Розробка моделі врахування збільшення активного опору провідника змінному струмі при поверхневому ефекті
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2022-3-1Ключові слова:
кабельна лінія, нагрів, вищі гармоніки, регресія, коефіцієнт детермінації, MATLAB Simulink, активний опір, поверхневий ефектАнотація
Мета роботи. При проходженні змінного струму з вищими гармоніками по кабелю нагрівання здійснюється середньоквадратичним значенням всіх гармонік. Зважаючи на різний опір кабелю в залежності від частоти через дію поверхневого ефекту, доцільно розраховувати коефіцієнт підвищення опору повному струму, приймаючи дію кожної гармоніки незалежною. Однак, є передумови вважати існуючи розрахункові моделі складними для алгоритмічної реалізації у програмних пакетах. Тому метою роботи є розробка розрахункової моделі для врахування збільшення активного опору провідника змінному струму при поверхневому ефекті для подальшого використання у пакетах імітаційного моделювання таких як, наприклад, MATLAB.
Методи дослідження. Методи лінійної алгебри, лінійної регресії, визначення коефіцієнта детермінації.
Отримані результати. Отримано залежності для визначення величини опору високовольтних кабельних ліній струмам високої частоти, котрі враховують переріз та гармонійний склад струму. За існуючими та обґрунтованими графіками (залежностями), отриманими на підставі класичних виразів з літератури, були отримані нові спрощені розрахункові залежності (для перерізу мідних кабельних ліній 240 - 1000 мм2) при протіканні гармонік струму вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Такі розрахункові співвідношення дозволять здійснювати у програмному середовищі MATLAB Simulink врахування декількох гармонійних складових струму при нагріванні лінії.
Отримані значення коефіцієнта детермінації при визначенні розрахункових залежностей близькі до 1, що говорить про правильно обраний вид рівняння і правильно підібраний коефіцієнт k для різних перерізів кабельної лінії.
Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці нової залежності, котра обґрунтована високим значенням множинного коефіцієнту кореляції, поправочного коефіцієнту збільшення опору жили кабелю від номеру гармоніки та емпіричного коефіцієнту регресійної моделі, котрий враховує переріз кабельної лінії.
Практична цінність. Практична цінність роботи полягає у отриманні залежностей, котрі можливо використовувати у аналітичних та імітаційних моделях при визначенні величини нагріву кабельних ліній з урахуванням струму гармонік вище п'ятої при базовій частоті 50 Гц. Таке застосування дозволить у багатьох випадках замінити фізичний експеримент імітаційним у програмному середовищі MATLAB Simulink, що зменшить необхідні людські та матеріальні витрати.
Посилання
E. S. Zajcev, V. D. (2016). Lebedev. Algoritm ocenki temperatur zhil trѐhfaznyh vysokovol'tnyh kabel'nyh linij s izoljaciej iz sshitogo polijetilena. Jelektriches-kie stancii. 9, 34–38.
Tze Mei Kuan, Suhaila Sulaiman, Azrul Mohd. Ariffin, Wan Mohamad Shakir Wan Shamsuddin. Verifica-tion of MATLAB/Simulink Power Cable Modelling with Experimental Analysis/ Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. Vol. 11, No. 2, August 2018, pp. 622~629 ISSN: 2502-4752, DOI: 10.11591/ijeecs.v11.i2.pp 622-629.
Ansovinus Akumawah Nche, Temperature modeling and control algorithm for high voltage underground cables, A thesis submitted to the faculty of The Uni-versity of North Carolina at Charlotte in partial ful-fillment of the requirements for the degree of Master of Science in Applied Energy and Electromechanical Systems, Charlotte, 2017 – 104 p.
D. V. Kudelina, V. I. Birjulin. (2019). Opredelenie nagreva izoljacii kabel'nyh linij s uchetom vli-janija vysshih garmonik. Auditorium. Jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kurskogo gosudarstvennogo universiteta. No 1 (21).
A. A. Alferov, A. V. Zasimenko, T. V. Alferova, ju. A. Rudchenko (2015). Analiz sushhestvujushhih inzhe-nernyh matematicheskih modelej ucheta pover-hnostnogo jeffekta v tokoprovodjashhih zhilah silo-vyh kabe-lej. Vestnik GGTU im. P. O. Suhogo No 2.
Bessonov L.A. (2007). Teoreticheskie osnovy jel-ektrotehniki: Jelektricheskie cepi. Uchebnik dlja stu-den-tov vysshih uchebnyh zavedenij, obuchajush-hihsja po napravlenijam podgotovki diplomirovann-yh specialistov «Jelektrotehnika, jelektromehanika i jelektrotehnologii», «Jelektrojenergetika», «Priboro-stroenie». Avtor: Lev Alekseevich Bes-sonov. 11-e izdanie, pererabotannoe i dopolnennoe. Uchebnoe izdanie. Vneshnee oformlenie N.D. Gorbunovoj. M: Gardariki,.
M. Caton, O. Marjanovic and S. Rowland, "Dynamic Thermal Modelling of Low Voltage Underground Cables", University of Manchester report, 2015.
Aman Sharma, (2017). Determination of Hotspot Lo-cation and Power Cable Temperatures from Spare Duct Temperatures in an Underground Installation. A Thesis Presented in Partial Fulfillment of the Re-quirements for the Degree Master of Science. Arizona state university, December. 123. https://repository.asu.edu/attachments/194055/content/Sharma_asu_0010N_17507.pdf
Ansovinus Akumawah Nche, Temperature modeling and control algorithm for high voltage underground cables, A thesis submitted to the faculty of The Uni-versity of North Carolina at Charlotte in partial ful-fillment of the requirements for the degree of Master of Science in Applied Energy and Electromechanical Systems, Charlotte, 2017, 104.
Simulating Thermal Effects in Semiconductors,
Martin Andersson Ljus, Dynamic Line Rating Ther-mal Line Model and Control. Division of Industrial Electrical Engineering and Automation Faculty of Engineering, Lund University. CODEN:LUTEDX/(TEIE-5324)/1-49/2013, - 55 p.
Kabeli silovye dlja stacionarnoj prokladki. Obshhie tehnicheskie uslovija: GOST 24183–80. M.: Izd-vo standartov, 1989. 33 s.
DSTU EN 50160:2014.. Jakіst' elektrichnoї energії. Opublіkovano 06 kvіtnja 2016. roku Data on-ovlennja: 21.02.2022.
Calculation of the Cyclic and Emergency Current Ratings of Cables, Part 2: Cyclic Rating Factor of Cables Greater than 18/30 (36) kV and Emergency Ratings for Cables of All Voltages [Text]: IEC Std. 60853-2, 1989.
J.B. Prime, J.G. (1981).Valdes Systems to monitor the conductor temperature of undergraund cable [Text]. IEEE Trans. PAS. 100, No 1, 211 – 219.
R. Millar, John. (2005). Real-time transient tempera-ture computation of power cables including moisture migration modeling [Text]: Proceeding of 15th PSCC / John Millar R., Matti Lehtonen. Liege.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 V.M. Prokuda, N.YU Rukhlova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 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.
