Исследование процессов коммутации вакуумными выключателями индуктивной нагрузки и разработка технических требований к синхронным вакуумным выключателям тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.12, кандидат технических наук Лебедев, Иван Александрович

• Лебедев, Иван Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лебедев, Иван Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ НА ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

1.1. Общая характеристика исследуемых электрических сетей 1В

1.2. Расчетные схемы и математические модели элементов исследуемых сетей

1.3. Выводы по первому разделу

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

2.1. Постановка задачи

2.2. Схема установки и описание её действия

2.3. Анализ результатов испытаний

2.4. Особенности моделирования отключения ненагруженных трансформаторов вакуумными выключателями

2.5. Оценка возможности создания произвольных законов восстановления электрической прочности межконтактного промежутка в ВДК

2.6. Выводы по второму разделу

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ОТКЛЮЧЕНИЕ НЕНАГРУЖЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

3.1. Постановка задачи

3.2. Исследование эффективности установки ЯС-цепей

3.3. Исследование переходных процессов при неуправляемом

отключении и разработка алгоритмов синхронного отключения 3.4. Влияние параметров системы и характеристик выключателя на

переходные процессы

3.5. Проведение натурных экспериментов по управляемой

коммутации

3.6. Выводы по первому разделу 113 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

4.1. Постановка задачи

4.2. Исследование переходных процессов при неуправляемом включении

4.3. Разработка алгоритмов включения трансформаторов

4.4. Выводы по четвертому разделу 129 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 133 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 140 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АКТЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов коммутации вакуумными выключателями индуктивной нагрузки и разработка технических требований к синхронным вакуумным выключателям»

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы при производстве электроэнергетического оборудования появилась возможность использования новейших высокотехнологичных видов электроизоляционных материалов, применение которых ранее было ограничено или недоступно. Предпочтение отдается твердым видам изоляции и монолитным конструкциям вследствие технологичности изготовления изделий, компактных размеров и удобства эксплуатации устройств и аппаратов, отсутствия необходимости в периодическом ремонте. Примерами электрооборудования, выполненного по таким технологиям, могут служить литые силовые и измерительные трансформаторы, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), кабельные муфты. Необходимость в использовании энергетического оборудования монолитных конструкций имеется в отраслях с высокими требованиями к габаритам используемых устройств, надежности и к практически безремонтному сроку службы устройств, например, в горно-шахтной отрасли.

Монолитным устройствам с твердой изоляцией присущ недостаток: при воздействии перенапряжений с крутым фронтом в толще изоляции из-за наличия инородных включений или дефектов, возникших в процессе изготовления, транспортировки или монтажа, возникают частичные пробои, которые приводят к преждевременному старению изоляции и могут вызвать её полное разрушение.

Существует ряд электроэнергетических устройств, которые из-за особенностей конструктивного исполнения имеют облегченную изоляцию, поэтому такие устройства в большей степени подвержены воздействиям перенапряжений, чем аппараты с обычным уровнем изоляции. К таким устройствам, в том числе, относятся трансформаторы с воздушной изоляцией, вращающиеся электрические машины - генераторы и электродвигатели.

Необходимость в частых коммутациях и надежной работе схем управления трансформаторами и электродвигателями предопределяет использование в качестве коммутационных аппаратов в сетях 6-35 кВ вакуумных выключателей. Вакуумные выключатели имеют существенные преимущества перед выключателями традиционного исполнения - большой коммутационный ресурс, пожаро- и взрывобезопасность, компактные размеры и малую массу, высокую надежность, отсутствие необходимости проведения плановых ремонтов.

Особенностью коммутаций вакуумными выключателями (ВВ) индуктивной нагрузки в большинстве сетей является возможность возникновения множественных повторных зажиганий и крутых волн напряжения, их сопровождающих [1-12]. Высокочастотные перенапряжения могут приводить к деградации межвиткой изоляции и полному разрушению аппаратов и устройств с твердой или облегченной изоляцией. Возможность инициирования высокочастотных перенапряжений является основным недостатком вакуумных выключателей, ограничивающим применение этого типа выключателей (например, для коммутации генераторной нагрузки) и вынуждающим к использованию специальных защитных устройств.

Существует несколько механизмов возникновения перенапряжений при коммутациях трансформаторов и электрических двигателей (ЭД):

- множественные повторные зажигания при схождении и дребезге контактов в ВВ при включении трансформаторов и ЭД [1-3];

- срез тока при отключении трансформаторов и электродвигателей, в том числе одновременный срез тока в двух и более фазах при отключениях установившихся токов ненагруженных трансформаторов[1,4,6,8,10-12];

- разновременность замыкания контактов при включениях ЭД[3];

- многочисленные повторные зажигания и эскалация перенапряжений, сопровождающие отключение трансформаторов и ЭД [1-12];

- «виртуальные» срезы токов при отключении номинальных токов и бросков токов намагничивания трансформаторов при отключении пусковых токов неразвернувшихся ЭД и их номинальных токов [5,10,11].

Наиболее опасными коммутациями с точки зрения возникающих перенапряжений и вероятности их возникновения являются следующие:

- отключение ЭД с неразвернувшимся ротором [1-3,6,9];

- отключение установившихся токов ненагруженного трансформатора [5,6,12];

- отключение броска тока намагничивания трансформаторов [8].

При включениях трансформаторов любыми типами выключателей могут возникать броски токов намагничивания, которые вынуждают осуществлять отстройку и загрубление уставок релейной защиты, а также приводят к повышенным электродинамическим воздействиям на обмотки трансформаторов. Броски токов намагничивания объясняются насыщением стали сердечника трансформатора из-за различия свободной и вынужденной составляющих магнитного потока в момент коммутации. Наиболее рациональным решением избавления от них является использование управляемой коммутации.

Большое влияние на современное понимание механизмов протекания процессов при коммутациях индуктивной нагрузки вакуумными выключателями оказали работы Г.А.Евдокунина, Ф.Х.Халилова, В.В. Базуткина, В.Е.Качесова, М.Попова (M.Popov), К.П.Кадомской и др. Существенный вклад в разработку идей синхронной коммутации выключателей других типов оказали идеи Л.Г.Клепарской, Г.В.Буткевича, рабочей группы WG 13.07 (Л3.07) CIGRE, К.П.Кадомской и др. Большие усилия в разные годы приложили к созданию управляемых вакуумных выключателей различные люди и рабочие группы: М.В.Чалый, О.И.Червинский, В.И.Раховский, Д.Ф.Алферов, Г.С.Белкин, компания Joslin Hi-Voltage и др.

При исследовании процессов коммутаций вакуумными выключателями используются два подхода. Первый подход ориентирован на аналитическое решение систем уравнений и позволяет качественно оценить характер возникающих процессов. Этот метод имеет ряд преимуществ, к которым относятся небольшие затраты времени и возможность понимания физической сущности протекающих процессов. К недостаткам метода можно отнести практическую невозможность учета всех особенностей протекающих процессов в вакуумной дугогасящей камере ВДК, а также учета большого объема параметров сети электропитания и нагрузки.

Другим подходом является численный расчет, который позволяет более полно по сравнению с аналитическим методом учесть характеристики вакуумных выключателей и элементов электрической сети. Численные методы расчета позволяют получить результаты с высокой точностью при корректном учете характеристик моделируемого вакуумного выключателя и элементов сети электропитания и количественно оценить параметры возникающих перенапряжений. Для получения полной картины влияния различных параметров ВВ и коммутируемой нагрузки на характер протекающих процессов необходимо, как правило, осуществить многочисленные расчеты, на выполнение которых нужно затратить значительное количество времени даже с учетом высокой производительности современных персональных компьютеров.

Затруднения при численных расчетах, связанные со сходимостью решения, возникают при моделировании элементов сети, имеющих нелинейные характеристики - это ненагруженные трансформаторы и вакуумные выключатели. Ненагруженные трансформаторы, как правило, моделируются с учетом намагничивания их магнитопроводов, присущих рассматриваемым типам трансформаторов. Определение основной кривой намагничивания трансформаторов при наличии информации об его габаритных размерах и характеристиках стали магнитопроводов не представляет сложностей. Иная ситуация наблюдается при моделировании вакуумных выключателей.

Моделирование выключателей осуществляется с учетом таких характеристик как скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка и ток среза промышленной частоты. Из-за отсутствия полной информации об этих характеристиках часто приходится опираться на ограниченную и в ряде случаев устаревшую информацию о характеристиках аналогичных выключателей из открытых источников информации, что приводит к снижению достоверности полученных результатов. В этой связи следует отметить насущную необходимость при анализе коммутаций конкретных ВВ обладать полной информацией об их испытаниях, включая испытания на коммутационную способность и информацию о величине тока среза и скорости восстановления начальной электрической прочности, а также информацию о максимальной скорости обрываемого тока сИ/Штах, определение которых не входит в объем испытаний, необходимый для прохождения сертификации ВВ.

Мерами по предотвращению опасных коммутационных перенапряжений в настоящее время являются следующие:

- подключение нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) между вакуумным выключателем и коммутируемой нагрузкой или между контактами вакуумных дугогасящих камер;

подключение демпфирующей ЯС-цепи между нагрузкой и выключателем.

Применяемые защитные устройства - ОПН и демпфирующие ЯС-цепи не могут повсеместно использоваться в силу своих особенностей. Применение ОПН ограничено их недостаточной эффективностью при высокочастотных коммутационных перенапряжениях, заключающейся в отсутствии их влияния на крутизну воздействующих импульсов и ограничении только их амплитуды [3-5,7,9,11], Использование демпфирующих 7?С-цепей ограничено допустимыми величинами токов однофазного замыкания на землю (033), к

увеличению которого приводит установка ЯС-цепей по стандартной схеме «фаза-земля», а также высокой стоимостью по сравнению со стоимостью ОПН.

В настоящее время ряд исследований, посвященных управляемой коммутации, выполнен для высоковольтных выключателей [13-17] и неприменим для сетей с изолированной нейтралью и коммутаций вакуумными выключателями. Некоторые наработки по управляемому включению могут использоваться для сетей 6 кВ и включению без бросков тока намагничивания, но не учитывают возможность возникновения предпробоев при включении вакуумными выключателями и поэтому являются неоптимальными [18,19]. Некоторые предложенные устройства обладают достаточно высокой точностью работы, но имеют значительные габаритные размеры и массу, а алгоритмы их работы для коммутации индуктивной нагрузки до конца не проработаны [20].

В последние годы в распоряжении производителей вакуумных выключателей появились новые инструменты в виде современной элементной базы, включая промышленные микроконтроллеры, позволяющие осуществить реализацию управляемой коммутации трансформаторов [21 ] с целью снижения возникающих перенапряжений, числа повторных зажиганий, предпробоев и уменьшения броска тока намагничивания. Исследования, направленные на исследование упомянутых переходных процессов, разработку алгоритмов коммутации и требований к ВВ, определяют актуальность темы диссертационной работы.

Целью работы является повышение надежности эксплуатации трансформаторных подстанций с литой и воздушной видами изоляции за счет снижения градиентных перенапряжений и электродинамических усилий на обмотки трансформаторов при коммутациях вакуумными выключателями.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи:

- разработать экспериментальную установку, позволяющую определять закон и скорости восстановления и снижения электрической прочности межконтактного промежутка в вакуумных выключателях, величину тока среза в используемых вакуумных дугогасящих камерах, а также максимальную скорость отключаемого высокочастотного тока в разрабатываемых вакуумных выключателях и существующих моделях;

- разработать математические модели для исследования коммутационных перенапряжений, возникающих в шахтных сетях 6 кВ, оснащенных вакуумными выключателями; провести натурные эксперименты с целью внесения необходимых дополнений в разработанные математические модели и проверки их адекватности;

- исследовать влияние параметров сети на характер переходных процессов, сопровождающих коммутацию ненагруженные трансформаторных подстанций; разработать альтернативные способы защиты трансформаторных подстанций, не связанные с управляемой коммутацией ВВ;

разработать алгоритмы коммутации синхронных вакуумных выключателей (СВВ) и выдвинуть требования к их работе при включениях и отключениях ненагруженных трансформаторных подстанций.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы следующие методы: математическое (компьютерное) моделирование исследуемых процессов с использованием теории электрических цепей, методы активного, целенаправленного эксперимента, поставленного как в производственных условиях, так и на специально разработанной испытательной установке. При обработке результатов экспериментов использованы методы математической статистики.

Научная иовизна основных положений и результатов работы:

- показано, что количество повторных зажиганий и сопровождающие их перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов существенно зависят от скорости восстановления электрической прочности (к) межконтактных промежутков выключателя и мгновенного значения протекающих токов в момент размыкания контактов. Выяснено, что при управляемом включении ВВ происходит несовпадение максимумов количества предпробоев и величины броска тока намагничивания при варьировании момента коммутации;

- показано, что оптимальным алгоритмом отключения ненагруженного трансформатора является алгоритм при этом отключение фаз А и В осуществляется при переходе токов в соответствующих фазах через ноль

= 3,7 мс), а отключение фазы С должно происходить после окончания переходных процессов, сопровождающих отключение фазы В (732=1.. .2 мс);

- выдвинуты технические требования к работе СВВ при отключении ненагруженных трансформаторов рассматриваемых мощностей: временной разброс отключения тока вблизи нуля при отключении фаз А и В не должен превышать 0,2 мс при А=20 кВ/мс;

- показано, что оптимальным алгоритмом включения ненагруженных трансформаторов является алгоритм включения трансформатора в три этапа: включение первой фазы должно осуществляться при переходе фазного напряжения через ноль, второй фазы - при максимальном значении линейного напряжения первых двух включаемых фаз, включение третьей фазы - при максимальном фазном напряжении последней включаемой фазы. Обязательным условием для включения трансформаторов рассматриваемых мощностей без предпробоев при скоростях снижения электрической прочности (ксн), не превышающих 100 кВ/мс, является использование дополнительных конденсаторов относительно небольшой емкости;

- разработанная синтетическая схема для определения требуемых характеристик вакуумных выключателей является двухчастотной и позволяет при высокой вероятности возникновения повторных зажиганий определять скорость восстановления и снижения электрической прочности межконтактного промежутка, значение тока среза и максимальную скорость изменения тока при его гашении.

Личный вклад соискателя состоит в:

• участии при постановке целей и задач в диссертации;

• разработке математических моделей переходных процессов коммутации ненагруженных трансформаторов;

• постановке и проведении экспериментальных исследований вакуумных выключателей в лаборатории каф.ТиЭВН НГТУ;

• обработке результатов экспериментов и проведении всех компьютерных расчётов и выдвижении требований к вакуумным выключателям;

• участии в разработке конструкции демпфирующих 7?С-цепей;

• участии в разработке концепции синхронного вакуумного выключателя, разработке датчиков напряжения и тока, внесении корректировок в конструкцию СВВ.

Практическая значимость результатов работы:

- разработаны математические модели, описывающие переходные процессы при отключении и при включении ненагруженных трансформаторов вакуумными выключателями с учетом возникающих повторных зажиганий и предпробоев;

- получены зависимости между допустимым временным разбросом размыкания контактов вблизи перехода тока через ноль при управляемых отключении и включении ненагруженного трансформатора и скоростями

восстановления и снижения электрической прочности межконтактного промежутка при коммутациях СВВ;

- экспериментально определены характеристики некоторых типов вакуумных выключателей, которые могут быть использованы при моделировании процессов, связанных с их коммутациями;

- рассчитаны значения емкостей /¿С-цепей, необходимых для защиты трансформаторов от повторных зажиганий, разработана оригинальная конструкция малоиндуктивных демпфирующих 7?С-цепей и сформулированы рекомендации по их применению, направленные на повышение надежности эксплуатации комплектных трансформаторных силовых взрывозащищенных подстанций (КТСВП).

Достоверность основывается на использовании результатов проведенных натурных экспериментов и хорошем согласии результатов компьютерного моделирования с экспериментальными данными.

Апробация работы и публикации. Результаты работы обсуждались на семинарах кафедры ТЭВН и Факультета энергетики НГТУ (2007-2011 гг.), на Всероссийских и Международных конференциях в Новосибирске и Томске (2007-2010 гг.), на Международных научно-практических конференциях: «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках международных выставок-ярмарок «Уголь России и Майнинг» (г.Новокузнецк, 2007, 2009 гг.,), на III Конференции «Консолидация усилий электроэнергетики и электротехники в условиях роста инвестиций. Перспективные технологии и электрооборудование» (санаторий РОП РФ «Истра», Моск. обл., 2008г.), на V Международной научно-технической конференции «Высоковольтное коммутационное оборудование» (г.Москва, 2010г.).

Результаты работы использованы при выполнении НИР каф. ТЭВН НГТУ по договору с ООО «АРЕВА ТиД - РУСАЛ Электроинжиниринг», «Анализ коммутационной способности выключателя АЯБУА УАН12/-63-80-27, установленного на кремниевом выпрямительном агрегате КВА238, и выключателей на вводе сети 10 кВ Красноярского алюминиевого завода и разработка мероприятий по обеспечению безаварийной работы выключателей и электрооборудования», при выполнении НИР ОАО «Энергия Холдинг» по договору с АК «АЛРОСА» «Инженерно-технические услуги по разработке рекомендаций по защите от грозовых, коммутационных перенапряжений и по защите от импульсных помех в сетях электроснабжения: шахтных подъемных машин БККС; вентилятора главного проветривания (ВОД 50) п.р. «Интернациональный» Мирнинского ГОКа». Разработанные устройства защиты (демпфирующие 7?С-цепи) устанавливаются серийно ООО «ЕХС» на взрывозащищенных трансформаторных подстанциях. Акты внедрения результатов диссертационной работы включены в её текст в виде соответствующих приложений.

По теме диссертации в научно-технической литературе опубликованы 11 работ, из них: 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, из которых 2 -патенты на изобретения РФ. Подана одна заявка на патент на изобретение РФ.

Положения, выносимые на защиту:

- наиболее опасные для продольной изоляции трансформаторов перенапряжения возникают при отключении их тока холостого хода, поскольку практически каждая такая коммутация сопровождается повторными зажиганиями дуги в ВДК с опасными перепадами напряжения на обмотке трансформатора;

- надежную эксплуатацию как главной, так и витковой изоляции трансформатора может обеспечить применение демпфирующих У?С-цепей. Значение емкости демпфирующей ЯС-цепи для эксплуатации в КТСВП,

рекомендуемое циркуляром Департамента стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» Ц-5-98(э), недостаточно для надежной защиты при низких скоростях восстановления электрической прочности межконтактного промежутка в ВДК;

- применение синхронного включения ненагруженных КТСВП позволяет существенно уменьшить электродинамические нагрузки на обмотки трансформаторов и токопроводы за счет уменьшения броска тока намагничивания, а также уменьшить перенапряжения, возникающие из-за предпробоев. Для исключения предпробоев. при управляемом включении ненагруженных трансформаторов необходимо использование дополнительных емкостей относительно небольшой величины;

- синхронное отключение ненагруженного трансформатора позволяет существенно снизить уровень перенапряжений и число повторных зажиганий, инициируемых вакуумными выключателями.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов, заключения, приложений и списка использованных источников, содержащего 63 наименования. Объем работы составляет 142 страницы, включая 52 рисунка и 13 таблиц.

Первый раздел посвящен описанию характеристик сети и коммутируемого оборудовании, а также разработке математических моделей исследуемых процессов на основе результатов экспериментальных данных по коммутации ненагруженных трансформаторов. Проанализированы механизмы развития переходных процессов при коммутациях ненагруженных трансформаторов вакуумными выключателями.

Второй раздел посвящен экспериментальному исследованию характеристик вакуумных выключателей на разработанной в процессе

выполнения диссертации синтетической схеме. Выполнен анализ характеристик выключателей ВВТ-Э и ЗАН5. Анализ результатов испытаний на синтетической схеме полюса вакуумного выключателя с установленным датчиком перемещения позволил подтвердить линейную связь между скоростью перемещения подвижного контакта ВДК и скоростью восстановления электрической прочности межконтактного промежутка, а также позволил сделать заключение о возможности реализации произвольных законов восстановления электрической прочности в ВДК.

Третий раздел посвящен анализу переходных процессов при отключении ненагруженных трансформаторов. Получены сведения о влиянии ряда параметров системы (длины кабеля, тока однофазного замыкания), характеристик ВДК и мощности коммутируемого трансформатора на уровни возникающих перенапряжений. Проведен расчет необходимой емкости ЯС-цепи для отсутствия повторных зажиганий при коммутации трансформаторов в рассматриваемой схеме. Разработан оптимальный алгоритм коммутации ненагруженного трансформатора и выдвинуты технические требования к характеристикам синхронного вакуумного выключателя для его эффективной работы. Осуществлены натурные эксперименты, которые доказали достоверность сделанных выводов и разработанного алгоритма.

Четвертый раздел посвящен анализу переходных процессов при включении ненагруженных трансформаторов. Разработан алгоритм, позволяющий снизить броски токов намагничивания при учёте возникающих в процессе включения предпробоев. Выдвинуты технические требования к характеристикам и к условиям коммутации полюсов выключателей, при которых предпробоев не будет, а значения бросков тока намагничивания не превысят максимального значения номинального тока. Выяснено, что при

управляемом включении трансформаторов необходимо применение дополнительных емкостей.

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ НА ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

1.1. Общая характеристика исследуемых электрических сетей

Коммутации электродвигателей и трансформаторов происходят постоянно: это могут быть штатные коммутации, служащие для остановки многочисленных механизмов, приводимых в движение электродвигателями (ЭД) или отключение трансформаторных подстанций для осуществления переключений в шахтах; аварийные отключения, связанные с возникновением нештатных ситуаций: однофазных замыканий на землю, между фазных замыканий или неселективных срабатываний устройств релейной защиты. Экспериментальные исследования показывают, что большинство упомянутых операций отключения вакуумными выключателями (ВВ) могут сопровождаться повторными зажиганиями, которые являются причиной повреждения межвитковой изоляции трансформаторов и электродвигателей.

В настоящее время опубликовано значительное количество работ, посвященных отключению индуктивной нагрузки ВВ [1-12]. Большинство работ нацелено в первую очередь на анализ возникающих перенапряжений и разработку мероприятий по защите от них, представляющих из себя установку защитных аппаратов (нелинейных ограничителей перенапряжений или демпфирующих 7?С-цепей), других мероприятий по снижению перенапряжений, как правило, не предлагается. Редким исключением является управляемая (синхронная) коммутация. Но проведенные исследования и разработанные устройства по синхронной (управляемой) коммутации [13-17, 22-26] касаются только высоковольтных выключателей и неприменимы для работы в сетях 6 кВ. Существует ряд разработок [18-19, 27-29] по синхронной коммутации, которые реализованы для вакуумных выключателей, но не получили распространения из-за решения исключительно локальных задач по синхронному коммутированию, а именно по выполнению только одной операции - например, отключению тока короткого замыкания или включению трансформаторов без бросков токов намагничива-

ния; некоторые работы не учитывают всех особенностей вакуумных выключателей [19]. Негативное влияние на распространение указанных разработок оказали также и другие события: появление вакуумных дугогасящих камер с аксиальным магнитным полем [31] позволило отказаться от разработки и применения интеллектуальной системы управления, потому что отключать токи короткого замыкания значительной величины стало возможным за счет использования новых систем контактов в ВДК с аксиальным магнитным полем [30].

Таким образом, в настоящее время практически отсутствуют работы, посвященные полноценному исследованию переходных процессов при управляемых коммутациях трансформаторов, а также разработке алгоритмов синхронной коммутации вакуумными выключателями, связанных с формированием требований к динамике движения контактов и к приводам выключателей для предотвращения опасных коммутационных перенапряжений в сетях 6 кВ.

Электрические сети горнорудных предприятий. На территории России формирование первых горнорудных предприятий по добыче полезных ископаемых началось еще во времена до н.э., но только в последние века добыча ископаемых достигла действительно промышленных масштабов. В настоящее время в шахтах добывается большое количество полезных ископаемых, среди них уголь, алмазы, золото, калий, уран, руды металлов, горючие сланцы и т.д. Фактически Россия является одним из крупнейших добытчиков полезных ископаемых в мире: она находится на пятом месте по добыче угля (309 млн.т в год, 2006г.), на втором месте по добыче и производству алмазов (2 млрд. долл. в долларовом эквиваленте, 2006 г.), на шестом месте по добыче золота (165 т в 2008 г.), на втором месте по добыче калия и на четвертом месте по добыче и производству урана (3570 т, 2005 г.).

По своей структуре горнорудные предприятия представляют собой сложные многоуровневые промышленные объекты с развитыми связями между отдельными функциональными блоками. Электрическая сеть горнорудных предприятий служит звеном, соединяющим отдельные уровни предприятия и структурные блоки.

Организация сетей электроснабжения шахт по добыче различных полезных ископаемых хотя и имеют различия, но в некоторой степени подобны друг другу, что позволяет рассмотреть структуру электроснабжения различных шахт на примере угольной шахты.

Систему электроснабжения угольных шахт согласно [32, 33] принято разделять на системы внешнего и внутреннего электроснабжения. К внешней системе электроснабжения относится комплекс сооружений, обеспечивающий передачу электроэнергии от шин энергосистемы до шин низкого напряжения главной поверхностной подстанции (ГПП) шахты. Схема внутреннего электроснабжения включает в себя комплекс сетей и подстанций, позволяющих осуществлять передачу электроэнергии от этих шин до электроприемников на поверхности шахты.

Шахта содержит большое количество электроприемников I категории (клетьевой подъем, вентилятор главного проветривания, главный водоотлив, вакуум-насосные станции дегазации, магистральная перекачивающая углесо-сная станция, котельная, противопожарные насосы), поэтому ее электроснабжение должно осуществляться не менее чем по двум раздельно работающим линиям электропередачи, каждая из которых присоединена к независимому источнику питания.

Передача электроэнергии от независимых источников питания при небольшом удалении источника питания (до 2 км) и расчетным максимумом нагрузки до 2 МВт осуществляется с помощью воздушных линий (ВЛ) 6-10 кВ, в других случаях питания выполняется с помощью В Л 35.. .220 кВ.

Номинальное напряжение НН ГПП составляет 6 или 10 кВ, понижение напряжения осуществляется при помощи установленных на ГПП понижающих трансформаторов. От ГПП осуществляется питание приемников поверхности, а также центральной подземной подстанции (ЦПП), подключение которой выполняется через реакторы или разделительные трансформаторы. Для повышения надежности выполняют секционирование шин ЦПП. Номинальное напряжение ЦПП составляет, как правило, 6 или 10 кВ. От ЦПП передача электро-

энергии осуществляется до подземных распределительных пунктов РПП (6 или 10 кВ), а далее - до стационарных участковых подстанций (УПГ1) или передвижных участковых подстанций (ПУПП). Применение УПП (ПУПП) позволяет избежать потерь электроэнергии и повысить качество электроэнергии в сети, осуществив подвод напряжения 6 (10) кВ практически до потребителя, где при помощи входящего в состав УПП (ПУПП) трансформатора осуществляется понижение напряжения до номинального напряжения горных машин и механизмов - 380, 660, 1140, а в некоторых случаях 3300 В.

Пример схемы электроснабжения шахты приведен на рис. 1.1.

Потребители поверхности

I

ПУПП

Потребители поверхности

|

Приемники околоствольного двора

О

а

Зэ °о

!

ПУПП

РПП-0,66

Рис. 1.1. Принципиальная схема электроснабжения угольной шахты

Сети низкого напряжения (380, 220, 127 В) используются для питания электроприемников поверхности шахт, для ручного электроинструмента и освещения. Напряжение 6 кВ применяется для асинхронных (АД) и синхронных двигателей (СД) стационарных установок мощностью свыше 200 кВт, напряжение 660 В - для АД стационарных установок мощностью до 200 кВт и АД забойных машин и механизмов, 1140 В - для АД высокомеханизированных участков угольных шахт.

В таблице 1.1. приведена структура потребления электроэнергии установками шахты и технологическими процессами [34].

Таблица 1.1.

Потребление электроэнергии установками шахты и технологическими процессами

Наименование технологического процесса Доля потребления электроэнергии в общешахтном объеме, %

Очистные и подготовительные работы 8 - 14

Подземный конвейерный транспорт 10-15

Скиповой подъем 8 - 20

Компрессорные установки 3-6

Вентиляция 15-35

Водоотлив 7-25

Технологические процессы на поверхности 3-8

Мощные АД и СД с номинальным напряжением 6 кВ эксплуатируются в составе важнейших установок шахты: вентиляторов главного проветривания, насосов главного водоотлива, шахтных подъемников [32, 33], суммарная мощность указанных установок согласно табл. 1.1. составляет 30-80% от установленной мощности шахты. В некоторых случаях АД с номинальным напряжением 6 кВ используются в составе компрессорных установок и подземных ленточных конвейеров.

Мощность электродвигателей 6 кВ, эксплуатируемых в составе водоотливных насосов и углесосов, лежит в пределах 200-3150 кВт, в составе вентиляторов главного проветривания - от 350 до 630 кВт, в компрессорных установках -от 200 до 3500 кВт.

Другим видом распространенной нагрузки, эксплуатируемой на напряжениях 6 или 10 кВ в шахтных электросетях, являются силовые трансформаторы. На поверхности эксплуатируются, как правило, трансформаторы с масляной изоляцией. Для питания подземных электроприемников допустимо использование рудничных трансформаторов с твердой и воздушной изоляцией по условию пожаро- и взрывобезопасности. Мощности используемых силовых трансформаторов с номинальным напряжением первичной обмотки 6 или 10 кВ при эксплуатации на поверхности земли лежат в пределах от 10 до 63 000 кВА, под землей - от 100 до 3000 кВА.

Для управления трансформаторами и электродвигателями 6 кВ на поверхности часто используются вакуумные выключатели, а для управления подземным электрооборудованием применение вакуумных выключателей является практически единственным допустимым решением.

Схемы подключения трансформаторов. Существующие схемы подключения электродвигателей и трансформаторов в электросетях шахт можно объединить в несколько групп по взаимному расположению коммутационного аппарата, питающих и соединительных кабелей и коммутируемой нагрузки.

Варианты схем подключения трансформаторов изображены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Упрощенные однолинейные схемы подключения трансформаторов

в шахтных электрических сетях

Схема подключения рис. 1.2.а используется при эксплуатации подземных рудничных трансформаторов в составе УПП и ПУПП из-за необходимости расположения коммутационного аппарата и трансформатора в единой взрывоза-щищенной оболочке (кабельная вставка, соединяющая трансформатор и вакуумный выключатель, чрезвычайно мала - не более 1-2 м, поэтому в расчетах она не учитывается). Схемы рис. 1.2. б и в используются при эксплуатации наземного электрооборудования шахт и электрооборудования промышленных предприятий.

Первичная обмотка трансформатора, как правило, соединена по схеме «звезда». Вторичная обмотка трансформатора может быть соединена как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник».

Расчеты процессов, сопровождающих коммутации трансформаторов, проводились по схеме рис. 1.2. а, как наиболее опасной с точки зрения возникающих градиентных перенапряжений и их воздействия на продольную изоляцию трансформатора. Расчет переходных процессов при включении трансформатора также осуществлялся по схеме рис. 1.2.а.

1.2. Расчетные схемы и математические модели элементов исследуемых сетей

Расчетные схемы включения и отключения трансформаторов. Расчетная схема, используемая при исследованиях переходных процессов, сопровождающих коммутацию отключения трансформаторов вакуумным выключателем, приведена на рис. 1.3.

» Г .. ВВ^Щ,

и

N1

>-Л Lc иСЛ

[в^гг

e»Rc Lc UCB

L,

г иСС

1С с

ш

кл

Чы

LBB

Т

lBC

и

N2

Рис. 1.3. Расчетная схема, принятая при исследовании процессов включения и отключения ненагруженного трансформатора

На рис.1.3. приняты следующие обозначения: KJI - кабельная линия; ВВ - вакуумный выключатель; Т - силовой трансформатор;

ел, ев, ее - э.д.с. источника, моделируемая в виде источника бесконечной мощности;

um-> Um - напряжения на нейтралях источника и трансформатора, соответственно;

Пса, «св, Нес ~ напряжения на шинах распределительного устройства; Uta> итв, итс - напряжения на вводах трансформатора; Iai h-> ic - токи в фазах источника;

'в а, ¡вв, ¡ис ~ токи, протекающие через выключатель;

Ьс, Яс - индуктивность рассеивания питающего трансформатора и общее активное сопротивление цепи, питающей секцию шин;

Сш - фазная емкость кабельных линий и оборудования неотключенных присоединений.

Схема замещения и параметры кабельной линии. Кабельные линии моделировались с помощью нескольких соединенных последовательно п-элементов, количество которых определялось частотой переходного процесса. Расчетная схема замещения кабельной линии изображена на рис. 1.5.

Рис. 1.4. Схема замещения кабельной линии

В схеме рис. 1.4. приняты следующие обозначения:

Ща, Щв, Щс, «2а, Щв, Щс,--, Щк+\)а, «(N+1 )в, Щк+\)с - напряжения на %-элементах кабеля;

Ьа, Ь в, Ь с, к а, к в, к с,---, /(N+1 )а, '(N+1)5, '(N+1 )с - токи, протекающие через кабель;

Як, ¿к, Сфк, СФФК -продольные и поперечные параметры кабеля.

Погонные параметры кабелей зависят от геометрии кабеля, его сечения и частоты протекающего тока. При переходных процессах активное сопротивление кабельных жил за счет явления скин-эффекта может быть значительно

больше, чем сопротивление постоянному току. Для учета этих особенностей погонные параметры кабельных линий были рассчитаны численными методами для частот переходных процессов по методикам, описанным в [35].

Погонные параметры кабеля СБГ-6 в зависимости от частоты (кабель с секторными жилами без индивидуального экранирования жил) приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Погонные параметры кабеля СБГ-6 в зависимости от частоты

Сечение кабеля, 2 мм Параметр Частота / Гц

50 1-Ю3 10-Ю3 25-Ю3 100-Ю3 500-Ю3 1-Ю6 1,5-106

35 Якпог, Ом/км 0,47 0,59 2 4,41 10,86 23,86 33,87 41,56

-^Кпогэ мкГн/км 248,61 237,09 197,16 182,05 159,44 149,89 147,64 146,64

Сфкпог? мкФ/км 0,17

СффКпоп мкФ/км 0,052

50 ^Кпог, Ом/км 0,34 0,49 1,71 3,92 9,69 21,27 30,21 37,06

-^Кпогэ мкГн/км 232,99 215,48 176,96 163,43 143,07 134,56 132,55 131,66

Сфкпоп мкФ/км 0,19

СффКпог? мкФ/км 0,060

Продолжение таблицы 1.2

Сече- Пара- Частота/ Гц

ние ка-

беля, метр 50 МО3 10-Ю3 25-103 100-103 500-Ю3 1-Ю6 1,5-106

2 ММ

^Киог, Ом/км 0,24 0,40 1,56 3,59 8,41 18,61 26,41 32,41

70 -^Кпогэ мкГн/км 218,30 192,91 156,96 143,75 125,76 118,43 116,67 115,89

СфКпог? мкФ/км 0,22

СффКпог? мкФ/км 0,070

^Кпог? Ом/км 0,18 0,33 1,29 2,97 7,36 16,12 22,92 28,20

95 -^Кпогэ мкГн/км 204,59 171,78 140,14 129,72 114,05 107,61 106,09 105,42

СфКпог? мкФ/км 0,25

СффКпог> мкФ/км 0,081

^Кпоп Ом/км 0,14 0,30 1,25 2,94 6,70 14,85 21,08 25,86

120 -^Кпог? мкГн/км 195,06 157,27 127,58 116,35 101,89 96,071 94,670 94,049

СфКпог? мкФ/км 0,27

СффКпог? мкФ/км 0,089

Модель вакуумного выключателя. Вакуумный выключатель моделировался в виде ключа (без учета падения напряжения на дуге), с учетом тока среза и наличия повторных зажиганий. Значение сопротивления во включенном состоянии составляло ЯВ=ЮА ...Ю"4Ом, в отключенном состоянии - /?в =106...108 Ом. Величина тока среза при моделировании принималась равной г'ср=5... 10 А.

Для моделирования повторных зажиганий при отключениях индуктивной нагрузки учитывалась скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка, которая определялась согласно [12]:

иэп(0 = Ь(' + 'о), (1.1)

где к -начальная скорость восстановления электрической прочности, кВ/мс, ¿о - время между началом движения контактов и током среза, t - текущий момент времени, отсчитываемый с момента первичного обрыва тока (¿>0).

Вид закона (1.1) может быть обусловлен следующими физическими процессами: рост электрической прочности промежутка объясняется увеличением расстояния между расходящимися контактами, а начальная электрическая прочность (к-1о) может быть объяснена тем, что до момента обрыва дуги за время ¿о контакты уже успевают разойтись на некоторое расстояние, обеспечивая тем самым определенную электрическую прочность после прекращения горения дуги. Необходимо подчеркнуть, что линейность связи (1.1) была подтверждена проведенными испытаниями вакуумных выключателей на разработанной автором синтетической модели (см. Раздел 2).

Значение параметра зависит от ряда факторов: момента размыкания контактов, значения тока среза для конкретной ВДК и величины тока, протекающего через выключатель. Пояснение приведено на рис. 1.5.

50 - 1 | 1 1

40 Момент начала Момент отключения

30 20 - размыкания контактов / \ при отсутствии, среза тока /

^ 10 ! 0 -10 / \

\ / 7 Момент /

А / обрыва тока (срез тока) -

-20 - \ / -

-30 - \ /

-40 - \ / t0=7l9мc

Заключение диссертации по теме «Техника высоких напряжений», Лебедев, Иван Александрович

4.4. Выводы по четвертому разделу

1. Разработана математическая модель, позволяющая моделировать переходные процессы включения ненагруженных трансформаторов с учетом возникающих перенапряжений при предпробоях между контактами в ВДК.

2. Разработаны алгоритмы включения ненагруженного трансформатора, позволяющие существенно снизить величины бросков тока намагничивания. Рекомендуемый алгоритм включения полюсов трансформатора следующий: В-^х-С-^г-А или Замыкание первой фазы должно быть осуществлено при переходе фазного напряжения через ноль, замыкание второй фазы - при переходе линейного напряжения двух первых включаемых фаз через максимальное значение, замыкание последней фазы - при переходе фазного напряжение через максимум.

3. При управляемом включении ненагруженных трансформаторов необходимо применение дополнительных емкостей, позволяющих существенно повысить надежность осуществления программируемой коммутации включения ненагруженных трансформаторов. Требуемая величина емкостей незначительна (несколько единиц или десятков нФ) и, следовательно, не оказывает существенного влияния на величину тока однофазного замыкания на землю в сети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По работе могут быть сделаны следующие выводы:

1. Разработанная и изготовленная в процессе выполнения работы синтетическая схема испытания ВВ позволяет определять ряд характеристик ВДК, обычно не фиксируемых при сертификационных испытаниях, а именно: законы и скорости восстановления к и снижения кт электрической прочности в ВДК, величину тока среза /ср, максимальную скорость изменения тока при его обрыве (сИ/Л)тах. С использованием схемы испытания определены характеристики нескольких современных вакуумных выключателей, а также полюса вакуумного выключателя, который может использоваться в составе синхронного вакуумного выключателя. Экспериментально подтверждена линейная связь между скоростью восстановления электрической прочности межконтактного промежутка в ВДК и скоростью перемещения подвижного контакта.

2. Разработаны математические модели, позволяющие исследовать перенапряжения, возникающие при коммутациях вакуумными выключателями нена-груженных трансформаторов, а также определять уровни бросков токов намагничивания при включении трансформаторов. В математических моделях предусмотрена возможность осуществления коммутаций полюсов ВВ в произвольной последовательности, что позволило выполнить разработку управляемой коммутации и выдвинуть требования к синхронным вакуумным выключателям. Проведенные натурные эксперименты подтвердили адекватность разработанных математических моделей.

3. Исследовано влияние ряда параметров системы и вакуумного выключателя на переходные процессы. Установлено, что основными характеристиками

ВДК, определяющими развитие переходного процесса при коммутациях нена-груженных трансформаторов, являются скорости восстановления и снижения электрической прочности межконтактного промежутка к и ксн. Показано, что применение произвольных законов восстановления электрической прочности может существенно снизить требования к точности отключения полюсов СВВ при отключении ненагруженных трансформаторов.

4. Применение ОПН не позволяет ограничить опасные для градиентной изоляции коммутируемых ненагруженных трансформаторов высокочастотные перенапряжения, поэтому их применение следует признать неэффективным. При неуправляемом отключении ненагруженных трансформаторов необходимо предусмотреть защиту их изоляции в виде демпфирующих ЛС-цепей. При использовании ЯС-цепей на КТСВП их параметры необходимо рассчитывать для каждого трансформатора индивидуально, т.к. величины емкостей, рекомендованные в циркуляре Ц-05-98(э), недостаточны для эффективного ограничения градиентных перенапряжений.

5. Определены необходимые значения емкостей демпфирующих ЯС-цепей, позволяющие эффективно снизить перенапряжения при неуправляемом отключении ненагруженного трансформатора. Разработана оригинальная малоиндуктивная конструкция ЛС-цепи.

6. Разработаны алгоритмы отключения ненагруженного трансформатора, позволяющие существенно снизить количество повторных зажиганий и уменьшить уровень градиентных перенапряжений при отключении. Выдвинуты требования к допустимому временному разбросу времен отключения полюсов при различных скоростях восстановления электрической прочности в ВДК

7. Разработаны алгоритмы включения трансформаторов, позволяющие снизить броски токов намагничивания и уменьшить количество предпробоев.

Выяснено, что при управляемом включении необходимо использование дополнительных конденсаторов незначительной емкости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лебедев, Иван Александрович, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Коновалов Е.Ф. Вакуумные выключатели в сетях 6, 10 кВ/ Е.Ф.Коновалов, Н.В.Дроздов// Электрические станции. - 2003. - №4. - с.52-55.

2. Борисов С. А. Перенапряжения при коммутации вакуумными выключателями двигательной нагрузки/ С.А.Борисов, В.Е.Качесов, А.В.Кукавский, С.С.Шевченко// Электрические станции. - 2006. -№11. -с.51-59.

3. Дегтярев ИЛ. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов, сопровождающих коммутации вакуумными выключателями. - Диссертация на соискание уч.степени кандидата наук. -НГТУ. -2005. -215с.

4. Базуткин В.В. Ограничение перенапряжений, возникающих при коммутации индуктивных цепей вакуумными выключателями/ В.В.Базуткин, Г.А.Евдокунин, Ф.Х.Халилов// Электричество. - 1994. - №2. - с.9-13.

5. Рывкин A.M. Перенапряжения при отключении вакуумным выключателем трансформатора без нагрузки и с индуктивной нагрузкой/ A.M.Рывкин, И.А.Лукацкая, А.Л.Буйнов, С.М.Давыдов, В.Д.Ляшенко// Электрические станции. - 1990. - №5. - с.62-67.

6. Беляков H.H. Защита от перенапряжений установок с вакуумными выключателями/ Н.Н.Беляков// Электрические станции. - 1994. - №9. - с.65-71.

7. Аношин O.A. Защита электрооборудования собственных нужд электростанций от перенапряжений, вызываемых вакуумными выключателями/ О.А.Аношин, А.И.Барсуков, Б.К.Максимов, Д.А.Матвеев, П.Л.Юркин// Электричество. - 1997. - №9. - с.9-15.

8. Евдокунин Г,А. Перенапряжения при коммутации цепей вакуумными выключателями и их ограничение/ Г.А.Евдокунин, А.А.Корепанов// Электричество. - 1998. -№4. -с.2-14.

9. Кадомская К.П. Требования к вакуумной дугогасительной камере и специальным мерам для обеспечения надежного отключения заторможенных двигателей/ К.П.Кадомская, Р.В.Копылов// Электрические станции. - 2002. - №9. С.56-60.

10. Качесов В.Е. Эскалация перенапряжений в вакуумных выключателях при отключении электродвигателей и их предотвращение с помощью RC-цепочек/ В.Е.Качесов// Электричество. - 2008. -№9. - с.24-35.

11. Лоханин А.К. Особенности перенапряжений, возникающих при отключении печных трансформаторов вакуумными выключателями/ А.К.Лоханин, С.А.Бушуев, Д.А.Матвеев, В.Л.Рабинович// Электротехника. - 2005. -№Ю. -с.26-30.

12. Popov М. Overvoltages due to switching off an unloaded transformer with a vacuum circuit breaker/ M.Popov, E.Acha// IEEE Transactions on Power Delivery, -October 1999, No.4, pp. 1317-1326.

13. J.H.Brunke, K.J.Frohlich. Elimination of Transformer Inrush Currents by Controlled Switching - Part I: Theoretical Considerations// IEEE Transactions on Power Delivery.-Vol. 16.-No.2.-April 2001. -pp.276-280.

14. J.H.Brunke, K.J.Frohlich. Elimination of Transformer Inrush Currents by Controlled Switching - Part II: Application and Performance Considerations// IEEE Transactions on Power Delivery.-Vol. 16.-No.2.-April 2001. -pp.281-285.

15. Белкин Г.С. Применение самоуправляемых аппаратов (аппаратов, обладающих «интеллектом») для коммутации цепей высокого напряжения. -Электротехника. -2005. -№12. - с.5-9.

16. Product Brochure. Switching Control Sentinel. November 2008. ABB ID 2GNM11001B.

17. Controlled switching. Buyer's & Application Guide, Edition 3, April 2009. ABB ID 1HSM9543 22-01 en.

18. Transmaster: Electric Arc Furnace Switches. January 2007. Brochure. Joslin Hi-Voltage ID DB 750-205.

19. Осипов A.B. Повышение надежности электрооборудования установки печь-ковш за счет улучшения условий коммутации вакуумного выключателя: Автореф. дисс. канд. техн. наук/ Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 2007.

20. Алферов Д.Ф. Быстродействующий вакуумный выключатель с управляемой коммутацией/ Д.Ф.Алферов, М.Р.Ахметгареев, Г.С.Белкин, А.И.Будовский, Р.А.Бунин, Д.В.Евсин, В.П.Иванов, В.А.Сидоров// Энергоэксперт. - 2011. -№6. С.38-42.

21. Лебедев И.А. К вопросу создания синхронных вакуумных коммутационных аппаратов, применяемых в рудничной отрасли/ И.А.Лебедев, Е.В.Прохоренко // Труды Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов». Новокузнецк, 2009. С.206-212.

22. Вуткевич Г.В. Наибольшее допустимое время расхождения контактов воздушных выключателей для синхронизированного отключения/ Г.В.Буткевич, Л.Г.Клепарская, В.Ф.Набатов// Электричество. - 1969. - №8.

23. Клепарская Л.Г. Синхронизированные выключатели./ Л.Г.Клепарская -М.: Энергия. - 1973.- 112 с.

24. Кадомская К.П. Ограничение внутренних перенапряжений с помощью управления моментами коммутации выключателей/ К.П.Кадомская, Е.С.Несговоров, Л.В.Петракова, В.С.Пономарев// Электричество. - 1969. -№9.

25. Controlled switching of HVAC circuit-breakers. Guide for application lines, reactors, capacitors, transformers//Electra. -1999. -№183. -pp.43-73.

26. Controlled switching of HVAC circuit-breakers. Guide for application lines, reactors, capacitors, transformers// Electra. -1999. -№185. -pp.37-57.

27. A.C. №782007 СССР. Синхронный вакуумный коммутатор/ А.И.Ковалев,

A.Н.Филлипов, М.В.Чалый, О.И.Червинский// Опубл. в БИ, 1980, №43.

28. А.С. №1138849 СССР. Трехфазный синхронный выключатель/

B.И.Верескун, А.Т.Чалая, А.М.Чалый, О.И.Червинский, В.И.Раховский// Опубл. в БИ, 1985, №5.

29. А.С. №1149322 СССР. Устройство для синхронного отключения выключателя/ Д.А.Сергеев, В.И.Мрыхин, А.Ф.Коломейцев, И.И.Костенко// Опубл. в БИ, 1985, №13.

30. Чалый A.M. Создавая новые стандарты электрооборудования/

A.М.Чалый// Новости электротехники. - 2006. - №2.

31. Yanabu S. Novel electrode structure of vacuum interrupter and its practical application/ S.Yanabu, E.Kaneko, O.Okumura, T.Aiyochi//IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. -April 1981, Vol.PAS-100, No. 4, -pp. -19661974.

32. Дзюбан B.C. Справочник энергетика угольной шахты. Т.1/ И.Г.Ширнин, Б.Н.Ванеев, В.М.Гостищев// Донецк: Юго-Восток. -2001. -447 с.

33. Дзюбан B.C. Справочник энергетика угольной шахты. Т.2/ И.Г.Ширнин, Б.Н.Ванеев, В.М.Гостищев// Донецк: Юго-Восток. -2001. -439 с.

34. Швняк Г.Г., Шкрабець Ф.П., Зажа В.Т., Разумный Ю.Т. Системи ефек-тивного енергозабезпечення вупльних шахт. - Дн.: НГУ, 2004.- 206 с.

35. Кандакое С.А. Исследование и разработка математических моделей силового электрооборудования, повышающих достоверность анализа его эксплуатационной надежности и электромагнитной совместимости с биосферой. - Автореферат дисс. канд.техн.наук (05.14.12). - Новосибирск, НГТУ. -2007.-24 с.

36. Кадомская К.П. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них/ К.П.Кадомская, Ю.А.Лавров, Рейхердт A.A.//. -Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2004. - 368с.

37. Лебедев И.А. Исследование возможности создания вакуумного выключателя для синхронного отключения ненагруженных трансформаторов/ И.А.Лебедев, Е.В.Прохоренко// Электро. -2011. -№3. С.40-44.

38. Лавр иное ич В. А. Синтетические испытания вакуумных выключателей/

B.А.Лавринович, В.В.Лопатин, С.Н.Перепелкин// Промышленная энергетика. -2005. -№2. С. 19-22.

39. ГОСТ 52565-2006. Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Заголовок: Общие технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 2007.- 85с.

40. Roguski A.T. Experimental investigation of the dielectric recovery strength between the separating contacts of vacuum circuit breakers/ A.T.Roguski// IEEE Transactions on Power Delivery, -April 1989, No.2, pp. 1063-1069.

41. Fu Y.H. An experimental investigation on high-frequency vacuum arc interruption at small gap length/ Y.H.Fu, R.P.P.Smeets// IEEE Transactions on plasma science, -October 1991, No.5, pp.772-777.

42. Matsui Y. Reignition current interruption characteristics of the vacuum interrupter/ Y.Matsui, T.Yokoyama, E.Umeya// IEEE Transactions on Power Delivery, -October 1988, No.4, pp. 1672-1677.

43. Заявка на патент РФ №2011133736. Устройство для определения характеристик вакуумных выключателей/ В.Е.Качесов, И.А.Лебедев

44. Качесов В.Е. Оценка вероятности эскалации перенапряжений при отключении заторможенных электродвигателей// Электротехника. -2006. №4. С.13-21.

45. Шор. Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности/ Я.Б.Шор - М.:Госэнергоиздат, 1962, с. 552, С. 92-98.

46. Лемешко Б.Ю. Расширение области применения критериев типа Граббса, используемых при отбраковке аномальных измерений/ Б.Ю.Лемешко, С.Б.Лемешко // Измерительная техника. -2005. № 6. С.13-19.

47. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. М.: Изд-во стандартов. - 51 с.

48. Основы математической статистики : учебно-методическое пособие / Новосиб. гос. техн. ун-т ; сост.: К. П. Кадомская, Н. Ф. Петрова.-НГТУ, 1999. - 35 с.

49. Кадомская К. П. Методы обработки экспериментальных результатов и планирование эксперимента : учебное пособие / К. П. Кадомская. -НГТУ, 2002. - 72 с.

50. Пат. №2344506 РФ. Вакуумный выключатель / Одокиенко С.И., Прохоренко Е.В. - Опубл. в БИ. - 2009. - №2.

51. Базаелук А.А. Перенапряжения при коммутациях вакуумных выключателей/ А.А.Базавлук, В.В.Гоголюк, Г.Г.Михайловский, И.Е.Наумкин, Л.И.Сарин// Энергоэксперт. -2011. -№2. С.27-32.

52. Пат. №2414032 РФ. Устройство для защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений / Т.В.Барячина, И.А.Лебедев - Опубл. в Бюл. -2011. -№7.

53. Белькинд Л Д. История энергетической техники. / Л.Д. Белькинд, О.Н.Веселовский, И.Я.Конфедератов, Я.А.Шнейберг. - М.-Ленинград: Государственное энергетическое издательство, 1960. -665с., ил.

54. Лафферти Дж. Вакуумные дуги: Пер. с англ./ Под ред. Дж. Лафферти. -М.:Мир, 1982.-432с., ил.

55. Будоеский А.И. Разработки и исследования вакуумных выключателей на напряжение 6-35 кВ/ А.И.Будовский, В.П.Иванов// Электротехника. -1998. -№1. С.36-38.

56. Василенко В.Н. Вакуумный выключатель ВБ/ЭЛКО/ТЭ-35(20)-25/1600/ В.Н.Василенко, В.А.Лавринович, С.М.Никифоров, В.Н.Стрелков// Электро. -2003. -№3. С.31-35.

57. Schade Е. Physics of High-Current Interruption of Vacuum Circuit Breakers/ E.Shade// IEEE Transactions on Plasma Science, -October 2005, Vol.33, No.5, -pp. -1564-1575.

58. Прохоренко E.B. Построение и исследование модели электромагнитного привода вакуумного выключателя/ Е.В.Прохоренко, А.С.Востриков, Б.Р.Норбоев// Электротехника. - 2007. -№9.

59. Лебедев И.А. Эволюционное развитие выключателей / И.А.Лебедев, Е.В.Прохоренко//Энергонадзор, 2011. -№5(23). -С.34-35.

60. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д.Лизунова, А.К. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004. - 616 с.

61. Васильев А.Б. Расчет магнитного поля и электродинамической стойкости трансформаторов при бросках намагничивающего тока / А.Б. Васильев, А.И.Лурье // Электричество, 1992. - №1.

62. Кузьменко В.А. Снижение тока включения трансформаторов / В.А. Кузь-

менко, А.И. Лурье, А.Н. Панибратец и др. // Электротехника. - 1997. №2. -С.29-32.

63. Засыпкин A.C. Остаточная индукция в ненагруженных силовых трансформаторах после отключения от сети// Известия высших учебных заведений: Электромеханика. - 1977. №2. - С. 168-172.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Мощность трансформатора, кВА Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ Номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ Ток х.х., % Напряжение К.З., % Мощность потерь х.х., кВт Мощность потерь к.з., кВт

100 6 0,69 2,8 5 0,94 1,55

160 6 0,69 2,1 4,5 1,1 2

250 6 0,69 1,6 4,5 1,3 3,3

400 6 0,69 0,8 4,5 1,1 3,5

630 6 0,69 0,8 3,5 1,8 3,8

1000 6 0,69 0,8 4,5 2,5 5Д

1250 6 1,2 0,7 4,6 2,9 6,6

1500 6 1,2 0,8 4,6 3,8 7,3

3000 6 3,3 0,6 3,5 5,6 12,8

о

Я ^

а и о

и и

К

н

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

ооо «t;xc»

'13ГОТОВJ'IГ1-!ИЕ, ИБМОНТ И СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГОРНОЦIА ХТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

УТВЕРЖДАЮ: I '«чн'рпльный директор

^ ! / ООО «ЕХС»

/ /

„ - - , - В.Т. Казарцев / ^ "" 29.03.2012 г.

АКТ '

об использовании результатов кандидатской диссертационной работы Лебедева Ивана Александровича

Комиссия в составе:

Исполнительный директор Кравцов В.В. - председатель комиссии, Главный конструктор Баум A.A. - член комиссии, Начальник лаборатории Фдигинский М.С. - член комиссии составила настоящий агст о том, что результаты диссертационной работы «Исследование процессов коммутации вакуумными выключателями индуктивной нагрузки и разработка технических требований к синхронным вакуумным выключателям», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук, использованы в ООО «ЕХС» при производстве комплектных трансформаторных силовых взрывозащищенных подстанций (KTCBII) в виде: эксплуатации синхронного вакуумного коммутационного выключателя в составе КТСВП

и рекомендаций по защите трансформаторов от перенапряжений и бросков тока намагничивания.

Использование указанных результатов позволяет снизить количество возникающих при коммутациях повторных зажиганий и предпробоев , а также уменьшить электродинамические нагрузки на обмотки трансформаторов и токопроводов.

Результаты внедрены ври производстве серийных трансформаторных подстанций. Председатель комиссии J 27.03.12г. В.В.Кравцов

27.03.12г A.A. Баум

/

Члены комиссии ..•й?--

27.03.12г. М.С. Флигинский

с

УТВЕРЖДАЮ Главный энергетик .0/<СУЭК-Кузбасс» .У,-' " Стебнев A.B. 02 04,2012г.

М II

АКТ

об использовании результатов кандидатской диссертационной работы Лебедева Ивана Александровича

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационной работы «Исследование процессов коммутации вакуумными выключателями индуктивной нагрузки и разработка технических требований к синхронным вакуумным выключателям», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук, использованы на предприятиях ОАО «СУЭК-Кузбасс» в виде устройств зашиты и рекомендаций по защите силовых трансформаторов с литой изоляцией.

Использование указанных результатов позволяет надежно защитить указанные сшювые трансформаторы от перенапряжений, возникающие при коммутациях вакуумными выключателями, и продлить их срок эксплуатации.

Результаты внедрены при выполнении ряда проектов, связанных с защитой эксплуатируемых силовых трансформаторов.