3212

5.Чичёв, С.И. Анализ автоматизации оперативно – диспетчерского управления подстанциями [Текст] / С.И. Чичёв, Е.И. Глинкин // VIII научная конференция ТГТУ. – Тамбов:ТГТУ, 2003. – Вып.13. – С. 156 – 157.

6.Чичёв С.И. Комплекс систем управления на подстанциях предприятия электрических сетей [Текст]/ С.И. Чичёв, С.П.Нестеренко // Электрика. – М. 2004. –№11. – С. 26 – 29.

Воронежский государственный технический университет

41

УДК 621.311

А.Р. Шуть С.А. Горемыкин, Т.Л. Сазонова

ОДНОЧАСТОТНАЯ ПРИТУПЛЕННАЯ НАСТРОЙКА ЗАГРАДИТЕЛЕЙ

Рассматривается моделирование на и выгоднейшего распределения нагрузок методом относительных приростов с учетом потерь активной мощности в сети.

Ключевые слова: активная мощность, добавочное сопротивление, частота, полоса пропускания, заграждающая полоса. конденсатор, катушка индуктивности.

Заградитель с малой индуктивностью силовой катушки часто настраивают по одночастотной схеме. Для увеличения полосы заграждаемых частот последовательно с конденсатором включают активное сопротивление R. В этом случае добротность контура полностью определяется добавочным сопротивление, так как добротность катушки достаточно велика. Величину добавочного сопротивления R нужно рассчитать так, чтобы активная составляющая сопротивления заградителя, достигающая максимального значения на частоте параллельного резонанса контура, на крайних частотах заграждающей полосы была равна заданной величине. При таком выборе добавочного сопротивления вносимое затухание мало зависит от величины и характера входного сопротивления подстанции. Кроме того, сопротивление R уменьшает вероятность пробоя конденсаторе C заградителя, так как уменьшает скорость нарастания напряжения на конденсаторе и уменьшаются собственные колебания в контуре заградителя при переходных процессах. Чем меньше допустимое затухание вносимое заградителем, тем больше должна быть величина активной составляющей сопротивления заградителя на крайних частотах rз и при прочих равных условиях тем уже заграждаемая полоса

f = f 2 - f 1.

Для каждой частоты настройки заградителя fр можно определить полосу частот f, в которой вносимое затухание больше заданной величины, то есть активная составляющая сопротивления заградителя rз не меньше заданной величины.

Графики для определения полосы заграждаемых частот приходиться строить отдельно для каждого значения индуктивности при каждом заданном rз. Вместо этого можно построить универсальные графики, пригодные для выбора добавочного сопротивления R при

42

любых значениях fр , rз, и L. Кривые можно построить по выражению:

у1,2=

которое получаем из уравнения :

rз= ,

где rз – заданное граничное значение активной составляющей сопротивление заградителя,

d= = - затухание заградителя,

= параметр кривых.

При помощи кривых, которые можно построить по формулам указанных выше, решаются различные задачи. Например, если задана полоса пропускания f = f 2 - f 1, то по графикам можно выяснить, как выбрать сопротивление , чтобы при этой полосе заграждаемых частот достигло максимально возможного значения. Частота настройки заградителя в этом случае определяется по формуле

fp = f1

В таблицу сведены результаты расчета.

Литература 1. Горемыкин С.А, Сазонова Т.Л. Определение искажения кривой

напряжения.Журнал «Энергия - XXI век». 2019. № 4 (108). С. 30-32.

Воронежский государственный технический университет

43

УДК 621.317

А.С. Родионов, А.В. Андриевский

ТРАНСФОРМАТОРЫ РОГОВСКОГО. ПРИМЕНЕНИЕ В ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЯХ

Принцип работы, конструкция катушки Роговского. Применение датчиков Роговского взамен классических трансформаторов тока. Работа пояса Роговского при попадании молнии и коммутационных перенапряжениях.

Ключевые слова: катушка Роговского, пояс Роговского, датчик Роговского, устройства, измерительные устройства, явление полного тока, аналогово-цифровой преобразователь.

В современных цифровых подстанциях используют цифровые измерительные приборы. Например, цифровые амперметры, которые соответствуют классу 0,5 точности, а в случае малых токов 0,2 классу. Также используются цифровые вольтметры. Главным отличием цифровых измерительных приборов от аналоговых, является наличие аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует сигнал. На выходе получается цифровой код. Если модель поддерживает двоичные числа, а не десятичный, как у старых моделей, то процесс измерения проходит гораздо быстрее. Цифровые устройства помехоустойчивые и высокоточные, особенно если на входе поставить фильтр. Пример современных цифровых измерительных устройств представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Современные цифровые амперметр и вольтметр

Датчик Роговского, который ещё называют катушкой Роговского или поясом Роговского, предназначен для измерения переменного тока

44

или высокоскоростных импульсов тока, названым в честь немецкого физика польского происхождения Вальтера Роговского, который преодолел разрыв между теоретической физикой и прикладной техникой во многих областях электроники. Катушки Роговского измеряют переменные токи. Работа основана на законе полного тока, что можно видеть на рисунке 2.

Рис. 2. Принцип работы катушки Роговского

Напряжение функционально зависит от коэффициента обмотки и частоты и синусоидального сигнала согласно уравнению 1:

(1)

где - напряжение;

-коэффициент обмотки;

-частота;

-синусоидальный сигнал тока.

Принципы работы катушки Роговского практически те же, что и у традиционных трансформаторах тока, но отличие заключается в немагнитном сердечнике, из-за которого катушки Роговского имеют линейность характеристик, ведь сердечник не насыщается. Ещё одно отличие, выходное напряжение, равняется производной по времени первичного тока, которая масштабируется. Есть необходимость в микропроцессорном преобразователе, который обрабатывает выходной

45

сигнала датчика тока, т.к. устройство защиты понимает лишь аналоговые значения определённой частоты. Пример конструкции представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Катушка Роговского

Взаимоиндукция пояса Роговского между обмотками мала, и на измерения могут повлиять близкорасположенные токопроводы, т.к. обмотки катушек Роговского из немагнитного материала. Для этого взаимоиндукция должна иметь постоянное значение независимо от положения первичного проводника. Достигается это выполнением намотки обмотки на сердечник с равномерным поперечным сечением по всему контуру, перпендикулярной и однородной намоткой.

Не смотря на необходимость присутствия преобразователя сигнала и конструктивные сложности создания датчика Роговского, что делает его сильно дороже классического ТТ, у него есть ряд неоспоримых преимуществ: один датчик тока может эксплуатироваться при различных значениях протекающих токов и обеспечивать требуемые показатели точности. В то время, как для выполнения требований цепей защиты может потребоваться несколько классических ТТ с разными параметрами; катушки Роговского могут преобразовывать высокочастотные сигналы; небольшой вес и размеры; датчики более безопасны для людей, т.к. небольшие выходные сигналы, даже при аварийных режимах энергосистемы; легкость установки; минимум монтажных работ и изменений в схеме электрических соединений; установка данного датчика не требует отключения электроустановки; экологическая безопасность материалов катушек Роговского.

Что касается цены данного измерительного устройства. Наличие датчика Роговского у мультиметра, удорожает следующего примерно в 3 раза.

Катушки Роговского имеют ряд ограничений связанных с климатом, в котором их эксплуатация может осуществляться правильно.

46

Рабочая температура лежит в широком диапазоне -40 - 125 °C, согласно указаниям производителей. Данные приборы можно использовать в тропическом климате. Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что в суровых климатических условиях РФ, практически везде возможно использование данного измерительного устройства. Однако, в Красноярском крае, Якутии, Иркутской области уже следует устанавливать в помещения, которые отвечали бы температурным требованиям.

Периодичность обслуживания датчика Роговского зависит от сохранения класса точности. Обслуживающий персонал в этом случае, может полагаться на микроконтроллер, в котором есть функция самодиагностики. Как правило, при правильной эксплуатации, класс точности датчика не изменяется.

Не смотря на сложность создания катушек Роговского, производятся в РФ.

Датчик Роговского – это частотно-зависимое устройство, которое с линейной зависимостью усиливает более высокие частоты.

В катушке Роговского могут появляться высоковольтные сигналы, которые возникаю при коммутационных операциях и молнии, исключить их можно емкостью или полупроводниковыми ограничителями. Данные импульсы приводят к ложному срабатыванию релейной защиты. В таких случаях специальные алгоритмы, позволяют распознавать высокочастотные импульсы и броски тока, анализируя форму выходного сигнала и скорость его изменения.

Огромное значение имеет правильность выполнения монтажа катушки Роговского. Есть несколько возможных ошибок: расположение вблизи соседнего проводника и в сильных статических полях, которые могут вывести микроконтроллер датчика из строя. Если эти нюансы учли, то данный прибор будет работать правильно.

Исходя из материалов нашей обзорной статьи, можно сделать следующий вывод по датчикам Роговского: из-за использования немагнитных материалов в конструкции, появляются особые требования, связанные с невозможным размещением их относительно проводников с большим током расположенных поблизости. Правильно изготовленный датчик будет выдавать с особой точностью показания. Пояс Роговского усиливает высокие частоты, это нужно брать во внимание для корректного учёта значений. Данный прибор полностью оправдывает свою стоимость, ведь является высокоточным и надёжным.

Воронежский государственный технический университет

47

УДК 621.314

А.С. Филобок, Д.А. Тонн

АВТОМАТИЗАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Рассматривается способ автоматизации и оптимизации системы управления охлаждением силовых масленых трансформаторов, позволяющий обеспечить точную и экономически выгодную работу оптимального числа охладителей, устанавливаемых в современных силовых трансформаторах.

Ключевые слова: силовой масленый трансформатор, система управления охлаждением, потери мощности в активной зоне трансформатора.

В современной электроэнергетике можно столкнуться с технической проблемой, возникающей при эксплуатации силовых масленых трансформаторов в условиях смены сезонов и резких перепадов температуры. Прежде всего, это появляется в период наступления теплых весенних дней, когда дневная температура окружающей среды существенно отличается от ночной. Проблема возникает в системах принудительного дутьевого воздушного охлаждения с циркуляцией масла в трансформаторе, включающих в себя несколько мощных вентиляторных охладителей. С ростом нагрузки трансформатора подключается значительное количество вентиляторов. Это обстоятельство дает возможность оперативно уменьшить температуру обмоток. А следовательно, минимизировать потери мощности в трансформаторе при неизменной токовой нагрузке. При этом происходит увеличение затрат на поддержание работы всех охладителей. Из этого следует, что нужно установить конкретное оптимальное число охладителей для каждого режима работы трансформатора, которое дает возможность значительно уменьшить суммарные потери мощности в активной зоне трансформаторного оборудования.

Существуют стандартные инженерные решения, например [1, 2], которые способны частично компенсировать данную проблемную ситуацию. При их реализации предусматриваются датчики, которые замеряют температуру окружающей среды. Измерение температуры осуществляется через сумматор, отражающий перепады температуры масла и окружающей среды. Однако, существенным недостатком подобных вариантов, решения поставленной задачи, является неточность, возникающая из-за сложной нелинейной зависимости для определения оптимальной разницы перепада температуры масла и

48

воздуха от нагрузки на трансформатор. При этом, в ряде научных работ, например в [3], показано, что температура воздуха в окружающей среде также влияет на температуру обмоток, а, следовательно, и на потери в обмотках, что будет заметно проявляться при высоких нагрузках на оборудование.

Таким образом, для оптимизации работы системы охлаждения силовых трансформаторов, выражающейся в включении только необходимого числа охладителей, необходимо добавить периодический расчет состояния трансформатора при разных количествах охладителей

– текущем, большем и меньшим на единицу. При этом система должна определить, какой же из трех режимов ей необходимо реализовать на следующем временном отрезке таким образом, чтобы суммарно потери от работающих охладителей были минимизированы, а температура в этом случае не превышала своего порогового значения.

Потери мощности в активной зоне трансформатора с учетом температурной зависимости сопротивления обмотки можно представить в виде:

49

проводимость охладителя от трансформаторного масла к окружающему воздуху.

Перегрев обмотки можно представить в номинальном режиме как произведение температуры масла и коэффициента нагрузки в степени «показателя обмотки»:

оптимальное число охладителей для более рационального использования:

Имеем, что оптимальное число охладителей зависит от температуры воздуха в окружающей среде и даже от степени загрязнения вентиляторов.

Для автоматизированной реализации этого алгоритма вычислений

вустройстве управления системой охлаждения силового масленого трансформатора достаточно добавить в неё цифровое вычислительное устройство – микроконтроллер, который будет производить вычисления

взаданные промежутки времени. В качестве микроконтроллеров предлагается использовать программируемые контроллеры температуры Московского завода тепловой автоматики по типу МС12. Примерная

50