Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сельскохозяйственное производство является важной отраслью народного хозяйства. Для обеспечения бесперебойной и эффективной работы данной отрасли необходима качественная электроэнергия. Однако в настоящее время в сельских электрических сетях 0,38 кВ несимметрия напряжений во многих случаях превышает в 2,5 раза нормативное значение, а отклонения напряжения в них систематически превышают 10 %, что является грубым нарушением ГОСТ 32144-2013 и негативным образом сказывается на сроке службы, эффективности и работоспособности ключевого сельскохозяйственного оборудования. Отсутствие должного равномерного распределения нагрузок по фазам, вызывающее систематическую несимметрию токов, большой уровень высших гармоник, кратных трем, обусловленный спецификой схемотехники современного электрооборудования, могут приводить к перегрузке по току нулевого провода, которая с учетом общей изношенности сетей увеличивает вероятность его повреждения, способного вызвать на отдельных фазах опасные повышения напряжения.
Существующие на сегодняшний момент симметрирующие устройства при несимметрии напряжений могут приемлемо корректировать фазные напряжения только при соответствии величин составляющих прямой последовательности сетевого напряжения требованиям ГОСТ 32144-2013. Применение стандартных трехфазных стабилизаторов напряжения для коррекции фазных напряжений оправдано только при симметричных отклонениях напряжения. При несимметрии напряжений использование трехфазных стабилизаторов приводит к искажению линейных напряжений.
Таким образом, разработка устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе для сельских сетей напряжением 0,38 кВ является актуальной научной задачей.
Степень разработанности темы исследования. Общим вопросам качества электроэнергии, проблемам регулирования напряжения, несимметрии
ученых: Ф.Д. Косоухов, И.В. Наумов, А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, С.М. и отклонений напряжений в сельских электрических сетях 0,38 кВ, а также
техническим способам их решения посвящены труды и разработки следующих
Рожавский, Н.М. Попов, Т.Б. Лещинская, А.В. Виноградов, С.В. Смоловик, А.Н. Евсеев. За рубежом указанной проблеме посвящены труды P. Giridhar Kini, J. V. Milanovic, V. J. Gosbell, R. C. Dugan.
Цель работы: повышение качества электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ путем разработки устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе.
Задачи исследования:
-
выявить и разработать оптимальные способы и схемотехнические решения для симметрирования и стабилизации фазных напряжений;
-
вывести для схемы устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений математические соотношения, связывающие основные
электрические параметры его элементов;
3) разработать алгоритм расчета оптимальных конструктивных
параметров элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных
напряжений;
ных ; ия и
4) выполнить экспериментальную проверку адекватности схемных
решений и конструктивных и электрических параметров элементов УССФН
5) провести технико-экономический анализ по вопросам внедрения
применения устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений.
Объект исследования: устройство симметрирования и стабилизации фазных напряжений для сельских электрических сетей напряжением 0,38 кВ.
Предмет исследования: схемные решения, математические соотношения, связывающие основные электрические параметры элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений, а также алгоритм расчета оптимальных значений конструктивных и электрических параметров его элементов.
Теоретические и методологические основы исследования. При исследованиях использовались основные положения теории линейных электрических цепей и трансформаторов, символический метод анализа цепей переменного тока, стандартные математические численные методы (на базе программы MathCAD), метод симметричных составляющих, применялись стандартные методы электрических измерений и их математической обработки.
Научная новизна работы:
-
разработана принципиальная электрическая схема устройства симметрирования фазных напряжений на вольтодобавочном принципе (патент на изобретение RU 2552377 C2);
-
разработана принципиальная электрическая схема устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе (патент на изобретение RU 2641649 С1);
3) разработаны математические соотношения, связывающие между собой
основные электрические параметры устройства симметрирования и
стабилизации фазных напряжений;
4) разработан алгоритм расчета оптимальных конструктивных
параметров элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных
напряжений.
, ь х
и
Теоретическая значимость. Предложен усовершенствованный способ симметрирования и стабилизации фазных напряжений в сельских сетях 0,38 кВ выведены математические соотношения, позволяющие анализировать функционирование устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений в установившемся режиме работы.
Практическая значимость. Разработаны устройство симметрирования стабилизации фазных напряжений, обеспечивающее более совершенный процесс коррекции фазных напряжений, и алгоритм расчета оптимальных конструктивных и электрических параметров его элементов. Разработанные технические решения внедрены в энергохозяйстве ООО «Птицефабрика «Борки». Полученные алгоритмы и математические соотношения используются
в учебном процессе ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА».
Основные положения, выносимые на защиту:
1) принципиальные электрические схемы, посредством которых
осуществляется симметрирование и стабилизация фазных напряжений;
2) математические соотношения, связывающие между собой
конструктивные и электрические параметры устройства симметрирования и
стабилизации фазных напряжений, и алгоритм расчета значений указанных
параметров для различных номинальных мощностей устройства;
3) результаты экспериментальной проверки адекватности выведенных
математических соотношений, справедливости принятых допущений и
обоснованности алгоритма расчета параметров элементов устройства
симметрирования и стабилизации фазных напряжений.
Достоверность исследований. Адекватность полученных теоретическим путем результатов подтверждена экспериментально с использованием точных цифровых измерительных приборов, передающих информацию непосредственно в ЭВМ в режиме реального времени. Основные положения работы одобрены и опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах по тематике исследований.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались в период с 2013 по 2017 год на 6 международных научных конференциях, проходивших в ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА» (г. Великие Луки), в ФГБНУ «ВИЭСХ» (г. Москва), ФГБОУ ВО «Орловский ГАУ» (г. Орел), на 2 региональных конференциях, проходивших в Администрации Псковской области и в ФГБОУ ВО «ПсковГУ» (г. Псков), на 1 заочной конференции за рубежом в ООД «Бял ГРАД-БГ» (Республика Болгария, г. София). Научная работа была удостоена диплома III степени во 2 этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ. На научные исследования по изучаемой теме ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» в 2014 и 2015 годах дважды выделялись гранты по договорам 2123ГУ1/2014, 7262ГУ2/2015 в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса».
Публикации результатов работы. Основные положения диссертационной работы отражены в 13 печатных работах, в том числе 5 работ в изданиях из перечня ВАК РФ, получено 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 9 таблиц, 6 приложений. Библиографический список включает в себя 114 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.