автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение качества функционирования электрических сетей среднего напряжения как рецепторов

ИВАНОВА ЮЛИЯ МИХАЙЛОВНА

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ КАК РЕЦЕПТОРОВ

Специальность: 05.14.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новосибирск -2010

003494235

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФГОУ ВПО «НГАВТ»)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Руппель Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Самородов Герман Иванович;

кандидат технических наук Шиловскни Сергей Викторович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

Защита состоится 23 апреля 2010 г. в 12 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул.Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ» (тел/факс (383) 222-49-76; E-mail: ngavt@ngs.ru или ese_sovet@mail.ru).

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

Автореферат разослан 18 марта 2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Малышева Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электрические сети (далее - сети) среднего напряжения (от 6 до 35 кВ) являются наиболее протяжёнными в России, их общая длина составляет около трёх миллионов километров. Среди них до 90% работают с изолированной нейтралью, а остальные - с нейтралью заземлённой через дугогасящий реактор (ДГР) или резистор. Сети среднего класса напряжения являются наиболее аварийными. Например, технологические нарушения режимов работы воздушных линий электропередачи в расчёте на 100 км составляют 67 случаев в год для районов с умеренным климатом и 20—30 случаев в год для районов со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и Севера). Необходимо учитывать, что эти сети имеют значительный физический износ. К 2015г. 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 про-мышленно развитых странах. Такая ситуация объясняется не только тяжёлым по своим последствиям гололёдно-ветровое воздействием, но и значительным влиянием кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), распространяющихся по проводам, на сети от 6 до 35 кВ как рецепторы.

Для оценки подобных общетехнических состояний (положений) ГОСТ Р 50397-93 введён термин - качество функционирования технического средства: совокупность показателей технического средства, характеризующих его способность удовлетворять требованиям эксплуатации. В соответствии с этим качество функционирования отечественных сетей среднего напряжения нельзя признать достаточным

Нормальное функционирование сетей с изолированной нейтралью в значительной мере обусловливается электромагнитной обстановкой (ЭМО). При несинусоидальных и несимметричных напряжениях усложняется ЭМО, возрастает вероятность повреждения изоляции фаз при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ), появляются резонансы высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю (033) и т.д. Из-за этого обостряется проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств. Соответствие уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП требо-

ваниям ГОСТ 13109-97 необходимо: для обеспечения мероприятий по защите жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного имущества и по охране окружающей среды; для повышения технико-экономических показателей производств и качества выпускаемой ими продукции.

Исследования Апполонского С.М., Горелова В.П., Дьякова А.Ф., Ивановой Е.В., Карякина Р.Н., Короткевича М.А., Костенко М.Ф., Ли-залека H.H., Манусова В.З., Сальникова В.Г., Сарина Л.И., Челазнова A.A. и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств. Однако, рассматриваемая проблема многогранна и одна из научно-технических задач - повышение качества функционирования сети напряжением от 6 до 35 кВ как рецептора при кондуктивных ЭМП, распространяющихся по проводам, не решена - нет соответствующего стандарта.

Поэтому тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования являются распределительные электрические сети среднего напряжения общего назначения.

Предметом исследования являются процессы однофазных замыканий на землю при кондуктивных ЭМП в сети напряжением от 6 до 35 кВ с изолированной нейтралью или заземлённой через резистор.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети» 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 развития научных исследований на 2007-2010 гг. (раздел 1.10)» ФГОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в установлении углубленных связей с помощью новейшей многоканальной компьютеризированной системы сбора, обработки и хранения данных (цифровой запоминающей осциллограф DL 750-8) процессов однофазных замыканий на землю при некачественной электроэнергии с режимом нейтрали, воздействие на которые можно повысить качество функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов путём обеспечения ЭМС.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, позволяющих повысить эффективность функционирования электрических сетей среднего напряжения как рецепторов. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные задачи:

- исследование содержания проблемы повышения качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов в электроэнергетической системе;

- обоснование требований к измерительной технике и методического подхода к осциллографированию параметров переходных процессов при различных замыканиях фазы на землю в сетях с изолированной и заземлённый через резистор нейтралью;

- осциллографирование токов замыкания фазы на землю и фазных напряжений в сети 10 кВ с изолированной и заземлённой через резистор нейтралью, математическая обработка результатов измерений;

- определение критерия качественного функционирования сети от 6 до 35 кВ при нестандартном показателе качества электроэнергии (КЭ);

- разработка методики расчёта критерия качественного функционирования сети среднего напряжения при некачественной электроэнергии;

- экспериментальное исследование кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в сети 10 кВ - критерия качественного функционирования сети по искажению напряжения;

- разработка математической модели зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю в сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети;

- разработка рекомендаций по повышению качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов и экспериментальная проверка эффективности их применения;

- выбор методики расчёта стоимости работы по определению параметров кондуктивных ЭМП в сетях среднего напряжения, распространяющихся по проводам.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источни-

ков по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теория производящих функций, теория ошибок), метод аналитических исследований (гармонический анализ), методы системного анализа. Экспериментальные исследования выполнялись комплексным методом с применением делителей напряжения, трансформаторов тока, цифрового запоминающего осциллографа типа ЭЬ-750-8, измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М» и специальных программ для расчётов на компьютере.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: отбором значимых для проведения научных исследований процессов и новейших средств измерения и осциллографирования переходных процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; исследованиями погрешностей разработанных математических моделей; удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальной сети 10 кВ (с вероятностью 0,95 относительная ошибка не превышает ± 10%); достаточным объёмом исследований и практической реализацией основных выводов и рекомендаций.

На защиту выносятся:

1 Критерий качества функционирования сетей напряжением от 6 до 35кВ как рецепторов в ЭЭС.

2 Методика определения критерия качественного функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов-кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным значением показателя КЭ.

3 Математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю в сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети.

4 Рекомендации по повышению качества функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов в ЭЭС.

Научная новизна работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств в ЭЭС. В рамках решаемой автором научной задачи она характеризуется следующими новыми научными положениями:

- доказано с помощью теоремы о параметрах, что критериями качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии являются кондуктив-ные ЭМП, распространяющиеся по проводам;

- разработана методика определения критерия качества функционирования электрической сети от 6 до 35кВ - кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным показателем качества электроэнергии, позволяющая с вероятностью 0,95 определять параметры распределения в течение расчётного времени и вероятность её появления, что имеет существенное значения для обеспечения ЭМС технических средств;

- разработана математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока замыкания фазы на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети, позволяющая прогнозировать резонансные явления.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение следующих новых научных положений в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение уровня ЭМС электрических сетей от 6 до 35кВ как рецепторов:

- методика определения кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным показателем КЭ и искажающей ЭМО в сети среднего напряжения;

- математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на земля в сети с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети;

- рекомендации по повышению качества функционирования этих сетей как рецепторов.

Реализация работы. Рекомендации по повышению качества функционирования сетей среднего напряжения внедрены в: ОАО «Тюменьэнерго» филиал «Тюменские распределительные сети. Тобольское НТО» (г. Тобольск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом в 350 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года; ООО «ПНП» Болид» (г. Новосибирск) с годовым экономическим эффектом 743 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений около 2-х лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 международных, всероссийских и региональных конференциях: международной научно-технической конференции «Энергосистема: исследование свойств, управления, автоматизация» (г.Новосибирск, Россия, 2009 г.), третьей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г.Омск, Россия, 2007 г.), пятой международной научно-технической конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях» (г. Алматы, Республика Казахстан, 2006 г.), всероссийской научно-техническая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г.Томск, 2008 г.), первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (г.Усть-Каменогорск, Республика Казахстан, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве» (Республика Алтай, Че-мальский район, база НГТУ Эрлагол, Россия, 2009 г.), пятой научно-практической конференции с международным участием «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (г.Екатеринбург, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы» (г.Павлодар, Республика Казахстан, 2009 г.).

Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 50%.

Публикации. Содержание работы изложено в 28 научных трудах, в том числе - 7 статьях в периодических изданиях по перечню ВАК.

Структура п объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 121 наименований и двух приложений. Изложена на 156 страницах машинописного текста, который поясняется 37 рисунками и 14 таблицами.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы. Сформулированы цель и задачи исследований. Представлены научная новизна и практи-

ческая значимость полученных результатов. Сформулированы научные положения, выносимые на защиту. Отражены уровни апробации и реализации полученных результатов, личный вклад соискателя в решении научных задач.

В первой главе проведён анализ задач повышения качества функционирования электрических сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов проблемы ЭМС технических средств [2-4,6,8,9,10,13,17,18].

Представлена схема содержания проблемы ЭМС. технических средств в ЭЭС. Исследован механизм связи между источниками ЭМП в ЭЭС и рецепторами. Показано, что гальваническая связь (через провода линий электропередачи) является основным путём распространения кондуктивных ЭМП, обусловленных нестандартными значениями показателей КЭ. Эти помехи оказывают наиболее негативное влияние на сети среднего напряжения, генераторы, трансформаторы, высоковольтные электродвигатели и другие технические средства как рецепторы. Для нашего объекта исследования наиболее коварным представляется их воздействия на процессы замыкания фаз на землю, приводящие к разрушению сетей.

Рассмотрены основные направления развития и совершенствования эксплуатации распределительных сетей среднего напряжения, которые охватывают все аспекты повышения качества их функционирования. Показано, что общим и важным направлением является совершенствование режимов нейтралей. Представлен статистический анализ режимов сетей от 6 до 35 кВ России. Приведены основные достижения развития сетей среднего напряжения в области резервирования, развития систем сетевой автоматики, релейной защиты и управления.

Сформулирован главный аспект системного анализа применительно к задачам исследования как обеспечения условий качественного функционирования сетей среднего напряжения в ЭЭС.

Во второй главе излагается методический подход к решению проблемы повышения качества функционирования технических средств при некачественной электроэнергии [1,11,19-24].

Основной нормативно-технический и методический документ (ГОСТ 13109-97), не комментирует показатели КЭ, которые не соответствуют установленным значениям и усложняют ЭМО характеризующуюся совокупностью электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах.

В связи с этим анализируется достаточность представления качества функционирования технических средств нестандартными показателями КЭ. Для этой цели рассмотрена теорема о параметрах показателей КЭ, определённых по усреднённым значениям. Показано, что из-за несоответствия интервалов усреднения скоростям электромагнитных процессов, нестандартные показатели КЭ, измеренные приборами и ИВК, допущенными к измерениям органами стандартизации и метрологии, не отражают достоверно уровни ЭМС для кондуктивных ЭМП.

Критериями качества функционирования технических средств в сложной ЭМО являются кондуктивные ЭМП. Для их определения используются показатели КЭ, полученные с помощью измерительных систем, которые автоматически определяют вероятность появления (рХ,) в заданном интервале величины X,.

Измеренные за расчётный период значения Х-го показателя КЭ образуют множество

(X,, Х2, ..., Х1 ..., Хп

\р(Х,),р(Х2),...,р(Хл)...,р(Хп)

Это множество является полем событий, в котором содержатся как достоверные значения, так и нестандартные, которые обусловливают появление кондуктивной ЭМП. Процесс возникновения коядуктивной ЭМП по одному из нарушаемых показателя КЭ нормируемого положительными и отрицательными нормально и предельно допустимыми значениями, представляется математической моделью

Х[Р(ХН < X < Хп) + Р{-Хп < X < Хн) > 0,05;

Р(ХП < X < оэ) + Р(-оэ < X < -Хп ) * 0] с 8Х, где X с: 8Х(Х подмножество 8Х, в том числе имеется ввиду возможность X сг 8Х, т.е. между X с: 8Х и X с 8Х различия не делается); 8Х - кондуктивная ЭМП, распространяющаяся по сетям; ХИ,ХП - соответственно нормально и предельно допустимое положительное значение рассматриваемого показателя КЭ; -Хн,-Хп -тоже для отрицательного значения.

Значения величины X являются дискретными случайными величинами заданными действительными (вещественными) числами. Это позволяет использовать производящую функцию для определения

моментов распределения и плотности вероятностей распределения случайной величины йХ . Для этого доказано, что, если принять

8Х = е*, (3)

где I - параметр (время),

то математическое ожидание величины 8Х является производящей функцией случайной величины X. Эта функция имеет равномерно непрерывное распределение по всей действительной оси.

Вероятность появления кондуктивной ЭМП ЪХ рассчитывается по формуле

РфХ) = Р[Хн <Х<ХП) + Р(ХЛ <Х<Ъ)

+ Р(~хп <Х<-Хн) + Р(-ОО <Х<ХП)~ 0,05

Для повышения качества функционирования технических средств необходимо подавить кондуктивную ЭМП 5Х. Решить эту задачу можно путём применения специальных мер по помехозащищённости (ПЗ) и по повышению помехоустойчивости (ПУ) технических средств. При этом ПЗ и ПУ выполняют одну и туже функцию подавления ЪХ, поэтому они объединяются в один класс помехопо-давляющих технических средств (ППТС).

Показано путём доказательства теоремы об эквивалентности параметрических множеств ППТС и кондуктивных ЭМП, что выбор и разработка технических средств и решений по подавлению кондуктивных ЭМП возможны в едином параметрическом пространстве. Разработана концепция повышения качества функционирования технических средств при сложной ЭМО.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию качества функционирования сети 10 кВ с изолированной нейтралью как рецептора [7,25]. Приводятся требования и методический подход к измерению этих показателей при некачественной электроэнергии. Обосновано применение комплексного метода записи переходных процессов (рисунок 1).

Измерение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки осуществлялось ИВК «Омск - М». Обработка результатов измерений показала, что в диапазоне измерения К,, от 5 до 8% формируется кондуктивная ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения 8Ки. Распределение 8Ки соответ-

ствует нормальному закону распределения случайной величины теории вероятностей.

тт:

Ввод 10 кВ

11 СШ

VD4/P 12

FUSE S1BA

ТН TPU-4

ДН-10

ФМЗ0-200/11

РЗ-500-68-10

ТТТЛМ-10 150/5 Измерительные кабели РК-50

Цифровые осцилл графы

Измерительно-вычислительн ый комплекс

Рисунок 1 - Электрическая схема подключения приборов и оборудования для измерения коэффициента искажений синусоидальности кривой напряжения и осциллографирования фазных напряжений и тока замыкания фазы на землю

Определены моменты распределения 8КГ/

] = 4,62%, а[8/Гг;]= 0,42% . Вероятность появления 8КГ/ в заданном диапазоне (0,13) определялась по формуле

8 (*„-*,62 у Р(ЬКи ) = 0,95 je °'35 dK,j - 0,05 .

5

(5)

Вычисление определённого интеграла произведено с помощью функции Лапласа.

Осциллографирование фазных напряжений и тока замыкания на землю проводилось с помощью цифрового запоминающего осциллографа типа ОЬ-750-8. Программное обеспечение этого осциллографа позволяет выполнить обработку осциллограмм и передать данные в другие программы для определения гармонического состава и амплитуд. Математические возможности пакета программ МаНаЬ позволяют осуществить эти операции.

Сформулирована и решена методом механических квадратур задача интерполяции - определение зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю в сетях среднего напряжения / (Гц) от ёмкостного тока сети 1С (рисунок 2). Получен интерполяционный многочлен второй степени

„ 300 9

/ = 750 + —--—, (6)

где /, =

I

1С - допустимое значение ёмкостного тока сети с изо-

лированной нейтралью, А.

28,00

2 4 6 8 10 12 14 16 16 20 22 24 28 28 30 32 34 Зв 38 40 42 44 48 « 50 52 54 68 58 60 62 64 66 68 70

Номер гармоники

Рисунок 2 - Гармонический состав тока металлического однофазного замыкания на землю при 1С = 4,68 А

Областью применения математической модели является сети с напряжением от 6 до 35 кВ при м[5Ки} < 5%, 0,15 < I. < 0,3. Относительная ошибка расчёта/с вероятностью 0,95 не превышает ±10%.

Исследовались дуговые замыкания фазы на землю. Применялся искровой промежуток (рисунком 1) с шаровыми медными электродами. За счёт заданной скорости вращения подвижного электрода (один оборот за 5 с) обеспечивалось горение перемещающейся дуги при схождении - расхождении.

Анализ осциллограммы показал, что: частоты переходных процессов по напряжению в неповреждённых фазах составляют от 1,72 до 1,9 кГц, а для повреждённой фазы - от 20 до 25 кГц; кратность коммутационного импульсного напряжения находится в пределах от 2,64 до 4,3; частота высших гармонических составляющих тока дуги находится в пределах от 1,7 до 2,0 кГц; при зажигании дуги бросок ёмкостного тока может быть более 1,0 кА.

В четвертой главе излагаются рекомендации по повышению качества функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов в ЭЭС. [7,12-15,25-27].

Представлена схема ограничения влияния кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, коммутационных импульсных напряжений при ОДЗ на землю и резонансных явлений, возникающих при металлическом 033 на землю, на качество функционирования сети напряжением от 6 до 35 кВ как рецептора. Основным элементом этой схемы ограничения является режим нейтрали.

Обосновывается, что резистивное замыкание является наиболее эффективным для достижения цели. Сформированы технические условия повышения качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов при некачественной электроэнергии (минимальные значения сопротивлений резисторов и времени разряда ёмкости сети; времени срабатывания релейной защиты фидера подстанции и алгоритм её действия).

Проводилось экспериментальное исследование эффективности резистивного заземления нейтрали при дуговом замыкании фазы на землю. Характерная осциллограмма фазных напряжений сети 10 кВ приведена на рисунке 3. Дуга горит устойчиво при выполнении условия

/я> (1,8 -2,5) 1С, где - активный ток через резистор, А; 1С - ёмкостной ток, А. Кратность коммутационных импульсных напряжений с вероятностью 0,95 снижается в 1,2 раза.

500,5 мс/дс.1

1II мс/'дел

N N / /

2 меде.'!

Рисунок 3 - Осциллограммы фазных напряжений в сети 10 кВ при дуговом однофазном замыкании на землю и резистивном заземлении нейтрали: масштаб - 7,4 кВ/дел

Рекомендуется для определения стоимости работы (услуги) по определению параметров качества функционирования сетей среднего

напряжения применять нормативно-параметрический метод, который учитывает немонопольный характер оказываемых услуг на рынке электроэнергетического консалтинга [5].

Основные выводы н рекомендации

1 Обоснованы требования и методический подход к осцилло-графированию переходных процессов, протекающих в сетях среднего напряжения при однофазных замыканиях на землю. Рекомендуется использовать комплексный подход и цифровые запоминающие осциллографы типов БЬ - 750 - 8 и ЦЗО - 04.

2 Критерием качества функционирования сетей среднего напряжения при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии являются кондуктивные электромагнитные помехи, распространяющиеся по проводам.

3 Разработана методика расчёта кондуктивной электромагнитной помехи по любому нестандартному показателю качества электроэнергии, позволяющая с вероятностью 0,95 определять параметры распределения и вероятность её появления, что существенно повышает потребность в повышении качества функционирования сетей среднего напряжения.

4 Показано с помощью теоремы об эквивалентности параметрических множеств возможность подавления кондуктивных электромагнитных помех в едином параметрическом пространстве с помехопо-давляющими техническими средствами.

5 Приведён алгоритм расчёта критерия качества функционирования электрических сетей по искажению напряжения - кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения. В исследуемой сети 10 кВ эта помеха является локальным параметром, характеризуется параметрами распределения (м[5Ки] = 4,62%, о[5Ки] = 0,42%), появляется с вероятностью (0,13), превышающей допустимую вероятность нарушения (0,05) нормально допустимого значения коэффициентом искажения (5%) в 2,6 раза.

6 Разработана математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети. Определена область её применения. Относительная ошибка прогнозирования резонансной частоты по

этой формуле с вероятностью 0,95 не превышает ± 10%.

7 Для повышения качества функционирования сети напряжением от 6 до 35 кВ рекомендуется резистивное заземление нейтрали. Этот режим позволяет:

- установить соответствующим подбором сопротивления резистора отношение ёмкостной составляющей к активной составляющей тока через резистор, при котором дуговые перенапряжения при замыкании фазы на землю не превышают (2,2 - 2,5) значений амплитудного фазного напряжения;

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

8 Осуществлена экспериментальная проверка эффективности резистивного заземления нейтрали сети 10 кВ при дуговом однофазном замыкании. Обнаружено, что кратности коммутационных импульсных напряжений с вероятностью 0,95 снижаются не менее чем в 1,2 раза по сравнению с дуговыми замыканиями фазы на землю в сети с изолированной нейтралью. Наблюдается устойчивое горение дуги при отношении активной составляющей тока к ёмкостной равном и более (1,8-2,5).

9 Предложено для расчёта стоимости работы по определению параметров качества функционирования сетей среднего напряжения использовать нормативно параметрический метод, который, несмотря на немонопольный характер этих услуг на рынке электроэнергетического консалтинга, позволяет сформировать цену в виде взвешенного соглашения заказчика и подрядчика.

Список научных трудов по теме диссертации Статьи в периодических научных изданиях по перечню ВАК

1 Параметры электромагнитной обстановки в сети с искажающей нагрузкой / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2008. - №2. - С. 242-247.

2 Иванова, Ю.М. Электромагнитная обстановка в сети 10 кВ с изолированной нейтралью как рецепторе / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергосистема: исследование свойств, управление, автоматизация: матер, между нар. науч.-техн. конф.; Новосибирск, Россия, 26-29 мая

2009 г. - Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. Спецвыпуск. - 2009. -№ 1,-С. 219-223.

3 Иванова, Ю.М. Электромагнитная совместимость в электрических сетях Прииртышья / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергосистема: исследование свойств, управление, автоматизация: матер, междунар. науч.-техн. конф.; Новосибирск, 26-29 мая 2009 г. - Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. Спецвыпуск. - 2009. - № 1. - С. 223-227.

4 Анализ гармонического воздействия (помех) на электрические сети береговых объектов водного транспорта Западной Сибири / Ю.М.Иванова, А.А.Руппель [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2009. - № 1. - С. 331-334.

5 Затраты при выполнении работ по определению кондуктивных электромагнитных помех в электрических сетях / Ю.М.Иванова, А.А.Руппель [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2009. -№ 1.-С. 331-334.

6 Кондуктивная электромагнитная помеха по току замыкания на землю в сети от 6 до 35 кВ с нейтралью, заземлённой через резистор / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2009. -№ 2. - С. 254-257.

7 Эффективность подавления кондуктивных электромагнитных помех по току замыкания на землю в сетях от 6 до 35 кВ / Ю.МЛванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2009. -№2.-С. 261-264.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций, статьи в российских и иностранных научных изданиях

8 Иванова, Ю.М. Гармоническое воздействие на электромеханические преобразователи в электроэнергетической системе / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф., 4.2; Омск, Россия, 5-7 июня 2007 г. - Омск, 2007. - С. 109-113.

9 Иванова, Ю.М. Влияние установившихся режимов в электроэнергетической системе на электромагнитную совместимость / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт. 4.2: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф., 4.2; Омск, Россия, 5-7 июня 2007 г. - Омск, 2007. - С.106-108.

10 Иванова, Ю.М. Несимметрия напряжении в трёхфазных че-тырёхпроводных сетях 0,4 кВ / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: тр. 5-й междунар. науч.-техн. конф.; Алматы, Республика Казахстан, 21-22 сент. 2006 г. - Алматы, 2006. - С. 121-124.

11 Иванова, Ю.М. Кондуктивные электромагнитные помехи в промышленных электрических сетях / Ю.М.Иванова [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение: мат. 1-й междунар. науч.-техн. конф., Усть-Каменогорск, Республика Казахстан, 2-4 июня 2005 г. -Усть-Каменогорск, 2005. - С.153-154.

12 Иванова, Ю.М. Резистор в нейтрали сети от 6 до 35 кВ, подверженной гармоническому воздействию при несимметрии напряжений / Ю.М.Иванова, А.А.Руппель [и др.] // Электроэнергетика в сельском хозяйстве: матер, междунар. науч.-практ. конф.; Республика Алтай, Чемальский район, база НГТУ Эрлагол, Россия, 26-30 июн. 2009 г. / Россельхозакадемия. Сиб. регион, отдел. - Новосибирск, 2009. -С. 74-77.

13 Иванова, Ю.М. Электромагнитная обстановка в электрических сетях при несимметрии напряжений / Ю.М.Иванова [и др.] // Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы: тр. междунар. науч.-практ. конф.; Павлодар, Республика Казахстан, 10-11 дек. 2009 г. - Павлодар, 2009. - С.9-11.

14 Иванова, Ю.М. Определение предельно возможного гармонического воздействия на сети в региональной электроэнергетической системе / Ю.М.Иванова [и др.] // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: мат. Всерос. науч.-техн. конф., Томск, 12-14 мая 2008 г. - Томск, 2008. - С. 30-32.

15 Иванова, Ю.М. Управление кондуктивными электромагнитными помехами в сетях электроэнергетической системы / Ю.М.Иванова [и др.] // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: мат. Всеросс. науч.-техн. конф., Томск, 12-14 мая 2008 г.-Томск, 2008.-С. 30-32.

16 Иванова, Ю.М. Концепция повышения помехозащищённости РУ 6 кВ собственных нужд тепловой электростанции / Ю.М.Иванова [и др.] // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: сб. докл. 5-й науч.-практ. конф. с междунар. участ.; Екатеринбург, 15-18 нояб. 2005 г. - Екатеринбург, 2005. - С. 43-45.

17 Влияние рынка электроэнергии на взаимоотноше-ние потребителя и субъекта электроэнергетики / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Востока. - 2008. - №1. - С. 243-246.

18 Гармоническое воздействие на электрическую сеть: ошибки расчётов резонансной частоты / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Востока. - 2006. - №2. - С. 219-222.

19 Определение кондуктивной электромагнитной помехи в сети 110 кВ общего назначения среднего Прииртышья / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Востока. - 2006. - №2. -С. 222-226.

20 Область параметрических характеристик электромагнитной обстановки при низком качестве электроэнергии в системе электроснабжения / Ю.М.Иванова [и др.] // Науч. журн. Павл. гос. ун-та «Вестник ПТУ». - 2005. - №3 - С. 106-110.

21 Иванова, Ю.М. Теорема об эквивалентности параметрических пространств кондуктивных электромагнитных помех и помехо-подавляющих технических средств // Кондуктивные электромагнитные помехи в электроэнергетических системах / Е.В.Иванова; под ред. В.П.Горелова и Н.Н.Лизалека. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2006. - 432 с. - п.1.4. - С. 57-60.

22 Иванова, Ю.М. Методология исследования кондуктивных электромагнитных помех, распространяющихся по сетям // Кондуктивные электромагнитные помехи в электроэнергетических системах / Е.В.Иванова; под ред. В.П.Горелова и Н.Н.Лизалека. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2006. - 432 с. - п.1.3. - С. 52-56.

Отчёты о научно-исследовательских работах

23 Повышение уровней электромагнитной совместимости

технических средств в региональных электроэнергетических системах. 4.1: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.», рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2006. - 226 с. - Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - ГР №01.88.0004137. - Инв. №02.2.00702800.

24 Повышение уровней электромагнитной совместимости технических средств в региональных электроэнергетических системах. 4.2: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б -11/ ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.», рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.],

2006. - 223 с. - Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - ГР №01.88.0004137. - Инв. №02.2.00702862.

25 Исследование работы распределительных сетей от 6 до 35 кВ с нейтралью, содержащей дугогасящие реакторы и резисторы: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.», рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2009. — 145 с. — Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - ГР №01.88.0004137. - Инв. №02.20090331.

26 Разработка устройств повышающих надёжность работы электрооборудования электроэнергетических систем. 4.1: отчёт о НИР (промежут.), г/б - 11 / ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2009. - 31 с. - Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - № ГР 01.88.0004137. - Инв. №02.200903291.

27 Системный подход к исследованию электромагнитных помех по коммутационному импульсному напряжению: отчёт о НИР (промежут.), г/б - 11 / ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2009. - 157 с. - Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - № ГР 01.88.0004137. - Инв. № 02200903539.

28 Мониторинг и повышение качества работы распределительных сетей до 35 кВ с различными режимами нейтрали: отчёт о НИР (промежут.), г/б - 11 / ФГОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2010. - 146 с. Исполн. Иванова Ю.М. [и др.]. - № ГР 01.88.0004137.

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

Подписано в печать 27.02.2010 г. с оригинал-макета Бумага офсетная № 1, формат 60 х 84 1/16, печать трафаретная -Riso.

Уел печ. л. 1,2. Тираж 130 экз. Заказ № 17. Бесплатно

ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФГОУ ВПО («НГАВТ»),

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в типографии ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Введение.

Глава 1 Содержание проблемы повышения качества функционирования электрических сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов в электроэнергетической системе.

1.1 Связь нормальных режимов сетей среднего напряжения с проблемой электромагнитной совместимости технических средств.

1.2 Современные направления развития и совершенствования эксплуатации распределительных сетей среднего класса напряжения.

1.3 Влияние заземления нейтрали на переходный процесс замыкания фазы на землю.

1.4 Системный подход к достижению цели исследований.

Глава 2 Теоретические основы повышения качества функционирования технических средств в электроэнергетических системах.

2.1 Показатели качества функционирования технических средств.

2.2 Поле событий в электрической сети при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии.

2.3 Параметры распределения и вероятность появления кондуктив-ной электромагнитной помехи, распространяющейся по сетям.

2.4 Концепция повышения качества функционирования технических средств в сетях с некачественной электроэнергией.

2.5 Выводы по главе 2.

Глава 3 Экспериментальные исследования качества функционирования электрической сети 10 кВ с изолированной нейтралью как рецептора.

3.1 Измерение нормируемых показателей качества функционирования технических средств.

3.2 Метрологическое обеспечение измерений показателей качества функционирования сетей среднего напряжения при значительных искажениях напряжений.

3.2.1 Методология измерений.

3.2.2 Требование и методический подход к осциллографирова-нию процессов при однофазных замыканиях на землю в сетях от

6 до 35 кВ.

3.2.3 Требования к измерению интегрального показателя искажений напряжения.

3.3 Экспериментальное исследование качества функционирования сети 10 кВ по искажению напряжению.

3.4 Осциллограммы тока и напряжений при металлическом замыкании фазы С на землю.

3.5 Резонансная частота гармонической составляющей тока металлического замыкания фазы на землю.

3.6 Осциллограммы фазных напряжений и тока при дуговых замыканиях фазы на землю.

3.7 Выводы по главе

Глава 4 Повышение качества функционирования электрических сетей от

6 до 35 кВ как рецепторов в электроэнергетических системах.

4.1 Влияние несинусоидальности и несимметрии напряжений на ток замыкания фазы на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью (ретроспективный анализ).

4.2 Механизм обеспечения качественного функционирования сети среднего напряжения с изолированной нейтралью.

4.2.1 Режим нейтрали как основа для качественного функционирования сети от 6 до 35 кВ.

4.2.2 Резистивное заземление нейтрали сети напряжением от до 35 кВ.

4.2.3 Математическое обоснование экспериментально обнаруженных нескольких резонансов гармоник тока металлического замыкания фазы на землю, протекающих одновременно.

4.3 Технические условия повышения качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов при искажающей нагрузке.

4.3.1 Минимальные (предельные) значения сопротивлений резисторов в нейтралях сетей от 6 до 35 кВ.

4.3.2 Экспериментальное исследование эффективности рези-стивного заземления нейтрали.

4.3.3 Стоимость работы по определению параметров критерия качества функционирования сетей среднего напряжения.

4.4 Выводы по главе

Электрические сети (далее - сети) среднего напряжения (от 6 до 35 кВ) являются наиболее протяжёнными в России, их общая длина составляет около трёх миллионов километров. Среди них до 90% работают с изолированной нейтралью, а остальные - с нейтралью заземленной через ду-гогасящий реактор (ДГР) или резистор. Сети среднего класса напряжения являются наиболее аварийными. Например, технологические нарушения режимов работы воздушных линий электропередачи в расчёте на 100 км составляют 6-7 случаев в год для районов с умеренным климатом и 20-30 случаев в год для районов со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и Севера). Необходимо учитывать, что эти сети имеют значительный физический износ. К 2015г. 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. Такая ситуация объясняется не только тяжёлым по своим последствиям гололёдно-ветровое воздействием, но и значительным влиянием кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), распространяющихся по проводам, на сети от 6 до 35 кВ как рецепторы.

Для оценки подобных общетехнических состояний (положений) ГОСТ Р 50397-93 введён термин — качество функционирования технического средства: совокупность показателей технического средства, характеризующих его способность удовлетворять требованиям эксплуатации. В соответствии с этим качество функционирования отечественных сетей среднего напряжения нельзя признать достаточным

Нормальное функционирование сетей с изолированной нейтралью в значительной мере обусловливается электромагнитной обстановкой (ЭМО). При несинусоидальных и несимметричных напряжениях усложняется ЭМО, возрастает вероятность повреждения изоляции фаз при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ), появляются резонансы высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю (ОЗЗ) и т.д. Из-за этого обостряется проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств. Соответствие уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП требованиям ГОСТ 13109-97 необходимо: для обеспечения мероприятий по защите жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного имущества и по охране окружающей среды; для повышения технико-экономических показателей производств и качества выпускаемой ими продукции.

Исследования Апполонского С.М., Горелова В.П., Дьякова А.Ф., Ивановой Е.В., Карякина Р.Н., Короткевича М.А., Костенко М.Ф., Лизале-ка Н.Н., Манусова В.З., Сальникова В.Г., Сарина Л.И., Челазнова А.А. и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств. Однако, рассматриваемая проблема многогранна и одна из научно-технических задач — повышение качества функционирования сети напряжением от 6 до 35 кВ как рецептора при кондуктивных ЭМП, распространяющихся по проводам, не решена - нет соответствующего стандарта. Поэтому тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования являются распределительные электрические сети среднего напряжения общего назначения.

Предметом исследования являются процессы однофазных замыканий на землю при кондуктивных ЭМП в сети напряжением от 6 до 35 кВ с изолированной нейтралью или заземлённой через резистор.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети» 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 развития научных исследований на 2007-2010 гг. (раздел 1.10)» ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФГОУ ВПО «НГАВТ»).

Идея работы заключается в установлении углубленных связей с помощью новейшей многоканальной компьютеризированной системы сбора, обработки и хранения данных (цифровой запоминающей осциллограф DL 750-8) процессов однофазных замыканий на землю при некачественной электроэнергии с режимом нейтрали, воздействие на которые можно повысить качество функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов путём обеспечения ЭМС.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, позволяющих повысить эффективность функционирования электрических сетей среднего напряжения как рецепторов. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные задачи:

- исследование содержания проблемы повышения качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов в электроэнергетической системе (ЭЭС);

- обоснование требований к измерительной технике и методического подхода к осциллографированию параметров переходных процессов при различных замыканиях фазы на землю в сетях с изолированной и заземлённый через резистор нейтралью;

- осциллографирование токов замыкания фазы на землю и фазных напряжений в сети 10 кВ с изолированной и заземлённой через резистор нейтралью, математическая обработка результатов измерений;

- определение критерия качественного функционирования сети от 6 до 35 кВ при нестандартном показателе качества электроэнергии (КЭ);

- разработка методики расчёта критерия качественного функционирования сети среднего напряжения при некачественной электроэнергии;

- экспериментальное исследование кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в сети 10 кВ -критерия качественного функционирования сети по искажению напряжения;

- разработка математической модели зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю в сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети;

- разработка рекомендаций по повышению качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ как рецепторов и экспериментальная проверка эффективности их применения;

- выбор методики расчёта стоимости работы по определению параметров кондуктивных ЭМП в сетях среднего напряжения, распространяющихся по проводам.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теория производящих функций, теория ошибок), метод аналитических исследований (гармонический анализ), методы системного анализа. Экспериментальные исследования выполнялись комплексным методом с применением делителей напряжения, трансформаторов тока, цифрового запоминающего осциллографа типа DL-750-8, измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М» и специальных программ для расчётов на компьютере.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: отбором значимых для проведения научных исследований процессов и новейших средств измерения и осцилло-графирования переходных процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; исследованиями погрешностей разработанных математических моделей; удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальной сети 10 кВ (с вероятностью 0,95 относительная ошибка не превышает ± 10%); достаточным объёмом исследований и практической реализацией основных выводов и рекомендаций.

На защиту выносятся:

1 Критерий качества функционирования сетей напряжением от 6 до 35кВ как рецепторов в ЭЭС.

2 Методика определения критерия качественного функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов-кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным значением показателя КЭ.

3 Математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на землю в сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети.

4 Рекомендации по повышению качества функционирования сетей среднего напряжения как рецепторов в ЭЭС.

Научная новизна работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств в ЭЭС. В рамках решаемой автором научной задачи она характеризуется следующими новыми научными положениями:

- доказано с помощью теоремы о параметрах, что критериями качества функционирования сетей от 6 до 35 кВ при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии являются кондуктивные ЭМП, распространяющиеся по проводам;

- разработана методика определения критерия качества функционирования электрической сети от 6 до 35кВ — кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным показателем качества электроэнергии, позволяющая с вероятностью 0,95 определять параметры распределения в течение расчётного времени и вероятность её появления, что имеет существенное значения для обеспечения ЭМС технических средств;

- разработана математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока замыкания фазы на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети, позволяющая прогнозировать резонансные явления.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение следующих новых научных положений в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение уровня ЭМС электрических сетей от 6 до 35кВ как рецепторов:

- методика определения кондуктивной ЭМП, обусловленной нестандартным показателем КЭ и искажающей ЭМО в сети среднего напряжения;

- математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания фазы на земля в сети с изолированной нейтралью от ёмкостного тока сети;

- рекомендации по повышению качества функционирования этих сетей как рецепторов.

Реализация работы. Рекомендации по повышению качества функционирования сетей среднего напряжения внедрены в: ОАО «Тюменьэнер-го» филиал «Тюменские распределительные сети. Тобольское ТПО» (г.Тобольск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом в 350 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года; «ООО» ПНП» Болид» (г.Новосибирск) с годовым экономическим эффектом в 743 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений около 2-х лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 международных, всероссийских и региональных конференциях: международной научно-технической конференции «Энергосистема: исследование свойств, управления, автоматизация» (г.Новосибирск, Россия, 2009 г.), третьей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г.Омск, Россия, 2007 г.), пятой международной научно-технической конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях» (г. Алматы, Республика Казахстан, 2006 г.), всероссийской научно-техническая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г.Томск, 2008 г.), первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (г.Усть-Каменогорск, Республика Казахстан, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Электроэнергетика в сельском хозяйстве» (Республика Алтай, Чемальский район, база НГТУ Эрлагол, Россия, 2009 г.), пятой научно-практической конференции с международным участием «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (г.Екатеринбург, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы» (г.Павлодар, Республика Казахстан, 2009 г.).

Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 50%.

Публикации. Содержание работы изложено в 28 научных трудах, в том числе 7 статьях в периодических изданиях по перечню ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 121 наименований и двух приложений. Изложена на 155 страницах машинописного текста, который поясняется 37 рисунками и 14 таблицами.

Основные выводы и рекомендации

1 Обоснованы требования и методический подход к осциллографи-рованию переходных процессов, протекающих в сетях среднего напряжения при однофазных замыканиях на землю. Рекомендуется использовать комплексный подход и цифровые запоминающие осциллографы типов DL - 750 - 8 и ЦЗО - 04.

2 Критерием качества функционирования сетей среднего напряжения при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии являются кондуктивные электромагнитные помехи, распространяющиеся по проводам.

3 Разработана методика расчёта кондуктивной электромагнитной помехи по любому нестандартному показателю качества электроэнергии, позволяющая с вероятностью 0,95 определять параметры распределения и вероятность её появления, что существенно повышает потребность в повышении качества функционирования сетей среднего напряжения.

4 Показано с помощью теоремы об эквивалентности параметрических множеств возможность подавления кондуктивных электромагнитных помех в едином параметрическом пространстве с помехоподавляющими техническими средствами.

5 Приведён алгоритм расчёта критерия качества функционирования электрических сетей по искажению напряжения - кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения. В исследуемой сети 10 кВ эта помеха является локальным параметром, характеризуется параметрами распределения (М[5Ки] = 4,62%, а[5Ки] = 0,42%), появляется с вероятностью (0,13), превышающей допустимую вероятность нарушения (0,05) нормально допустимого значения коэффициентом искажения (5%) в 2,6 раза.

6 Разработана математическая модель зависимости резонансной частоты высших гармонических составляющих тока металлического замыкания на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью от мкостного тока сети. Определена область её применения. Относительная ошибка прогнозирования резонансной частоты по этой формуле не превышает ± 10%.

7 Рекомендовано резистивное заземление нейтрали для повышения качества функционирования сети напряжением от 6 до 35 кВ. Этот режим позволяет:

- установить соответствующим подбором сопротивления резистора отношение ёмкостной составляющей к активной составляющей тока через резистор, при котором дуговые перенапряжения при замыкании фазы на землю не превышают (2,2 - 2,5) значений амплитудного фазного напряжения;

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

8 Осуществлена экспериментальная проверка эффективности рези-стивного заземления нейтрали сети 10 кВ при дуговом однофазном замыкании. Обнаружено, что кратности коммутационных импульсных напряжений с вероятностью 0,95 снижаются не менее чем в 1,2 раза по сравнению с дуговыми замыканиями фазы на землю в сети с изолированной нейтралью. Наблюдается устойчивое горение дуги при отношении активной составляющей тока к ёмкостной равном и более (1,8-2,5).

9 Предложено для расчёта стоимости работы по определению параметров качества функционирования сетей среднего напряжения использовать нормативно параметрический метод, который, несмотря на немонопольный характер этих услуг на рынке электроэнергетического консалтинга, позволяет сформировать цену в виде взвешенного соглашения заказчика и подрядчика.

1. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1993. 14 с.

2. Электротехника. Терминология: справоч. пособ. — М.: Изд-во стандартов, 1989. Вып. 3. - 343 с.

3. Энергетический баланс. Терминология. М.: Наука, 1973. - Вып. 86.-32 с.

4. Параметры электромагнитной обстановки в сети с искажающей нагрузкой / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2008.-№2.-С. 242-247.

5. Карташёв, И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения / И.И.Карташёв; под ред. М.А.Калугиной. М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 120 с.

6. Заявление сопредседателей встречи министров энергетики стран «Группы восьми» // Электрические станции. 2002. - № 6. - С. 2-3.

7. Влияние рынка электроэнергии на взаимоотношение потребителя и субъекта электроэнергетики / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2008. - №1. - С. 243-246.

8. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии / И.И.Карташёв и др. // Электричество. 2000. - № 4. - С. 1118.

9. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2-х т. Т2: Электроснабжение / В.Г.Сальников и др.; под общ.ред.

10. A.А.Фёдорова. / -М.: Энергоатомиздат, 1987. -487 с.

11. Иванова, Е.В. Кондуктивные электромагнитные помехи в сетях транспортных систем (теория, расчёт, подавление) / Е.В.Иванова // Трансп. дело России. 2006. - № 8. - С. 16-20.

12. Исследователи ждут большего от современных измерительных приборов / Л.А.Кучумов и др.// Новости электротехники. 2004. - № 4. -С. 64-66.

13. Машкин, А.Г. Проблемы качества и учёта электроэнергии на .границах системы тягового электроснабжения / А.Г.Машкин, В.А.Машкин // Промышленная энергетика. 2007. - № 11. - С. 29-31.

14. Доказано: в электрических сетях существуют высшие гармоники с частотами свыше 2 кГц / Л.А. Кучумов и др. / Новости электротехники. -2005.-N2/-С/5659.

15. Руппель, А.А. Кондуктивные электромагнитные помехи в сетях 6— 10 кВ/ А.А. Руппель, Е.В.Иванова; под ред. В.П. Горелова. Омск: Ново-сиб. гос. акад. вод. трансп., 2004. - 284 с.

16. Иванова, Е.В. Кондуктивные коммутационные помехи в местных электрических сетях промышленных предприятий и электростанций / Е.В.Иванова // Промышленная энергетика. 2003. - № 7. - С. 36-40.

17. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии /

18. Смирнов, Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики / Н.В.Смирнов, И.В.Дудин-Барковский. М.: Наука, 1965. - 511 с.

19. Основы метрологии и электрические измерения: учеб. для вузов / Б.Я.Авдеев и др. 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. -480 с.

20. Менеджмент в электроэнергетике: учебн. пособие. / А.Ф. Дьяков и др.; под ред. А.Ф. Дьякова. -М.: МЭИ, 2000. 448 с.

21. Справочник по электроизмерительным приборам; под ред. К.К.Илюнина. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 784 с.

22. Румшитский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л.З.Румшитский. М.: Наука, 1971. - 192 с.

23. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов / И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. М.: Наука, 1981. -721с.

24. Область параметрических характеристик электромагнитной обстановки при низком качестве электроэнергии в системе электроснабжения / Ю.М.Иванова и др. // Науч. журн. Павл. гос. ун-та «Вестник ПГУ». -2005.-№3-С. 106-110.

25. Определение кондуктивной электромагнитной помехи в сети 110 кВ общего назначения среднего Прииртышья / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2006. - №2. - С. 222 - 226.

26. Венцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С.Венцель. — М.: Наука, 1969.-576 с.

27. Выгодский, М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я.Выгодский. М.: Наука, 1975. - 872 с.

28. Босс, В. Лекции по математике . Т.4: Вероятность, информация, статистика / В.Босс. М.: КомКнига, 2005. - 216 с.

29. Пугачёв, B.C. Теория вероятностей и математической статистики / B.C. Пугачёв. М.: Наука, 1979. - 478 с.

30. Методические подходы к осциллографированию процессов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6-35 кВ / А.И.Ширковец и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. Спецвып. 2008. -№ 1.-С. 44-51.

31. Сальников, В.Г. Эффективные системы электроснабжения предприятий цветной металлургии / В.Г.Сальников, В.В.Шевченко. М.: Металлургия, 1986. - 320 с.

32. Сальников, В.Г. Руководство по выбору структуры и параметров системы электроснабжения предприятия с мощными сериями электролизёров цветных металлов / В.Г.Сальников. М.: Металлургия, 1985. - 78 с.

33. Гармоническое воздействие на электрическую сеть: ошибки расчётов резонансной частоты / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2006. - №2. - С. 219-222.

34. Институт исследования энергетических систем Брунеля (Brunei Institute of Power System Research) URL = http: //www.brunel.ac.

35. Иванов, B.C. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий / В.С.Иванов, В.И. Соколов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 336 с.

36. Сальников, В.Г. Экономия электроэнергии в промышленности /

37. B.Г.Сальников. — Алматы : Казахстан, 1984. — 127 с.

38. Иванова, Е.В. Обеспечение электромагнитной совместимости в системах электроснабжения общего назначения мощных электротермических нагрузок / Е.В.Иванова // Промышленная энергетика. 2004. - № 11. -С. 50-54.

39. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения /

40. C.М.Апполонский и др. // Электричество. 1991. - № 4. - С. 1-5.

41. Schwetz, P. Fesgleichsstrome bein Erdschluss im geloschten Netz / Schwetz P. // Elektrizitatswirtschaft. 1980. Bd 79, № 22. - P. 845-858.

42. Report on the rezalts of the international questionnaire concerning voltage disturlances //Electra. 1985. - № 100. - P. 47-56.

43. Рене, Пелисье. Энергетические системы / Пелисье Рене; под ред. В.А.Веникова; пер. с франц. В.М.Балузина. — М.: Высш. шк., 1982. 568 с.

44. Meyer, Н. Die Isolierung grower eltkrischer Maschinen. /Н. Meyer. -Berlin: Springer, 1972. 172 s.

45. Гунгер, Ю.Р. Новый подход к повышению надёжности электрических сетей 6-10 кВ / Ю.Р.Гунгер // Матер, докл. конф. «Новые техника и технологии в энергетике ОАО «Газпром». М., 2001. - С. 141-148.

46. Правила устройства электроустановок. — М.: Изд-во «ДЕАН», 2001.- 928 с.f1 141

47. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Екатеринбург: УЮИ, 2003. - 304 с.

48. Костороминов, A.M. Защита устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от помех /А.М.Костороминов. 2-е изд., стереотип. -М.: Транспорт, 1997. - 192 с.

49. Курбацкий, В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость технических средств в электрических сетях: учеб. пособ. для студ. вузов / В.Г.Курбацкий. Братск: БрГТУ, 1999. - 220 с.

50. Бадер, М.П. Электромагнитная совместимость / М.П.Бадер. М.: УМК МПС, 2002. - 638 с.

51. Компенсированная и комбинированно заземлённая нейтраль / Л.И.Сарин и др. // Новости электротехники. — 2007. — № 2(44). С. 6872.

52. Короткевич, М.А. Основные направления совершенствования •эксплуатации электрических сетей / М.А.Короткевич. — Мн.: ЗАО «Техно-перспектива», 2003. 373 с.

53. Анализ гармонического воздействия (помех) на электрические сети береговых объектов водного транспорта Западной Сибири / Ю.М.Иванова, А.А.Руппель и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2009. -№ 1С. 331-334.

54. Затраты при выполнении работ по определению кондуктивных электромагнитных помех в электрических сетях / Ю.М.Иванова, А.А.Руппель и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2009. - № 1.-С. 334-338.

55. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: СПО ОРГРЭС, 2003 (введены в действия с 30 июня 2003 г.). - 172 с.

56. РД 34.45-51.51.300-97. Объём и нормы испытаний электрооборудования. М.: НЦ ЭНАС, 1998. - 130 с.

57. Шваб, А.А. Электромагнитная совместимость / А.А.Шваб; под ред. И.П.Кужекина; пер. с нем. В.Д.Мазина и С.А.Спектора. 2-е изд.перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 460 с.

58. Хабигер, Э. Электромагнитная совместимость. Основы её обеспечения в технике / Э.Хабигер. М.: Энергоатомиздат. 1995. — 296 с.

59. Мелентьев, JI.A. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития / Л.А.Мелентьев. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1983.-455 с.

60. Мелентьев, Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики: учеб. пособ. для вузов / Л.А.Мелентьев. — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Высш.шк., 1982. - 319 с.

61. Публикации Гарвадской группы по энергетической политике

62. США (Harvard Electricity Policy Group Publications). URL = http: //ksgwww. harvard.edu/~herg/index.html.

63. Веников, B.A. Системный подход к проблемам электроэнергетических систем / В.А.Веников. // Электричество. 1985. - № 6. - С. 1-4.

64. Методы и средства решения практических проблем электромагнитной совместимости на электростанциях и подстанциях / Р.К.Борисов и др. // Электро. 2002. - № 2. - С. 44-52.

65. Руководство по обеспечению электромагнитной совместимости на электрических станциях и подстанциях / Комитет 36, СИГРЭ. 1997 - 24с.

66. Лазарев, Г.Б. Электромагнитная совместимость высоковольтных преобразователей частоты с системами электроснабжения и электродвигателями собственных нужд тепловых электростанций / Г.Б.Лазарев // Электротехника. 2004. - № Ю. - С. 33-42.

67. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы: учеб. пособ. для вузов / Н.А.Мельников. 2-е изд.- М.: Энергия, 1975. - 464 с.

68. Директива Совета ЕС № 89/336 от 03.05.1989 г. «О согласовании законодательных актов государств-участников Сообщества, касающихся электромагнитной совместимости. М.: Изд-во стандартов, 2000. - 11 с.

69. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учеб. для вузов / Л.А.Бессонов. 7-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1978. - 528 с.

70. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике / А.Ф.Дьяков и др.; под ред. А.Ф.Дьякова. М.: Энергоатомиздат, 2003. -768 с.

71. ГОСТ 28934-91. Совместимость технических средств электромагнитная. Содержание раздела технического задания в части электромагнитной совместимости. -М.: Изд-во стандартов, 1991. 19 с.

72. Беляев, JI.C. Рынок в электроэнергетике: проблемы развития генерирующих мощностей / Л.С.Беляев, С.В. Подковальников. Новосибирск: Наука, 2004. - 250 с.

73. MacGregor Т. Electricity Restructuring in Britain: Not a Model to Follow // IEEE Spectrum. 2001. - June. - P. 15-16, 19.

74. Newbery D.M. Liberalizing Electricity Markers // Presented at 25 th. Annual IAEE International Conference, Aberdeen, USA, July 28, 2002.

75. De Oliveira A. The Political Economy of the Brazilian Power Industry Reform // Stanford University, Program on Energy and Sustainable Development, February 2003, Publication Number WP-02.

76. Основы электромагнитной совместимости: учеб. для вузов / Н.А.Володина и др.; под ред. Р.Н.Карякина. Барнаул: ОАО «Алтайский полиграфический комбинат», 2007. - 480 с.

77. Аррилага, Дж. Гармоники в электрических системах/ Дж.Аррилага, Д.Брэдли, П.Бодер: пер. с англ. Е.А.Васильченко М.: Энергоатомиздат, 1990.-320 с.

78. Гайснер, А.Д. Современный уровень развития мировой энергетики / А.Д.Гайснер // Энергия: экономика, техника, экология. 2002. - № 2. — С. 8-9.

79. Добрусин, JI.A. Моделирование влияния преобразователей на сеть в среде системы Design Pspice /Л.А.Добрусин //Силовая электроника.2005.-№3.-С. 124-127.

80. Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энергии / А.А.Герасименко, В.Т.Федин. 2-е изд. - Ростов н/Д: Феникс, 2008.-715 с.

81. Кондуктивная электромагнитная помеха по току замыкания на землю в сети от 6 до 35 кВ с нейтралью, заземлённой через резистор / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2009. - № 2.-С. 254-257.

82. Эффективность подавления кондуктивных электромагнитных помех по току замыкания на землю в сетях от 6 до 35 кВ / Ю.М.Иванова и др. // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2009. - № 2. - С. 261-264.

83. Федеральный закон РФ «О техническом регулировании» № 184-ФЗ от 27.12.2002 г. // Российская газета. 31.12.2002. № 245 (3113).-27 дек.

84. Федеральный закон РФ «Об электроэнергетике» № 35 от 26.03.2003 г. // Российская газета. 2003. - № 60 (3174).- 01 апр.

85. ГОСТ 22261—94. Средства измерений электрических и магнитных величин.

86. Сазыкин, В.Г. Электрогериатрия новая технология эксплуатации электрооборудования / В.Г.Сазыкин // Промышленная энергетика. - 2000. — № 11.-С. 11-14.

87. Миронов, И.А. Режимы заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ / И.А.Миронов // Электрические станции. 2008. - № 4. - С. 60-69.

88. Фельдман, M.JI. Нужна ли компенсация ёмкостных токов? / М.Л.Фельдман // Энергетик. 2001. - № 8. - С. 19 - 20.

89. Лисицин, Н.В. К обоснованию режима заземления нейтрали / Н.В.Лисицин // Энергетик. 2000. - № 1. - С. 22-25.

90. Миронов, И.А. Особенности применения дугогасящих реакторов / И.А.Миронов, В.А.Кричко // Новости электротехники. 2007. - № 1. - С. 19-21.

91. Идельчик, В.И. Расчёты установившихся режимов электрических систем / В.И.Идельчик. М.: Энергия, 1977. - 188 с.

92. Лихачёв, Ф.А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек / Ф.А.Лихачев. М.: Энергия, 1971. - 112 с.

93. ТИ 34.20.179-88. Типовая инструкция по компенсации ёмкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6—35 кВ. — М.: СПО Союзтехэнерго, 1988. 55 с.

94. Определение коэффициента несинусоидальности напряжения в системе электроснабжения серий электролизов цветных металлов // В.Г.Сальников и др. // Промышленная энергетика. 1983. - № 4. - С. 35-37.

95. РД 34.03.100-94. Типовая инструкция по учету электроэнергии при её производстве, передаче и распределении. М.: СПО ОРГРЭС, 1994. -44 с.

96. Автономов, А.Б. О формировании цен на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (услуги) /

97. A.Б.Автономов // Энергетик. 2006. - № 6. - С. 38-40.

98. Забродин, Ю.С. Промышленная электроника: учеб. для вузов / Ю.С.Забродин. -М.: Высш.шк., 1982. -496 с.

99. Проектирование промышленных электрических сетей /

100. B.И.Крупович и др.. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. -328 с.

101. Влияние параметров системы электроснабжения и режимов работы полупроводникового выпрямительного агрегата серии электролизёров цветных металлов на коэффициент несинусоидальности напряжения /

102. B.Г.Сальников и др. // Изв. Вузов СССР. Энергетика. 1982. - № 12.1. C. 31-36.

103. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них / К.П.Кадомская и др.. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 368 с.

104. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. — СПб.: ПЭИпк Минтопэнерго РФ, 1999. 190 с.

105. Закарюкин, В.П. Сложнонесимметричные режимы электрических систем / В.П.Закарюкин, А.В.Крюков. Иркутск: Изд-во Иркут. унта, 2005. - 273 с.