АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ ШИНОПРОВОДІВ ЦЕХОВИХ МЕРЕЖ В УМОВАХ ДІЇ ВИЩИХ ГАРМОНІК СТРУМУ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2018-4-5Ключові слова:
, шинопровід, електромагнітне поле, модель, метод, гармоніки, коефіцієнт короткого замиканняАнотація
Мета роботи. Дослідження і аналіз параметрів тролейних шинопроводів в умовах дії вищих гармонійних складових струму із врахуванням конструктивних особливостей, нелінійності магнітних і електрофізичних властивостей матеріалів, ефектів близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів.
Методи дослідження. Дослідження проводилися із застосуванням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, математичної фізики, скінченних елементів, інтерполяції, апроксимації та регресійного аналізу.
Отримані результати. Проведено оцінку падіння напруги в фазах тролей шинопроводу від дії вищих гармонік струму. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce. величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20% відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23% з урахуванням екранування тролів шинопровода. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах відповідних значень коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликає збільшення активного опору в 4 рази, індуктивного - в 20 разів. Зважаючи на особливості розміщення системи шинопроводів в цеху, виробництва і технологічних процесів, необхідне екранування тролеїв шинопроводів. Тому, в таких випадках, для компенсації приросту та асиметрії падіння напруги в тролеях та активних втрат в шинопроводах, струмові навантаження тролей шинопроводу повинні бути знижені на 5-20% в залежності від значення коефіцієнту короткого замикання цехової мережі.
Наукова новизна. Запропоновано математичну модель електромагнітних процесів в мідному тролейному шинопроводі, що враховує конструктивні особливості, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, ефекти близькості, поверхневі та зовнішні поверхневі ефекти, вплив гармонійних складових струму на падіння напруги та втрати потужності в процесі електропередачі, яка дозволяє з високою точністю і ефективністю чисельної реалізації визначити параметри тролей шинопроводу для відповідних значень амплітуд та частот віщих гармонік струму. Вперше встановлено співвідношення падіння напруги та питомих активних втрат від спектрів частот і амплітуд гармонік струму та значень коефіцієнту короткого замикання, що дозволяє виявити ступінь і характер впливу на асиметрію падіння напруги і параметрів тролей шинопроводу.
Практична цінність. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce, величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20% відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23% з урахуванням екранування тролей шинопроводу. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах при відповідних значеннях коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликають збільшення активного опору в 4 рази, а індуктивного - в 20 разів. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні або модернізації існуючих цехових систем електропостачання, а також для визначення параметрів, оцінки падіння напруги в системах шинопроводів інших конструкцій.
Посилання
[1] Zare F., Ledwich G. F.(2002). Reduced layer planar busbar for voltage source inverters. IEEE Trans. Power Electron., 17, 4, 508–516.
[2] Kotsur, M., Yarymbash, D, Kotsur, I., Bezverkhnia Yu. (2018). Speed Synchronization Methods of the Energy-Efficient Electric Drive System for Induction Motors. IEEE: 14-th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET 2018), Lviv-Slavske, Ukraine, 304-307. DOI:10.1109/TCSET.2018.8336208
[3] Gaoyu, Z., Zhengming, Z., Liqiang, Y. (2013). Study on DC busbar structure considering stray inductance for the back-to-back IGBT-based converter. IEEE:Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Long Beach, CA, USA, 1213- 1218. DOI: 10.1109/APEC.2013.6520453
[4] IEC (61000-3-12: 2004) Sovmestimost´ tekhnichtskikh sredstv elektromagnitnaya. Ogranichenie garmonicheskikh sostsvlyaiushikh toka, sozdavaemykh tekhnicheskimi sredstvami potreblyaemymy tokom bolee 16A, no ne bolee 75A (v odnoy faze), podkluchaemykh k nizkovol´tnym sistemam electrosnabzheniya obshshego naznacheniya. Normy i metody ispytaniy. (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).
[5] IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems IEEE standard. London, 1992, 519-1992.
[6] Bedkowski, M., Smolka, J., Banasiak, K., Bulinski, Z., Nowak, A. J., Tomanek, T., Wajda, A. (2014). Coupled numerical modelling of power loss generation in busbar system of low-voltage switchgear. Int. J. Thermal Sci., 82, 122–129.
[7] Mahmoodzadeh, Z., Ghanbari, N., MehriziSani, A., Ehsan, M. (2015). Energy loss estimation in distribution networks using stochastic simulation. Power & Energy Society General Meeting, Denver, Colorado, 1–5.
[8] Podol'tsev, A.D., Kontorovich, L.N. (2011). Chislennoe modelirovanie elektricheskikh tokov, magnitnogo polya I electrodinamicheskikh sil v silovom transformatore pri avariynom rezhyme s ispol´ MATLAB / SIMULINK i COMSOL (Numerical Simulation оf Electric Currents, Magnetic Field and Electrodynamic Forces in Power Transformer at Emergency Operation Using MATLAB/SIMULINK AND COMSOL). Technical Electrodynamics, 6, 3-10.
[9] Plesca, A. (2012). Busbar heating during transient conditions. Electric Power Syst. Res., 89, 31–37. DOI: 10.1109/T-AIEE.1915.4765211
[10] Rosskopf, A., Bar, E., Joffe, C. (2014). Influence of linner skin- and proximity effects on conduction in litz wires. IEEE Trans. Power Electron., 29, 10, 5454–5461. DOI: 10.1109/TPEL.2013.2293847
[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] Popa, I., Dolan, A.I. (2013). Numerical modeling of DC busbar contacts. IEEE: 13th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM 2012), 188 – 193. DOI: 10.1109/OPTIM.2012.6231869
[13] Gaoyu, Z., Zhengming, Z., Liqiang, Y. (2013). Study on DC busbar structure considering stray inductance for the back-to-back IGBT-based converter. IEEE:Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Long Beach, CA, USA, 1213- 1218. DOI: 10.1109/APEC.2013.6520453
[14] Popa, I. C., Dolan, A-I., Ghindeanu, D., Boltasu, C. (2014). Thermal modeling and experimental validation of an encapsulated busbars system. IEEE: 2014 18th International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA), Bourgas, Bulgaria, 1–4. DOI: 10.1109/SIELA.2014.6871884
[15] 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. IEEE: Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2013), New Orleans, LA, USA, 1213- 1218. DOI: 10.1109/HOLM.2014.7031066
[16] Fedorov, A.A. (1987). Reference book power engineering of industrial enterprises Т. 1. Power supply. Under the general ed. Fedorov A.A. M.: Gosenergoizdat, 840.
[17] Divchuk, T., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Kotsur, M., Bezverkhnia, Y. (2018). Ytochyuyuchyy pidhid do vyznachenya funkcional´nykh zalezhnostey vidnosnykh magnitnykh pronyknostey anizotropnykh kholodnokatannykh staley (An adjusting approach to the determination of the permeability functional dependencies of anisotropic cold-rolled electrotechnical steels). Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 6-15. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2018-2-1
[18] Divchuk, T., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk,I., Kotsur, M., Bezverkhnia, Y. (2018).Podkhod k opredeleniyu tokov kholostogo khoda silovykh trekhfaznykh transformatorov s ploskimisterzh-nevymi magnitnymi sistemami [Approach todetermination of no load current of three-phase power transformers with plane rods magnetic systems]. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 56-66. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-6
[19] Yarymbash, D., Kotsur, M., Bezverkhnia, Yu., Kotsur I., Yarymbash, S. (2018). Increasing efficiency of parameters determination of the trolley busbars by electromagnetic Field Simulation. IEEE: 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 308-313. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336209
[20] Wu, X. W. (2014). Contact temperature prediction in three-phase gas-insulated bus bars with the finite-element method. IEEE Trans. Magn. 50, 2, 277–280.
[21] Izmaylov, S. V. (1962). Kurs Elektrodinamiki. M.: Gos. Uchebn-pedagog. izdatelstvo ministerstva prosveshcheniya, 440.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Yu.S. Bezverkhnia, M.I. Kotsur, D.S. Yarymbash, I.M. Kotsur, S.T. Yarymbash
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
