiques.
Facteur de modulation d'amplitude de tension et facteur de déséquilibre entre les tensions de phase et de phase
La tension de modulation d'amplitude caractérise les fluctuations de tension et est égale au rapport de la demi-différence de la plus grande et de la plus petite amplitude de la tension modulée, prise pendant un certain intervalle de temps, à la valeur nominale ou de base de la tension, c'est-à-dire
kmod = (Unb — Unm) / (2√2Un),
où Unb et Unm — la plus grande et la plus petite amplitude de la tension modulée, respectivement.
Le facteur de déséquilibre entre les tensions de phasene.mf caractérise le déséquilibre de tension phase-phase et est égal au rapport de l'oscillation du déséquilibre de tension phase-phase sur la valeur nominale de la tension :
kne.mf = ((Unb — Unm) /Un) x 100%
où Unb et Unm-la valeur efficace la plus élevée et la plus basse des tensions triphasées.
Le facteur de déséquilibre de tension de phase kneb.f caractérise le déséquilibre de tension de phase et est égal au rapport de l'oscillation du déséquilibre de tension de phase à la valeur nominale de la tension de phase :
kneb.ph = ((Unb.f — Unm.f) /Un.f) x 100 %,
où Unb et Unm — la valeur efficace la plus élevée et la plus faible des trois tensions de phase, Un.f — la valeur nominale de la tension de phase.
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