Исследование коммутационных перенапряжений в электрических сетях до 1000 В

Цель – изучение влияния режимов коммутации от мощности силовых трансформаторов в электрических сетях до 1000 В на кратность коммутационных перенапряжений с разработкой рекомендаций по их снижению. Исследования перенапряжений проводились при коммутации силовых трансформаторов в сетях до 1000 В. Для изучения перенапряжений, возникающих при коммутации силовых трансформаторов, использовались вакуумные контакторы. В ходе исследования применялся инструментальный метод измерения: для фиксации перенапряжений были задействованы активный делитель РДН-1000 и цифровой осциллограф Tektronix TDS2024B. Емкость RC-цепи измерялась с помощью цифрового LC-метра Mastech MY6243. Для ограничения коммутационных перенапряжений в разработанном методе применялись RC-гасители на базе RC-цепей, которые позволяют не только ограничивать амплитуду коммутационного импульс а, но и снижать скорость нарастания напряжения коммутационного импульса. Кроме этого, у RC-гасителей отсутствуют зоны замирания при возникновении высокочастотных коммутационных импульсов. Были выполнены измерения емкости первичной обмотки исследуемых трансформаторов. Анализ кратности перенапряжений показывает, что при увеличении мощности трансформатора кратность коммутационных перенапряжений снижается при его отключении от сети. С увеличением мощности трансформатора в 1,5 раза индуктивность трансформатора с нижается, а, следовательно, снижается и волновое сопротивление трансформатора. Исходя из этого, при подключении одной и той же емкости к зажимам трансформатора у более мощных трансформаторов снижение волнового сопротивления будет происходить в большой степени (от 3 до 6 раз), что приведет к более эффективному ограничению перенапряжения. Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность использования RC -цепей для ограничения коммутационных перенапряжений.

1. Кузьмин С.В. Использование силовых трансформаторов для локализации высших гармоник в системах электроснабжения 0,4–10 кВ // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: сб. науч. тр. Всерос. науч.практ. конф. (г. Красноярск, 2009 г.). Красноярск, 2009. С. 268–270.

2. Бебихов Ю.В., Егоров А.Н., Матул Г.А., Семёнов А.С., Харитонов Я.С. Поиск путей повышения эффективности применения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода в условиях горного производства // Естественные и технические науки. 2018. № 8. С. 228–234.

3. Брыкалов С.М., Балыбердин А.С., Трифонов В.Ю., Засухин Р.В. Ключевые направления повышения энергетической эффективности крупных промышленных предприятий // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 5. С. 10–18. https://doi.org/10.18635/20712219-2020-5-10-18.

4. Shevyrev Y.V., Shevyreva N.Y. Improvement of voltage waveform in power supply systems with dynamic rectifier in mineral mining and processing industry // Gornyi Zhurnal. 2019. Iss. 1. P. 66–69. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.01.14.

5. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Федоров О.В. Практический опыт применения преобразователей частоты Power Flex 7000 в горнодобывающей промышленности // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2017. № 4. С. 86–93.

6. Dutta N., Kaliannan P., Subramaniam U. Experimental analysis of PQ parameter estimation of VFD drives // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 937. Iss. 2. Р. 012042. https://doi.org/10.1088/1757899X/937/1/012042.

7. Клундук Г.А. Влияние преобразователя частоты на энергосбережение насосного агрегата и электромагнитная совместимость оборудования // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 21–23 апреля 2020 г.). Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2020. С. 153–157.

8. Скакунов Д.А. Влияние силовой электроники на качество электрической энергии и методы фильтрации высших гармоник // сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новокузнецк, 18–20 мая, 2004 г.). Новокузнецк: СибГИУ, 2004. С. 253–257.

9. Кузьмин Р.С., Завалов А.А., Майнагашев Р.А. Влияние компенсации реактивной мощности на величину перенапряжений при коммутации силовых трансформаторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 3. С. 197–209. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/3/3115.

10. Кузьмин С.В., Ножин А.И. Анализ коммутационных перенапряжений в сетях 6...10 кВ угольных разрезов // Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6...35 кВ: тр. II Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новосибирск, 15–17 октября 2002 г.). Новосибирск, 2002. С. 183–187.

11. Кузьмин Р.С., Павлов В.В., Майнагашев Р.А., Зыков И.С., Дементьев В.В. Влияние коммутационных перенапряжений на надежность систем электроснабжения 6 кВ шахт и рудников // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 2. С. 31–33.

12. Пантелеев В.И., Кузьмин И.С., Завалов А.А., Тихонов А.В., Умецкая Е.В. Качество электрической энерг ии в системах электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий России // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 3. С. 356–368. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-3-356-368.

13. Ashraf N., Abbas G., Abbassi R., Jerbi H. Power quality analysis of the output voltage of AC voltage and frequency controllers realized with various voltage control techniques // Applied Sciences (Switzerland). 2021. Vol. 11. Iss. 2. Р. 538. https://doi.org/10.3390/app11020538.

14. Sowa P., Macha D. Electromagnetic switching transients in transmission line cooperating with t he local subsystem // International Journal of GEOMATE. 2020. Vol. 19. Iss. 72. P. 180–189. https://doi.org/10.21660/2020.72.5781.

15. Akagi H. Active Harmonic Filters // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93. Iss. 12. P. 2128–2141. https://doi.org/10.1109/JPROC.2005.859603.

16. Кузьмин Р.С., Кузьмин И.С., Меньшиков В.А., Кузьмин С.В., Куликовский В.С. Метод оценки и прогнозирования перенапряжений при дуговых однофазных замыканиях на землю в сетях 6-10 кВ как средство повышения уровня электробезопасности на горных предприятиях // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 5. С. 116–132. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-5-116-132.

17. Кузьмин С.В., Майнагашев Р.А., Гаврилова Е.В., Немков С.В. Опыт эксплуатации средств защиты от коммутационных перенапряжений в системах электроснабжения 6 кВ горных предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 4. С. 53–54.

18. Jyothi R., Sumitgupta, Rao K.U., Jayapal R. IoT application for real-time condition monitoring of voltage source inverter driven induction motor // Innovative Data Communication Technologies and Application. 2021. Vol. 59. P. 97–105. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9651-3_8.

19. Guo Yaxun, Jiang Xiaofeng, Chen Yun, Zheng Ming, Liu Gang, Li Xiaohua, Tang Wenhu. Reignition overvoltages induced by vacuum circuit breakers and its suppression in offshore wind farms // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 122. Р. 106227. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106227.

20. Santos D.Р., Sartori C.A.F. Impact of mismatch cables impedances on active motor terminal overvoltage mitigation using parallel voltage source inverters // IEEE 3rd Global Electromagnetic Compatibility Con ference. 2017. https://doi.org/10.1109/GEMCCON.2017.8400662.

21. Кузьмин С.В., Гаврилова Е.В., Барышников Д.В. Влияние процесса дугогашения в высоковольтных выключателях на величину коммутационных перенапряжений, возникающих в сетях 6-10 кВ горнодобывающих предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 2. С. 41–44.