Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ текущего состояния вопроса надежности электроконтактных соединений 11
1.1. Статистика отказов электроконтактных соединений. Аналитический обзор 11
1.2. Методы контроля температуры электроконтактных соединений 23
1.3. Аналитические системы расчета параметров электроконтактных соединений 28
1.4 Актуальность расчетных моделей надежности электроконтактного соединения 35
Глава 2 Аналитические модели тепловых процессов в электроконтактных соединениях 40
2.1 Тепловые процессы в электроконтактном соединении 40
2.2 Определение тепловых характеристик электроконтактного соединения 50
2.3 Влияние температуры и влажности окружающей среды на физико-механические характеристики и окисление контакт-деталей 53
2.4 Учет взаимовлияния физических характеристик контакт-детали 65
Глава 3 Техническая реализация системы автоматизированного контроля состояния эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения 77
3.1 Концепция функционального построения системы 77
3.2 Протоколы взаимодействия компонентов информационно-аналитической системы 88
3.3 Структура программной реализации информационно-аналитической системы 92
3.4 Структура вывода 95
Глава 4 Результаты экспериментальной проверки характеристик, полученных при выполнении расчетов с помощью информационно-аналитической системы 98
4.1 Объекты проведения экспериментальной проверки достоверности модели 98
4.2 Измерительные устройства 101
4.3 Экспериментальные данные проверки достоверности модели 104
Глава 5 Экономические и эргономические факторы, определяющие эффективность внедрения построенной системы
5.1 Реализация интерфейсной части. Эргономика 115
5.2 Экономические аспекты применения информационно-аналитической системы для повышения надежности электроконтактных соединений 126
5.3 Расчет эффективности внедрения системы 128
5.4 Анализ возможных методов повышения эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения. 134
Основные результаты и выводы 137
Список литературы 139
- Статистика отказов электроконтактных соединений. Аналитический обзор
- Тепловые процессы в электроконтактном соединении
- Протоколы взаимодействия компонентов информационно-аналитической системы
- Объекты проведения экспериментальной проверки достоверности модели
Введение к работе
ty Актуальность проблемы и общая характеристика работы
Широкое использование разборных многоамперных контактных соединений предъявляет повышенные требования к их надёжности. Анализ статистики выхода из строя энергетического оборудования показывает, что от 20 до 25 процентов аварий на силовом оборудовании электрических станций и подстанций обусловлено отказом в электроконтактных соединениях. Одной из мер предотвращения отказов является прогнозирование аномальных режимов работы контактных соединений на ранних стадиях.
Активное применение компьютерной техники позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики электроконтактных соединений, их отдельных систем и узлов, начиная уже с самых ранних- стадий проектирования, а также в режиме их непосредственной эксплуатации. Это особенно актуально для многоамперных контактных соединений, эксплуатируемых на электрических станциях и подстанциях, выход эксплуатационных характеристик которых за лимитируемых ** ГОСТ 17441-84 и ГОСТ 8024-90 рамки свидетельствует об их постепенной деградации. В результате таких аналитических расчетов можно построить вероятностную модель, отражающую гамма-процентный ресурс - Тру% -наработку, в течение которой данное электроконтактное соединение не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.
Использование этого метода позволит снизить затраты на доработку конструкции и технологии, на корректировку технической документации, сократить сроки внедрения проектируемых электроконтактных соединений. f Прогнозирование качества и надежности электроконтактных соединений является весьма сложной проблемой в силу ряда их специфических особенностей.
Во-первых, электроконтактное соединение представляет собой совокупность открытых систем с разными физическими процессами в них: механическая система сжатия контактов, электрическая система протекающего по соединению электрического тока, система, описывающая характеристики окружающей среды и другие. Соответственно эти системы описываются различными моделями.
Во-вторых, деградационные процессы являются вероятностными процессами, не имеющими точной математической формализации.
В-третьих, в системах соединения под воздействием различных видов энергии возникают процессы различной природы и различной скорости: колебательные, тепловые, износ, старение, коробление и другие — в связи с чем возникает потребность строить продолжительные динамические временные ряды для всестороннего учета всестороннего влияния на надежность этих факторов.
Новым и перспективным направлением в математическом моделировании системы эксплуатации электроконтактного соединения является использование в качестве базовой модели, предназначенной для оценки надежности соединений, в первую очередь параметрическую надежность. Модель учитывает вероятностную природу процесса износа электроконтактного соединения. Наиболее полным и достоверным подходом к оценке качества и надежности механизмов и машин является вероятностный подход. Вероятностный подход к моделированию определяется тем, что на рассматриваемое соединение в процессе эксплуатации действует большое число внешних и внутренних факторов. Не всегда факторы действуют одновременно и не все следует или возможно учитывать при проектировании. Но каждый из них является случайной величиной или функцией [1].
Реализовать вероятностный подход при проектировании можно несколькими путями: созданием вероятностных моделей компонентов системы электроконтактного соединения (этот путь сложен и далеко не всегда удается получить вероятностную модель объекта достаточно достоверной или получить ее вообще); используя детерминированные модели в сочетании со статистическим моделированием (этот путь проще и, как правило, дает весьма достоверные результаты; статистические испытания обычно проводятся по методу Монте-Карло); применяя модели параметрических отказов, дающие компактные решения при прогнозировании параметрической надежности. [2,3,4].
Работа по созданию информационно-аналитической системы расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях выполнялась в рамках программы «Энергосбережение» в Тверской области в 1999 - 2002 годах. Часть исследований, представленных в диссертации, выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант Т02-01.5-248).
Цель работы. Основной целью диссертационной работы является создание информационно-аналитической системы расчета и контроля процессов тепло- и электропереноса в контактных соединениях и прогнозирования их работоспособности с целью повышения надежности и эффективности энергетического оборудования.
В соответствии с указанной целью определены следующие задачи исследования:
1. Исследовать состав и взаимовлияние параметров, влияющих на надежность электроконтактных соединений.
Провести математическую формализацию и разработать теоретические принципы построения и функционирования информационно-аналитической системы расчета процессов нагрева электроконтактных соединений при протекании по ним электрического тока.
Программно реализовать указанную систему.
Разработать методику прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения.
Произвести проверку адекватности теоретических моделей реальным процессам в контактных соединениях.
Проанализировать экономический эффект прогнозирования надежности контактных соединений методом оценки упущенной выгоды.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, элементы теории проектирования баз данных, методы объектно-ориентированного программирования, численные методы решения задач надежности.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней
Произведено уточнение математических моделей процессов теплопереноса в электро контактных соединениях с использованием метода последовательных приближений применительно к трехмерной модели соединения двух контакт-деталей.
Определены факторы, влияющие на ключевые характеристики контактного соединения (температуру перегрева и контактное электросопротивление), установлены их взаимосвязь и степень влияния на надежность электроконтактного соединения.
Разработана информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях, учитывающая динамически изменяющиеся токовые нагрузки, параметры среды и характеристики контактного соединения
Впервые разработана методика прогнозирования остаточного срока службы на базе построения временных рядов ключевых параметров электроконтактного соединения.
Предложен и реализован алгоритм выбора наиболее эффективных мер, предлагаемых пользователю для повышения эксплуатационных свойств электроконтактных соединений.
Практическая значимость работы. На основе разработанных в диссертации положений создана информационно-аналитическая система,
8 позволяющая прогнозировать выход из строя электрических контактных соединений по критериям параметрического отказа. Применение её для расчета предполагаемого остаточного срока службы контактного соединения на основе построения временных рядов зависимости температуры и сопротивления контактного соединения от величины протекающего тока при заданных условиях эксплуатации контакта позволяет на ранних стадиях предсказать возможный выход соединения из строя и обеспечить своевременное принятие мер по недопущению аварийных ситуаций.
Реализация данной системы в виде двух независимых программных блоков позволяет использовать её, во-первых, как модуль в существующих комплексах мониторинга работы энергосетей, во-вторых, в виде инструмента для проведения анализа и предсказания эксплуатационных характеристик вновь проектируемого электроконтактного соединения. Наглядность и доступность результатов, вкупе с архивацией результатов расчета позволяет обеспечивать доступ к данным в любой момент для последующего анализа. Отсутствие жесткой привязки к платформе запуска также расширяет возможности применения данной информационно-аналитической системы.
Полученные данные и сделанные выводы использованы при выполнении следующих проектов в рамках научно-технических программ Министерства образования России: проект "Разработка программно-методического комплекса (ПМК) по повышению квалификации специалистов образовательных учреждений в области энергосбережения" (программа «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», подпрограмма «Научные основы федерально-региональной политики в области образования», раздел Научно-методическая разработка системы энергосбережения в образовательных учреждениях».
Данная инфомационно-аналитическая система используется на предприятиях ОАО «Тверьэнерго» в составе единой системы
9диспетчерского управления, что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Расчетный модуль разработанной системы используется при Х> выполнении практических и курсовых работ по специальности 100400 в
Тверском государственном техническом университете и в научно-исследовательской деятельности УНПЦ «Энергоэффективность» ТГТУ. Полученные результаты могут быть использованы для построения систем непрерывного мониторинга состояния электроконтактных соединений, везде, где требуется неразрушающий контроль состояния токоведущих контактных соединений. t Основные положения, выносимые на защиту:
1. Обобщенная математическая модель процессов теплопереноса в электроконтактньгх соединениях, анализ воздействия внутренних и внешних факторов на основные характеристики электроконтактного соединения (температуру перегрева, контактное сопротивление), определяющие его ресурс.
2. Методика расчета температурного режима электроконтактного соединения, нагреваемого протекающим электрическим током с учетом взаимосвязи влияющих факторов. і, 3. Алгоритм построения системы расчета процессов тепло- и электропереноса в электроконтактных соединениях.
Модульная информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях;
Методика прогнозирования отказа электроконтактного соединения по критериям выхода величины температуры перегрева и/или сопротивления за пределы, установленные нормативными документами.
Оперативный многофакторный поиск решений по повышению надежности электроконтактного соединения.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийская конференция "Современная образовательная среда" (Москва - 2001, 2002, 2003 годы),
10 Международная научно-техническая конференция "Проблемы энергосбережения" (Тверь - 2001 год), Всероссийская конференция и семинар «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Нижний Новгород - 2001, 2002, 2003), Международная конференция «Электрические контакты» (Санкт-Петербург - 2002), Первая всероссийская Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение — теория и практика» (Москва - 2002), научно-техническая конференция «Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение» (Новомосковск, РХТУ, 2002), Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (Тверь, ТГТУ, 2002), 5-я Международная конференция «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедение» (Крым, Алушта, 2003). Исследования автора отмечены почетным дипломом 2 степени Первой всероссийской Школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва - 2002).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 162 страницах, содержит 25 таблиц, 29 рисунков и состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 112 наименований.
Статистика отказов электроконтактных соединений. Аналитический обзор
Надежность изделия является сложным комплексным свойством. Применяемые для её оценки количественные и качественные показатели, характеризующие способность изделия сохранять работоспособность в течение всего срока службы, позволяет дать всестороннюю оценку качества производимых и используемых изделий, поэтому их отражение в технических описаниях является обязательным, а наука о надежности технических систем получает в последние десятилетия все более интенсивное развитие во всех промышленно развитых странах. Ее главные задачи полностью созвучны современным экономически обоснованным тенденциям к созданию изделий, технологий, производств, а следовательно, и разработке требуемого для этого научного обеспечения, «под ключ», то есть с изначальной направленностью каждого из этапов на конечную цель и выполнение полного цикла работ, необходимого для его достижения.
Теория надежности машин и производств является одним из наиболее молодых направлений интенсивного развития физико-технических наук и выделилась как самостоятельная наука только в XX веке после массового появления машин и механизмов в индустриальной деятельности человечества. Проблема надежности становится особенно актуальной сегодня в связи с постоянным ужесточением требований к безопасности конструкций энергетических и индустриальных комплексов, чьи отказы могут привести к значительным экономическим и экологическим последствиям, а также - к человеческим жертвам.
Современная теория надежности энергетических коммуникаций основана на теории вероятности, теории стохастических процессов, математической статистике, физике контактного взаимодействия и стохастической теории разрушения. Первые фундаментальные исследования в области надежности можно отнести, вероятно, к 1930 году. Они были выполнены в СССР для оценки надежности энергетических систем в целом. С 40-х годов большее внимание уделяется надежности машин и механизмов.
Уже к концу 50-х годов сложились мощные школы надежности во всех индустриально развитых странах. Эти школы развивают, прежде всего, исследования, статистически оценивающие и нормирующие показатели надежности все более сложных специальных технических систем. А также решающие практические задачи поиска конструкционных и технологических путей их обеспечения и повышения.
В последние два десятилетия концентрация научных исследований на разработке физических моделей развития повреждений и научных основ ресурсного проектирования деталей и механизмов, использовании подходов нечеткой логики, сетей и сложных структурных схем, элементов искусственного интеллекта позволила сформулировать общие принципы, правила и порядок прогнозирования расчетов надежности и довести их до общепринятых нормативных рекомендаций, выпуска ряда ведомственных государственных и международных стандартов. Крупнейшие ученые П.Л. Чебышев, А.А. Марков, А.Н. Колмогоров, а также С. Пуассон, Т. Симпсон, А. Коши, В. Вейбулл, К. Пирсон, Т. Байес и другие внесли свой вклад в развитие теории вероятности, математической статистики и выступили авторами классических концепций теории надежности. Такие термины, как «неравенство Чебышева», «Марковские цепи», «критерий Колмогорова», «распределения Коши, Вейбулла, Пуассона, Пирсона и др.» стали неотъемлемыми составными частями науки и надежности технических систем. Комплексные разработки методологического обеспечения теории и практики надежности машин и механизмов выполнили также российские и советские ученые: А.И. Берг, И.О. Бруевич, В.В. Болотин, Б.В. Гнеденко, А.Д. Соловьев, А.С. Проников, В.Н. Тренер, К.В. Фролов, И.С. Цитович, Р,В. Кугель, Г.А, Снесарев, И.В, Демьянушко, Е.С. Переверзев, A.M. Широков, Г.А. Велигурский и др.
На современном этапе развития науки и техники большие перспективы имеет метод анализа надежности систем путем совместного использования аналитического, статистического и физического моделирования на ЭВМ, а также специальных стохастических установках. [5].
Этот подход позволяет учесть, что число отказовых состояний может быть больше двух. Применительно к энергетическим системам может быть применен метод, в котором влияние связей элементов и систем по характеристикам нагрузочной способности и нагрузочным спектрам на взаимозависимость ресурсов учитывается с помощью поправочных коэффициентов. Наиболее целесообразным в этом случае для анализа параметрической надежности отдельных элементов энергетических систем выглядит использование метода Бокса-Дженкинса (применяемого для анализа и прогнозирования нестационарных случайных процессов и временных рядов различной природы), основываясь на том факте, что результирующий случайный процесс деградации параметров элементов энергосистем нестационарен и может быть представлен в виде композиции необратимой случайно-детерминированной (полуслучайной) величины XM(t) и обратимой случайно-варьирующей составляющей XCB(t), В общем виде изменение параметра X(t) во времени можно записать как: X(t) = Хвд(0 + XCB(t).
Тепловые процессы в электроконтактном соединении
Как показывают теоретические изыскания и экспериментальные модели [37-41], в первом приближении единичная мощность теплового потока уменьшается в обратно-квадратичной зависимости с увеличением расстояния до зоны контактирования. Данная краевая задача редуцируется к системе интегральных уравнений Вольтерра по переменной / и Фредгольма по пространственным переменным г и 2. Они относятся к типу уравнений, разрешимых методом последовательных приближений.
Оценка ядер интегральных уравнений показывает, что ряд последовательных приближений сходится очень быстро и достаточно ограничиться первыми приближениями решения с погрешностью, не превышающей 3% для токов до 30 кА, и всего реального диапазона изменения теплоф изических параметров. Это связано с малостью параметра а, который имеет порядок 10"3 - 10"4 К"1. С целью повышения точности вычислений до 0,5% возможно увеличить число итераций. Однако, даже такая точность достигается уже при количестве итераций от 4 до 8.
Для представления зоны единичного контакта двух поверхностей в данной работе в качестве базиса для расчетов была принята математическая модель, в которой картина теплового поля единичного контакта может быть представлена в виде сверхпроводящего шара с диаметром 2Ь, по которому происходит касание контакт-деталей I и II. (рисунок 4). Такая картина характерна для контактного взаимодействия двух плоских контакт-деталей с распределением выступов по высоте, подчиняющимся некоторому статистическому закону. В этом случае в единичной точке взаимодействия (соприкосновение двух выступов) образуется проводящий металлический мостик, по которому и происходит протекание тока между контакт-деталями. Максимум тепловой энергии приходится на область соприкосновения. Количество таких точек взаимодействия определяется такими взаимозависимыми факторами, как материал контакта, качество обработки поверхности, сила сжатия и начальная температура взаимодействующих элементов и рассмотрено в разделах 2.3, 2.4 данной работы. Схема представления единичного электрического контакта
Поверхностная температура расчетного элемента контакт-детали может быть определена, исходя из эмпирической зависимости перегрева электрического контакта от удельной поверхностной мощности [42]. Использование данной эмпирической зависимости возможно лишь в случае равномерного нагрева проводника, а также при малом температурном градиенте по площади поверхности контакт-детали. Однако, для первоначальной оценки уровня температуры, а также для расчета теплоты, отдаваемой лучеиспусканием, эта зависимость позволит значительно ускорить весь процесс расчета. В целях возможности использования расчетных значений в разрабатываемой информационно-аналитической системе данный график был представлен как в графической (рисунок 5), так и в параметрической формах.
Современные экспериментальные и теоретические исследования теплоотдачи при свободной конвекции [45-46] позволяют установить множество факторов, влияющих на интенсивность теплообмена (коэффициент теплоотдачи). К ним относятся: температурный напор, размеры, форма, ориентация нагретой поверхности, теплофизические свойства среды. Набор этих факторов можно сгруппировать в отдельные критерии, численное значение которых помогает классифицировать характер процесса теплообмена и определять его интенсивность. Естественно, что зависимость между критериями, которые определяют интенсивность и характер процесса теплообмена, может быть представлена определенными уравнениями. В теории конвективного теплообмена такие уравнения называют уравнениями подобия или критериальными уравнениями. Основным критерием свободной конвекции является критерий Грасгофа. Безразмерный критерий Грасгофа численно равен отношению подъемной силы, возникающей в среде вследствие разности плотностей нагретой жидкости, к силе вязкого трения.
Протоколы взаимодействия компонентов информационно-аналитической системы
Структура взаимодействия блоков программы строится по следующему принципу: Пользователю системы на начальном этапе ввода данных выбирает упрощенную, либо детальную форму ввода. В упрощенной от него требуется определить металл контактов, величину тока, геометрические размеры контактов и ряд вспомогательных факторов, определяющих процесс протекания тока. Недостающие параметры будут взяты программой из файлов блока дополнительных данных.
В случае, если вводимые характеристики недостаточно точно описывают начальные условия процесса, программа переходит в детальный режим ввода информации. При детальном вводе открывается возможность определить динамически изменяющиеся величины, точнее задать характеристики каждой контакт-детали, внести коррективы в процесс расчета. Введенные пользователем данные формируются в файлы с именами ч- lcont.txt, 2cont.txt, inner.txt, envir.txt и пересылаются расчетному блоку. Общая проверка корректности введенных данных производится на клиентской стороне с помощью Java-скрипта, проверяющего полноту ввода, разделители и масштаб величин. Более подробно о технической реализации проверки условий, а также масштабы вводимых величин будут представлены ниже. Базовая часть программы строится на основе взаимодействия вызовов подпрограмм расчетов в итерационном цикле с проверкой на выполнение условий, накладываемых на точность расчетов, а также свойствами Y материалов контактов. Функционально расчетный блок составляют следующие компоненты: Компонент 1. Вводятся следующие исходные данные в системе единиц СИ: - удельные сопротивления материалов контакт-деталей pi, р 2; - удельное сопротивление материала покрытия р f (если есть покрытие на контакт-деталях); - средние шаги неровностей профиля sm\, sm2 (могут быть взяты из справочных данных); - относительные опорные длины профилей на уровне средней линии tmu tm2 (могут быть взяты из справочных данных); - высоты выступов над средней линией Rpi, R?2 (могут быть взяты из справочных данных); - средние арифметические отклонения профилей /?аЬ 7?а2 (могут быть взяты из справочных данных); - модули Юнга материалов контакт-деталей E\t Е2 (могут быть взяты из справочных данных); - коэффициенты Пуассона материалов контакт-деталей ць и 2 (могут быть взяты из справочных данных); - микротвердость Яс материала покрытия при комнатной температуре при наличии покрытия на контакт-деталях (могут быть взяты из справочных данных); - рабочая температура контакта Т; - температура плавления ТІ материала менее твердой контакт-детали (могут быть взяты из справочных данных по информации о материалах контакт-деталей); - температура плавления 7 с материала покрытия при наличии покрытия (могут быть взяты, при наличии, из справочных данных); - толщина покрытия (если есть покрытие); - максимальная высота волн (если есть волнистость на контакт деталях) — может быть определена по качеству обработки поверхности ко нтакт-д етал ей; - шаг волн (если есть волнистость на контакт-деталях) - может быть определена по качеству обработки поверхности контакт-деталей; - удельное поверхностное сопротивление пленки (если контакт окислен) - может быть определено по времени эксплуатации контакт детали; - номинальная площадь контакта - определяется исходя из размеров зоны перекрытия контакт-деталей; - значение усилия нажатия в контакте, при котором требуется определить значение сопротивления (возможен расчет для конкретных значений усилия нажатия). В программе расчета заложены значения физико-механических свойств (кроме микротвердости) основных электроконтактных металлов: меди, алюминия, никеля, электротехнических латуней ЛбЗ и ЛС59-1, алюминиевого сплава АД31, а также некоторых других сплавов, представленных в таблице 1
Модель разработана для нормального распределения высот выступов шероховатости и нормального распределения радиусов выступов. Предусмотрен расчет и для модели с постоянным радиусом. Если параметры нормального распределения высот выступов неизвестны, расчет будет выполнен для простейшего — равномерного распределения высот выступов, что соответствует типичному значению параметра кривой опорной поверхности п=2 [31],
Объекты проведения экспериментальной проверки достоверности модели
Передача электроэнергии в сетях ОАО «Тверьэнерго», на которых проводилась проверка осуществляется по кабельным линиям, на напряжении 6, 10, 35 и 110 тысяч вольт или по воздушным ЛЭП такого же напряжения.
Типовой вариант представлен на рисунке 12. В основном электроснабжение выполнено по магистральной схеме. Марка кабеля, сечение, длина присоединения, а также марка и тип контактного соединения приведены в кабельных журналах АО «Тверьгорэлектро». При расчетах параметры контактных соединений брались из этих журналов и справочных таблиц. В настоящее время кабельные линии загружены не полностью. Загрузка кабельных линий 6кВ не превышает 60%, линий ЮкВ не превышает 35%, линий 35 и 110 кВ составляет около 75%.
Приборы учета отпускаемой электроэнергии, а также измерительные комплексы для определения величины протекающего тока установлены на подстанциях ОАО «Тверьэнерго» в выходных ячейках фидеров до кабельного присоединения (кабельной воронки). Место установки расчетных счетчиков и измерительных комплексов соответствуют «Правилам учета электрической энергии». На подстанциях для измерения активной энергии применяются индукционные счетчики типа САЗУ-И670М классом точности 2,0. На некоторых подстанциях (Северная, Пролетарская) установлены электронные счетчики ЦЭ-6805В классом точности 1,0. Счетчики подключены через измерительные трансформаторы напряжения, с коэффициентом трансформации кц=60 для напряжения 6кВ, кц=100 для напряжения 1 ОкВ, и трансформаторы тока с коэффициентом трансформации от 40 до 300. Следует отметить, что в большинстве проведенных измерений коэффициент нагрузки у трансформаторов тока не превышает 20% от номинального. Работа трансформаторов тока в зоне малых нагрузок увеличивает токовую и угловую погрешность этих измерительных трансформаторов. Наименьшая погрешность трансформаторов тока находится в зоне нагрузок от 50% и выше.
Погрешность трансформаторов напряжения зависит от величины потребляемой мощности измерительными приборами и счетчиками. Счетчики типа САЗУ-И670М относятся к категории "мощных" нагрузок. Они потребляют в два раза большую мощность, чем электронные. Применение счетчиков типа САЗУ увеличивает погрешность трансформаторов напряжения.
Трансформаторные подстанции Тверьгорэлектро преобразуют напряжение, 6-10 кВ на 0,4 кВ и обеспечивают электроэнергией промышленные предприятия, транспорт и население. Мощность трансформаторов находится в пределах от 100 кВА до 630 кВА. Трансформаторы подстанций «Тверьгорэлектро» не имеют устройств регулирования напряжения под нагрузкой и передают потребителям то напряжение, которое получают от ОАО «Тверьэнерго». Средний коэффициент нагрузки силовых трансформаторов равен 46%. Такая низкая загруженность трансформаторов увеличивает в процентном отношении потери холостого хода к величине общих потерь. Трансформаторные подстанции «Тверьгорэлектро» не имеют приборов учета электроэнергии.
Передача электроэнергии от подстанций Тверьгорэлектро до потребителей осуществляется на напряжении 380 В по кабельным линиям. Кабельные линии проложены в земле от шин НН до вводно-распределительных устройств (ВРУ) жилых и производственных зданий по радиальной схеме. Параметры кабельных линий определены по журналам «Тверьгорэлектро». Это, как правило, короткие линии, выполненные кабелем большого сечения, и рассчитаны на большой ток. Но расчеты показывают, что и эти кабельные линии не загружены полностью.
Для проведения достаточно ретроспективного анализа достоверности модели необходимо располагать достаточно обширным статистическим материалом, порядка нескольких сотен опытов (наблюдений), т.е. практически на всем диапазоне рабочих токов и напряжений. Для этого были выбраны двадцать пять основных подстанций по городу Твери, а также несколько малых подстанций в городах и поселках городского типа Тверской области. Обследование каждого фидера (отходящей линии) и электроконтактной группы связано с большими затратами рабочего времени, материальных средств и сложностью проведения работ. Однако, приняв систему электроснабжения статической по отношению к 1999 г. и задавшись определением ограниченного числа параметров - математического ожидания и дисперсии, а также важностью определения вероятности отказов было приято решение проводить экспериментальную оценку на максимально загруженных линиях, а также на линиях, имеющих параметры, сильно отличающиеся от средних. При нормальном законе распределения случайная величина подчиняется так называемому закону распределения Стьюдента. Откуда может быть определено математическое ожидание, дисперсия и доверительный интервал выполненных измерений. За единицу эксперимента принимается один блок определения параметров одного электроконтактного соединения при эксплуатации его в течение 24 часов характерных суток. Характерные сутки — это рабочие дни недели, включая дневное и ночное время, как время максимальной загрузки линии по току. По согласованию с ОАО «Тверьэнерго» снятие графиков суточных электрических нагрузок, а также определение характеристик перегрева контакт-деталей проводилось в выборочном порядке с конца октября 2001 г. и по февраль 2004 г. Было обследовано 152 объекта энергоснабжения, работающих на всем представленном диапазоне напряжений и при токах от 25 до 600 А.
