CC BY
112
УДК 621.31 д. ю. РУДИ
Л. И. АНТОНОВ Л. Л. РУППЕЛЬ Е. Ю. РУППЕЛЬ
Омский институт водного транспорта (филиал) Сибирского государственного университета водного транспорта,
г. Омск
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), г. Омск
ИССЛЕДОВАНИЕ СНИЖЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ С ПОМОЩЬЮ СИММЕТРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО ТИПА_
Данная научная статья посвящена вопросам качества электроэнергии, причины и последствия возникновения несимметрии напряжений в системах электроснабжения литейного производства. В статье описаны основной метод расчёта и способ снижения коэффициента несимметрии н апряжения по обратной последовательности с помощью симметрирующих устройств трансформаторного типа. В заключении отмечено то, что н а данный момент проблема качества электроэнергетики является весьма глобальной проблемой в России и в мире и требует незамедлительного решения, так как распределительные сети х а рактеризуются значительной несимметрией н апряжений. Это я в ля-ется одной из основных причин снижения качества электрической энергии и у величения потерь мощности в сети.
Ключевые слова: качество электроэнергии, коэффициент несимметрии н апряжения, симметрирующее устройство, несимметрия.
В настоящее время каждое промышленное предприятие находится в состоянии постоянного развития. Наиболее распространенными для цеховых электрических сетей являются напряжения 380 В (трехи четырехпроводные системы с заземленной нейтралью) и 660 В. Несимметрия напряжений является одним из основных показателей качества, в значительной мере определяющим экономичность и надежность электроснабжения [1, 2].
Несимметричные режимы характеризуются наличием составляющих токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей, которые приводят к следующим неблагоприятным последствиям:
— появляется опасность перегрузки трехфазных электрических двигателей токами обратной последовательности;
— появляются дополнительные потери активной мощности и электрической энергии;
— за счет потерь напряжения от токов обратной и нулевой последовательностей появляются дополнительные отклонения напряжения в отдельных фазах СЭС [1, 3].
Основными причинами возникновения несимметрии в электрической системе, практически во всех случаях, является неравномерность распределения нагрузок по фазам и снижение нагрузок трёхфазных потребителей (электродвигателей, мощных трехфазных нагревателей). На рис. 1 приведены основные последствия несимметрии напряжения в системах электроснабжения.
Для анализа и расчетов несимметричных режимов в трехфазных цепях в основном применяется метод симметричных составляющих. Метод симметричных составляющих основан на представлении любой трехфазной несимметричной системы величин (токов, напряжений, магнитных потоков) в виде суммы в общем случае трех симметричных систем величин. Симметричные составляющие отличаются друг от друга порядком следования фаз, то есть порядком, в котором фазные величины проходят через максимум и называются системами прямой, обратной и нулевой последовательностей [4].
Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последова-
Выход из строя 3-фазных электроприборов (частотные преобразователи, электрокотлы)
Повышение потерь и неточный учет электроэнергии
Сокращение срока службы асинхронных двигателей в два раза
—Ъ—
НЕСИММЕТРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
Выход из строя электросберегаю-щих ламп у однофазных потребителей
Опасность перенапряжений у однофазных потребителей
Повышенное или пониженное напряжение у однофазных потребителей
Рис. 1. Последствия несимметрии напряжений
Рис. 2. Структурная схема объекта исследования
тельности, а несимметрия фазных еще и наличием составляющих нулевой последовательности.
Объектом исследования является литейное производство, в котором литейные установки конструктивно подключены на две фазы, вызывая при этом поперечную несимметрию. Ранние исследования по проблеме качества электроэнергии на данном объекте приводятся в работах [5 — 7].
Согласно ГОСТа 32144 — 2013 несимметрия напряжения характеризуется коэффициентом несимметрии напряжения по обратной последовательности К2и , который является одним из показателей качества электрической энергии (КЭ) и рассчитывается по формуле [5 — 8]:
К.. =
1 - У 3 - 6 • р 1 + л/ 3 - 6 • р
■ 100 ,
(1)
и4 + и4 + и4
где р _ ПтЛ 23 ЛтЛ ~ 31 Лт^
(и2
в свою очередь,
Уц/мпЛ — основная составляющая напряжения между фазами г и
Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы:
— значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2и 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 К2и в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю [5].
Предлагается разработать математическую модель объекта исследования (рис. 2), на основании которой разработана её графическая интерпретация
(рис. 3). Данный объект из источника питания напряжением 10 кВ, силового понижающего трансформатора ТМЗ 1000-10/0,4, четырех линейных трансформаторов ОЭСК 250/40, четырех установок электрошлакового литья с дуговым способом нагрева, работающие при напряжении 40 В, каждая мощностью 170 кВ.А.
Значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности выходят за пределы нормально и предельно допустимых, а следовательно, наблюдается несоответствие ГОСТ 321442013 по данному показателю качества электроэнергии [2].
Одним из способов снижения несимметрии напряжения по обратной последовательности является выравнивание нагрузок по фазам. Техническим решением данного способа является введение симметрирующего устройства трансформаторного типа.
На рис. 4 приведена схема для симметрирования нагрузки переменного типа. Производится с помощью изменения величины конденсатора или катушки индуктивности. Схема характеризуется достаточно высоким СОБф [9].
Исследования показали, что симметрирующее устройство, состоящее из автотрансформаторов, катушки индуктивности и конденсатора, позволяет снизить коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности. Необходимо варьируя значения конденсаторов от 10-7 до 10-9 Ф, можно подобрать конечные значения, при которых значение К2и станет в пределах, нормируемых ГОСТ 32144-3013.
В дальнейших исследованиях необходимо составлять алгоритмы и блок-схемы для управления симметрирующим устройством трансформаторного типа.
Подводя итог, скажем, что несимметрия напряжения, на данный момент, является очень серьёзной проблемой энергетики и имеет много методов снижения до нормальных и предельных значений согласно ГОСТу. Каждый из них имеет свои положительные
Рис. 3. Графическая интерпретация объекта исследования с симметрирующим устройством
и отрицательные моменты как в экономическом, так и в техническом плане [10]. В дальнейшем необходима разработка новых методов устранения несимметрии, сочетающих в себе оба фактора.
Библиографический список
1. Руди Д. Ю., Ткачук Н. А. Негативное влияние несимметрии и методы их устранения в системе электроснабжения // Теория и практика современной науки: сб. науч. тр. по материалам XX Междунар. науч.-практ. конф. М., 2017. С. 87 — 91.
2. ГОСТ 32144-2013. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (взамен ГОСТ 13109-97). Введ. 2014-07-01. М.: Стандартинформ, 2014. 20 с.
3. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке. М.: Энерго-атомиздат, 1985. 112 с.
4. Соловьёв С. В. Разработка методики расчёта общего случая несимметрии в системах электроснабжения и обеспечение надёжной работы электроустановок при нарушениях качества электрической энергии: дис. ... канд. тех. наук. М., 2011. 165 с.
5. Антонов А. И., Зозуля Е. Ю., Руди Д. Ю. Исследование зависимости коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности от мощности силового трансформатора // WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS: сб. ст. победителей VI Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. Пенза, 2016. Ч. 1. С. 80-85.
6. Антонов А. И., Зозуля Е. Ю., Руди Д. Ю. Регулирование значений коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности с помощью межфазных переменных сопротивлений // Инновационные технологии в науке и образовании: сб. ст. победителей IV Междунар. науч.-практ. конф.: в 3 ч. Пенза, 2017. Ч. 1. С. 94-101.
7. Беляков В. Е., Егоров Е. А., Данильченко Л Р. Моделирование системы электроснабжения плавильного цеха ОАО «Релеро» в Matlab // Евразийский союз ученых. 2015. № 10-2 (19). С. 25-29.
8. Антонов А. И., Вишнягов М. Г., Денчик Ю. М., Зубанов Д. А., Клеутин В. И., Руппель А. А. Определение кондуктивной низкочастотной помехи по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности // Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск: СГУВТ. 2015. № 4. С. 199-203.
9. Сидоров С. А Регулируемое симметрирующее устройство с индуктивным накопительным элементом: дис. . канд. техн. наук. Уфа, 2015. 143 с.
10. Слободянюк М. А. Определение области допустимых несимметричных режимов в системах электроснабжения до 1 кВ: дис. ...канд. техн. наук. М., 2003. 168 с.
РУДИ Дмитрий Юрьевич, ассистент кафедры «Электротехника и электрооборудование» Омского института водного транспорта (ОИВТ) (филиал) Сибирского государственного университета водного транспорта (СГУВТ).
АНТОНОВ Александр Игоревич, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электрооборудование» ОИВТ (филиал) СГУВТ.
РУППЕЛЬ Александр Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Электротехника и электрооборудование» ОИВТ (филиал) СГУВТ.
РУППЕЛЬ Елена Юрьевна, доцент (Россия), доцент кафедры «Высшая математика» Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета, г. Омск.
Адрес для переписки: dima_rudi@mail.ru
Статья поступила в редакцию 28.09.2017 г. © Д. Ю. Руди, А. И. Антонов, А. А. Руппель, Е. Ю. Руппель
УДК 621928.99 Л. В. БЕЛОГЛАЗОВА
Омский государственный технический университет, г. Омск
ВЕРИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОГО ПОТОКА В ИНЕРЦИОННО-ВАКУУМНОМ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕ_
Целью статьи я в ляется анализ движения з апыленного потока в проточной ч асти золо-улавливающего аппарата ИВЗ (инерционно-вакуумный золоуловитель). Основными задачами, поставленными перед автором, были проведение численного эксперимента в СРХ при различных граничных условиях и выбор наиболее реалистичного
отображения динамики движения потока в них с последующим комментированием происходящих физических процессов в каждом. Результатом написания статьи стали обоснованные выводы и заключения по четырем п ара м граничных условий, что может быть полезным для проведения численных экспериментов последующими исследователями движения з апыленного потока.
Ключевые слова: золоуловитель, запыленный поток, ИВЗ, верификация. Работа выполнена при финансовой поддержке фонда «Энергия без границ», НИР № 15001 «Разработка, авторский надзор за монтажом и участие в испытаниях полномасштабного инерционно-вакуумного золоуловителя».
Инерционно-вакуумный золоуловитель (ИВЗ) — это аппарат, предназначенный для эффективного пылеудаления из потока уходящих газов на тепловых электростанциях. Тема золоулавливания [1] крайне актуальна, что подтверждается упоминанием этой проблемы в энергетических стратегических программах РФ [2, 3], а в ОмГТУ ведется научно-исследовательская работа № 17030В, основная цель которой — исследование ИВЗ.
История развития конструкции аппарата основана на материалах разработчиков конструкций золоуловителей инерционного типа. Принцип работы ИВА особенен тем, что аппарат работает под разряжением, следовательно, необходима полная герметизация аппарата. На рис. 1 представлена схема работы инерционно-вакуумного аэрофильтра. ИВА — первый вид золоуловителя, основанный на инерционно-вакуумном принципе улавливания час-
тиц. Эта конструкция послужила одной из первых отправных точек по развитию золоулавливающих установок этого типа [4].
Принципиальными отличиями новой конструкции от старой являются: увеличение высоты рассекателя; выравнивание стены участка 2, что уменьшило перепад давления, необходимый для стабилизации работы дымососа; выравнивание участка Д, отвечающего за постепенную реламиниризацию потока.
Поток уходящих газов (рис. 2) заходит во входной патрубок 1, благодаря рассекателю 2 производится реламиниризация потока. Поток движется вдоль рассекателя, а затем разворачивается на 360° и перемещается за счет разрежения, создаваемого дымососом, на выходной патрубок 7. Сам рассекатель 2 расположен на крестовине 5, которая помогает удерживать статично рассекатель 2 и кольца 4.
