Разработка алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Белицкий Антон Арнольдович

• Белицкий Антон Арнольдович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Белицкий Антон Арнольдович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СЕТИ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1 Характерные схемы электроснабжения

1.2 Типы нагрузки промышленных предприятий

1.2.1 Симметричная линейная нагрузка

1.2.2 Несимметричная линейная нагрузка

1.2.3 Симметричная нелинейная нагрузка

1.3 Несимметричная нелинейная нагрузка

Выводы по главе

Глава 2 НЕНОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЕЛИЧИНУ ТОКА НУЛЕВОГО РАБОЧЕГО ПРОВОДНИКА

2.1 Ненормируемые показатели качества электроэнергии

2.2 Анализ экспериментальных данных

2.3 Зависимости тока в нулевом рабочем проводнике от ненормируемых показателей качества электроэнергии

2.3.1 Влияние нелинейной нагрузки на величину тока в нулевом рабочем проводнике

2.3.2 Влияние несимметричной нагрузки на величину тока в нулевом рабочем проводнике

2.3.3 Взаимовлияние показателей несимметрии и несинусоидальности на ток нулевого рабочего проводника

Выводы по Главе

ГЛАВА 3 ОЦЕНКА ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ, СВЯЗАННЫХ С НЕСИММЕТРИЕЙ И НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬЮ ФАЗНЫХ НАГРУЗОК

3.1 Анализ существующих методов расчета потерь активной мощности в

кабельной распределительной сети 0.4 кВ

3.2 Экспериментальное исследование по определению потерь активной мощности в кабельной распределительной сети 0.4 кВ

Выводы по Главе

ГЛАВА 4 АЛГОРИТМ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ НЕНОРМИРУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЖИМОВ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

4.1 Структура и принцип работы устройства выявления основного фактора возникновения тока в нулевом рабочем проводнике

4.2 Моделирование работы устройства по определению основного фактора возникновения тока в нулевом рабочем проводнике

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

В электротехнических комплексах предприятий в последнее время все чаще и чаще внедряются мощные электропотребители, которые вносят значительные нарушения в напряжения и токи системы электроснабжения. Несмотря на это для качественной работы подобного оборудования необходимо напряжение, полностью удовлетворяющее международным стандартам качества электроэнергии. В связи с этим возникает ситуация взаимовлияния работы оборудования и качества электрической энергии. Кроме того в трехфазных четырехпроводных электрических сетях несимметричные и нелинейные потребители приводят к увеличению нагрузки на нулевой рабочий проводник. Наибольшее влияние это оказывает на эксплуатируемые сети, к которым подключается вновь вводимая в работу нелинейная нагрузка. Это зачастую приводит к аварийным ситуациям, вызывающим прекращение электроснабжения, перекос фаз по напряжению и даже пожары.

В настоящее время государственными стандартами нормируются только коэффициенты несинусоидальности и несимметрии (для основной гармоники) по напряжению, которые, к сожалению, не учитывают возможность возникновения тока в нулевом рабочем проводнике.

В ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (вступивший в силу в 2013 г.) единственным расширением параметров нулевого рабочего проводника является увеличение допустимого сечения нулевого рабочего проводника. Однако для существующих предприятий замена нулевого рабочего проводника на новый с большим сечением может быть сопряжена с большими материальными затратами и технологическими сложностями, связанными с его прокладкой по старым кабельным трассам.

В связи со всем вышесказанным относительно тока нулевого рабочего проводника возникла новая ситуация, связанная с его сечением, нелинейностью и

несимметрией нагрузки и прочими факторами, оказывающими влияние на величину тока в нулевом рабочем проводнике. Для действующего предприятия все это приводит к вопросу о необходимости решения комплексной задачи снижения тока нулевого рабочего проводника в зависимости от различных факторов, оказывающих влияние на его величину.

Вопросами тока нулевого рабочего проводника занимались многие ученые. Например, Вагин Г.Я. с соавторами - исследовали влияние нелинейной однофазной нагрузки на значение тока в нулевом проводе в сетях 380/220 В. Ими были выявлены значения потребляемых гармоник тока для различных однофазных нагрузок, представленные в таблице В.1 [1].

Таблица В.1 Значения гармонических составляющих токов для различной однофазной нагрузки

Потребитель Ток гармоник ( в % от 1-й гармоники)

1

ПЭВМ (процессор AMD Athlon II X3 425 2.7 ГГц), ненагруженный режим 100 86,5 62 34,7 13,3 13,9 17,7 13,8

ПЭВМ (процессор AMD Athlon II X3 425 2.7 ГГц), нагруженный режим 100 87,7 64,6 38,1 13,7 9 15,2 13,1

ПЭВМ (процессор Intel Celeron 2,4 ГГц), ненагруженный режим 100 68,3 24,7 11,6 10,8 3 5,2 4,2

ПЭВМ (процессор Intel Celeron 2,4 ГГц), нагруженный режим 100 69,4 29,8 15,8 9,6 3,2 9,2 6,4

СВЧ-печь Samsung MW73VR 100 24,2 5,5 3,8 2,1 1,2 0,9 0,7

Компактная люминисцентная лампа (Navigator), 20 Вт 100 74,1 46,9 38,1 29,2 13,2 1,7 5,2

ЛЛ 2*36 с ЭмПРА 100 24,3 4,3 0,8 1,4 1,1 0,3 0,4

ЛЛ 2*36 с ЭПРА 100 11,4 5,9 1,7 2,8 1,1 0,4 1,1

Кроме того ими было предложено определять ток нулевого рабочего проводника по выражению (В.1).

(В.1)

где 11еб - действующее значение тока небаланса, 13п - действующее значение токов гармоник, кратных 3-м.

Также было высказано мнение, что при превышении током нулевого провода значения фазного тока необходимо уменьшать его с помощью корректоров коэффициента мощности или фильтров высших гармоник.

Однако в их работах никак не рассматриваются причины возникновения токов небаланса, а также вклад каждого из факторов в величину тока нулевого рабочего проводника.

Юндин М.А. совместно с соавторами исследовали устройство для снижения токовой нагрузки в нулевом рабочем проводнике в сети 0,38 кВ [2], а также динамику изменения тока 3-ей гармоники в нулевом проводе [3]. Ими предложено устройство для компенсации тока 3-й гармоники в нулевом проводе 4-х проводной сети, схема которого приведена на рисунке В.1 [4].

Замкнутый кольцевой

Рисунок В.1 - Устройство для снижения тока в нулевом рабочем проводнике

четырехпроводной сети

Устройство для снижения тока в нулевом проводе четырехпроводной сети включает индуктивный элемент с замкнутым кольцевым магнитопроводом, на

который намотаны три обмотки с одинаковым числом витков, продольно включенные в фазные провода между источником питания и нагрузкой.

Применение согласованного продольного включения обмоток в разработанном устройстве позволяет на порядок уменьшить ток в нулевом рабочем проводнике, что обеспечивает снижение потерь электроэнергии как в самой сети, так и силовом трансформаторе источника питания.

Основным недостатком подобного устройства и самого подхода к компенсации тока нулевого рабочего проводника является невозможность его применения к несимметричным нагрузкам, поскольку конструкция устройства полностью симметрична.

Кроме того ими были проведены исследования по определению коэффициента небаланса токов высших гармоник в электрической сети 0,38 кВ. Выявлено, что из всех высших гармоник, помимо основной, наиболее значимыми оказались 3, 5, 7 и 9 гармоники тока, поскольку именно они в среднем составляют около 96 % величины действующего значения фазных токов.

Коэффициент небаланса определялся по выражению (В.2)

(В.2)

где '«м - действующее значение тока «-ной гармоники в нулевом рабочем проводнике трехфазной сети, А;

1а<п),1в<п), ¡см - действующее значение тока «-ной гармоники в составе фазного сети, А.

Было определено, что ток нулевого рабочего проводника может содержать прочие гармоники, помимо гармоник тока, кратных 3, однако никаких выводов по влиянию несимметрии на ток нулевого рабочего проводника получено не было.

Хорошилов Н.В. и его соавторы предложили способ защиты трехфазной четырехпроводной распределительной электрической сети с нулевым рабочем проводником от несимметричных режимов работы[5].

На рисунке В.2 представлена схема включения плавких вставок предохранителей, трансформатора тока нулевой последовательности ТА1, имеющего три вторичных обмотки с выходами И1-И2, И3-И4, И5-И6, и промежуточных трансформаторов тока ТА2, ТА3 и ТА4, преобразующих ток в напряжение.

Плавкие вставки предохранителей

НгССХ^СНН

Рисунок В.2 - Схема включения плавких вставок предохранителей

Однако этот способ не позволяет в полной мере оценить влияние того или иного фактора на ток в нулевом проводе, а лишь защищает трехфазную четырехпроводную сеть от возможных перегрузок с помощью плавких предохранителей, что при современном уровне технического развития защитных устройств является малоперспективным способом для распределительных сетей низкого напряжения.

Кроме того авторами сделаны предположения о том, что превышение током нулевого рабочего проводника максимально допустимого значения может приводить к возникновению аварийных ситуаций в трехфазных четырехпроводных распределительных сетях низкого напряжения, что более подробно будет дополнительно рассмотрено с Главе

Таким образом, во-первых, очевидно, что проблема превышения допустимых значений тока в нулевом рабочем проводнике существует и, во-вторых, она полностью не решена с точки зрения учета взаимного влияния несимметрии и несинусоидальности нагрузки на его величину.

Отсюда следует, что тема работы является актуальной, так как она связана с обеспечением энергоэффективности распределительных электрических сетей электротехнического комплекса предприятий, а также с безаварийностью работы его оборудования.

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.09.03 -Электротехнические комплексы и системы (технические науки): п.2 «Обоснование совокупности технических, технологических, экономических, экологических и социальных критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнических комплексов и систем»; п.3 «Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления», а также формуле специальности: «...объектами изучения являются электротехнические комплексы и системы.. .электроснабжения...».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети»

Цель работы

Обеспечение безаварийной работы оборудования электротехнического комплекса предприятия путем использования алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети.

Основные задачи исследования

1. Выявление основных факторов, оказывающих влияние на изменение тока нулевого рабочего проводника в трехфазной четырехпроводной распределительной системе электроснабжения;

2. Анализ существующих и разработка новых ненормируемых показателей качества электроэнергии и определение зависимости величины тока нулевого рабочего проводника от взаимовлияния выявленных факторов, выраженных этими показателями;

3. Разработка по выявленным зависимостям алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети;

4. Разработка метода расчета потерь мощности в проводнике, связанных с несимметрией и несинусоидальностью фазных нагрузок;

5. Разработка технического устройства по созданному алгоритму для выявления фактора, вносящего определяющий вклад в значение тока нулевого рабочего проводника.

Объект исследования

Трехфазная четырехпроводная распределительная электрическая сеть напряжением до 1000 В электротехнического комплекса предприятия.

Предмет исследования

Ток в нулевом рабочем проводнике и его вариативность.

Методология и методы исследования

Для решения поставленных задач применялись методы теории электрических цепей и электроснабжения, математического моделирования электрических цепей, компьютерного моделирования с использованием программных продуктов MATLAB и Proteus Design Suite, интерполяции и аппроксимации данных, эвристического алгоритма поиска решения задачи, а

также экспериментальных исследований режимов работы электрической распределительной сети.

Научная новизна

1. Научная идея по определению вклада несимметрии нагрузки предприятия и несинусоидальных режимов его электрической сети в величину тока нулевого рабочего проводника, базирующаяся на принципе применения вновь введенных ненормируемых показателей качества электроэнергии, а именно показателя несинусоидальности и показателя несимметрии, разработанных на основе полученных функциональных зависимостей величины тока от совместного влияния несинусоидальности, выраженной токами гармоник, кратных трем, и несимметрии, вносящей в состав тока все остальные гармоники, в т.ч. и первую;

2. Полученные на основе математического моделирования зависимости взаимовлияния показателей несимметрии и несинусоидальности, используемые для выявления фактора, вносящего определяющий вклад в значение тока нулевого рабочего проводника при фиксированных граничных условиях по его сечению, базирующиеся на выявленных оценках вариативного анализа влияния параметров нагрузки на значение показателей в их взаимосвязи;

3. Метод определения потерь мощности от несимметрии и несинусоидальности фазных нагрузок, включающий необходимый учет взаимовлияния несимметрии и несинусоидальности и позволяющий существенно повысить точность оценки суммарных потерь мощности в нулевом рабочем проводнике по сравнению с существующими методами. Корректность метода подтверждена экспериментальным моделированием;

4. Разработан алгоритм эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети, в основу которого положено применение программного кода на базе выявленных взаимозависимостей ненормируемых показателей

качества электроэнергии при условии выполнения требований стандартов на измерение электрических величин.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается применением апробированных методов математического и имитационного моделирования электрических распределительных сетей, а также достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований величины тока в нулевом рабочем проводнике.

Практическая значимость работы

Заключается в том, что результаты, полученные на основе применения предложенных ненормируемых показателей качества электроэнергии, могут быть реализованы на предприятиях, модернизирующих свой электротехнический комплекс за счет внедрения нелинейной и/или несимметричной нагрузки. С помощью созданного алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети, реализованного в виде технического устройства, можно снизить аварийность в системе электроснабжения, вызванную превышением допустимого значения тока нулевого рабочего проводника.

Кроме того с помощью предложенного метода расчета потерь мощности в кабельных линиях можно существенно повысить точность расчета суммарных потерь мощности и теплового нагрева кабельных каналов при проектировании новых объектов, а также объективно корректировать повышающие коэффициенты, применяемые при оплате за электроэнергию.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», а также приняты к внедрению в производственный процесс ОАО «Фортекс».

Личный вклад автора

1. Проведены экспериментальные исследования в трехфазной четырехпроводной электрической распределительной сети предприятия по определению показателей качества электрической энергии;

2. Разработана имитационная модель трехфазной четырехпроводной распределительной электрической сети 0,38 кВ с несимметричной и нелинейной нагрузкой;

3. Проведены аналитические исследования, на основе которых получены взаимозависимости показателей несимметрии и несинусоидальности, позволяющие определить основополагающий фактор возникновения тока нулевого рабочего проводника;

4. Разработан метод определения потерь мощности в кабеле и проведено экспериментальное исследование, подтверждающее его эффективность;

5. Разработан алгоритм эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети, а также техническое устройство, подтверждающее адекватность его работы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Научная идея применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для определения основополагающего фактора, влияющего на величину тока в нулевом рабочем проводнике;

2. Взаимозависимости показателей несимметрии и несинусоидальности, позволяющие определить основополагающий фактор, влияющий на изменение тока в нулевом рабочем проводнике;

3. Метод расчета потерь мощности в распределительной сети, возникающих из-за несимметрии и несинусоидальности, в т.ч. в нулевом рабочем проводнике;

4. Алгоритм эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной распределительной сети.

Апробация

Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:

1. «II-й Всероссийской (с международным участием) молодежной научно-практической конференции «Введение в энергетику», г. Кемерово, 23-25 ноября 2016 г.;

2. Конференции 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, г. Санкт-Петербург, 1-2 февраля 2017 г;

3. Конференции 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, г. Санкт-Петербург, 29 января-1 февраля 2018 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, входящих в систему международного цитирования Scopus, 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Объем и структура диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований, изложена на 139 страницах машинописного текста и содержит 72 рисунка, 12 таблиц, 2 приложения.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СЕТИ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1 Характерные схемы электроснабжения

Для конкретизации цели, задач и объекта исследования в работе проведен анализ конфигурации и режимов работы распределительной сети предприятий различных отраслей.

В ходе исследования были рассмотрены схемы электроснабжения предприятий различных отраслей промышленности: нефтяной (перерабатывающее предприятие), металлургической (сталеплавильный завод), целлюлозно-бумажной промышленности, социальных объектов, а также их основные энергопотребители и их режимы работы на указанных объектах.

Стоит отметить, что для всех типов предприятий характерно наличие однофазной нагрузки, распределенной несимметрично по питающим фазам.

Поскольку объекты нефтяной промышленности связаны в первую очередь с перекачкой нефти и нефтепродуктов, то на них основной нагрузкой являются синхронные и асинхронные двигатели с частотным регулированием [6, 7].

На насосных перекачивающих станциях магистральных нефтепроводов и компрессорных станциях проектная мощность электропотребителей обычно составляет 40 - 60 МВт, но может превышать и 100 МВт.

На рисунке 1.1.1 в качестве примера представлен вариант схемы электроснабжения нефтепромысла [8]. Из анализа схемы можно сделать вывод, что на понижающих подстанциях используются трансформаторы широкого диапазона напряжений, начиная от высоких напряжений 110/35 кВ и заканчивая трансформаторами 6/0,23, служащими для освещения, и 6/0,4 кВ, предназначенными для питания электрооборудования насосных скважин. Суммарная мощность трансформаторов может достигать десятков МВА.

Рисунок 1.1.1 - Вариант схемы электроснабжения объектов нефтяных промыслов: ГПП - главная понижающая

подстанция; ТП - трансформаторная подстанция

От одной трансформаторной подстанции может отходить не один десяток

л

питающих линий с сечением от 70 до 150 мм (наиболее распространенные сечения).

Кроме того анализ режимов работы и состава оборудования распределительных электрических сетей объектов нефтяной промышленности показал, что помимо нагрузки, запитываемой от источников высокого напряжения, существует также большая доля низковольной нагрузки (до 1000 В), запитываемой от трехфазной четырехпроводной распределительной сети с нулевым рабочим проводником.

Поскольку основную долю низковольтной нагрузки составляют электроприводы с частотным регулированием, то в подобных распределительных системах очевидно наличие несинусоидальных фазных токов.

На рисунке 1.1.2 приведена схема электроснабжения нефтеперерабатывающего предприятия.

Из анализа режимов работы и состава нагрузки электрических распределительных систем современных нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) выявлено, что проектные мощности насосов и компрессоров могут лежать в широком диапазоне мощностей - от 0,4 до 12000 кВт. Помимо насосов на НПЗ широко распространены электродвигатели напряжением 0,38 кВ мощностью до 200 кВт - они составляют до 50% всей нагрузки НПЗ. Режим работы оборудования нефтеперерабатывающего завода в основном продолжительный, суточных график нагрузки практически неизменен. Наиболее распространенные сечения медного провода - от 50 до 120 мм2.

Питание энергопотребителей в низковольтной части распределительной сети предприятия выполняется по трехфазной четырехпроводной системе с нулевым рабочим проводником.

Рисунок 1.1.2 - Схема электроснабжения нефтеперерабатывающего предприятия

На рисунке 1.1.3 приведена схема электроснабжения металлургического комбината.

Рисунок 1.1.3 - Схема электроснабжения металлургического комбината

Из анализа режимов работы и состава нагрузки электрических распределительных систем металлургических комбинатов с полным циклом выявлено, что в их составе присутствуют мощные нелинейные и несимметричные потребители с резкопеременным характером нагрузки. В связи с этим предназначенные для питания освещения трансформаторные подстанции 10(6)/0,4 кВ, чувствительные к изменениям показателей качества электроэнергии подключаются к секции шин 10(6) кВ, не предназначенных для питания резкопеременной нагрузки. Наиболее распространены сечения кабельных линий с медными и алюминиевыми проводами до 150 мм .

Наиболее мощными энергопотребителями на металлургических комбинатах являются дуговые сталеплавильные печи, которые могут иметь мощность от 25 до 50 МВА. Также в литературе приведены примеры печей с печными трансформаторами мощностью до 80 МВА [9].

Один из вариантов схемы электроснабжения дуговых сталеплавильных печей приведен на рисунке 1.1.4.

Рисунок 1.1.4 - Схема электроснабжения дуговых сталеплавильных печей

Из анализа режимов работы и состава нагрузки электрических распределительных систем предприятий химической промышленности выявлено, что основной нагрузкой являются центробежные насосы, поршневые и турбокомпрессоры мощностью до 15000 кВт [10]. Их режим работы в основном продолжительный, однако имеются электроприводы, характер нагрузки которых кратковременный. В основном это характерно для центрифуг, имеющих циклический режим работы и тяжелые условия пуска, после которого нагрузка на сети снижается в 2-3 раза. На предприятиях резиновой промышленности наибольшее распространение получила резкопеременная циклическая нагрузка с длительностью цикла от 20 до 40 минут [11].

На рисунке 1.1.5 приведена схема электроснабжения целлюлозно-бумажного комбината.

На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности мощности электроприводов могут лежать в пределах до 9000 кВт, причем большая часть нагрузки работает в продолжительном режиме. Также стоит отметить, что электроприемники мощностью до 250 кВт в основном запитаны от трехфазных четырехпроводных сетей напряжением 0.38 кВ. Наиболее распространены

Л

кабельные линии с сечением провода от 70 до 150 мм .

Для предприятий легкой промышленности наиболее характерны электропотребители мощностью до 200 кВт с продолжительным режимом работы и коэффициентом спроса от 80 до 90%.

В таблице 1.1.1 представлены [12] статистические данные о составе электроприемников на предприятиях различных отраслей промышленности. Из анализа таблицы можно сделать вывод о том, что низковольтная нагрузка (до 1 кВ) промышленных предприятий имеет такой же, а то и больший объем по сравнению с высоковольтной нагрузкой (6-10 кВ), и пренебрегать ею при расчете вносимых искажений не следует.

Таблица 1.1.1 - Состав электроприемников на предприятиях различных отраслей промышленности, %

Отрасль народного сз £ & = ~ се = е « Асинхронные двигатели аэ 5: £ м и и с о се - & У 03 Г £ £ и К - - ее ъ 5: Г £ П, ■ о к =; Е-Н (к ■Г! М ы -

хозяйства я о б-ЮхВ 380В, К <и Г = рс Й □ г

Металлургия 25 10 37 3 4 7 3 11 -

Горнорудная 21 21 47 5 - - - - 6

Химическая 40 24 29 2 - 2 1 2 -

Легкая - 6 78 12 - - - - 10

Машин о стро ени е 8 5 52 5 7 6 14 3 -

Н ефтед о оьев аюгцая 8 48 30 5 - - - - 9

Газовая 40 58 - 2 - - - - -

Нефтеперерабатывающая 26 18 50 2 - - - - -

На непроизводственных объектах (жилые дома, офисы, учреждения образования, медицинские учреждения и т.д.) основными энергопотребителями являются осветительные и бытовые приборы, компьютерная техника.

Кроме маломощных приёмников в учреждениях может использоваться специализированное оборудование:

1. Техническое - станки, электродвигатели, стенды по преобразовательной технике и силовой электронике и пр. - в среднеспециальных и высших учебных заведениях;

2. Медицинское - компьютерные и магнито-резонансные томографы, рентген и пр. - в медицинских учреждениях;

3. Нагревательное - мощные электроплиты и пр. кухонное оборудование -на предприятиях пищевой промышленности и пищеблоков медицинских и образовательных учреждений.

м

00

Рисунок 1.1.5 - Схема внешнего электроснабжения целлюлозно-бумажного завода

Рассмотрим однолинейную принципиальную схему главного распределительного щита (ГРЩ) электрической сети медицинского объекта, представленную на рисунке 1.1.6. Стоит отметить, что на схему вынесены наиболее характерные для медицинского учреждения типы нагрузок, однотипные нагрузки повторно на схеме не приводились.

В составе электрической сети медицинского объекта широко представлены осветительные приборы, компьютерная техника (в т.ч. собственный сервер), маломощные медицинские приборы. Также представлены двигательные нагрузки (лифтовое оборудование, вентиляция), холодильные и нагревательные установки (пищеблок, морг, дезинфекционные камеры), а также мощные трехфазные потребители (рентген - 150 КВт, компьютерные томографы - 25^50 КВт, магниторезонансный томограф со вспомогательным оборудованием - (100+50) КВт).

Для питания нагрузок используются медные и алюминиевые четырех- и

Л

пятипроводные кабели сечением до 150 мм .

Из вышеприведенного анализа систем электроснабжений предприятий различных отраслей промышленности можно сделать вывод о том, что любое предприятие имеет в составе своего электротехнического комплекса низковольтную трехфазную четырехпроводную электрическую

распределительную сеть, в которой представлена как нелинейная, так и несимметричная нагрузка.

Поскольку наиболее ярко выраженным диапазоном несимметрии и несинусоидальности нагрузок обладает трехфазная четырехпроводная электрическая сеть социального объекта, то принято решение проводить исследования на его основе, а затем полученные экспериментальные и теоретические результаты обобщить с целью возможности их распространения на любые промышленные и социальные объекты.

м

ЦП

Рисунок 1.1.6 - Однолинейная принципиальная схема ГРЩ медицинского объекта (ВВОД 1)

Поскольку в работе рассматриваются низковольтные распределительные сети 0.4 КВ, то этим фактором будет введено ограничение по рассматриваемой нагрузке. Из вышеприведенного анализа сетей промышленных предприятий выявлено, что наиболее распространенные сечения кабеля в подобных сетях - от

Л

1.5 до 50 мм . Опираясь на табличные данные зависимости максимального тока от сечения кабеля, можно принять, что рассматриваемая нами нагрузка будет ограничена в пределах от 10 до 150 КВт на одну питающую линию.

1.2 Типы нагрузки промышленных предприятий

Для низковольтных сетей промышленных предприятий основными типами нагрузки являются [13-33]:

1. Симметричная линейная нагрузка;

2. Несимметричная линейная нагрузка;

3. Симметричная нелинейная нагрузка;

4. Несимметричная нелинейная нагрузка.

При этом каждый из этих типов нагрузки оказывает свое влияние на значение тока нулевого рабочего проводника.

1.2.1 Симметричная линейная нагрузка

Симметричная линейная нагрузка - самый предпочтительный тип нагрузки любого промышленного предприятия.

Режим работы предприятия с симметричной линейной нагрузкой неоднократно описан во всех учебниках электротехники и электроснабжения [3336]. Суть его состоит в том, что в нулевом рабочем проводнике при таком режиме работы ток не протекает, поскольку по первому закону Кирхгофа в общей точке фазные токи полностью сокращаются.

Поэтому подобный режим работы нагрузки в диссертации учитываться не будет.

1.2.2 Несимметричная линейная нагрузка

Симметричная линейная нагрузка подразумевает абсолютное равенство нагрузки во всех трех фазах при условии ее синусоидальности, однако в современных условия с широким применением преобразовательных устройств и мощных однофазных потребителей зачастую этого достигнуть затруднительно.

В первую очередь несимметрия в низковольтных электрических сетях формируется за счет однофазных потребителей, неравномерно распределенных по фазам и в меньшей степени за счет трехфазной нагрузки с неравномерной загруженностью фаз [37-39].

Наиболее распространенным типом несимметрии в установившемся режиме работы предприятия являются кратковременные режимы несимметрии (в основном к ним относят аварийные режимы), однако в работе в первую очередь будут рассматриваться длительные несимметричные режимы, поскольку они оказывают наибольшее влияние на величину тока в нулевом рабочем проводнике.

Также по другой классификации несимметрию подразделяют на продольную и поперечную несимметрии.

Продольная несимметрия - это несимметрия, которая возникает в трехфазной электрической сети из-за несимметрии ее элементов, тогда как поперечная несимметрия - это несимметрия, возникающая из-за подключения к трехфазной электрической сети неравномерных нагрузок.

В связи со всем вышесказанным можно сделать следующий вывод, что основными причинами возникновения несимметрии как токов, так и напряжений являются:

1. Неравномерное распределение нагрузок в фазах;

2. Неполнофазная работа линии или других элементов в трехфазной распределительной сети;

3. Неодинаковые параметры линии в фазах сети.

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда ХА ^ 1В ^ ^ и (рс токи в фазах потребителя различны и определяются по

закону Ома (1.1).

1а = йа / ; 1Ь = йь / ^; 1С = ис / . (1.1)

Ток в нулевом рабочем проводнике I 0 равен геометрической сумме фазных токов (1.2).

1о = 1а + 1ъ + К. (1.2)

Согласно ГОСТ 32144-2013 [40] «несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети».

Показателями качества электроэнергии (КЭ), относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности £2[/ и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности кйи.

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

- «значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности к2и и несимметрии напряжений по нулевой последовательности кш в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю»;

- «значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности к и несимметрии напряжений по нулевой последовательности к в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю».

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности

определяется по формуле к2и = —^ -100 , % , (1.3)

и1(1)

где и2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;

и1(1)- действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.

Допускается вычислять кги по выражению, % :

к2и =-^100 , (1.4)

ном.мф.

где - номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, % :

к 0и = ^100 , (1.5)

где и0(1}- действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В. Допускается вычислять к0и по формуле, %

к0и = Ц°^100 , (1.6)

ном.ф.

где ижыф - номинальное значение фазного напряжения, В.

Коэффициенты несимметрии для токов определяются аналогично.

В [41] показано, что несимметрия может приводить к следующим негативным последствиям для электрической сети промышленного предприятия:

1. Добавочные потери электроэнергии;

2. Увеличение затрат на модернизацию электрической распределительной сети предприятия;

3. Ущерб, возникающий из-за простоя оборудования при возникновении аварийных ситуаций, связанных с повреждением и обрывом фазных и нулевого рабочего проводников;

4. Увеличение потребляемой двигателями и конденсаторными блоками реактивной мощности.

Кроме того в [42-47] был проведен анализ последствий, возникающих из-за несимметрии напряжений.

Например, несимметрия напряжений величиной в 5% приводит к снижению мощности асинхронных двигателей на величину от 5 до 20% от номинальной, а срок его службы сокращается более чем в два раза. Также установлено, что «1% величины коэффициента несимметрии напряжений соответствует 1,73% дополнительного отклонения напряжения» [48].

Несимметрия токов помимо воздействия на нулевой рабочий проводник также влияет на низкочастотные каналы автоматики, проводной связи и сигнализации [49].

В таблице 1.2.2.1 приведены показатели несимметрии потребителей, для которых несимметрия допускается целесообразностью по технико-экономическим показателям.

Таблица 1.2.2.1 - Примеры электропотребителей, создающих несимметрию напряжений

Вид эл екгр о пр немника ином. кВ к2и, %

Дуговая сталеплавильная печь 100 220 1,3

35 4,5

Дуговая сталеплавильная печь 40 110 1,4

35 4.0

Однофазные электротермические установки 10 18

110 4.6

Тяговые подстанции переменного тока 6 1,4

10 2:0

Прокатный стан 1700 0,4 1-5

По имеющимся данным в сетях 220 кВ Урала и Сибири коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности может достигать 1.5%, в сетях 27.5 кВ - 7.5%, в сетях 10.5 кВ - 9.2%. Исследование проводилось в электрических системах, основной несимметричной нагрузкой которых являлись горно-обогатительные комбинаты (ГОК), лесозаготовительные и лесоперерабатывающие комбинаты, а также электрифицированные железные дороги.

Например в электрических сетях Южно-Уральской электрифицированной железной дороги такие показатели несимметрии напряжений привели к преждевременному выходу из строя оборудования: мощных синхронных двигателей и насосных станции, а кроме того нарушили работу сигнализирующих и блокирующих устройств [50].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белицкий Антон Арнольдович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вагин, Г.Я. Анализ влияния нелинейной однофазной нагрузки на значение тока в нулевом проводе / Г.Я. Вагин, А.А. Севостьянов, Е.Б. Солнцев, С.Н. Юртаев, П.В. Терентьев, В.В. Смирнов // Промышленная энергетика. -2013. -№ 12. - С. 17-19

2. Дьяков, А.В., Бембеев, Ц.В., Юндин, М.А. Устройство для снижения токовой нагрузки в нулевом проводе четырехпроводной сети 0,38 КВ / А.В. Дьяков, Ц.В. Бембеев, М.А. Юндин // Инновации в сельском хозяйстве. -2016. - №2(17). - С. 169-172

3. Юндин, М.А., Ханин, И.И. Динамика изменения тока 3-ей гармоники в нулевом проводе / М.А. Юндин, И.И. Ханин // Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ОЗОНА». - 2012. - С. 130-135

4. Устройство для компенсации тока 3-й гармоники в нулевом проводе 4-х проводной сети [Текст]: пат. 145062 Россия: МПК H 02 J 3/00, H 02 J 3/01/ Юндин М.А., Ханин И.И.; заявитель и патентообладатель, Донской государственный аграрный университет. - №2014105817/07; заявл. 17.02.2014

5. Способ защиты трехфазной электрической сети с нулевым проводом от несимметричных режимов [Текст]: пат. 2395145 Россия: МПК H 02 Н 3/00, H 01 Н 85/00/ Бирюлин В.И., Хорошилов Н.В., Ларин О.М.; заявитель и патентообладатель, Курский государственный технический университет. -№2008152689/09; заявл. 29.12.2008; опубл. 20.07.2010; Бюл.№20

6. Журнал «Электро» [Сайт]. URL: http://www.elektro-journal.ru (дата обращения 01.03.2017 г.).

7. Бахир, Ю.В. Энергетический режим эксплуатации нефтяных месторождений / Ю.В. Бахир. - М.: Недра. - 1978. - 140 с.

8. Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. / Ю.Д. Сибикин , М.Ю. Сибикин , В.А. Яшков - М.: Высшая школа. -2001. - 167 с.

9. Никифоров, Г.В. Энергоснабжение и управление энергопотреблением в металлургическом производстве / Г.В. Никифоров, В.К. Олейников, Б.И. Заславец // М.: Энергоатомиздат. - 2003. - 479 с.

10. Ополева, Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. / Г.Н. Ополева - М: Форум-Инфра-М. - 2006. - 480 с.

11. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей и результатов измерений. / П.В. Новицкий, И.А. Зограф - М.: Энергоатомиздат. - 1985. - 284 с.

12. Мукосеев, Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. / Ю.Л. Мукосеев - М: Энергия. - 1973. - 584 с.

13. Кабышев, А.В. Электроснабжение объектов. Часть 1. Расчет электрических нагрузок, нагрев проводников и электрооборудования: учебное пособие / А.В. Кабышев. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007 -185 с.

14. Гужов, Н.П. Системы электроснабжения: Учебное пособие \ Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 154 с.

15. Головкин, П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии / П. И. Головкин. - Москва: Энергоатомиздат, 1979. - 360 с.

16. Федоров, А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для ВУЗов - 4-е изд., перераб. и доп. / А.А. Федоров, В.В. Каменева -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с.

17. Колесник, Ю. Н. Потребители электроэнергии: курс лекций по одноим. дисциплине для студентов специальности 43 01 03 «Электроснабжение» днев. и заоч. форм обучения / Ю. Н. Колесник. - Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого, 2009. -72 с.

18. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. / под общей ред. А. А. Федорова. - Москва: Энергоатомиздат, 1986. - 568 с.

19. Шидловский, А.К. Расчеты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий/ А.К. Шидловский, Г.Я. Вагин, Э.Г. Куренный. - Москва: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.

20. Цигельман, И.Е. Электроснабжение гражданский зданий и коммунальных предприятий Учебник для электромеханич. спец. техникумов. 3-е изд., испр. и доп./ И.Е. Цигельман. - М.: Высш. шк. 1988. — 319 с.

21. Кабышев, А.В. Расчет и проектирование систем электроснабжения: Справочные материалы по электрооборудованию: Учеб. пособие / А.В. Кабышев, С.Г. Обухов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2005. -168 с.

22. Электрическая часть электростанций: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. С.В.Усова. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 616 с.

23. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Неяшкова, М.Н. Околович; Под ред. А.А.Васильева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

24. Грудинский, П.Г., Мандрыкин, С.А., Улицкий, М.С. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций / Под ред. П.И.Устинова. - М.: Изд-во «Энергия», 1974. - 576 с.

25. Правила устройства электроустановок. - 6-е изд., дополненное с исправлениями. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2000. - 608 с.

26. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - СПб.: Изд-во ДЕАН, 2004. - 336 с.

27. Мотыгина, С.А. Эксплуатация электрической части тепловых электростанций / С.А. Мотыгина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во «Энергия», 1979. - 568 с.

28. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов / Б.Н. Неклепаев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 640 с.

29. Сыромятников, И.А. Режимы работы синхронных и асинхронных двигателей - 4-е изд., переработ. и доп. / Под ред. Л.Г.Мамиконянца. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

30. Рожкова, Л.Д., Козулин, В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов /Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

31. Пособие для изучения Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей (электрическое оборудование) / Под общ. ред. Ф.Л.Когана. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. - 352 с.

32. Рожкова, Л.Д., Корнеева, Л.К., Чиркова, Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для средн. проф. образования / Л.Д. Рожкова, Л.К. Корнеева, Т.В. Чиркова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 448 с.

33. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи/ Л.А. Бессонов. - М.: Высш. школа, 1978. - 528 с.

34. Богословский, А.С. Электрические цепи переменного тока. Т.1 / А.С. Богословский. - Л.: ВВМИЛУ, 1979. - 422 с.

35. Каплянский, А.Е., Лысенко, А.П., Полетовский, Л.С. Теоретические основы электротехники / А.Е. Каплянский, А.П. Лысенко, Л.С. Полетовский. - М.: Высш. школа, 1972. - 448 с.

36. Электротехника. Анализ трехфазных цепей с помощью векторных диаграмм: Конспект лекций. / В.В. Колесников, В.В. Леонтьев, О.Л. Скворцов. -Л.: СЗПИ. - 1988. - с. 4-11

37. Электрическая нагрузка. Виды электрических нагрузок [Электронный ресурс]. URL: http://www.eti.su/articles/electrotehnika/electrotehnika_684.html (дата обращения 01.03.2017 г.).

38. Электротехника. Учебно-методический комплекс [Электронный ресурс]. URL: http://model.exponenta.ru/electro/0042.html (дата обращения 01.03.2017 г.).

39. Несимметрия напряжений [Электронный ресурс]. URL: http://www.sonel.ru/ru/biblio/article/quality-voltage/unsymmetry-voltage/ (дата обращения 01.03.2017 г.).

40. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: ГОСТ 32144-2013 - М.: Стандартинформ. - 2014.

41. Несимметрия в электрических сетях и мероприятия по её снижению [Электронный ресурс]. URL: http://dabarov.narod.ru/gosy/094.htm (дата обращения 01.03.2017 г.).

42. Висящев, А.Н. Качество электрической энергии и электромагнитная совместимость в электрических системах: учебное пособие / А.Н. Висящев. -Иркутск. - 1997. - 187 с.

43. Железко, Ю.С. Научно-методические основы стратегии снижения потерь и повышения качества электроэнергии в электрических сетях: автореф. дис. ... докт. техн. наук: 05.14.02 / Железко Юрий Станиславович. - М. - 1996. - 46 с.

44. Железко, Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко. - М.: ЭНАС. - 2009. - 456 с.

45. Железко, Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь в электрических сетях: руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС. - 2004. - 280 с.

46. Левин, М.С. Качество электрической энергии сельских районов / М.С. Левин, А.Е. Мурадян, Н.Н. Сырых. - М.: Энергия. - 1975. - 224 с.

47. Майер, В.Я. Исследование влияния симметричного и несимметричного отклонения напряжения на эксплуатационные характеристики асинхронного двигателя / В.Я.Майер // Промышленная энергетика. -1993. -№ 9. - С. 30-34

48. Наумов, И.В. Снижение потерь и повышение качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ с помощью симметрирующих устройств: дис. ... докт. техн. наук: 05.20.02 / Наумов Игорь Владимирович. - Иркутск. - 2002. - 387 с.

49. Висящев, А.Н. Качество электрической энергии и электромагнитная совместимость в электрических системах: учебное пособие / А.Н. Висящев. -Иркутск. - 1997. - 187 с.

50. Исследование взаимосвязи показателей качества электроэнергии и надежности электроснабжения [Электронный ресурс]. URL: http://docplayer.ru/30840080-Issledovaniya-vzaimosvyazi-pokazateley-kachestva-elektroenergii-i-nadezhnosti-elektrosnabzheniya.html (дата обращения 01.03.2017 г.).

51. Гантагула Дамдинсурэнгийн Способы нормализации качества и снижения потерь электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ Монголии: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.02 / Гантагула Дамдинсурэнгийн. -Иркутск. - 2015. - 190 с.

52. Эффект от применения фильтра токов нулевой последовательности [Электронный ресурс]. URL: http://www.arnady.ru/specpredlozhenie3/ (дата обращения 01.03.2017 г.).

53. Ершов, А.М. Качество электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий / А.М. Ершов. - Учебное пособие. - Челябинск: ЧГТУ, 1991. - 88с.

54. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях / пер. с англ. М.: Додэка-XXI. - 2008. - 336 с.

55. Темербаева, С.А., Боярская, Н.П., Довгуна, В.П., Колмакова, В.О. Анализ качества электроэнергии в городских распределительных сетях 0,4 кВ // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. - 2013. - №6. - с. 107-120

56. Ананичева, С.С. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах: учебное пособие / С.С. Ананичева, А.А. Алексеев, А.Л. Мызин.; 3-е изд., испр. - Екатеринбург: УрФУ. - 2012. - 93 с.

57. Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий / И.В. Жежеленко. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат. - 2000. - 331 с.

58. Качество электрической энергии горных предприятий / Н.М. Кузнецов, Ю.В. Бебихов, А.В. Самсонов, А.Н. Егоров, А.С. Семенов. - М.: Изд-во Российской академии естествознания. - 2012. - 68 с.

59. Шидловский, А.К. Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях / А.К. Шидловский, А.Ф. Жаркин. - Киев: Наукова думка. - 2005. - 210 с.

60. Дубинин, В.В., Попов, А.Н. Контроль показателей качества электроэнергии в промышленных электрических сетях / В.В. Дубинин, А.Н. Попов // Ползуновский вестник. - № 4-2. -2013. - с. 66-71

61. Хацевский, К.В., Денчик, Ю.М., Клеутин, В.И., Зубанов, Д.А., Бубнов, А.В., Харламов, В.В. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения / К.В. Хацевский, Ю.М. Денчик, В.И. Клеутин, Д.А. Зубанов,

A.В. Бубнов, В.В. Харламов // Электротехника. Энергетика. Омский научный вестник. - № 2 (110). - 2012. - с.212-214

62. Журовский, A.M. Гармоники в электрических сетях: задачи и решения / A. M. Журовский, Е. В. Иванова, А. А. Сидоренко; под ред. А. А. Руппель. — Омск: ОИВТ (филиал) ФБОУ ВПО НГАВТ, 2009. — 119 с.

63. Пустоваров, В.Е., Овчаренко, Т.И., Боровик, Ю.С. Анализ показателей качества электрической энергии на промышленных предприятиях /

B.Е. Пустоваров, Т.И. Овчаренко, Ю.С. Боровик // Системи обробки шформацп. -випуск 6. - 2004. - с.159-163

64. Эффективные режимы работы технологических установок / И.В. Жежеленко, В.М. Божко. - К.: Техника, 1987. - 183 с.

65. Hoong Kwan Kian, Lam So Ping, Chung Chu Yun. An output regulation based unified power quality conditioner with Kalman filters. IEEE Trans Ind Electron. - 2012. - 59 (November(11)). - p. 4248-4262

66. Valtierra-Rodrguez Martin,de Jesus Romero-Troncoso Rene,Alfredo Osornio-Rios Roque,Garcia-Perez Arturo. Detection and classification of single and combined

power quality disturbances using neural networks. IEEE Trans Ind Electron. - 2014. -61(May(5)). - p. 2473-2482

67. Janik Prezemyslaw,Lobos Tadeusz. Automated classification of power quality disturbances using SVM and RBF networks. IEEE Trans Power Deliv. - 2006. - 21 (July (3)). - p.1663-1669

68. Mishra S, Bhende CN, Panigrahi BK. Detection and classification of power quality disturbance susing S-transform and probabilistic neural network. IEEE Trans Power Deliv. - 2008. - 23(January(1)). - p. 280-287

69. Prakash Mahela Om, Gafoor Shaik Abdul, Gupta Neeraj. A critical review of detection and classification of power quality events. Renew Sustain Energy Rev. -2015. - 41. - p. 495-505

70. Chellammal N, Subhransu Sekar Dash, Velmurugan V ,Ravitheja Gurram. Power quality improvement using multilevel inverter as series active filter. In:Pro- ceedings of IEEE international conference on emerging trends in science, engineering and technology, Tiruchirappalli, Tamilnadu, India. - December 2012. - p. 450-455

71. Farahat MA, Zobah A. Active filters for power quality improvement by artificial neural networks technique. In: Proceedings of IEEE international universities power engineering conference, Bristol, UK. - vol.1. -September2004. - p. 878-883

72. Miller TJE. Reactive power control in electric systems. Toronto, Canada: Wiley. -1982. - 416 p.

73. Paice DA. Power electronic converter harmonics-multi pulse methods for clean power. New York: IEEE Press. - 1996. - 202 p.

74. Sasaki H, Machida T. A new method to eliminate AC-harmonic current by magnetic flux compensation-consideration on basic design. IEEE Trans Power Appl Syst. -1971. -PAS-90(January). - p. 2009-2019

75. Скакунов, Д.А., Барышников, Д.В. Исследование качества электрической энергии в низковольтных сетях электроснабжения цеха первичной переработки нефти ОАО «Ачинский нефтеперерабатывающий завод» / Д.А. Скакунов, Д.В. Барышников // Фундаментальные исследования. - 2005. - № 3. - С. 57-60.

76. Воронин, В.А., Лебедев, Г.Н. Об экономическом ущербе от снижения качества электроэнергии и источниках его возникновения / В.А. Воронин, Г.Н. Лебедев // Вестник Кузбасского государственного технического университета. -2016. - №3. - с. 79-84

77. Добрусин, Л.А. Проблема качества электроэнергии и электросбережения в России / Л.А. Добрусин // Энергоэксперт. - 2008. - №4. - с. 30-35

78. Шамонов, Р.Г. Разработка методики оценки влияния качества электроэнергии на потери мощности и энергии в электрических сетях: дис... канд.техн.наук./ Шамонов Роман Геннадьевич - Москва, 2003. - 155 с.

79. Карташев, И.И. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 320 с.

80. Зимин, Е.Н. Электрооборудование промышленных предприятий и установок / Е.Н. Зимин, В.И. Преображенский, И.И. Чувашов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 552 с.

81. Карпов, Ф.Ф. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий / Ф.Ф. Карпов. - М., «Энергия». - 1970. - 223 с.

82. ПАО «Ленэнерго» [Сайт]. URL: http://lenenergo.ru/standart/ (дата обращения 01.12.2018 г.).

83. Пожары и пожарная безопасность в 2012 году: Статистический сборник. Под общей редакцией В.И. Климкина. - М.: ВНИИПО, 2013, - 137 с.: ил. 40.

84. Пожары и пожарная безопасность в 2013 году: Статистический сборник. Под общей редакцией В.И. Климкина. - М.: ВНИИПО, 2014, - 137 с.: ил. 40.

85. Пожары и пожарная безопасность в 2014 году: Статистический сборник. Под общей редакцией А.В. Матюшина. - М.: ВНИИПО, 2015, - 124 с.: ил. 40.

86. Пожары и пожарная безопасность в 2015 году: Статистический сборник. Под общей редакцией А.В. Матюшина. - М.: ВНИИПО, 2016, - 124 с.: ил. 40.

87. Пожары и пожарная безопасность в 2016 году: Статистический сборник. Под общей редакцией Д.М. Гордиенко. - М.: ВНИИПО, 2017, - 124 с.: ил. 40.

88. Почему греется нулевой провод и опасно ли это [Сайт]. URL: https://samelectrik.ru (дата обращения 01.12.2018 г.).

89. Короткие замыкания, перегрузки, переходные сопротивления. Меры противопожарной безопасности [Электронный ресурс]. URL: http://electricalschool.info/main/osnovy/54-korotkie-zamykanija-peregruzki.html (дата обращения 01.03.2017 г.).

90. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др.; под ред. Ю.В. Шарова. - М.: Издательский дом МЭИ. - 2006. -320 с.

91. Веников, В.А., Идельчик, В.И., Лисеев, М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. / В.А. Веников, В.И. Идельчик, М.С. Лисеев. -М.: Энергоатомиздат. - 1985. - 216 с.

92. Электрические системы. Электрические сети: Учеб. Для электроэнерг. спец. вузов/ В.А. Веников, А.А. Глазунов, Л.А. Жуков и др.: под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева. - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа. - 1998. - 511 с.

93. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и систем / В.И. Идельчик. - М.: Энергоатомиздат. - 1988. - 288 с.

94. Электротехнический справочник: В т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). - 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ. -2004. - 964 с.

95. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии: ГОСТ 30804.4.30-2013. - М.: Стандартинформ. - 2014

96. Белицкий, А.А. Исследование высших гармоник в электрической сети социально значимого объекта / Я.Э. Шклярский, А.А. Белицкий // «Электротехнические комплексы и системы управления». - г. Воронеж. - №3(39). - 2015 г. - С. 54-57

97. Белицкий, А.А. Влияние несинусоидальных токов и токов несимметрии в четырехпроводных сетях низкого напряжения. - «Современная наука и практика».

- г. Санкт-Петербург. - №2(19). - 2017 г. [Электронный ресурс]. URL: http://rosstudy.ru/msp/archive/67-2017-2/231-19-2. (дата обращения 01.03.2017 г.).

98. Белицкий, А.А. Исследование высших гармоник в электрической сети социально-значимого объекта. - «Электронный научный журнал». - №4(7). - 2016 г. - С.70-75. [Электронный ресурс]. URL: http://co2b.ru/docs/enj.2016.04.pdf. (дата обращения 01.03.2017 г.).

99. Белицкий, А.А. Несинусоидальные токи и токи несимметрии в четырехпроводных сетях низкого напряжения / « Введение в энергетику. Материалы II Всероссийской (с международным участием) молодежной научно-практической конференции». - г. Кемерово. - 2016 г. [Электронный ресурс]. URL: http://science.kuzstu.ru/wp-

content/Events/Conference/0ther/2016/energ1/energ/pages/Articles/2/Belitckii.pdf (дата обращения 01.03.2017 г.).

100. Белицкий, А.А. Компенсация несинусоидальных токов и токов несимметрии в четырехпроводных сетях низкого напряжения / Я.Э. Шклярский, А.А. Белицкий.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016. - №11(2). - С. 531-540.

101. Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки.: ГОСТ Р 50571.5.52-2011. - М.: Стандартинформ. - 2013

102. Шидловский, А.К., Кузнецов, В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов. - Киев: Наукова думка, 1985. 268 с.

103. Лютаревич, А.Г., Вырва, А.А., Долингер, С.Ю., Осипов, Д.С., Четверик, И.Н. Оценка дополнительных потерь мощности от высших гармоник в элементах системы электроснабжения // Омский научный вестник. - №1(77). -2009. - с. 109-113.

104. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Часть 21. Статические счетчики активной энергии классов точности 1 и 2.: ГОСТ 31819.21-2012 . - М.: Стандартинформ. - 2013

105. Дед, А.В. Определение потерь мощности в распределительных сетях с учетом влияния несимметричной нагрузки / А.В. Дед // Омский научный вестник. - №2(80). - 2009. - с. 167-170.

106. Каменский, М.К., Холодный, С.Д. Силовые кабели 1-10 кВ с пластмассовой изоляцией. Расчет активного и индуктивного сопротивлений // RusCable [Электронный ресурс] URL: https://www.ruscable.ru/article/silovye_kabeli_1-10_kv_s_plastmassovoy_i (дата обращения 17.07.2018)

107. Источник переменного тока и напряжения трехфазный программируемый «Энергоформа 3.3». Инструкция по эксплуатации. - НПП МАРСЭНЕРГО. - 2012. [Электронный ресурс] URL: http://www.mars-energo.ru/files/catalog/35/manual_EF33_ver_8_1.pdf (дата обращения 11.10.2018)

108. Белицкий, А.А. Оценка добавочных потерь мощности в сетях с нелинейной и несимметричной нагрузкой / Я.Э. Шклярский, А.А. Белицкий.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. - №7. - С. 86-93.

109. Fluke 43B. Измеритель показателей качества электрической энергии. Руководство пользователя. [Электронный ресурс] URL: http://www.skomplekt.com/mag/1/files/fluke43b_instr.pdf (дата обращения 11.10.2018)

110. Приборы бытовые электрические. Измерение потребляемой мощности в режиме ожидания»: ГОСТ Р МЭК 62301-2011. - . - М.: Стандартинформ. - 2013

111. Программное обеспечение для разработки электроники [Электронный ресурс] URL: http://fantasylab.ru/it-develorer-portfolio/p-o-dlya-razrabotki-elektroniki.html (дата обращения 11.10.2018)

112. CodeVision AVR [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/CodeVisionAVR (дата обращения 11.10.2018)

113. Datasheet LM044L [Электронный ресурс] URL: https://www.digchip.com/datasheets/parts/datasheet/000/LM044L-pdf.php (дата обращения 11.10.2018)

114. 8-bit AVR Microcontroller with 32 Kbytes In-System programable Flash [Электронный ресурс] URL: http://ww1 .microchip.com/downloads/en/devicedoc/doc2503.pdf (дата обращения 11.10.2018)

115. Galvanic Isolation: Purpose and Methodologies [Электронный ресурс] URL: https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/galvanic-isolation-Purpose-and-Methodologies/ (дата обращения 11.10.2018)

116. Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко; под общ. ред. К.К. Васильева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 452 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 - Технические характеристики Источника «Энергоформа 3.3»

Наименование Iаряктер н с т пки Значение характеристики Примечание

Диапазон Дискретность установки Пределы допускаемых отклонений установленных значений

1. Частота первой гармоники переменного тока {/!). Гц 42.5... 70 0.01 Абсолютная: ±0.01

2. Номинальные значения фазных/межфазных напряжений (г.у. в 220/(220л'з); 60/(б0ч(3) — —

3. Номинальные значения токов (7ц). А 0.5; 5 — —

4. Действующее значение первой гармоники напряжения (1/1). В 20...254 0.001 Относительная: 1 % При номинальной нагрузке

2 54... 264 При нагрузке 10 % от номинала

5. Действующее значение первой гармоники тока №)■ А 0.05.. .7,7 0,0001 Относительная: 1 % При нагрузке 50 % от номинала

0.05..5.0 При номинальной нагрузке

0.005..0.05 Относительная: 2 %

6. Спектральный состав сигналов напряжения и тока

Гармоники: составляющие с частотой от 2 до 50) 2...50 Количество: 49

Ин п гергармон икг 1: составляющие с частотой Д = №2 (нечетные значения к от 1 до 101) 0.5: 1.5: 49,5: 50.5 0.01 Количество: 51

7. Среднеквадратичен кое значение спектральной составляющей напряжения и тока. % от Сд ИЛИ 1\

для гармоник со 2-й по 19-ю 0. 100

для гармоник с 20-й по 50-ю 0... 50 0.01

для интергармоник (от 0.5 до 50,5) 0... 15

8. Фазовый угол между ■ напряжениями первой гармоники разных фаз. ■ током н напряжением первой гармоники одной фазы, градус -179.99 +180 0.01 Абсолютная: ±2°

Продолжение таблицы А.1

Значение характеристики

Наименование характеристики Диана зои Дискретность установки Пределы допускаемых отклонений установленных значении Примечание

Фазовый угол между

■ напряжением первой п п-й

гармоник (ннтергармоннк) -179.99

одной фазы. 0.01 —

■ током первой и л-й гармо- +180

ник (ннтергармоннк) одной

фазы, градус

10. Коэффициент нелиней- Ь\ = 20.. .254 В.

ных искажений при генера- Относительная: при линейной на-

ции синусоидального сигна- 1 % грузке

ла напряжения, %. не более

11. Коэффициент нелиней- 1\ = 0.05.. .7,7 А*

ных искажении при генера- при нагрузке 50 %

ции синусоидального сигна- Относительная: от номинала

ла тока. %. не более — 1 % 1\ =0.05... 5.0 А при номинальной нагрузке

Относительная: /1 =0.005...0.05 А

5 %

12. Нестабильность установ-

ленного действующего зна- Абсолютная:

чения напряжения за мину- =0.03%

ту, %/мин, не более

13. Нестабильность установленного действующего значения тока за минуту. %/мин. не более — — Абсолютная: =0.03%

14. Нестабильность установленного значения мощности за минуту, %/мин, не более — — Абсолютная: =0.05%

15. Количество провалов или перенапряжений от 0 до 100000 1

16. Длительность провала пли перенапряжения (£). с от 0 до 600 0.001 Абсолютная: ±0.002 Я = (50 = 1) Гц

17. Период между возникновением провалов или перенапряжений (Т: Т > (). с

18. Среднеквадратическое значение напряжения при провале напряжения (С/щш). % от ГА от 0 до 9.99 0.01 — и = (50 ± 1) Ги

от 10 до 29.99 Относительная: ±[1.0+0,5(ЬУСМ)] %

от 30 до 100 Относительная: ±1 %

Продолжение таблицы А.1

Наименование характеристики Значение характеристики Примечание

Диапазон Дискретность установки Пределы допускаемых отклонений установленных значений

19. Среднеквадратнческое значение напряжения при перенапряжении (Т^х)-% от Ь\ от 100 до 200 0.01 Относительная: ±0.5 % Я = (50 = 1) Гп

20. Выходная мощность источника тока. ВА * 5 — — На нагрузке 0,2 Ом

21. Выходная мощность источника напряжения. ВА 10 — — На нагрузке 4.8 кОм

* При выходном напряжении 254 В и номинальной нагрузке в непи напряжения максимальный ток — 5 А.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Рисунок В.1 - Акт внедрения в учебный процесс

ЗАО «Фортэкс»

195271, г. Санкт-Петербург, ул. Бестужевская, дом 10, тел./факс: [phone] ИНН 7804348496, КПП 780401001 Расч. счет № 40702810555130007912 в Северо-Западном Банке ПАО «Сбербанк» Корр. счет №30101810500000000653, БИК 044030653 ОГР11 5067847486988 ОКВЭД 26.51.4 ОКПО 96806854

Утверждаю: Генеральный директор ЗАО «Фортэкс», к.т.н. Бурылов Дмитрий Алексеевич 12 октября 2018 г.

СПРАВКА

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Белицкого Антона Арнольдовича на тему «Разработка алгоритма эффективного применения ненормируемых показателей качества электроэнергии для анализа режимов четырехпроводной

распределительной сети»

Настоящим подтверждаем, что результаты исследований Белицкого A.A. актуальны, представляют практический интерес и могут быть использованы в деятельности ЗАО «Фортэкс» при проектировании и изготовлении электронных модулей для трехфазных активно-реактивных счетчиков электроэнергии.

В частности, разработанное автором микропроцессорное техническое устройство может быть полезно в качестве сигнализирующего для снижения аварийности работы низковольтных трехфазных четырехпроводных систем электроснабжения предприятий.

Предлагаемые автором новые решения в области введения ранее неиспользуемых дополнительных показателей качества электроэнергии позволяют расширить функциональные возможности трехфазных счетчиков электроэнергии и снизить аварийность в низковольтных трехфазных четырехпроводных системах электроснабжения предприятий, так как индикация момента превышения током нулевого рабочего проводника допустимых пределов и определение основной причины его возникновения позволяет принимать своевременные меры по его снижению и не допускать перегрева кабельной линии в целом.

Генеральный директор ЗАО «Фортэкс», к.т.

Бурылов Д.А.

Рисунок В.2 - Справка о внедрении