Введение к работе
Актуальность темы Развитие электроэнергетики за последнее время характеризуется активным внедрением микропроцессорной техники, устройств релейной защиты и блоков управления. Электронная аппаратура, как правило, очень чувствительна к помехам, источниками которых являются разряды молний, токи короткого замыкания, коммутационные переходные процессы, рабочие токи в распределительных устройствах. Одной из причин нарушения условий электромагнитной совместимости (ЭМС) являются небольшие расстояния между токоведущими частями силовых установок и чувствительными к магнитным полям промышленной частоты (МППЧ) техническими устройствами (ТС), что также приводит к снижению надежности электронной аппаратуры и резкому возрастанию отказов в работе и ложным срабатываниям.
Анализ показывает, что в настоящее время недостаточно разработаны методы расчета МППЧ от трехфазных шин с токами до 4000 А в комплектных распределительных устройствах (КРУ) с напряжением 6(10) кВ, содержащих чувствительные к магнитным полям ТС, определяющие как проблемы электромагнитной совместимости, так и такие важные показатели конструктивного исполнения КРУ – 6(10) кВ, как компактность и металлоемкость продукции.
Решение этих и сопутствующих задач является важной частью программы обеспечения надежности энергоснабжения и энергосбережения Российской Федерации. Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы и позволяет сформулировать ее цель.
Целью настоящей работы является совершенствование методов расчета напряженностей магнитного поля промышленной частоты комплекса трехфазных электрических сетей и технических устройств с учетом обеспечения условий электромагнитной совместимости в системах электроснабжения.
Для достижения поставленной цели в работе формулируются и решаются следующие научные и практические задачи:
- анализ электромагнитной обстановки (ЭМО) по электрическим и магнитным полям промышленной частоты в распределительных устройствах подстанций и оценка нормативных требований по обеспечению условий ЭМС;
- проведение экспериментальных исследований изменения напряженности МППЧ для одиночных проводников ограниченной длины, характерной для ячеек КРУ, в зависимости от формы сечения шин, значений рабочего тока и расстояния до исследуемого объекта;
- разработка математической модели определения суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных шин круглого и прямоугольного сечения для решения задач обеспечения условий ЭМС ТС, расположенных в плоскости параллельной трехфазным шинам для симметричных и неполнофазных режимов электрической сети;
- разработка математической модели определения суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных шин с учетом влияния металлических экранов, характерных для комплектных распределительных устройств, ориентированной на решение задач обеспечения условий ЭМС ТС, расположенных в плоскости параллельной трехфазным шинам;
- выполнение математического обоснования соответствия условиям ЭМС по магнитным полям промышленной частоты для технических
средств ряда эксплуатируемых ячеек КРУ;
- разработка практических мероприятий и рекомендаций по обеспечению условий электромагнитной совместимости по МППЧ от токов трехфазных шин для технических средств с учетом их расположения в окружающем пространстве, режимов электрической сети, толщины и магнитных свойств металлических экранов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- определен характер изменения напряженности МППЧ от проводников с током промышленной частоты в зависимости от формы сечения одиночных проводников с учетом их длины, расстояния до контрольных точек в окружающем пространстве и их расположения;
- разработана математическая модель и метод расчета суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных токов шин КРУ - 6(10) кВ в плоскости, параллельной расположению шин круглого и прямоугольного сечения для симметричных и неполнофазных режимов работы электрической сети в плоскости расположения устройств МПРЗ, параллельной расположению шин;
- разработана математическая модель определения суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных шин с токами с учетом влияния металлических экранов КРУ 6(10) кВ;
- предложен метод расчета суммарных напряженностей МППЧ, отличительной особенностью которого является учет расстояния между шинами, сечение шин и расстояние от шины до контрольных точек или месторасположения устройств МПРЗ.
Практическая ценность:
- проведен анализ ЭМО на действующих электрических станциях и подстанциях с целью выявления нарушений условий ЭМС по электрическим и магнитным полям промышленной частоты;
-разработаны мероприятия и рекомендации по обеспечению ЭМС для ТС в КРУ 6(10) кВ при наличии нарушений, обусловленных МППЧ от трехфазных шин с симметричными и неполнофазными режимами работы;
- разработаны практические рекомендации по обеспечению условий ЭМС по МППЧ от токов трехфазных шин для технических средств с учетом их расположения в окружающем пространстве, толщины и магнитных свойств металлических экранов для КРУ различного конструктивного исполнения.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты исследований и эмпирические выражения определения напряженности МППЧ от одиночных шин круглого и прямоугольного сечения с определением допустимых расстояний до контролируемого объекта по нормируемым значениям напряженности МППЧ на уровне 30 А/м и 100 А/м по условиям ЭМС для ТС;
- математическая модель определения суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных шин круглого и прямоугольного сечения для симметричных и неполнофазных режимов электрической сети;
- математическая модель определения суммарных напряженностей МППЧ от трехфазных шин с учетом влияния металлических экранов, характерных для комплектных распределительных устройств;
- методика определения условий ЭМС по МППЧ для технических средств КРУ различного конструктивного исполнения;
Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, модельных исследований, и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчета и экспериментальных данных.
Объектом исследования являются комплектные распределительные устройства 6 (10) кВ систем электроснабжения.
Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы методы математического анализа и математической статистики, компьютерного моделирования, теорий надежности и ЭМС. Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методики используются в практике проектирования ЗАО «ГК «Электрощит» ТМ - Самара». Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» Самарского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на VI Всероссийской научно - практической конференции «Экология, ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2006), VII Международной научно - практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2006), II-ой молодежной международной научной конференции II-ой молодежной международной научной конференции (Казань, 2007), Х научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности (г. Санкт – Петербург, 2008), четырнадцатой Международной научно- технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2008).
Публикации Основные научные результаты диссертации отражены в 16 публикациях, в том числе 1 монографии и 5 публикациях в рецензируемых научных журналах из Перечня, утвержденного ВАК.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, 3 приложений, библиографического списка из 104 наименований. Основной текст диссертации изложен на 155 страницах, диссертация содержит 78 рисунков и 22 таблицы.
