автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Электромагнитная совместимость технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором

На правах рукописи

00504^0^• III КИТОВ ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ СО СДВОЕННЫМ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИМ РЕАКТОРОМ

Специальность: 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 7 май 2012

Новосибирск -2012

005043341

Научный руководитель: кандидат технических наук

Денчик Юлия Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лизалек Николай Николаевич; доктор технических наук, профессор Горюнов Владимир Николаевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Защита состоится 29 мая 2012 г. в 14 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: nsawt ese@mail.ru или ese_sovet@mail.ru').

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

Учёный секретарь у*

диссертационного совета / /¿¿Ь &Малышева Е.П.

Научный руководитель: кандидат технических наук

Денчнк Юлия Михайловна

Официальные оппоненты: Лизалек Николай Николаевич,

доктор технических наук, профессор ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», профессор кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника»;

Горюнов Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», завкафедрой «Электроснабжение»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Защита состоимся 29 мая 2012 г. в 14 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосиби|рск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: nsawt_ese@mail.ru или ese_sovet@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

i I

Учёный секретарь

диссертационного совета , ¿¿¿¿> ¿¿£¿¿¿<1, ¿L&1 Малышева Е.П.

!

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электрические сети среднего напряжения от 6 до 35 кВ) в электроэнергетике России являются наиболее аварий-шми. Технологические нарушения режимов работы воздушных линий шектропередачи этого класса напряжения в районах со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и Севера) составляют 20-30 случаев в год на 100 км, а удельная повреждаемость сабельных линий - в пределах от до 7. На трансформаторных подстанциях выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами интенсивность пробоев изоляции вторичных обмоток трансформаторов 35-110)/(6-10) кВ в (1,5-2) раза выше, чем на подстанциях без этих зеакгоров.

Эти сети имеют значительный физический износ. К 2015 г. сра-5отка ресурса электрических сетей может достигнуть 75%. Темпы на-застания изношенного электрооборудования составляют от 2 до 6 % в "од от общего количества. Количество технологических нарушений в отечественных сетях среднего напряжения от двух до семи раз больше, {ем в промышленно развитых странах.

Необходимо также учитывать, что во многих случаях изношен-1ые кабели с бумажной пропитанной изоляцией заменяются на кабели ; полиэтиленовой изоляцией (из сшитого полиэтилена). Однако, эти сабели при дуговых однофазных замыканиях на землю не восстанавли-зают свою электрическую прочность. Они более чувствительны к воздействию высокочастотных коммутационных импульсных напряжений.

Исследования Горелова В.П., Овсянникова А.Г., Лизалека H.H., Паврова Ю.А., Ивановой Е.В., Короткевича М.А., Манусова В.З., Ка-;омской К.П., Сальникова В.Г. и др. охватывают различные аспекты збеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств. Однако, рассматриваемая проблема многогранна и одна из научно-технических задач - обеспечения ЭМС технических средств на грансформаторных подстанциях выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами не решена — нет соответствующего стандарта.

Поэтому тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования являются трансформаторные подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами.

Предметом исследования являются коммутационные импульсные напряжения, обусловленные различными видами замыкания фаз на землю на объекте исследования.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 Международной электротехнической комиссии (МЭК), с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регист. №01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в определении комплексным методом углублённых связей между коммутационными импульсными напряжениями на ветвях сдвоенного реактора и параметрами переходных процессов при замыканиях фаз на землю, воздействия на которые можно обеспечить нормированный уровень кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), распространяющихся по проводам.

Целью работы является разработка концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничиващим реактором. Для обеспечения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимоувязанные задачи:

- разработка системы регистрации переходных режимов работы трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором в сети среднего напряжения при различных видах замыкания фаз на землю с изолированной или заземлённой через резистор нейтралью;

- проведение комплексного исследования в сети 10 кВ с изолированной нейтралью коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором;

- математическая обработка результатов экспериментальных исследований с целью получения эмпирических математических моделей для определения коммутационных импульсных напряжений на всех ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора при различных видах замыкания фазы на землю;

- исследование возможности обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией в компенсированных сетях;

- обоснование режима заземления нейтрали и разработка эмпирической математической модели для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью фаз на землю в зависимости от сопротивления резистора;

- экспериментальная проверка эффективности концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором.

Методы исследования. Для достижения цели работы использовались: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теории планирования эксперимента, теории ошибок), метод аналитических исследований (гармонический анализ), рекомендованные Госстандартом России методы и средства измерения уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП.

На защиту выносятся:

1 Концепция и результаты комплексного исследования коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором при различных видах замыкания фаз на землю и заземления нейтрали.

2 Эмпирические математические модели для прогнозирования коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоо-граничивающего реактора на подстанции напряжением 110/10 кВ с изолированной нейтралью в сети 10 кВ в зависимости от вида замыкания фазы на землю и ветви реактора.

3 Результаты исследования эффективности применения ДГР с подмагничиванием в сети 10 кВ для обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией во время однофазных замыканий на землю.

4 Эмпирическая математическая модель для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в зависимости от сопротивления резистора в нейтрали сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью.

5 Результаты экспериментальной проверки эффективности концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена: использованием сертификационного оборудования, средств измерений и осциллографирования параметров переходных процессов при экспериментальных исследованиях; исследованиями погрешностей, разработанных математических моделей;

удовлетворительном совпадении результатов теоретических исследований с измерениями, выполненными в реальных сетях 10 кВ.

Обоснованность подтверждается корректностью применения математических методов обработки результатов измерений, принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений, публикациями и обсуждением результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях, практической реализацией полученных результатов.

Научная новизна диссертации

Разработана концепция обеспечения ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором. В рамках сформулированных задач исследования научные положения характеризуются тем, что впервые:

- осуществлено комплексное исследование коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором при различных видах замыкания фаз на землю в сети 10 кВ и заземления нейтрали;

- разработаны системы уравнений эмпирических математических моделей для прогнозирования коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора на подстанции напряжением 110/10 кВ с изолированной нейтралью в зависимости от вида замыканий фаз на землю и ветви реактора;

- доказана, с помощью разработанной эмпирической математической модели времени выхода ДГР с подмагничиванием на установившийся режим компенсации ёмкостного тока на землю в сети 10 кВ, не эффективность применения этих реакторов для обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией;

- представлена эмпирическая математическая модель для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в зависимости от сопротивления резистора в нейтрали сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью;

- показана экспериментальным методом эффективность концепции обеспечения ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором путём заземления нейтрали электрической сети.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС в электрических сетях среднего напряжения с трансформаторными подстанциями, содержащими сдвоенные токоо-граничивающие реакторы. Раскрыто существенное влияние на комму-

тационные импульсные напряжения на ветви сдвоенного токоограни-чивающего реактора со стороны питания взаимной индуктивности и вида однофазных замыканий на землю. Представлена парадигма этого явления.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что внедрение на межотраслевом уровне научных положений и рекомендаций в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором. Совокупность полученных результатов представляется как обобщение и решение важной научно-технической проблемы, имеющей большое хозяйственное значение.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения внедрены: в ЗАО «Феникс-88» (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 380 тыс.руб. при сроке окупаемости капиталовложений до одного года; в ООО «Болид» (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 630 тыс. руб. Срок окупаемости капиталовложений не превышает 2,5 лет; в филиале ОАО «Электросетьсервис Единой национальной электрической сети» - Новосибирской специализированной производственной базе с ожидаемым годовым экономическим эффекте до 410 тыс. руб. при сроке окупаемости капиталовложений около 1,8 года.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 9-й международной научно-практической интернет конференции «Энерго-ресурсосбережение -XXI век» (г. Орёл, 2011 г.); на международной юбилейной научно-технической конференции «Обновление флота - актуальная проблема водного транспорта на современном этапе» (г. Новосибирск, 2011 г.); на 1-м научно-практическом семинаре с международным участием (ЭКИЭ-01) в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, 2011 г.); на международной молодёжной конференции «Энергосберегающие технологии» (г. Томск, 2011 г.); на XII всероссийском совещании «Энергообеспечение и энергосбережение - региональный аспект» (г. Томск, 2011 г.); на 2-й международной научно-практической конференции в рамках специализированной выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, 2012 г.); на постоянно действующем научно-

техническом семинаре по электроэнергетике при ФБОУ ВПО «НГАВТ» (г. Новосибирск, 2011 г.).

Личный вклад. Решения задач исследования, научные положения, вынесенные на защиту, основные выводы и рекомендации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве показан в Приложении А к диссертации и составляет не менее 50%.

Публикации. Результаты выполненных исследований изложены в 19 научных трудах, в том числе: 10 статей в периодических изданиях по перечню ВАК РФ, 6 статей в материалах конференций, 3 отчёта о НИР.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 140 наименований и приложений. Изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении: обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и научные задачи исследования; приведены основные научные результаты, выносимые на защиту; показана научная новизна исследований и оценена их практическая значимость; отражены уровень апробации и личный вклад соискателя в решении научных задач; даны структура и объём диссертационной работы, а также объём публикаций.

В первой главе исследуется содержание проблемы ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором [1, 5, 7, 8, 11, 13].

Анализируется состояние электрических сетей среднего напряжения (от 6 до 35) кВ России. Приведены структурные схемы основных направлений их развития и совершенствования эксплуатации. Указана связь темы диссертации с этими направлениями.

Отмечаются особенности электромагнитной несовместимости кабелей с бумажной пропитанной изоляцией и кабелей с полиэтиленовой изоляцией, возникающие при однофазных замыканиях на землю. При одновременной эксплуатации этих кабелей основным моментом является не ограничения коммутационных импульсных напряжений, а сокращения длительности их воздействия на изоляцию из сшитого полиэтилена. Это обостряет проблему ЭМС технических средств.

Системным подходом к анализу электромагнитной обстановки определена структурная схема взаимоувязанных факторов, формирую-

щих основные этапы исследования, и разработан главный аспект системного анализа применительно к задачам исследования.

Во второй главе излагаются теоретические основы исследования [Ю, 12].

Представлен анализ недостатков сдвоенного токоограничивающего реактора (рисунок 1), которые обусловливаются наличием магнитной связи между ветвями каждой фазы (взаимной индуктивности М). Анализируются гипотезы У.Петерсена, Д.Петерса и Х.Слепяна, В.Белякова и анализ этих гипотез, выполненные М.В.Костенко и К.П.Кадомской, М.А.Короткевичем и др., с целью достоверно объяснить повышенную повреждаемость изоляции вторичных обмоток силовых понижающих трансформаторов, подключённых к сдвоенному токоограничивающему реактору. В условиях неопределённости приходится использовать парадигму, которая шире, чем теория. Это предтеоретическое утверждение: коммутационные импульсные напряжения, возникающие, например, на ветви 2 при дуговых однофазных замыканиях на землю и номинальной (или близкой к ней) токовой нагрузки ветви 3, в процессе распространения по сети достигают ветвь 1 более усиленными.

1„

м

Рисунок I - Электрическая схема сдвоенного токоограничивающего реактора

Третья глава посвящена комплексному экспериментальному исследованию коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции напряжением 110/10 кВ со сдвоенным токоограни-чивающим реактором [5, 12].

При разработке электрической схемы эксперимента (рисунок 2) и выборе измерительной аппаратуры использовался комплексный подход к исследованию параметров переходных процессов, который характеризуется одновременным их осциллографированием на всех ветвях реактора при однофазных замыканиях на землю в сети 10 кВ. Исследование осуществлялось по схеме пассивного эксперимента на подстанции! 10/10 кВ «Ферросплав» ПО «Серовекие электрические сети».

Рисунок 2 - Схема подключения оборудования для регистрации токов металлического и дуговых замыканий фаз на землю и фазных напряжений в сети 10 кВ с изолированной или заземлённой через резистор нейтралью

Количество параллельных опытов определялось методом теории вероятности и математической статистики по формуле

п = 3,84у2 / А2, (1)

где Л - допустимый предел отклонения кратностей коммутационных импульсных напряжений; у - коэффициент вариации, показывающий в каком диапазоне изменяется исследуемая величина.

При возникновении однофазного металлического замыкания на землю (ОЗЗ) за полупериод основной частоты происходит колебательный переход напряжений в двух неповреждённых фазах от фазных значений до линейных и затухание тока ОЗЗ до установившегося значения

за (0,001 - 0,01) с. Частота напряжения при переходном процессе составляла от 1,9 до 1,98 кГц.

При возникновении однофазного дугового замыкания на землю (ОДЗ) с помощью искрового промежутка (рисунок 3) частоты переходных процессов по напряжению составили (1,72-1,9) кГц для здоровых фаз и (10-15) кГц - для повреждённой фазы. В одном из опытов ОДЗ произошёл пробой изоляции другой фазы. При этом осциллографы записали переходный процесс возникновения двухфазного дугового замыкания на землю (ДДЗ). В результате этого наблюдалось повышение частоты переходного напряжения в повреждённой фазе до 16,6 кГц, а в фазах с нормальной изоляцией до 3,8 кГц.

Результаты измерений и расчётов кратностей коммутационных импульсных напряжений в сети 10 кВ с изолированной нейтралью приведены в таблице.

Таблица - Сводная таблица результатов измерений и расчётов кратностей коммутационных импульсных напряжений_

Режим нейтрали сети 10 кВ Вид замыканий фаз на землю в сети 10 кВ Место регистрации (рисунок 2)

11СШ 10СШ Шинный мост

Нейтраль изолирована Однофазное металлическое 2,04 2,41 5,15

Однофазное дуговое 2,64 2,83 5,42

Двухфазное дуговое 3,03 3,48 6,23

Нейтраль зеземлена Однофазное дуговое 2,27 2,43 4,51

Регрессионный анализ полученных данных позволяет представить систему уравнений эмпирических математечиских моделей для определения кратностей коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора в зависимости от вида замыкания

Кх = 6,845-0,615*

К2 =3,525- 0,495Л:

Кг =4,015-0,535*

Рисунок 3 - Осциллограммы фазных напряжений на шинном мосту 10 кВ при дуговом однофазном замыкании на землю: масштаб — 12,7 кВ/дел

где х - кодировананное значение вида замыкания фазы на землю (х = 1 при ДДЗ, х = 2 при ОДЗ, х = 3 при ОЗЗ); К{, К2, К3 - кратности

коммутационных импульсных напряжений, соответственно, на ветви реактора со стороны питания, на ветви с повреждённой изоляцией и на ветви с неповреждённой изоляцией.

Средняя относительная ошибка расчётов кратностей с вероятностью 0,95 составляет около ±2 %.

Однако, эти эмпирические математические модели не отображают динамику изменения кратностей коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора при одном и том же виде замыкания фазы на землю. Поэтому разработана другая система уравнений эмпирических математических моделей для определения кратностей коммутационных импульсных напряжений, обусловленных определённым видом замыкания фаз на землю, в зависимости от ветви реактора, которая имеет вид

х

Кодз = — + 1,2

(2) 2Д)1

Л ДДЗ '

(3)

дг

где х - кодированное значение ветви реактора (х = 0,4 - ветвь со стороны питания; 0,8 - ветвь с нормальной изоляцией; 1,2 - ветвь с

повреждённой изоляцией; ~ кратности коммута-

ционных импульсных напряжений, соответственно, при ОЗЗ, ОДЗ и

ДДЗ.

Относительные ошибки расчётов с вероятностью 0,95 не превышают ±6%.

Областью применения систем уравнений (2) и (3) являются электрические сети 10 кВ с изолированными нейтралями. При этом в нормальном (в предаварийном) режиме работы различия ёмкостных токов замыкания фаз по ветвям не должно достигать (40-45)%, а полного тока нагрузки, соответственно, (40-60)%.

Четвёртая глава посвящена исследованию возможности обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией в компенсированной сети 10 кВ [3, 4, 11, 16].

Внедрение кабелей с полиэтиленовой изоляцией обусловило появление нового фактора, который нельзя не учитывать при выборе режима нейтрали сети напряжением от 6 до 35 кВ. При одновременной экспуатации кабелей с бумажной пропитанной изоляцией и кабелей из сшитого полиэтилена основным моментом является не ограничение коммутационных импульсных напряжений, а устранения самого факта

их длительного воздействия на изоляцию. Эти условия обеспечиваются в компенсированной сети при резонансной настройке дугогасящих реакторов (ДГР). Однако, этот режим работы из-за невозможности оперативного обеспечения этой настройки ДГР с ёмкостью сети мало вероятен.

В связи с этим исследовалась реакция ДГР с подмагничиванием типа РУОМ-190/11 с системой настройки типа САНК-4.2 на возмущения, возникающие в сети 10 кВ подстанции 110/10 кВ «Городская» ПО «Заволжского производственного объединения» ОАО «МРСК Волги», при ОЗЗ. Задача по определению времени выхода на установившийся режим компенсации этого реактора 1У при металлическом ОЗЗ представлена как экстремальная, решение которой осуществлено методом планирования эксперимента. Основными факторами, влияющими на 1У, являются ток замыкания фазы на землю /„, представленный в относительном значении (отнесённый к максимальному значению тока ДГР двухчасовой нагрузки), и момент замыкания [/*, который обусловливает фазное напряжение.

Для прогнозирования времени выхода этого реактора на установившийся режим компенсации ёмкостного тока на землю получена эмпирическая математическая модель

гу = 5,9 -1,21/. - 2,1С/. + 611,1, (5)

при 0<и,=(иф/С/фтгх)<1,0, (6)

0,2 </. =(/3//(2))<1,1, (7)

где 1т =30 А - максимальное значение непрерывно изменяющего тока реактора двух часовой нагрузки; /3 — величина тока замыкания на землю; иф - величина фазного напряжения в момент замыкания фазы на землю, В; ифтах - амплитудное значение фазного напряжения, В.

Относительные ошибки расчётов с вероятностью 0,95 не превышают ±5%. Областью применения этой математической модели являются сети 10 кВ, нейтрали которых заземлены через ДГР с подмагничиванием.

Исследование уравнения (5) показывает, что математическое ожидание величины (у находится в пределах от 4,3 до 5,6 с. Из-за этого система не имеет достаточного быстродействия для предотвращения разрушения полиэтиленовой изоляции.

В пятой главе рассматриваются технические мероприятия по обеспечению ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором [2, 5, 10, 11, 13,15].

Приводятся результаты влияния электромагнитной обстановки на ЭМС трансформаторной подстанции как рецептора. Рассмотрен режим нейтрали сети как основа качественного функционирования исследуемой подстанции. Обосновывается, что резистивное заземление нейтрали является наиболее эффективным для достижения цели.

Показано, что вектор напряжения смещения нейтрали (1/0) является критерием режима её работы. Получена эмпирическая математическая модель для прогнозирования этого напряжения в зависимости от сопротивления резистора (Яу)

(|1/0|/|^|) = 0,025^. (8)

Областью применения этой модели являются сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью (С<щ »0,23 • 10~б1/Ом-км) при 100 Ом < Ду <

1000 Ом. Относительная ошибка расчётов с вероятностью 0,95 составляет ±14%.

Выполнена экспериментальная проверка эффективности рези-стивного заземления нейтрали на трансформаторной подстанции напряжением 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором (таблица). На рисунке 4 приведена характерная осциллограмма переходного процесса при ОДЗ на землю.

Доказано, что заземление нейтрали сети 10 кВ через резистор с вероятностью 0,95 снижает кратность коммутационных импульсных напряжений при ОДЗ не менее, чем в 1,2 раза. Предложена, с учетом полученных результатов, концепция построения релейной защиты фидеров трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором и выбора нелинейных ограничителей перенапряжений.

Основные выводы п рекомендации

1 Разработана концепция комплексного исследования коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором при различных видах замыкания фаз на землю и заземления нейтрали:

- представлена электрическая схема осциллографирования пара-

метров переходных процессов;

- выбрана модель пассивного эксперимента и определено необходимое количество параллельных опытов;

- обосновано применение программы МаИаЬ для обработки осциллограмм.

Рисунок 4 - Осциллограммы фазных напряжений на шинном мосту 10 кВ при дуговом однофазном замыкании на землю и резистивном заземлении нейтрали: масштаб - 4,86 кВ/дел

2 Экспериментальные исследования кратностей коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором в сети 10 кВ с изолированной нейтралью показали, что с вероятностью 0,95 они превышают рекомендованные кратности их ограничения (2,4-2,6) на ветви реактора со стороны питания при однофазном металлическом замыкании в (1,98-2,14) раз, при однофазном дуговом замыкании в (2,1-2,3) раза, при двухфазном замыкании на землю в (2,4—2,6) раза.

3 Разработана система уравнений эмпирических математических моделей для прогнозирования кратностей коммутационных импульсных напряжений на ветвях реактора трансформаторной подстанции 110/10 кВ с изолированной нейтралью в сети 10 кВ в зависимости от вида замыканий фаз на землю (однофазное металлическое, однофазное дуговое и двухфазное дуговое на землю). Определена область их применения. Средняя относительная ошибка расчётов с вероятностью 0,95 не превышает ±2%.

4 Предложена для прогнозирования динамики изменений кратностей коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора трансформаторной подстанции 110/10 кВ с изолированной нейтралью в сети 10 кВ при одном и том же виде замыкания фазы на землю система уравнений эмпирических математических моделей. Определена область их применения. Относительные ошибки расчётов с вероятностью 0,95 не превышают ±14%.

5 Показана, с помощью разработанной на основе экспериментальных исследований эмпирической математической модели времени выхода дугогасящего реактора с подмагничиванием на установшийся режим компенсации ёмкостного тока на землю, не эффективность использования этой системы (из-за недостаточного быстродействия) для обеспечения электромагнитной совместимости кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией.

6 Для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором рекомендуется резистив-ное заземление нейтрали сети. Этот режим позволяет:

- увеличить активную составляющую тока замыкания фазы на землю, которая используется для обеспечения необходимых селективности и чувствительности релейной защиты от однофазных замыканий на землю;

- обеспечить устойчивое горение электрической дуги при одно-

фазных дуговых замыканиях на землю при отношении активной составляющей тока к ёмкостной равном и более (1,8-2,5);

- выбрать оптимальные уставки нелинейных ограничителей перенапряжений для ветвей реактора.

7 Разработана эмпирическая математическая модель для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью в зависимости от сопротивления резистора. Определена область её применения. Относительная ошибка расчётов с вероятностью 0,95 не превышает ±15%.

8 Осуществлена экспериментальная проверка концепции обеспечения электромагнитной совместимости технических средств на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничиваю-щим реактором. При подключении резистора к нейтрали сети 10 кВ кратность коммутационных импульсных напряжений на ветвях реактора снижается с вероятностью 0,95 не менее, чем в 1,2 раза, сокращается время воздействия этих напряжений на изоляцию сети.

Список научных трудов по теме диссертации

Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Шкитов, Д.А. Влияние условий эксплуатации на основные характеристики электросетевых конструкций из электроизоляционного и электропроводного бетонов / Д.А.Шкитов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №1. - С. 233-237.

2 Шкитов, Д.А. Условие обеспечения электромагнитной совместимости сетей среднего напряжения как рецепторов / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. -№1.-С. 250-253.

3 Шкитов, Д.А. Математическая модель времени выхода дугога-сящего реактора с подмагничиванием на установившийся режим компенсации в электрической сети среднего напряжения / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. — 2011. — №1. — О. 317-321.

4 Шкитов, Д.А. Система регистрации процессов однофазных замыканий на землю в сети среднего напряжения со сдвоенным токоо-граничивающим реактором с изолированной или заземлённой через резистор нейтралью / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Научн. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №1. - С. 352 - 357.

5 Шкитов, Д.А. Резистивно-индуктивное заземление нейтрали сети среднего напряжения как рецептора региональной электроэнергетической системы / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №2. - С. 327-331.

6 Шкптов, Д.А. Концепция повышения качества функционирования компенсированной сети среднего напряжения / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. — 2011. — №2.-С. 316-318.

7 Шкитов, Д.А. Перспективы применения плавучих атомных станций для электроснабжения прибрежных нефтегазовых объектов России и Казахстана / Д.А.Шкитов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2011. - №2. - С. 244-247.

8 Шкитов, Д.А. Концепция устойчивости узла нагрузки в электрических сетях от 6 до 35 кВ северных месторождений полезных ископаемых / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012. -№ 1.-С. 311-318.

9 Шкитов, Д.А. Системный подход к проблеме электрификации северных месторождений полезных ископаемых / Д.А.Шкитов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2012. - № 1. - С. 320 - 326.

10 Шкптов, Д.А. Координация токов короткого замыкания в электрических сетях до 35 кВ с помощью сдвоенного токоограничи-вающего реактора / Д.А.Шкитов [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012. - № 1. - С. 250 - 256.

Статьи, опубликованные в российских изданиях; материалы международных и всероссийских конференций

11 Шкптов, Д.А. Обеспечение электромагнитной совместимости на основе мониторинга установившихся режимов электрической сети / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Обновление флота - актуальная проблема водного транспорта на современном этапе. Часть 1: матер, междунар. юбил. науч.-техн. конф., Новосибирск, 11-13 мая 2011 г. — Новосибирск, 2011. - С. 203-209.

12 Шкптов, Д.А. Исследование электромагнитных процессов в замкнутых сетях от 0,4 до 35 кВ удалённых от электроэнергетических систем / Д.А.Шкитов, [и др.] // Энергообеспечение и энергосбережение - региональный аспект: матер, докл. XII всероссийского совещания в рамках XII международной выставки-конгресса «Энергосбережение -

2'Ó'fl»; Томск, 9-11 нояб'.' 20íl' г. - Томск: Изд-во «СПБ Графике»,

2011.-С. 10,8-112.

13 Шкитов, Д.А. Обеспечение устойчивости узлов нагрузки -основная задача электромагнитной совместимости в электрических сетях (6-10 кВ) / Д.А.Шкитов, Ю.М.Денчик [и др.] // Эффективное и качественное снабжение и использование электроэнергии: сб. докл. 2-й междунар. науч.-практ. конф. в рамках специализированной выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ», Екатеринбург, 15-17 мая 2012 г. - Екатеринбург: ЗАО «Уральские выставки», 2012. - С. 61-65.

14 Шкитов, Д.А. Обеспечение электромагнитной совместимости береговой и судовой электрических сетей / Д.А.Шкитов [и др.] // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: сб. матер. IX-й междунар. науч.-практ. интернет конф., Орёл, 15 февр. - 30 апр. 2011 г. - Орёл, - 2011. -С. 96-99.

15 Шкитов, Д.А. Изделия из резистивных композиционных материалов на промышленных и сельскохозяйственных объектах / Д.А.Шкитов [и др.] // Энергосберегающие технологии: сб. матер, междунар. молод, конф., Томск, 28-30 июн. 2011 г. - Томск. - 2011. -С. 51-55.

16 Шкитов, Д.А. Электромагнитная совместимость сетей среднего напряжения как рецепторов / Д.А.Шкитов [и др.] // Эффективное и качественное снабжение и использование электроэнергии: сб. докл. 1-го науч.-практ. семинар, с междунар. участ. ЭКСИЭ-01 в рамках вы-став. «Энергоснабжение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ»; Екатеринбург, 11-13 мая 2011 г. - Екатеринбург, 2011. - С. 101-106.

Отчёты о научно-исследовательских работах

17 Обеспечение эффективной работы компенсированных нейтралей электрических сетей как рецепторов: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П.; исполн. Шкитов Д.А. [и др.]. - Новосибирск, 2011. - 136 с. -Библиогр.: с. 123-136. - ГР №01.88. 0004137. - Инв. № 0220.1100472.

18 Устойчивость узлов нагрузки в замкнутых электрических сетях от 6 до 35 кВ: отчёт о НИР (промежут.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.],

2012. - 142 с. Исполн. Шкитов Д.А. [и др.]. Библиогр.: с. 132-140. - ГР №01.88. 0004137. - Инв. №

19 Разработка рекомендаций по обеспечению электромагнитной совместимости смежных электрических сетей среднего напряжения: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П.; исполн. Шкитов Д.А. [и др.]. - Новосибирск, 2011. - 136 с. - Библиогр.: с. 122-136. -ГР №01.88. 0004137. -Инв. №

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве составляет не менее 50%.

Подписано в печать 19.04.2012 г. с оригинал-макета.

Бумага офсетная № 1, формат 60 х 84 1/16, печать трафаретная - Riso. Уел печ. л. 1,3. Тираж 130 экз. Заказ № 30. Бесплатно.

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФБОУ ВПО («НГАВТ»).

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»

61 12-5/3655

ФБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

На правах рукописи

Шкитов Денис Александрович

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ СО СДВОЕННЫМ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИМ РЕАКТОРОМ

Специальность 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук Денчик Юлия Михайловна

Новосибирск - 2012

Оглавление

Введение.................................................................................. 5

Глава 1 Содержание проблемы электромагнитной совместимости на трансформаторной подстанции напряжением от 6 до 35 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором...................................................... 12

1.1 Состояние электрических сетей среднего напряжения, связь темы диссертации с основными путями их развития и совершенствования эксплуатации........................................................................ 12

1.2 Новые требования к ограничению коммутационных импульсных напряжений, обусловленные внедрением кабелей с полиэтиленовой изоляцией........................................................................... 20

1.3 Системный подход к определению методов и границ объекта исследования........................................................................ 27

Глава 2 Теоретическая основа исследования...................................... 33

2.1 Координация тока трёхфазного короткого замыкания в сети от 6

до 35 кВ с помощью токоограничивающих реакторов.................... 33

2.2 Недостатки сдвоенного реактора при ограничении тока трёхфазного короткого замыкания............................................. 40

2.3 Перенапряжения при различных замыканиях фазы на землю на трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором в сети 10 кВ с изолированной нейтралью....................... 43

2.4 Парадигма применения сдвоенных токоограничивающих реакторов на трансформаторной подстанции................................ 53

Глава 3 Комплексное исследование коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором................................................................. 56

3.1 Система регистрации переходных режимов работы трансформаторной подстанции при замыкании фаз на землю............ 56

3.2 Планирование экспериментального исследования..................... 62

3.3 Коммутационные импульсные напряжения в сети 10 кВ с изолированной нейтралью при однофазном металлическом замыкании на землю............................................................. 68

3.4 Коммутационные импульсные напряжения в сети 10 кВ с изолированной нейтралью при однофазном дуговом замыкании на землю................................................................................. 73

3.5 Коммутационные импульсные напряжения в сети 10 кВ с изолированной нейтралью при дуговом двухфазном замыкании на землю................................................................................. 79

3.6 Регрессионный анализ результатов экспериментальных исследований......................................................................... 84

3.7 Выводы по главе 3 ............................................................ 91

Глава 4 Исследование возможности обеспеченности электромагнитной совместимости кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией в компенсированнаной сети 10 кВ....................................................... 94

4.1 Постановка задачи. Схема объекта исследования....................... 94

4.2 Планирование и проведение активного эксперимента при металлическом замыкании фазы на землю................................... 100

4.2.1 Математическая обработка результатов активного эксперимента................................................................... ИЗ

4.2.2 Гармонический состав тока реактора с подмагничиванием..... 121

4.3 Планирование и проведение пассивного эксперимента при дуговом замыкании фазы на землю............................................. 124

4.4 Выводы по главе 4 ............................................................ 130

Глава 5 Обеспечение электромагнитной совместимости на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором...................................................... 132

5.1 Исследование влияния электромагнитной обстановки на электромагнитную совместимость трансформаторной подстанции как рецептора............................................................................. 132

5.2 Режим нейтрали как основа качественного функционирования трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором напряжением (35—220)/(6—10) кВ.................................. 134

5.2.1 Обоснование режима. Параметры резистора........................ 135

5.2.2 Напряжение смещения нейтрали...................................... 139

5.3 Экспериментальное исследование однофазных дуговых замыканий на землю на трансформаторной подстанции напряжением 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором при резистивном заземлении нейтрали.............................................. 144

5.4 Концепция построения релейной защиты фидеров трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором.............................. 148

5.5 Выводы по главе 5.............................................................. 151

Основные выводы и рекомендации ........................................ 153

Список литературы ............................................................ 155

Приложения ......................................................................

Приложение А. Вклад соискателя в опубликованные научные

разработки, принадлежащие соавторам, коллективно с которыми они

были написаны............................................................................ 171

Приложение Б. Акты о внедрении научных положений и выводов диссертации................................................................................ 1

Введение

Электрические сети среднего напряжения (от 6 до 35 кВ) в электроэнергетике России являются наиболее аварийными. Технологические нарушения режимов работы воздушных линий электропередачи этого класса напряжения в районах со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и Севера) составляют 20-30 случаев в год на 100 км, а удельная повреждаемость кабельных линий - в пределах от 4,5 до 7. На трансформаторных подстанциях выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами интенсивность пробоев изоляции вторичных обмоток трансформаторов (35—110)/(6— 10) кВ в (1,5-2) раза выше, чем на подстанциях без этих реакторов.

Эти сети имеют значительный физический износ. К 2015 г. сработка ресурса электрических сетей может достигнуть 75 %. Темпы нарастания изношенного электрооборудования составляют от 2 до 6 % в год от общего количества. Количество технологических нарушений в отечественных сетях среднего напряжения от двух до семи раз больше, чем в промышленно развитых странах.

Необходимо также учитывать, что во многих случаях изношенные кабели с бумажной пропитанной изоляцией заменяются на кабели с полиэтиленовой изоляцией (из сшитого полиэтилена). Однако, эти кабели при дуговых однофазных замыканиях на землю не восстанавливают свою электрическую прочность. Они более чувствительны к воздействию высокочастотных коммутационных импульсных напряжений.

Исследования Горелова В.П., Овсянникова А.Г., Лизалека H.H., Лаврова Ю.А., Ивановой Е.В., Короткевича М.А., Манусова В.З., Кадомской К.П., Сальникова В.Г. и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств. Однако, рассматриваемая проблема многогранна и одна из научно-технических задач - обеспечения ЭМС технических средств на трансформаторных подстанциях выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами, не решена, так как нет соответствующего стандарта.

Поэтому тема работы является актуальной.

Объектом исследования являются трансформаторные подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенными токоограничивающими реакторами.

Предметом исследования являются коммутационные импульсные напряжения, обусловленные различными видами замыкания фаз на землю на объекте исследования.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 Международной электротехнической комиссии (МЭК), с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИ-ОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регист. №01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в определении комплексным методом углублённых связей между коммутационными импульсными напряжениями на ветвях сдвоенного реактора и параметрами переходных процессов при замыканиях фаз на землю, воздействуя на которые можно обеспечить нормированный уровень кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), распространяющихся по проводам.

Целью работы является разработка концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоо-граничиващим реактором. Для обеспечения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимоувязанные задачи:

- разработка системы регистрации переходных режимов работы трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором в сети среднего напряжения при различных видах замыкания фаз на землю с изолированной или заземлённой через резистор нейтралью;

- проведение комплексного исследования в сети 10 кВ с изолированной нейтралью коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции со сдвоенным токоограничивающим реактором;

- математическая обработка результатов экспериментальных исследований с целью получения эмпирических математических моделей для определения коммутационных импульсных напряжений на всех ветвях сдвоенного токоо-граничивающего реактора при различных видах замыкания фазы на землю;

- исследование возможности обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией в компенсированных сетях;

- обоснование режима заземления нейтрали и разработка эмпирической математической модели для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью фаз на землю в зависимости от сопротивления резистора;

- экспериментальная проверка эффективности концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором.

Методы исследования. Для достижения цели работы использовались: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теории планирования эксперимента, теории ошибок), метод аналитических исследований (гармонический анализ), рекомендованные Госстандартом России методы и средства измерения уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП.

На защиту выносятся:

1 Концепция и результаты комплексного исследования коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором при различных видах замыкания фаз на землю и заземления нейтрали.

2 Эмпирические математические модели для прогнозирования коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограни-чивающего реактора на подстанции напряжением 110/10 кВ с изолированной нейтралью в сети 10 кВ в зависимости от вида замыкания фазы на землю и ветви реактора.

3 Результаты исследования эффективности применения ДГР с под-магничиванием в сети 10 кВ для обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией во время однофазных замыканий на землю.

4 Эмпирическая математическая модель для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в зависимости от сопротивления резистора в нейтрали сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью.

5 Результаты экспериментальной проверки эффективности концепции обеспечения ЭМС на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена: использованием сертификационного оборудования, средств измерений и осциллографирования параметров переходных процессов при экспериментальных исследованиях; исследованиями погрешностей, разработанных математических моделей; удовлетворительном совпадении результатов теоретических исследований с измерениями, выполненными в реальных сетях 10 кВ.

Обоснованность подтверждается корректностью применения математических методов обработки результатов измерений, принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений, публикациями и обсуждением результатов исследований на международных и всероссийских научно-технических конференциях, практической реализацией полученных результатов.

Научная новизна диссертации

Разработана концепция обеспечения ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограни-чивающим реактором. В рамках сформулированных задач исследования научные положения характеризуются тем, что впервые:

- осуществлено комплексное исследование коммутационных импульсных напряжений на трансформаторной подстанции 110/10 кВ со сдвоенным токоо-граничивающим реактором при различных видах замыкания фаз на землю в сети 10 кВ и заземления нейтрали;

- разработаны системы уравнений эмпирических математических моделей для прогнозирования коммутационных импульсных напряжений на ветвях сдвоенного токоограничивающего реактора на подстанции напряжением 110/10 кВ с изолированной нейтралью в зависимости от вида замыканий фаз на землю и ветви реактора;

- доказана, с помощью разработанной эмпирической математической модели времени выхода ДГР с подмагничиванием на установившийся режим компенсации ёмкостного тока на землю в сети 10 кВ, не эффективность применения этих реакторов для обеспечения ЭМС кабельных линий с полиэтиленовой изоляцией;

- представлена эмпирическая математическая модель для прогнозирования напряжения смещения нейтрали в зависимости от сопротивления резистора в нейтрали сети 10 кВ с характерной удельной ёмкостью;

- показана экспериментальным методом эффективность концепции обеспечения ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором путём заземления нейтрали электрической сети.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС в электрических сетях среднего напряжения с трансформаторными подстанциями, содержащими сдвоенные токоограничивающие реакторы.

Раскрыто существенное влияние на коммутационные импульсные напряжения на ветви сдвоенного токоограничивающего реактора со стороны питания взаимной индуктивности и вида однофазных замыканий на землю. Представлена парадигма этого явления.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что внедрение на межотраслевом уровне научных положений и рекомендаций в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает ЭМС технических средств на трансформаторной подстанции напряжением выше 1 кВ со сдвоенным токоограничивающим реактором. Совокупность полученных результатов представляется как обобщение и решение важной научно-технической проблемы, имеющей большое хозяйственное значение.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения внедрены: в ЗАО «Феникс-88» (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 380 тыс.руб. при сроке окупаемости капиталовложений до одного года; в ООО «Болид» (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 630 тыс. руб. Срок окупаемости капиталовложений не превышает 2,5 лет; в филиале ОАО «Электросетьсервис Единой национальной электрической сети» - Новосибирской специализированной производственной базе с ожидаемым годовым экономическим эффекте до 410 тыс. руб. при сроке окупаемости капиталовложений около 1,8 года.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 9-й международной научно-практической интернет конференции «Энерго-ресурсосбережение - XXI век» (г. Орёл, 2011 г.); на международной юбилейной научно-технической конференции «Обновление флота - актуальная проблема водного транспорта на современном этапе» (г. Новосибирск, 2011 г.); на 1-м научно-практическом семинаре с международным участием (ЭКИЭ-01) в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, 2011 г.); на международной молодёжной конференции «Энергосберегающие техно-

логии» (г. Томск, 2011 г.); на XII всероссийском совещании «Энергообеспечение и энергосбережение - региональный аспект» (г. Томск, 2011 г.); на 2-й международной научно-практической конференции в рамках специализированной выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, 2012 г.); на постоянно действующем научно-техническом семинаре по электроэнергетике при ФБОУ ВПО «НГАВТ» (г. Новосибирск, 2011 г.).

Личный вклад. Решения задач исследования, на