Попередня оцінка падіння напруги в шинопроводах змінного струму
/ 0
- Деталі
- Категорія: Фізичні процеси
- Останнє оновлення: Неділя, 01 вересня 2019, 23:37
- Опубліковано: Вівторок, 20 серпня 2019, 20:29
- Перегляди: 2652
Authors:
Ю. С. Безверхня, orcid.org/0000-0002-8779-2615, Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Abstract:
Мета. Розробка універсального критерію, що дозволяє для діючих або розрахункових значень коефіцієнта потужності мережі, оптимально підібрати конфігурацію шинопроводу, а також параметри пристроїв компенсації реактивної потужності для забезпечення зниження втрат і падіння напруги у трифазних системах цехового електропостачання. Удосконалення методики попередньої оцінки падіння напруги в цих системах, що дозволяє врахувати вплив скін-ефекту, ефекту близькості, густини й частоти основної та вищих гармонік струму, в залежності від конструктивних параметрів сталевих шинопроводів, коефіцієнта короткого замикання, діючого або розрахункового коефіцієнта потужності мережі, а також забезпечити кваліфікований підхід щодо формування вимог до пристроїв компенсації реактивної потужності та перетворювачів, що є джерелами їх генерації.
Методика. Для попередньої оцінки падіння напруги в шинопроводах змінного струму використовувались аналітичні вирази, що дозволяють урахувати конструктивні параметри шинопроводів, скін-ефекту, ефект близькості, щільності та частоти основної й вищих гармонік струму. Попередня оцінка компенсації або часткової компенсації падіння напруги від дії вищих гармонік виконувалась методом порівняльного аналізу.
Результати. Запропонована безрозмірна функція оцінки характеру падіння напруги в шинопроводах змінного струму для оптимального вибору їх конструктивних параметрів, у залежності від розрахункового або діючого коефіцієнту потужності цехової мережі, для активно-індуктивного й активно-ємнісного характерів навантажень. Безрозмірна функція дозволяє для необхідного або діючого значення коефіцієнта потужності мережі, на етапі проектування або при модернізації цехових мереж, попередньо оцінити співвідношення активного й реактивного опорів шинопроводів, за яких мінімізується падіння напруги від перетоків реактивної потужності в цехових мережах. Для активно-ємнісного характеру навантаження безрозмірна функція забезпечує попередню оцінку необхідної встановленої потужності пристроїв компенсації реактивної потужності для мінімізації падіння напруги в шинопроводах змінного струму цехової мережі підприємств. За допомогою вдосконаленої методики вибору оптимальних конструктивних параметрів шинопроводів з урахуванням скін-ефекту, ефекту близькості, щільності та частоти основної й вищих гармонік струму, проведена оцінка падіння напруги в шинопроводах в умовах несинусоїдальності струму шинопроводів. Встановлено, що, у залежності від коефіцієнту короткого замикання мережі та струмового навантаження, величина падіння напруги може зрости в 1,73‒2,51 разів. Встановлено, що при максимально допустимому струмовому навантаженні шинопроводів повна компенсація, а також перекомпенсація, падіння напруги від дії вищих гармонік виконується за менших значень коефіцієнту короткого замикання мережі. При цьому, можуть бути використані пристрої компенсації реактивної потужності з меншою встановленою потужністю. За великих значень коефіцієнту короткого замикання мережі струмове навантаження шинопроводів повинно бути знижено.
Наукова новизна. Запропоновано універсальний критерій у вигляді безрозмірної функції, що дозволяє для діючих або розрахункових значень коефіцієнту потужності мережі оптимально підібрати конфігурацію шинопроводів, а також параметри пристроїв компенсації реактивної потужності для забезпечення зниження втрат і падіння напруги у трифазних системах цехового електропостачання. Удосконалена методика попередньої оцінки падіння напруги у трифазних системах цехового електропостачання змінного струму, що дозволяє врахувати вплив скін-ефекту, ефекту близькості, щільності та частоти основної й вищих гармонік струму в залежності від конструктивних параметрів сталевих шинопроводів, коефіцієнта короткого замикання, діючого або розрахункового коефіцієнту потужності мережі.
Практична значимість. Запропоновані рекомендації щодо зниження падіння напруги у сталевих шинопроводах від дії вищих гармонік струму, у залежності від коефіцієнта короткого замикання мережі та значення струмового навантаження шинопроводів. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні або модернізації існуючих цехових систем електропостачання, що дозволить забезпечити кваліфікований підхід щодо формування вимог до пристроїв компенсації реактивної потужності й перетворювачів, що є джерелами генерації вищих гармонік струму.
References.
1. Oliinyk, A., Leoshchenko, S., Lovkin, V., Subbotin, S., & Zaiko, T. (2018). Parallel data reduction method for complex technical objects and processes. In IEEE: The International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT) (pp. 496-501). Kyiv, Ukraine. DOI: 10.1109/DESSERT.2018.8409184.
2. Oliinyk, A., Subbotin, S., Lovkin, V., Leoshchenko, S., & Zaiko, T. (2018). Development of the indicator set of the features informativeness estimation for recognition and diagnostic model synthesis. In IEEE: 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET 2018) (pp. 903-908). Lviv-Slavske, Ukraine. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336342.
3. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., & Divchuk, T. (2018). Analysis of inrush currents of the unloaded transformer using the circuitfield modelling methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5(93)), 6-11. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.134248.
4. Gaoyu, Z., Zhengming, Z., & Liqiang, Y. (2013). Study on DC busbar structure considering stray inductance for the back-to-back IGBT-based converter. In IEEE:Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) (pp. 1213-1218). Long Beach, CA, USA. DOI: 10.1109/APEC.2013.6520453.
5. Sung, W.P., & Hyunsu, Ch. (2014). A practical study on electrical contact resistance and temperature rise at the connections of the copper busbars in switchgears. In IEEE: Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2013) (pp. 1213-1218). New Orleans, LA, USA. DOI: 10.1109/HOLM.2014.7031066.
6. GOSTIEC (61000-3-12-2016) Electromagnetic compatibility of technical means. Limit of harmonic current components created by technical means with a current consumption of more than 16 A, but not more than 75 A (in one phase), connected to low-voltage general-purpose power systems. Norms and methods of testing. (n.d.). Retrieved from http://docs.cntd.ru/document/1200142706.
7. Yarymbash, D.S., Kotsur, M.I., Yarymbash, S.T., Kylymnyk, I., & Divchuk, T. (2018). An Application of Scheme and Field Models for Simulation of Electromagnetic Processes of Power Transformers. In IEEE: 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET 2018) (pp. 308-313). Lviv-Slavske, Ukraine. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336209.
8. Zhemerov, G., & Tugay, D. (2014). Energy and power in power supply systems with semiconductor converters and energy storage. Electrical Engineering & Electromechanics, 1, 45-57. DOI: 10.20998/2074-272X.2014.1.09.
9. Kotsur, M., Yarymbash, D., Kotsur, I., & Bezverkhnia, Yu. (2018). Speed Synchronization Methods of the Energy-Efficient Electric Drive System for Induction Motors. In IEEE: 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET 2018) (pp. 304-307). Lviv-Slavske, Ukraine. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336208.
10. Bao, Y.J., Cheng, K.W., Ding, K., & Wang, D.H. (2013). The study on the busbar system and its fault analysis. In IEEE: 5th International Conference on Power Electronics Systems and Applications (PESA 2013) (pp. 30-36). Hong Kong, China.DOI:10.1109/PESA.2013.6828246.
11. Chen, C., Pei, X., Chen, Y., & Kang, Y. (2013). Investigation, evaluation, and optimization of stray inductance in laminated busbar. IEEE Trans. Power Electron., 29(7), 3679-3693. DOI: 10.1109/TPEL.2013.2282621.
12. Plesca, A. (2012). Busbar heating during transient conditions. Electric Power Syst. Res., 89, 31-37. DOI: 10.1109/ T‑AIEE.1915.4765211.
13. Rosskopf, A., Bar, E., & Joffe, C. (2014). Influence of inner skin- and proximity effects on conduction in litz wires. IEEE Trans. Power Electron., 29(10), 5454-5461, DOI: 10.1109/TPEL.2013.2293847.
14. Stepanenko, A., Oliinyk, A., Deineha, L., & Zaiko, T. (2018). Development of the method for decomposition of superpositions of unknown pulsed signals using the secondorder adaptive spectral analysis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9(92)), 48-54. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.126578.
15. Zhemerov, G., & Tugay, D. (2015). Components of the total power losses in three-phase energy supply systems with symmetric sinusoidal voltage source. Electrical Engineering & Electromechanics, 4, 28-34. DOI: 10.20998/2074-272X.2015.4.05.
16. Zhemerov, G., & Tugay, D. (2016). Components of total electric energy losses power in pqr spatial coordinates. Electrical Engineering & Electromechanics, 2, 11-19. DOI: 10.20998/2074-272X.2016.2.02.
17. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., & Divchuk, T. (2018). Enhancing the effectiveness of calculation of parameters for short circuit of threephase transformers using field simulation methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5(94)), 22-28. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.140236.
18. Popa, I., & Dolan, A.I. (2013). Numerical modeling of DC busbar contacts. In IEEE: 13th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM 2012) (pp. 188-193). DOI: 10.1109/OPTIM.2012.6231869.
19. Popa, I.C., Dolan, A.-I., Ghindeanu, D., & Boltasu, C. (2014). Thermal modeling and experimental validation of an encapsulated busbars system. In IEEE: 2014 18th International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA) (pp. 1-4). Bourgas, Bulgaria. DOI: 10.1109/SIELA.2014.6871884.
20. Manohar, D.M., & Vasanthakumari, R. (2016). Effect of pressure and temperature on properties of carbon-carbon composites prepared from renewable material. In IEEE: 2016 International Conference on Control, Computing, Communication and Materials (ICCCCM) (pp. 1-5). Allahbad, India. DOI:10.1109/ICCCCM.2016.7918217.
