Введение к работе
Актуальность работы. Автономные электроэнергетические системы (ЭЭС), например судовые, характеризуются высокой концентрацией в относительно малых объемах значительных электрических мощностей, широким использованием силовых полупроводниковых преобразователей и высокой степенью информатизации с помощью оборудования на базе средств микропроцессорной техники Эти обстоятельства обусловливают обострение проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) в автономных ЭЭС Одной из важнейших характеристик электромагнитной обстановки являются импульсные коммутационные перенапряжения (ИКП) в электрических цепях, способные нарушить нормальное функционирование электрооборудования автономных ЭЭС Постоянное увеличение количества оборудования на базе полупроводниковой и микропроцессорной техники, критичного к воздействию электромагнитных помех, определяют актуальность вопроса снижения импульсных коммутационных перенапряжения в автономных ЭЭС
Цель и задачи исследований. Целью диссертации является повышение надежности функционирования электрооборудования автономных ЭЭС напряжением до 1 кВ за счет снижения импульсных коммутационных перенапряжений, создаваемых коммутационными аппаратами в силовых цепях электропитания автономных ЭЭС Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи
Исследование параметров ИКП, создаваемых предохранителями с наполнителем
Исследование параметров ИКП, создаваемых автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой
Разработка рекомендаций по расстановке и выбору устройств защиты от ИКП в автономных ЭЭС.
Разработка устройств защиты, обеспечивающих снижение ИКП в автономных ЭЭС до допустимого для нормального функционирования электрооборудования уровня
Методы исследований. Для получения исходных данных по определению параметров ИКП проводились экспериментальные исследования Программы и схемы экспериментальных исследований были разработаны с использованием теории подобия физических процессов Для обработки результатов экспериментальных исследований использовался аппарат теории вероятностей и математической статистики с применением системы автоматизации математических вычислений Mathcad При анализе процессов распространения ИКП и режимов работы разрабатываемых устройств защиты применялась система схемотехнического моделирования Micro-Cap
Научная новизна.
Установлен закон распределения значений скачка сопротивления дугового промежутка, определяющего амплитуду ИКП, возникающих при образовании электрической дуги после перегорания плавкой вставки предохранителя с наполнителем
Определена зависимость между амплитудой ИКП, возникающих при погасании электрической дуги, и характеристическим сопротивлением отключаемой цепи в диапазоне от 100 до 650 Ом для плавкой вставки постоянного сечения предохранителей с наполнителем
3 Установлена удельная электрическая прочность перегоревшего участка
плавкой вставки предохранителей с наполнителем, составляющая 49 54 В/мм, оп
ределяющая максимально-возможную амплитуду ИКП, возникающих при погасании
электрической дуги
На основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, установлены предельные параметры ИКП большой энергии, создаваемых предохранителями с наполнителем типа НПН2-63 и автоматических выключателей с дугогасительной решеткой серии А3700
Предложен способ защиты от ИКП, обеспечивающий одновременное ограничение амплитуды перенапряжений на уровне, близком к напряжению сети, и скорости нарастания напряжения на защищаемом электроприемнике, базирующийся на использовании импульсных стабилизаторов напряжения с последовательным ключевым элементом
Практическая ценность.
Определено значение максимально-возможной амплитуды ИКП, создаваемых предохранителями с наполнителем типа НПН2-63, которое не превышает 3,5 кВ
Разработана программа в системе программирования Delphi, позволяющая рассчитывать амплитуду и энергию ИКП, создаваемых предохранителями с наполнителем, используемая для выбора устройств защиты от ИКП в проектных организациях
Выявлено, что увеличение емкости отключаемой цепи может приводить к росту амплитуды ИКП, создаваемых автоматическими выключателями с дугогасительной решеткой
Установлена возможность создания автоматическими выключателями серии A3 700 импульсных коммутационных перенапряжений с амплитудой до 4 кВ
Обоснована опасность применения активно-емкостных фильтров для защиты от ИКП, создаваемых автоматическими выключателями с дугогасительными решетками
Определены целесообразные места установки устройств защиты от ИКП в автономных ЭЭС
Предложены схемы устройств защиты от ИКП на базе полупроводниковых ограничителей перенапряжений поглощающего типа, которые могут обеспечивать более низкий уровень ограничения перенапряжений по сравнению с известными устройствами
Апробация результатов работы Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на VIII симпозиуме «Электротехника 2010» (Московская область, 2005 год), на XII международной научно-практической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006 г), на научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования» (Ростов-на-Дону, 2006 г), на XXIV-XXVII сессии Всероссийского семинара «Кибернетика электрических систем» (Новочеркасск, 2002-2005 гг ), на IV международной научно-практической конференции «Моделирование Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2004 г), на II, III и VI международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (Новочеркасск, 2002, 2003 и 2006 гг)
Реализация результатов работы. Программа, позволяющая рассчитывать амплитуду и энергию ИКП, создаваемых предохранителями с наполнителем, внедрена в практику проектирования ООО «Специнжэлектро» (г Москва) для выбора устройств защиты от ИКП Фильтры импульсных коммутационных перенапряжений, разработанные по одному из предложенных способов ограничения ИКП, эксплуатируются в автономной электроэнергетической системе постоянного тока Ма-
териалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий и городов (ЭППиГ)» Южно-Российского государственного технического университета в дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике»
Публикации Основные материалы по теме диссертационной работы опубликованы в 23 печатных работах, в том числе 4 патентах на полезные модели и изобретения
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений и включает 145 стр основного машинописного текста, 68 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 80 наименований и 3 приложения
