автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Экспресс-методы оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий

На правах рукописи

Барышнпкои Дмитрий Владимирович

ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 6-10 КВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.02 — «Электрические станции и электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 ДПР 23;О

Красноярск-2010

004600898

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент , Кузьмин Сергей Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Христшшч Роман Мирославович

кандидат технических наук, доцент Бастрон Андрей Владимирович

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ)», г. Новокузнецк

Защита диссертации состоится «05» мая 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ212.099.07 при ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, ул. Ленина, 70, ауд. А-204.

С диссертацией можно Ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета по адресу: г. Красноярск, ул. Ак. Киренского, 26, ауд.

Г 274.

Автореферат разослан «03» апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.099.Р7 канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В процессе эксплуатации изоляция высоковольтного электрооборудования технологических установок промышленных предприятий испытывает негативное воздействие многочисленных факторов, в результате чего происходит снижение ее диэлектрической прочности. Это, впоследствии, приводит к ее частым повреждениям, простоям оборудования и экономическому ущербу.

Одним из таких факторов являются внутренние перенапряжения, в частности, коммутационные перенапряжения, поскольку имеют значительные по величине амплитуды возникающих напряжений, высокую частоту собственных колебаний и значительную первоначальную скорость нарастания амплитуды импульса.

Опыт эксплуатации показал, что основной объем аварийного выхода из строя электрооборудования связан с пробоями изоляции вследствие воздействия коммутационных перенапряжений (КП). Свыше 40% однофазных замыканий на землю в системах электроснабжения 6-10 кВ горнометаллургических предприятий возникает из-за КП.

Проблема защиты изоляции высоковольтного электрооборудования от коммутационных перенапряжений приобрела наибольшую актуальность после внедрения в промышленную эксплуатацию вакуумной коммутационной аппаратуры. Во-первых, величина перенапряжений при отключении нагрузки может достигать значений, значительно превышающих диэлектрическую прочность изоляции электроустановки. Во-вторых, эти аппараты внедряются в электроустановки с частыми коммутациями. В-третьих, многократные повторные зажигания дуги в дугогасящей камере при неблагоприятных условиях могут привести к эскалации напряжения на вводах электроприемников, что сопровождается ростом кратности КП.

Данная проблема наиболее актуальна для электроприемников с пониженным уровнем прочности изоляции: двигателей, длительно находящихся в эксплуатации или вышедших из капитального ремонта, гибких кабелей, трансформаторов с сухой изоляцией.

В период 2000 - 2006 г. интенсивно разрабатывались эффективные средства ограничения КП, такие как, ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) и ЯС-гасители.

Это позволило несколько снизить остроту проблемы коммутационных перенапряжений, так как снизилось число пробоев изоляции кабельных линий, однако интенсивность пробоев изоляции обмоток электродвигателей и трансформаторов остается весьма высокой.

Это, в первую очередь, связано с отсутствием эффективной методики, позволяющей без сложных методов математического или физического моделирования определить величину максимальных перенапряжений в системе «выключатель - кабель - электродвигатель (трансформатор)» и спрогнозировать изменение величины КП в случае замены одного типа выключателей на другой или изменения параметров нагрузки.

Решение данной задачи является актуальным, так как позволит обос-

нованно выбирать необходимые средства защиты от коммутационных перенапряжений и устанавливать их в тех местах, где будет обеспечиваться максимальная эффективность ограничителей.

Цель работы: разработка экспресс-методов оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений в высоковольтной системе «выключатель - кабель - электродвигатель (трансформатор)» и обоснование выбора средств ограничения коммутационных перенапряжений и мест их установки для обеспечения надежной и эффективной работы электродвигателей и трансформаторов в системах электроснабжения напряжением 6 - 10 кВ промышленных предприятий.

Задачи исследования:

1. Проанализировать состояние современных исследований КП в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий и методов их оценки и прогнозирования.

2. Выполнить экспериментальные исследования перенапряжений, возникающих при коммутации электродвигателей и трансформаторов и их статистическую обработку для выявления основных факторов, влияющих на величину и характер КП.

3. На основе современных методов программирования выполнить моделирование КП в системе «выключатель - кабель - электроприёмник» для изучения влияния длины и сечения кабельной линии на величину и характер КП.

4. Разработать экспресс-методы оценки и прогнозирования КП в системах электроснабжения 6-10 кВ, позволяющие в короткий срок оценить кратность КП и обоснованно выбрать необходимые средства защиты.

Объект исследования: системы «высоковольтный выключатель -кабель - электродвигатель (трансформатор)», эксплуатируемые в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий.

Предмет исследования: коммутационные перенапряжения, возникающие в системе: высоковольтный выключатель - кабельная линия - электроприемник напряжением 6-10 кВ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории электрических аппаратов, электрических цепей и электрических измерений, теории систем электроснабжения промышленных предприятий, численные методы решения уравнений, методы моделирования переходных процессов в электрических системах, методы математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлено, что на величину КП основное влияние оказывает совокупность следующих факторов: вид коммутации, тип и мощность электроприемника, длина и сечение кабельной линии, тип коммутационного аппарата и частота коммутационного импульса (КИ), что является основой для разработки экспресс-методов оценки и прогнозирования КП при коммутации электроприемников;

2. Получены экспериментальные зависимости максимальных кратно-

стей КП от типа и мощности электродвигателей и трансформаторов для масляных и вакуумных выключателей, что позволяет оценить кратность КП на вводах электроприемников при использовании указанных типов выключателей;

3. Установлена зависимость величины и характера КП от длины и сечения кабельной линии для различных частот коммутационных импульсов, что позволяет обосновать рациональные места установки средств ограничения КП;

4. Предложено учитывать влияние распределенной емкости кабельной линии по отношению к земле на величину КП с помощью понижающего коэффициента кратности КП на основе полученных зависимостей величины данного коэффициента от длины и сечения кабеля, связывающего выключатель с электроприемником. Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработаны экспресс-методы оценки и прогнозирования КП, позволяющие оцепить величину КП в любом месте высоковольтной системы: «выключатель - кабель - электродвигатель или трансформатор», что позволяет определять точки с наибольшей кратностью КП и обоснованно выбирать необходимые средства защиты;

2. Определено, что наиболее эффективным средством защиты электродвигателей от КП является ЯС-гаситель, так как обеспечивает кратности КП не выше 1,8 и снижает частоту коммутационного импульса, что в свою очередь, позволяет кабельной линии частично снижать величину КП на зажимах электродвигателя;

3. Установлено, что по технико-экономическим показателям, для защиты трансформаторов, достаточно использовать нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), предусмотрев при этом меры по устойчивой работе ОПН в режиме однофазного замыкания на землю;

4. На основе экспресс-методов оценки КП определены рациональные места установки средств защиты от КП для электродвигателей и трансформаторов: при длине КЛ не более 50 м - ячейка выключателя, а при длине КЛ более 50 м - ввод электроприемника. Обоснованность и достоверность научных положении подтверждаются совпадением расчетных значений КП на основе экспресс-методов и экспериментальных данных, полученных при измерениях в системах электроснабжения 6-10 кВ таких предприятий, как ОАО «Русал-Ачинск»; ОАО «АНПЗ ВНК»; ОАО «САЗ»; ОАО «БрАЗ»; ОАО «КрАЗ»; ФГУП «ГХК»; ООО «Красноярский цемент».

Защищаемые научные положения:

1. Полученные зависимости максимальных кратностей КП от типа и мощности электродвигателей и трансформаторов для масляных и вакуумных выключателей, позволяют оценить кратность КП на вводах электроприемников;

2. Установленные зависимости понижающего коэффициента кратности КП от длины и сечения кабельной линии (КЛ) позволяют оценим, влияние кабельной линии на величину перенапряжений при комму-

тации электродвигателей и трансформаторов;

3. Методы экспресс-оценки КП в системе: выключатель - кабельная линия - электроприемник напряжением 6-10 кВ, позволяют определить точки с максимальной кратностью КП в зависимости от параметров кабелей и электроприемников, частоты КИ и обоснованно выбрать необходимые средства защиты, как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации данной системы;

4. Рекомендации по обоснованному выбору мест установки средств ограничения КП, основанные на использовании результатов экспресс-методов оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель -кабельная линия - электроприемник».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, межрегиональных и региональных конференциях: I Международная научно-практическая конференция «ИНТЕХМЕТ-2008» (г.Санкт-Петербург, 2008 г.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы: получение и технологии обработки» (г. Красноярск, 2004 г.); Всероссийская научная конференция «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2005 г.); VIII Всероссийская кауч-но-практическая конференция «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (г.Красноярск, 2007 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Инновационные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 2005 г.); Региональная межвузовская научно-техническая конференция «Перспективные технологии» (г. Ачинск, 2006 г.).

Реализация полученных результатов: разработанные экспресс-методы оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений использовались при выборе средств защиты от КП электродвигателей и трансформаторов на следующих промышленных предприятиях: ОАО «Русал-Ачинск», ОАО «АНПЗ ВНК», ОАО «САЗ», ОАО «БрАЗ», ОАО «КрАЗ», ФГУП «ГХК», ООО «Красноярский цемент». За период эксплуатации с 2006 по 2010 г. не было зафиксировано ни одного случая выхода из строя электродвигателя или трансформатора по причине воздействия КП.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, из которых: 1 статья из перечня ВАК, 2 статьи в периодических изданиях, 6 статей в сборниках трудов международных и российских конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка из 80 наименований и приложений. Основной текст диссертационной работы изложен на 144 страницах, проиллюстрирован 43 рисунками и 37 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дается общая характеристика работы, сформулированы цели и задачи исследований, её научная

новизна и практическая ценность, основные положения, выносимые на защиту, отражены вопросы реализации и апробации научных результатов.

В первом разделе рассмотрен вопрос возникновения коммутационных перенапряжений, их влияния на изоляцию электроприемников, обосновывается актуальность проблемы создания простых и эффективных методов оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель - кабельная линия -электроприемник».

Эксплуатация электродвигателей переменного тока и трансформаторов совместно с вакуумными или масляными выключателями может привести к возникновению коммутационных перенапряжений, которые представляют опасность для изоляции статорной обмотки двигателя переменного тока. Допустимый уровень перенапряжений для двигателей переменного тока, находящихся в эксплуатации более 5 лет составляет 1,8ииом, а для трансформаторов - 2,8ииом, для электродвигателей находящихся в эксплуатации менее 5 лет допустимый уровень перенапряжений - 2,8и„ом, для трансформаторов - 4,3 и,|(1М. Максимальные перепанряжения, зафиксированные при измерении КП, значительно превышают указанные уровни.

Для эффективной защиты электрооборудования от КП, необходимо знать уровень максимально-возможных перенапряжений.

В настоящее время существует экспериментальный метод оценки и прогнозирования КП и методы математического и физического моделирования.

Экспериментальная оценка кратности КП не всегда возможна в условиях действующего предприятия и требует значительных затрат времени.

Математическое моделирование процесса КП выполняется при определенных допущениях и сводится к составлению и решению дифференциальных уравнений в частных производных, составленных по однолинейной схеме замещения: сеть - выключатель - кабельная линия - электроприемник.

Итоговые выражения математических расчетов для определения перенапряжений при коммутации электродвигателей и трансформаторов в нормальном режиме или в режиме однофазного замыкания на землю, с учетом и без учета повторных зажиганий дуги в камере выключателя, очень сложно использовать при оценке и прогнозировании КП для большого числа электродвигателей и трансформаторов, так как, не все параметры, используемые в аналитических выражениях, имеются в паспортных данных.

Математическое моделирование позволяет исследовать основные зависимости при коммутации электрических машин, но не позволяет в полной мере оценить влияние типа и мощности нагрузки, типа коммутационного аппарата, длины и сечения кабельной линии на возникновение максимальных перенапряжений.

Оценка максимальных перенапряжений для большого количества реальных электроприемников методом физического моделирования потребует широкой вариации параметров элементов синтетической модели и не позволит учесть конструктивные особенности двигателей и трансформаторов, а шк же нелинейные зависимости параметров электрических машин от частоты.

Методы математического и физического моделирования не учиты-

пают всех возможных факторов влияющих на величину КП и их случайном сочетании. Наиболее достоверные данные о величине коммутационных перенапряжений с учетом всех факторов можно получить только путем статистической обработки экспериментальных данных.

Во втором разделе проведена статистическая обработка экспериментальных данных КП и выявлены основные закономерности и факторы, влияющие на величину и характер КП.

В период с 1980 по 2007 г.г. на кафедре «Электрификации горнометаллургического производства» Сибирского Федерального университета и на предприятии ООО «РУТАС» были проведены многочисленные экспериментальные исследования КП на разных типах высоковольтных электродвигателей и трансформаторов, по результатам которых получено свыше 4000 измерений КП.

На рисунках 1 и 2 показаны зависимости КП от мощности электродвигателей и трансформаторов для различных типов электродвигателей, трансформаторов и коммутационных аппаратов. Данные графики получены по результатам статистической обработки экспериментальных данных, при этом максимальные значения КП проверены на экстремальность, доказано, что максимальные значения КП имеют закономерный характер и принадлежат к генеральной совокупности. Для определения степени влияния различных факторов на величину КП проведено сравнение выборок на однородность по критерию Пирсона, сравнение средних значений и дисперсий. Статистическая обработка данных производилась с помощью программного пакета «БТАПБПСА».

}вв }мв

0 750 1750 2750 3750 4750 5750 6750 7750 8750 9750

Рисунок 1 - Зависимость максимального коэффициента перенапряжения1 от мощности электродвигателя

Зависимости рисунка 1 и 2 позволяют оценить кратность КП на вво-

дах электродвигателя и трансформатора в зависимости от типа и мощности электроприемника и типа коммутационного аппарата, и обосновать необходимость и уровень ограничения КП.

Ктах

Рисунок 2 - Зависимость максимального коэффициента перенапряжения от мощности трансформатора

Установлено, что при длине кабельной линии не более 50 м, КП при коммутации электрических машин зависят от мощности и типа электрической машины, типа коммутационного аппарата. Величина КП с увеличением мощности электрической машины снижается.

Амплитуда КП, возникающих при отключении вакуумным выключателем электроприемника, в 1,5-2 раза больше, чем амплитуда КП, возникающих при отключении масляным выключателям, из-за эффекта среза тока.

Длина и сечение КП оказывают существенное влияние на величину КП, если электродвигатель коммутируется масляным выключателем. С увеличением длины и сечения КЛ между масляным выключателем и электродвигателем величина КП на зажимах электродвигателя уменьшается.

Длина и сечение КЛ практически не оказывают влияния на величину КП на зажимах электродвигателя, если последний коммутируется вакуумными выключателями, а мощность электродвигателя менее 2500 кВт. Это связано с высокой частотой коммутационного импульса, значение которой не опускается ниже 45 кГц. Если мощность электродвигателя 2500 кВт и более, то длина и сечение кабельной линии влияют на величину и характер КП, с увеличением длины и сечения кабельной линии происходит снижение величины перенапряжения.

При коммутации трансформатора любым типом выключателя длина и сечение КЛ оказывают существенное влияние на величину КП. С увеличением длины и сечения кабельной линии между выключателем и трансформа-

тором величина КП на зажимах трансформатора уменьшается.

Определено, что технологические процессы, марка выключателя, материал жил высоковольтного кабеля, серия электродвигателя и трансформатора одной мощности - не влияют на величину и характер КП.

В третьем разделе приведены результаты моделирования КП, полученные с применением программного пакета «Electronic WorkBench», в системе «выключатель - кабельная линия - электродвигатель», позволяющие определить основные закономерности влияния частоты коммутационного импульса, параметров электродвигателя и кабеля на величину КП. При моделировании принимался ряд допущений: ротор электрической машины в момент коммутации неподвижен; междуфазная и межвитковая ёмкости электродвигателя не учитываются, ввиду их незначительности.

В настоящее время принято считать, что кабельная линия, связывающая выключатель и нагрузку, уменьшает величину КП за счет увеличения присоединенной емкости на зажимах нагрузки. В частности утверждается, что при длине кабеля более 100 м, защита электродвигателя от КП не требуется.

Однако аварийность высоковольтных электродвигателей мощностью до 2500 кВт показывает, что при их коммутации вакуумными выключателями наблюдается рост числа пробоев изоляции статорных обмоток, хотя длина KJ1 между выключателем и электродвигателем, превышала 100 м, что подтверждается статистической обработкой экспериментальных данных.

Объяснить данный эффект можно с помощью гипотезы, которая учитывает зависимость продольного активного и индуктивного сопротивления кабеля от частоты коммутационного импульса.

Исследования показали, что при отключении электродвигателей и трансформаторов масляным выключателем, частота КИ не превышает 15 кГц. Однако при отключении электродвигателя мощностью до 2500 кВт вакуумным выключателем, частота импульса достигает значений 60-450 кГц, т.е. возрастает в десятки раз. В этом случае увеличивается продольное индуктивное сопротивление кабеля, а за счет эффекта вытеснения тока, возрастает и продольное активное сопротивление кабеля. Это приводит к тому, что при отключении электродвигателя магнитная энергия, запасенная в обмотке статора, будет «заперта» высоким продольным сопротивлением кабеля. Следовательно, емкость колебательного контура будет обусловлена малой емкостью статорной обмотки по отношению к земле, а емкость KJ1 не будет влиять на величину КП, возникающих на зажимах электродвигателя мощностью до 2500 кВт.

При коммутации вакуумным выключателем электродвигателей мощностью 2500 кВт и выше, а так же трансформаторов, частота коммутационного импульса не превышает 18 кГц. В этом случае не происходит резкого увеличения продольного сопротивления кабеля, и часть емкости кабеля будет сосредоточена на зажимах электродвигателя или трансформатора, что и приводит к ограничению амплитуды КП, т.е. длина и сечение кабельной линии будут оказывать влияние на величину КП.

Для подтверждения данной гипотезы выполнено виртуальное моде-

лирование переходных процессов, возникающих в системе «вакуумный выключатель — кабель-электродвигатель» при отключении электродвигателя СДЭ-14-29-6 мощностью 500 кВт.

При моделировании процесса коммутации электродвигателя вакуумным выключателем учитывалось изменение параметров электродвигателя и КЛ при увеличении частоты коммутационного импульса до 100 кГц.

В ранее выполненных работах установлено, что для электродвигателя типа СДЭ-14-29-6 индуктивность фазы с изменением частоты от 10 кГц до 100 кГц уменьшается с 30 мГн до 10 мГн. Для определения значения емкости электродвигателя, задача решалась от обратного: при известных значениях максимальной кратности перенапряжения для данного электродвигателя, индуктивности фазы электродвигателя и величины тока среза, по выражениям (1) и (2), определен диапазон изменения емкости электродвигателя при условии, что длина КЛ не более 10 м, частота КИ находится в диапазоне бО-ЧОО кГц, а максимальное перенапряжение не превышает 7Шом.

зх+^О (1)

где г0 - ток среза, А; Vфтт - фазное напряжение сети, В; С - емкость электродвигателя, Ф, Ь - индуктивность электродвигателя, Гн.

Частота в контуре Ь-С определяется выражением:

На рисунках 4 и 5 показаны зависимости кратности КП и частоты КИ от индуктивности и емкости электродвигателя.

С учетом выполнения условий: г =60-100 кГц и и = -¡ц , ёмкость

* КИ шах (и

электродвигателя должна находиться в диапазоне 5-^18 нФ.

Umax

Рисунок 4 - График зависимости Umax = f(L,C)

нФ

L, мГн

Рисунок 5 - График зависимости

Осциллограммы процесса отключения электродвигателя, полученные при компьютерном моделировании, для длины кабельной линии 100 и 200 м представлены на рисунке 6.

С увеличением длины кабеля, наблюдаются расхождения в переходных процессах, измеренных в начале и в конце кабельной линии, и по отношению к переходному процессу при длине кабеля Юм.

а)при1к=100м б)при1к = 200м

Рисунок 6 - Осциллограммы процесса отключение электродвигателя СДЭ-14-29-6 вакуумным выключателем

Максимальные перенапряжения на зажимах электродвигателя, по сравнению с значениями перенапряжений при длине кабеля 10 м, изменяются незначительно, так при 1к=10 м - Кшах=7,4, при 1К=100 м - Кшах=8, при 1к=200 м - Ктах=7,6, а снижение величины перенапряжений с ростом длины кабеля отмечается только у зажимов выключателя.

Таким образом, процессы, полученные с помощью компьютерного моделирования, согласуются с предполагаемой гипотезой и экспериментальными исследованиями.

В четвертом разделе разработаны экспресс-методы оценки и прогнозирования уровней КП в системе: выключатель - кабельная линия - электродвигатель (трансформатор), получены зависимости понижающего коэффициента кратности КП от длины и сечения кабельной линии, рассмотрены вопросы выбора эффективных устройств защиты от перенапряжений и места их установки.

Для учета влияния длины и сечения кабельной линии на величину КП были выполнены специальные измерения. При отключении нагрузки одновременно фиксировались КП, как на зажимах электродвигателя или трансформатора, так и на зажимах выключателя.

Рисунок 7 - Изменение понижающего коэффициента коммутационного перенапряжения в зависимости от длины и сечения кабельной линии

На рисунке 7 показана зависимость понижающего коэффициента КП от длины и сечения кабельной линии. Значение данного коэффициента необходимо учитывать при оценке КП, как на зажимах электродвигателя, так и на зажимах выключателя.

Зная тип и мощность электродвигателя или трансформатора, тип коммутационного аппарата, длину и сечение КЛ, достаточно просто но эмпирическим формулам, представленным в экспресс-методах, определить величину КП на исследуемом присоединении.

Разработанные экспресс методы оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель - кабельная линия - нагрузка» основываются на использовании зависимостей, представленных на рисунках I, 2, 7 и влияния частоты коммутационного импульса на способность КЛ к ограничению КП.

Экспресс-методы имеют следующие алгоритмы:

Оценка коммутационных перенапряжений при коммутации электродвигателей и трансформаторов масляным выключателем, а так же при коммутации электродвигателей мощностью более 2500 кВт вакуумным выключателем.

1.Величина коммутационных перенапряжений на зажимах электродвигателя или трансформатора при отключении определяется по формуле:

где Ктах - максимальное значение коммутационных перенапряжений на зажимах электрической машины, которое выбирается по кривым, представленным на рисунках I, 2 в зависимости от типа и мощности машины; к„-понижающий коэффициент, который выбирается по кривым рисунка 7 в за-

висимости от длины н сечения кабельной линии.

2.Величина коммутационных перенапряжений при отключении в точке соединения кабельной линии и выключателя определяется по формуле:

]г _ КНЮТКИ. ,лч

пюткл ~ , ■ кн

3.Величина коммутационных перенапряжений на зажимах двигателя или трансформатора при включении определяется по формуле:

Кишки =—■ (5)

*н

4.Величина коммутационных перенапряжений в точке соединения кабельной линии и выключателя при включении определяется по формуле:

гг _ КП2ВК11. /¿ч

Кп\нк.ч.- г • (о;

кп

Оценка коммутационных перенапряжений при коммутации электродвигателей мощностью до 2500 кВт вакуумным выключателем.

1. Величина коммутационных перенапряжений на зажимах двигателя при отключении в точке К2 определяется по формуле:

КпЮТКЛ. = (7)

2. Величина коммутационных перенапряжений при отключении в точке соединения кабельной линии и выключателя определяется по формуле:

и- _ Кпшгкл /о\

Лтотл ~ , )

*н

3. Величина коммутационных перенапряжений на зажимах двигателя при включении определяется по формуле:

3.2

Кпгвкя.=Т-- (9)

кп

4. Величина коммутационных перенапряжений в точке соединения кабельной линии и выключателя при включении определяется по формуле:

(10)

кп

Полученные экспресс-методами максимально-возможные кратности КП необходимо сопоставить с допустимыми значениями и, при условии Л"™« > к»т' предусмотреть средства защиты от КП.

В настоящее время для ограничения КП используют либо ОПН, либо ЯС-гасители.

Исследования эффективности средств защиты от КП и опыт их эксплуатации показывают, что для защиты электродвигателей необходимо использовать ЯС-гасители, так как их уровень ограничения КП находится в диапазоне (1,5-Ч,75)ин, что ниже допустимого значения равного 1,811ном.

Низкая эффективность ОПН при защите электродвигателей от КП связана: с недостаточной термической устойчивостью ОПН в режиме однофазного замыкания на землю (033); с невозможностью снижать крутизну

переднего фронта КИ; с обнаруженным эффектом «замирания» в работе ОП11 и недостаточным уровнем ограничения KII.

Статистика показывает, что термическое разрушение ОПН происходит в режиме ОЗЗ, а средняя наработка на отказ, в условиях горных предприятий, не превышает 3-х месяцев.

В ранее выполненных исследованиях показано, что высокая скорость нарастания напряжения в момент коммутации определяет крутизну пе-

UJ

реднего фронта КИ и способствует возникновению электрического пробоя изоляции электродвигателя. Учитывая, что:

где /0 - ток среза, А; С - присоединенная емкость, Ф,

ограничить крутизну переднего фронта КИ можно только за счет увеличения присоединенной емкости, то есть за счет использования ЯС-гасителя.

Современные ОПН позволяют ограничить КП до уровня (2,2-^2,3)ином, что достаточно для защиты трансформаторов, но не достаточно для защиты электродвигателей.

Обнаружено, что «зона замирания» в работе ОПН возникает при коммутации электродвигателей, если частота КИ 45 кГц и выше. «Зона замирания» характеризуется тем, что на первоначальном интервале времени, не происходит ограничение амплитуды КИ, однако за данный интервал времени амплитуда импульса превышает порог срабатывания ОПН. Данное явление иллюстрируется осциллограммой, представленной на рисунке 8 и полученной

ЭДС выбега электродвигателя зона работы ОПН

зона "замирания"/

Рисунок 8 - Осциллограмма при отключении электродвигателя, с фиксацией зоны замирания в работе ОПН, при величине КП равной 2,9711„ом, частота более 45 кГц

при отключении асинхронного электродвигателя мощностью 250 кВт вакуумным выключателем. Из данной осциллограммы видно, что амплитуда коммутационного импульса достигла значения 2,97UHOM, а ограничения не происходит. Ограничение амплитуды импульса наступает по истечении некоторого промежутка времени.

Это обстоятельство в определенной мере объясняет пробои изоляции высоковольтных электродвигателей, которые эксплуатируются совместно с ОПН.

Таким образом, очевидно, что RC-гаситель обладает лучшими защитными свойствами, но имеет высокую стоимость и большие массо-габариты по сравнению с ОПН. Поэтому к вопросу выбора средства ограничения необходимо подходить и с точки зрения технико-экономической эффективности.

Учитывая технико-экономические показатели RC-гасителей и ОПН, на рисунке 9 приведены наиболее рациональные места установки устройств защиты от КП.

Расположение устройств, ограничивающих КП, представленное на рисунке 9, позволяет комплексно подойти к защите электродвигателей, трансформаторов и разделок кабеля от КП.

Рисунок 9 - Рациональное расположение устройств, предназначенных комплексной защиты электродвигателей, трансформаторов и разделок кабеля от КП а, б) длина кабельной линии более 15м; в, г) длина кабельной линии 15 м и менее.

Использование ОПН, установленного в ячейке вакуумного выключателя позволяет осуществить защиту линии от воздействия внешних перенапряжений, при этом необходимо обеспечить термическую устойчивость ОПН в режиме 033.

Реализация расположения устройств, снижающих КП, согласно схемам рисунка 9, была осуществлена в сетях 6-10 кВ угольных разрезов Красноярского края и Иркутской области, Ачинском глиноземном комбина-

DF

OF

те и Ачинском нефтеперерабатывающем заводе (ОАО «АНПЗ ВНК») и показала высокую эффективность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании экспериментальных данных и их статистической обработки выявлено, что основными факторами, влияющими на величину и характер КП, являются: вид коммутации, тип и мощность электродвигателя или трансформатора, длина и сечение кабельной линии и тип выключателя, исходя из чего построены зависимости между кратностью КП и мощностью электрической машины, позволяющие оценить уровень КП на вводах разных типов электродвигателей и трансформаторов при их отключении масляным или вакуумным выключателем.

2. Установлено, что снижение кратности КП, возникающих как на зажимах электроприемника, так и на зажимах выключателя, обусловленное длиной и сечением КЛ, определяется понижающим коэффициентом кратности КП в зависимости от частоты КИ.

3. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование КП в системе «выключатель - кабельная линия - электроприемник» показали, что при отключении электродвигателей мощностью не более 2500 кВт вакуумным выключателем частота КИ не опускается ниже 45 кГц, что определяет слабое влияние кабельной линии на величину КП, возникающих на зажимах электродвигателя, которые могут превышать напряжение сети в 6,5 раз.

4. Доказано, что при коммутации электродвигателей и трансформаторов масляным выключателем, а так же при отключении трансформаторов любой мощности и электродвигателей 2500 кВт и более вакуумным выключателем, частота КИ не превышает 45 кГц, что позволяет частично ограничивать КП на вводах электродвигателей и трансформаторов за счет емкости кабельной линии, влияние которой оценивается с помощью понижающего коэффициента кратности КП.

5. Разработанные экспресс-методы оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель - кабельная линия - электроприемник» на основе типа и мощности электроприемника, длины и сечения кабельной линии и типа выключателя, позволяют оценить кратности КП в любой точке данной системы, не выполняя детальных расчетов, что делает возможным выбор необходимых средств защиты от КП и рационализацию места их установки для эффективного ограничения КП.

6. Исходя из технико-экономических показателей обосновано, что для защиты высоковольтных электродвигателей от КП необходимо использовать ЯС-гасители, а при защите трансформаторов достаточно использовать ОПН, предусмотрев при этом специальные меры по термической устойчивости ОПН в режиме 033, что позволит обеспечить кратности КП, не превышающие допустимых значений.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Барышников, Д.В. Влияние процесса дугогашения в высоковольтных выключателях на величину коммутационных перенапряжений, возникающих в сетях 6-10 кВ горно-добывающих предприятий [Текст] / Д.В. Барышников, C.B. Кузьмин, Е.В. Гаврилова // Горное оборудование и электромеханика. -2009. -№2.-41 с.

2. Барышников, Д.В. Обзор естественных и искусственных методов и средств ограничения коммутационных перенапряжений [Текст] / Д.В. Барышников, Д.А. Скакунов // Фундаментальные исследования. -2005. - №3. -52 с.

3. Барышников, Д.В. Исследование качества электрической энергии в сетях электроснабжения цеха первичной переработки нефти ОАО «Ачинский нефтеперерабатывающий завод» [Текст] / Д.В. Барышников, Д.А. Скакунов // Фундаментальные исследования. - 2005. - №3. - 57 с.

4. Барышников, Д.В. Коммутационные перенапряжения в узлах электрических нагрузок напряжением 6-35 кВ металлургических предприятий и способы их эффективного ограничения [Текст] / Д.В. Барышников, В.А. Меньшиков, В.В. Дементьев, P.A. Майнагашев // ИНТЕХМЕТ-2008: сб. науч. тез. и докл. I Международ, нуч.-практ. конф. - Санкт-Петербург, 2008. - С. 74.

5. Барышников, Д.В. Экспресс метод оценки коммутационных перенапряжений [Текст] / Д.В. Барышников, C.B. Кузьмин // Перспективные технологии: сб. науч. тр. - Ачинск, 2006. - С. 71-72.

6. Барышников, Д.В. Эффективность средств защиты от коммутационных перенапряжений в высоковольтных сетях угольных разрезов [Текст] / Д.В. Барышников, C.B. Кузьмин // Перспективные технологии: сб. науч. тр. -Ачинск, 2006.-С. 84-85.

7. Барышников, Д.В. Анализ коммутационных перенапряжений в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью [Текст] / Д.В. Барышников // Перспективные материалы, получение и технологии обработки: сб. науч. тр. - Красноярск, 2004.-С. 143-146.

8. Барышников, Д.В. Влияние параметров схемы электроснабжения на величину коммутационных перенапряжений [Текст] / Д.В. Барышников // Инновационные технологии в обучении и производстве: сб. науч. тр. - Камышин, 2005.-С. 191-192.

9. Барышников, Д.В. Влияние кабельной линии на величину и характер коммутационных перенапряжений [Текст] / Д.В. Барышников // Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. - Новосибирск, 2005. - С.311-313.

Барышников Дмитрий Владимирович Экспресс-методы оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 29.03.2010. Заказ №253 Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ООО «Прикладные технологии» 662972, г. Железногорск, ул.Комсомольская, 25а

Обозначения и сокращения

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Общие сведения

1.2 Обзор естественных и искусственных методов и средств снижения коммутационных перенапряжений

1.3 Анализ существующих методов оценки и прогнозирования 23 коммутационных перенапряжений

1.4 Выводы

2. Экспериментальные исследования

2.1 Методики измерений и обработки статистических данных

2.2 Результаты обработки статистических данных при 42 коммутации синхронных и асинхронных высоковольтных электродвигателей

2.3 Результаты обработки статистических данных при 58 коммутации силовых трансформаторов

2.4 Выводы

3. Моделирование коммутационных перенапряжений в системе: выключатель - кабельная линия - ^ электродвигатель

3.1 Общие сведения и методика исследований

3.2 Моделирование коммутационных перенапряжений при 75 коммутации электродвигателя масляным выключателем

3.3 Моделирование коммутационных перенапряжений при 84 коммутации электродвигателя вакуумным выключателем

3.4 Выводы

4. Выбор эффективных средств защиты от коммутационных Ю2 перенапряжений

4.1 Экспресс-методы оценки коммутационных перенапряжений ]

4.2 Выбор средств защиты от коммутационных перенапряжений \ j \

4.3 Рационализация мест установки устройств защиты от 120 коммутационных перенапряжений

4.4 Эффективность ограничения коммутационных 125 перенапряжений RC-цепочками

4.5 Выводы 128 Заключение 130 Библиографический список 132 Приложение 1 145 Приложение 2 146 Приложение 3 147 Приложение 4 148 Приложение

Обозначения и сокращения

КП - коммутационные перенапряжения

ОПН - ограничитель перенапряжений нелинейный

ВВ - вакуумный выключатель

MB - масляный выключатель

АД - асинхронных электродвигатель

СД - синхронный электродвигатель

МТ - масляный трансформатор

СТ - сухой трансформатор

ВКА - вакуумный коммутационный аппарат

KJI - кабельная линия

ДН - делитель напряжения

ПП - переходный процесс

Актуальность работы. В процессе эксплуатации изоляция высоковольтного электрооборудования технологических установок горнометаллургических предприятий испытывает негативное воздействие многочисленных факторов, в результате чего происходит снижение ее диэлектрической прочности. Это, впоследствии, приводит к ее частым повреждениям, длительным простоям оборудования и значительному экономическому ущербу.

Одним из таких факторов являются внутренние перенапряжения, в частности, коммутационные перенапряжения, которые имеют значительные по величине амплитуды, высокую частоту собственных колебаний и значительную первоначальную скорость нарастания импульса.

Опыт эксплуатации показал, что основной объем аварийного выхода из строя электрооборудования связан с пробоями изоляции вследствие воздействия коммутационных перенапряжений (КП). Свыше 40% однофазных замыканий на землю в системах электроснабжения 6-10 кВ горно-металлургических предприятий возникает из-за КП [54].

Проблема защиты изоляции высоковольтного электрооборудования от коммутационных перенапряжений приобрела наибольшую актуальность после внедрения в промышленную эксплуатацию вакуумной коммутационной аппаратуры. Во-первых, величина перенапряжений при отключении нагрузки вакуумным выключателем (ВВ) может достигать значений, значительно превышающих диэлектрическую прочность изоляции электроустановки. Во-вторых, эти аппараты внедряются в электроустановки с частыми коммутациями. В-третьих, многократные повторные зажигания дуги в дугогасящей камере при неблагоприятных условиях могут привести к эскалации напряжения на вводах электроприемников.

Данная проблема наиболее актуальна для электроприемников с пониженным уровнем прочности изоляции: двигателей, длительно находящихся в эксплуатации или вышедших из капитального ремонта, гибких кабелей, трансформаторов с сухой изоляцией.

В период 2000 - 2006 г. интенсивно разрабатывались эффективные средства ограничения КП, такие как, ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) и RC-ограничители.

Это позволило в некоторой степени снять остроту проблемы коммутационных перенапряжений, так как снизилось число пробоев изоляции кабельных линий, однако интенсивность пробоев изоляции обмоток электродвигателей и трансформаторов остается весьма высокой.

Это, в первую очередь, связано с отсутствием эффективной методики, позволяющей без сложных методов математического или физического моделирования определить величину максимальных перенапряжений в системе «выключатель - кабель - электродвигатель (трансформатор)» и спрогнозировать изменение величины КП в случае замены одного типа выключателей на другой или изменения параметров нагрузки.

Решение данной задачи является актуальным, так как, позволит обоснованно выбирать необходимые средства защиты от коммутационных перенапряжений и устанавливать их в тех местах, где будет обеспечиваться максимальная эффективность ограничителей.

Цель работы: разработка экспресс-методов оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений в высоковольтной системе «выключатель - кабель - электродвигатель (трансформатор)» и обоснование выбора средств ограничения коммутационных перенапряжений и мест их установки для обеспечения надежной и эффективной работы электродвигателей и трансформаторов в системах электроснабжения напряжением 6 - 10 кВ промышленных предприятий. Задачи исследования: 1. Проанализировать состояние современных исследований КП в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий и методов их оценки и прогнозирования.

2. Выполнить экспериментальные исследования перенапряжений, возникающих при коммутации электродвигателей и трансформаторов, и их статистическую обработку для выявления основных факторов, влияющих на величину и характер КП.

3. На основе современных методов программирования выполнить моделирование КП в системе «выключатель - кабель — электродвигатель (трансформатор)» для изучения влияния длины и сечения кабельной линии на величину и характер КП.

4. Разработать экспресс-методы оценки и прогнозирования КП в системах электроснабжения 6 - 10 кВ, позволяющие в короткий срок оценить кратность КП и обоснованно выбрать необходимые средства защиты. Объект исследования: системы «высоковольтный выключатель кабель — электродвигатель (трансформатор)», эксплуатируемые в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий.

Предмет исследования: коммутационные перенапряжения, возникающие в системе: высоковольтный выключатель - кабельная линия — электроприемник напряжением 6-10 кВ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории электрических аппаратов, электрических цепей и электрических измерений, теории систем электроснабжения промышленных предприятий, численные методы решения уравнений, методы моделирования переходных процессов в электрических системах, методы математической статистики. Научная новизна работы:

1. Выявлено, что на величину КП основное влияние оказывает совокупность следующих факторов: вид коммутации, тип и мощность электроприемника, длина и сечение кабельной линии, тип коммутационного аппарата и частота коммутационного импульса (КИ), что является основой для разработки экспресс-методов оценки и прогнозирования КП при коммутации электроприемников;

2. Получены экспериментальные зависимости максимальных кратностей КП от типа и мощности электродвигателей и трансформаторов для масляных и вакуумных выключателей, что позволяет оценить кратность КП на вводах электроприемников при использовании указанных типов выключателей;

3. Установлена зависимость величины и характера КП от длины и сечения кабельной линии для различных частот коммутационных импульсов, что позволяет обосновать рациональные места установки средств ограничения КП;

4. Предложено учитывать влияние распределенной емкости кабельной линии по отношению к земле на величину КП с помощью понижающего коэффициента кратности КП на основе полученных зависимостей величины данного коэффициента от длины и сечения кабеля, связывающего выключатель с электроприемником. Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработаны экспресс-методы оценки и прогнозирования КП, позволяющие оценить величину КП в любом месте высоковольтной системы: «выключатель - кабель - электродвигатель или трансформатор», что позволяет определять точки с наибольшей кратностью КП и обоснованно выбирать необходимые средства защиты;

2. Определено, что наиболее эффективным средством защиты электродвигателей от КП является RC-гаситель, так как обеспечивает кратности КП не выше 1,8 и снижает частоту коммутационного импульса, что в свою очередь, позволяет кабельной линии частично снижать величину КП на зажимах электродвигателя;

3. Установлено, что по технико-экономическим показателям, для защиты трансформаторов, достаточно использовать нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), предусмотрев при этом меры по устойчивой работе ОПН в режиме однофазного замыкания на землю;

4. На основе экспресс-методов оценки КП определены рациональные места установки средств защиты от КП для электродвигателей и трансформаторов: при длине КЛ не более 50 м - ячейка выключателя, а при длине К Л более 50 м - ввод электроприемника. Реализация полученных результатов: разработанные экспресс-методы оценки и прогнозирования коммутационных перенапряжений использовались при выборе средств защиты от КП электродвигателей и трансформаторов на следующих промышленных предприятиях: ОАО «Русал-Ачинск», ОАО «АНПЗ ВНК», ОАО «САЗ», ОАО «БрАЗ», ОАО «КрАЗ», ФГУП «ГХК», ООО «Красноярский цемент». За период эксплуатации с 2006 по 2010 г. не было зафиксировано ни одного случая выхода из строя электродвигателя или трансформатора по причине воздействия КП.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются совпадением расчетных значений КП на основе экспресс-методов и экспериментальных данных, полученных при измерениях в системах электроснабжения 6-10 кВ таких предприятий, как ОАО «Русал-Ачинск»; ОАО «АНПЗ ВНК»; ОАО «САЗ»; ОАО «БрАЗ»; ОАО «КрАЗ»; ФГУП «ГХК»; ООО «Красноярский цемент». Автор защищает:

1. Полученные зависимости максимальных кратностей КП от типа и мощности электродвигателей и трансформаторов для масляных и вакуумных выключателей, позволяют оценить кратность КП на вводах электроприемников;

2. Установленные зависимости понижающего коэффициента кратности КП от длины и сечения кабельной линии (КЛ) позволяют оценить влияние кабельной линии на величину перенапряжений при коммутации электродвигателей и трансформаторов;

3. Методы экспресс-оценки КП в системе: выключатель — кабельная линия - электроприемник напряжением 6-10 кВ, позволяют определить точки с максимальной кратностью КП в зависимости от параметров кабелей и электроприемников, частоты КИ и обоснованно выбрать необходимые средства защиты, как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации данной системы;

4. Рекомендации по обоснованному выбору мест установки средств ограничения КП, основанные на использовании результатов экспресс-методов оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель — кабельная линия - электроприемник».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, межрегиональных и региональных конференциях: I Международная научно-практическая конференция «ИНТЕХМЕТ-2008» (г.Санкт-Петербург, 2008 г.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы: получение и технологии обработки» (г. Красноярск, 2004 г.); Всероссийская научная конференция «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2005 г.); VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (г.Красноярск, 2007 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Инновационные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 2005 г.); Региональная межвузовская научно-техническая конференция «Перспективные технологии» (г. Ачинск, 2006 г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, из которых: 1 статья из перечня ВАК, 2 статьи в периодических изданиях, 6 статей в сборниках трудов международных и российских конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка из 80 наименований. Основной текст диссертационной работы изложен на 144 страницах, проиллюстрирован 43 рисунками и 37 таблицами.

4.5 Выводы

1. Полученная зависимость понижающего коэффициента кратности КП от длины и сечения кабельной линии, имеет нелинейный характер, с увеличением длины и сечения значение понижающего коэффициента увеличивается.

2. Разработанный экспресс-метод оценки КП в системе «выключатель -кабельная линия - электродвигатель (трансформатор)» достаточно прост в применении, поэтому может широко использоваться для оценки КП, как на стадии проектирования, так и в производственных условиях.

3. Установлено, что обобщенный коэффициент эффективности RC-ограничителя в 3 раза выше, чем у нелинейного ограничителя перенапряжений.

4. Установлено, что ОПН имеет низкую термическую устойчивость в режиме ОЗЗ и обладает "зоной замирания", если частота коммутационного импульса 45 кГц и более.

5. RC-ограничитель снижает частоту коммутационного импульса и скорость нарастания напряжения, так как является простым широкополосным фильтром.

6. Защиту электродвигателей от КП следует выполнять только на базе RC-ограничителей, а для защиты трансформаторов и кабельных линий можно использовать как RC-ограничители, так и ОПН.

7. Устройства защиты от КП необходимо располагать в непосредственной близости от объекта защиты, не далее 10 м от электродвигателей и не далее 15 м от трансформаторов.

Заключение

Основные научные и практические выводы диссертационной работы:

1. На основании экспериментальных данных и их статистической обработки выявлено, что основными факторами, влияющими на величину и характер КП, являются: вид коммутации, тип и мощность электродвигателя или трансформатора, длина и сечение кабельной линии и тип выключателя, исходя из чего построены зависимости между кратностью КП и мощностью электрической машины, позволяющие оценить уровень КП на вводах разных типов электродвигателей и трансформаторов при их отключении масляным или вакуумным выключателем.

2. Установлено, что снижение кратности КП, возникающих как на зажимах электроприемника, так и на зажимах выключателя, обусловленное длиной и сечением KJI, определяется понижающим коэффициентом кратности КП в зависимости от частоты КИ.

3. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование КП в системе «выключатель - кабельная линия - электроприемник» показали, что при отключении электродвигателей мощностью не более 2500 кВт вакуумным выключателем частота КИ не опускается ниже 45 кГц, что определяет слабое влияние кабельной линии на величину КП, возникающих на зажимах электродвигателя, которые могут превышать напряжение сети в 6,5 раз.

4. Доказано, что при коммутации электродвигателей и трансформаторов масляным выключателем, а так же при отключении трансформаторов любой мощности и электродвигателей 2500 кВт и более вакуумным выключателем, частота КИ не превышает 45 кГц, что позволяет частично ограничивать КП на вводах электродвигателей и трансформаторов за счет емкости кабельной линии, влияние которой оценивается с помощью понижающего коэффициента кратности КП.

5. Разработанные экспресс-методы оценки и прогнозирования КП в системе «выключатель — кабельная линия — электроприемник» на основе типа и мощности электроприемника, длины и сечения кабельной линии и типа выключателя, позволяют оценить кратности КП в любой точке данной системы, не выполняя детальных расчетов, что делает возможным выбор необходимых средств защиты от КП и рационализацию места их установки для эффективного ограничения КП.

6. Исходя из технико-экономических показателей обосновано, что для защиты высоковольтных электродвигателей от КП необходимо использовать RC-гасители, а при защите трансформаторов достаточно использовать ОПН, предусмотрев при этом специальные меры по термической устойчивости ОПН в режиме ОЗЗ, что позволит обеспечить кратности КП, не превышающие допустимых значений.

1. Александров, Г. Теория применения ОПН для ограничения перенапряжений Текст. / Г. Александров // Новости электротехники. — 2001.-№6.

2. Анализ испытаний на взрывобезопасность ограничителей перенапряжений с различными типами устройств для сброса давления за 1998 2003 гг. // Инф. бюллетень ОАО "НИЦ ВВА". - 2004 г.

3. Аношин, О.А. К вопросу коммутаций индуктивных нагрузок вакуумными выключателями Текст. / О.А. Аношин // Промышленная энергетика. 2002. - №7.

4. Барышников, Д.В. Анализ коммутационных перенапряжений в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью Текст. / Д.В. Барышников // Перспективные материалы, получение и технологии обработки: сб. науч. тр. Красноярск, 2004. - С. 143-146.

5. Барышников, Д.В. Влияние кабельной линии на величину и характер коммутационных перенапряжений Текст. / Д.В. Барышников // Наука.

6. Технологии. Инновации: сб. науч. тр. Новосибирск, 2005. - С.311-313.

7. Барышников, Д.В. Влияние параметров схемы электроснабжения на величину коммутационных перенапряжений Текст. / Д.В. Барышников // Инновационные технологии в обучении и производстве: сб. науч. тр.- Камышин, 2005. С. 191-192.

8. Барышников, Д.В. Исследование качества электрической энергии в сетях электроснабжения цеха первичной переработки нефти ОАО «Ачинский нефтеперерабатывающий завод» Текст. / Д.В. Барышников, Д.А. Скакунов // Фундаментальные исследования. 2005. -№3.-57 с.

9. Ю.Барышников, Д.В. Обзор естественных и искусственных методов и средств ограничения коммутационных перенапряжений Текст. / Д.В. Барышников, Д. А. Скакунов // Фундаментальные исследования. 2005.- №3. 52 с.

10. П.Барышников, Д.В. Экспресс метод оценки коммутационных перенапряжений Текст. / Д.В. Барышников, С.В. Кузьмин //

11. Перспективные технологии: сб. науч. тр. Ачинск, 2006. — С. 71-72.

12. Барышников, Д.В. Эффективность средств защиты от коммутационных перенапряжений в высоковольтных сетях угольных разрезов Текст. / Д.В. Барышников, С.В. Кузьмин // Перспективные технологии: сб. науч. тр. Ачинск, 2006. — С. 84-85.

13. Белкин, Г.С. Закономерности среза тока в вакууме Текст. / Г.С. Белкин // Электричество. 1991. - № 4. - С.6 - 10.

14. Бессонов, JI.A. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. 10-е изд. / JLA. Бессонов//-М.: Гардарики, 1999. — 638 е.: ил.

15. Бикфорд, ДЖ. П. Основы теории перенапряжений в электрических сетях / Дж. П. Бикфорд и др. // М.: Энергоиздат, 1981. — 168 с.

16. Вагин, Т.Я. Исследования перенапряжений в сети 6 кВ промышленного предприятия с большим числом высоковольтных электродвигателей и конденсаторных установок Текст. / Т.Я. Вагин, В.А. Чечков // Промышленная энергетика. 1992. - № 6.

17. Васюра, Ю.Ф. Коммутационные перенапряжения на высоковольтных двигателях собственных нужд электростанций Текст. /Ю.Ф. Васюра, В.И. Гавриков, Г.А. Евдокунин // Электротехника. 1984-. - №12. - С.4-7.

18. Гандулин, Ф.А. Перенапряжения в сетях 6 35 кВ / Ф.А. Гандулин, В.Г. Гольдштейн, А. А. Дульзон, Ф.Х. Халилов // - М.: Энергоатомиздат. - 1989. - 192 с.

19. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман В.Е. // Учеб. пособие для вузов. Изд. 6-е, стер. М.: Высш. шк. - 1998. - 479 е.: ил.

20. Гончаров, А. Ф. Исследования взаимодействия вакуумного выключателя с электрическими сетями горных предприятий / А.Ф. Гончаров, С.В. Нагарев// Отчет о НИР № гос. per. 76086908.

21. Гончаров, А.Ф. Нагрузочные воздействия на ограничители перенапряжений при коммутации синхронных двигателей экскаваторов Текст. / А.Ф. Гончаров, И.Я. Эпштейн // Изв. вузов Горный журнал. - 1987.-№7.

22. Гончаров, А.Ф. Влияние RC-защиты от коммутационных перенапряжений на условия электробезопасности Текст. / А.Ф. Гончаров, И.Я. Эпштейн, С.В. Кузьмин, Ю.Н. Попов // Изв. вузов -Горный журнал. 1989. - №8.

23. Гончаров, А.Ф. Выбор защитных емкостей для высоковольтных двигателей экскаваторов с учётом тока однофазного замыкания на землю Текст. / А.Ф. Гончаров, И.Я. Эпштейн // Изв. вузов. Горный журнал. - 1986. - № 11.

24. Гончаров, А.Ф. Модернизированный резистивно-емкостной ограничитель коммутационных перенапряжений Текст. / А.Ф. Гончаров, B.C. Куликовский // Промышленная энергетика 2003. -№10.

25. Гончаров, А.Ф. Трёхфазный резистивно-емкостной ограничитель перенапряжений Текст. / А.Ф. Гончаров, С.В. Кузьмин, В.Г. Тарнопольский и др. // Информационно-аналитический сборник. -Красноярск: Красноярскэнергонадзор. — 2001. — №3.

26. Демирчян, К.С. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. Том 3. 4-е изд. / К.С. Демирчян, JI.P. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин // - СПб.: Питер. - 2004. - 377 е.: ил.

27. Долгинов, А.И. Перенапряжения в электрических системах / А.И. Долгинов // JL: Госэнергоиздат. - 1962.

28. Дьяконов, В.П. Компьютерная математика. Теория и практика / В.П. Дьяконов II- М.: Нолидж. 2001. - 1296 е., ил.

29. Евдокунин, Г. Перенапряжения в сетях 6 (10) кВ создаются при коммутациях как вакуумными, так и элегазовыми выключателями Текст. / Г. Евдокунин, С. Титенков // Новости электротехники. 2002. -№5.

30. Иванова, Е.В. Кондуктивные коммутационные помехи в местных электрических сетях промышленных предприятий и электростанций

31. Текст. / Е.В. Иванова // Промышленная энергетика. 2003. - №7.

32. Инкин, А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. Учебное пособие / А.И. Инкин // Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 20. - 464 с.

33. Каганов, 3. Г. Волновые напряжения в электрических машинах / З.Г. Каганов II М.: Энергия 1970. - 209 с.

34. Каганов, З.Г. Внутренние перенапряжения и другие воздействия на витковую изоляцию электродвигателей / З.Г. Каганов // Сборник статей "Испытания витковой изоляции электрических машин". М.: "Государственное энергетическое издательство". — 1959.

35. Кадомская, К.П. Ограничение внутренних перенапряжений с помощью управления моментом коммутации Текст. / К.П. Кадомская, Е.С. Незгаворов, Л.В. Петракова, B.C. Пономарев // Электричество. -1969.-№9.

36. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на ЮМ PC. Программа Electronics Workbench и ее применение / В.И. Карлащук // М.: "Солон-Р". -2000. - 506 е., ил.

37. Коновалов, Е.Ф. О защите действующих электрических сетей отперенапряжений Текст. / Е.Ф. Коновалов, Н.В. Дроздов, А.В. Зубрилин // Энергетик. 1998. - №4.

38. Котлярчук, В.А. Исследование коммутационных перенапряжений при коммутации сетевых двигателей экскаваторов вакуумными выключателями. Отчет о НИР (промежут.) / КИЦМ; Руководитель В. А. Котлярчук. Красноярск, 1975. - 85 е.: ил.

39. Кузьмичева, К.И. Защита генераторных цепей мощных энергоблоков от перенапряжений Текст. / К.И. Кузьмичева, В.Н. Подъячев // Электрические станции. 2003. - №2.

40. Куликовский, B.C. Защита высоковольтных электродвигателей экскаваторов от коммутационных перенапряжений, инициируемых вакуумными выключателями / B.C. Куликовский // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск. - 2002.

41. Кучинский, Г.С. Изоляция установок высокого напряжения: Учебник для вузов / Под общ. ред. Г.С. Кучинского // Г.С. Кучинский, В.И. Кизеветгер, Ю.С. Пинталь. -М.: Энергоатомиздат. 1987. -368 е.: ил.

42. Лихачев, Ф. А. Защита от внутренних перенапряжений установок 3 -220 кВ / Ф.А. Лихачев // М.: Энергия. - 1967. - 30 с.

43. Лихачёв, Ф.А. Перенапряжения в сетях 6 кВ собственных нужд Текст. / Ф.А. Лихачёв // Электрические станции. — 1983. — №8. С69-73.

44. Лоханин, А.К. Особенности перенапряжений, возникающих при отключении печных трансформаторов вакуумными выключателями Текст. / А.К. Лоханин, С.А. Бушуев, Д.А. Матвеев, В.Л. Рабинович // Электротехника. 2005. - №10.

45. Мнухин, А.Т. Защита электрических сетей шахт от коммутационных перенапряжений / А.Т. Мнухин // Учебное пособие для вузов. М.: Недра. - 1980.

46. Мухин, А.Г. Защита электрических сетей шахт от коммутационных перенапряжений / А.Г. Мухин, Б.И. Коневский // М.: Недра. - 1987. -143 с.

47. Применение ОПН в сетях 6-35 кВ // Техническая информация ООО "Таврида Электрик". 2003. - 35 с.

48. Разгильдеев, Г.И. Эксплуатация вакуумных выключателей в электрических сетях горных предприятий / Г.И. Разгильдеев, В.В. Курехин В.В. // М.: Недра. - 1988. - 102 е.: ил.

49. Раховский, В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме / В.И. Раховский // М.: Наука. - 1970. - 536.: ил.

50. Рыбкин, В.А. Определение волновых параметров и коммутационных перенапряжений при отключении вакуумным выключателем двигателя 6 кВ Текст. / В.А. Рыбкин, С.С. Чубрик, В.Н. Помыткин // Промышленная энергетика. 1977. - №11. - С. 41 - 44.

51. Рывкин, A.M. Перенапряжения при отключении вакуумным выключателем трансформатора без нагрузки и с индуктивной нагрузкой Текст. / A.M. Рывкин, И.А. Лукацкая, А.Л. Буйков, С.М. Давыдов, В.Д. Ляшенко // Электрические станции. 1990. - №5. - С.62 -65.

52. Рыжков, С.Ю. Проблемы диагностики ограничителей перенапряжения ОПН и пути их решения Текст. / С.Ю. Рыжков, Л.В. Минакова // Электротехника. 2000. - №7.

53. Самойлович, И.С. Защита от перенапряжений мобильных электроустановок карьеров / И.С. Самойлович // М.: НЕДРА. - 1980.

54. Самойлович, И.С. Некоторые результаты измерений перенапряжений в карьерной электросистеме 6 кВ при однофазных замыканиях на землю Текст. / И.С. Самойлович // Горная электромеханика и автоматика. 1970. - №15. - С.24 -28.

55. Самойловым, И.С. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров / И.С. Самойлович //- М.: "Недра". 1976. - 175 с.

56. Серов, В.И. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий / В.И. Серов, В.И. Щуцкий, Б.М. Ягудаев // М.: Наука. - 1985.

57. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. — М.: Энергоатомиздат, 1991. 464 с.

58. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова // 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 768 е.: ил.

59. Таджибаев, А. Процессы в дугогасительных системах и в электрических сетях 6 (10) кВ при коммутациях выключателями Текст. / А. Таджибаев // Новости Электротехники. 2002. - №3.

60. Техника высоких напряжений теоретические и практические применения: Пер. с нем. / М. Бейер, В. Бек, К. Мёллер, В. Цаенгль; Под ред. В. П. Ларионова //-М.: Энергоатомиздат, 1989. -555 е.: ил.

61. Тилер, Г. Координация, изоляция и надежность сетей среднего напряжения при использовании вакуумной коммутационной техники Текст. / Г. Тилер, А. Гебекке // Инф. бюллетень "Энергия и Менеджмент". 2000 г.

62. Филиппов, В.И. Повышение надежности электроснабжения открытых горных работ / В.И. Филиппов // М.: Недра. - 1985. - 160 с.

63. Чистяков, Г.Н. Экспериментальные исследования на синтетической модели импульсных перенапряжений при коммутации вакуумного выключателя Текст. / Г.Н. Чистяков // Промышленная энергетика. -2003.-№12.

64. Шабунов, В.А. Разработка схем испытаний выключателей в режиме отключения двигателей высокого напряжения. Электротехн. пром-сть. Сер. аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы / В.А. Шабунов //- 1984. - вып. 6 (152), С. 12 - 16.

65. Шумпаников, Б.В. Аварийность высоковольтных карьерных сетей и меры по повышению их надежности Текст. /Б.В. Шумпаников, В.В. Тормасов, В.И. Баскаков // Труды Красноярского полит, ин-та. 1970. -№ 9-С.109- 130.

66. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии // Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). 8-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ. - 2002. - 964 с.

67. Эпштейн, И.Я. Импульсная прочность изоляции экскаваторных электродвигателей Текст. / И.Я. Эпштейн, А.Ф. Гончаров, Ю.Н. Попов // Изв. вузов Горный журнал. - 1987. - №7.

68. Эпштейн, И.Я. Исследование коммутационных перенапряжений при коммутации ненагруженных печных трансформаторов вакуумными выключателями. Отчет о НИР (промежут.) // КИЦМ; Руководитель И. Я. Эпштейн. Красноярск. — 1986. - 80 е.: ил.

69. Юу, К.У. Моделирование на цифровых ЭВМ процесса неявного среза тока в вакуумных выключателях / К.У. Юу, Дж. П. Бикфорд // Elektric power Applications. 1979. - №4. - С.125 -131.

70. HeadIey, A. Meeting system requirements with modern switchgear / A. Headley // Proceedings IEEE Symp. on trends in modern switchgear design 3,3-150 kV.-Newcastle. 1984. - pp.9.1-9.5.

71. Главный энергетик ОАО «АНПЗ ВНК» „ ysfxsi- А.Ю. Разин

72. Главный энср!етик ОАО «РУСАЛ Ачинск» l,-1 d—- М.А.Комаров

73. О Ю сРУС \Л Ачинск» Росс.н 662150. Крленочплтш край, г Ачинск. Южная Прочзона, квартал XII. строения 1 Те ! ОО 151) 7-49-43.3-5'J-OO Факс: (39151) 3-16-06 nwtt.rusal.ruh

74. Самарский инсткгд . ■ глрованию предприятий г .рабатывающей к кофте-химической промышлj;wnoTH1. ШШШ1ШМГ

75. Г гсноярсхий край, r.AsbCt, 14 Тел./факс; 8(391-51) 5-33-15

76. Кз «ЗиЯоь. от ММЗВЪ На N2от

77. Зам. начальника АКО ОАО «СНХП»1. В.М. Прытков

78. ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ1. РУТ АС

79. Юридический адрес: 660025, г. Красноярск проспект имени газеты Красноярский рабочий, 95

80. Исх. №30/10 от 12.02.2010 г. УТВЕРЖДАЮ

81. Институт горного дела геологии и геотехнологии

82. S600Z5 г Красноярск, проспект Красноярский рабочий, 95 1егефОн (391) ЛЗ-34-К фзкс(391-:ЛЗ-34-05) Е-таи nakaroi/ftVolH >(u->.f3< щ1. З'У?-*' /f. №. 'u /rWAsP1. На от1. Утверждаю

83. Директор Инсшгучз горного дела, геилсн ии и rcojcxno'iomu( . г'

84. Сибирското фелжальйогруниверситета1. ъ 'у/с' В.Л. Макаров, у «01 »-марил 20"f() I.1. АКТ

85. Об использовании в учебном процессе Института горного дела, геологии и геотехнологии

86. СФУ результатов диссертационной работы Барышникова Д.В. «Экслресс-методы оценки и прогнозирования комму гационпых перенапряжений в системах электроснабжения 6-10 кВ промышленных предприятий»

87. Результаты исследований «зоны замирания» в работе ОПН включены в программу учебной дисциплины «Электрические и электронные аппараты».

88. Основание: протокол заседания кафедры ЭГМП ИГДГ и Г СФУ №8 от 20.02.2010 г.

89. Декан ИГ ДГ и Г км .п. профессор1. С.И. Леонтьев

90. Зав. кафедрой ЗГМ11 к.т.н. доцент1. В.В. Павлов