Введение к работе
Настоящая работа посвящена созданию системы измерения электромагнитных (ЭМ) полей, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем (ЭЭС) в широком диапазоне частот.
Актуальность темы диссертации. Исследование ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС, является чрезвычайно актуальной проблемой, поскольку связано с задачами электромагнитной совместимости (ЭМС) в ЭЭС промышленных предприятий, устойчивости и надежности работы оборудования, а также с вопросами безопасности электротехнического и другого персонала, обслуживающего электроустановки и электротехнические системы. С каждым годом как в России, так и за рубежом возрастает энергонасыщенность промышленных предприятий и происходит развитие как региональных, так и глобальных энергосистем. Еще одной проблемой является то, что на данный момент, по имеющейся у нас информации, в мире не существует такой системы измерения ЭМ полей, с помощью которой можно было бы комплексно решать задачи мониторинга ЭМ обстановки.
Об актуальности проблемы свидетельствует и то, что в последние три десятилетия данным вопросам уделяется особое внимание целым рядом международных научных организаций и научной общественностью. Так, в разных странах мира под эгидой Международного радиосоюза (URSI) и Международного Института электроинженеров (IEEE) регулярно проводятся конференции и симпозиумы по ЭМС, в которых весьма активно работают секции по ЭМС в электроэнергетике и транспорте, воздействию ЭМ полей на кабельные системы и биологические объекты и т.п. Из этого следует, что для решения данных проблем является актуальным создание нового специализированного средства измерения ЭМ полей, которое будет удовлетворять всем требованиям с точки зрения комплексного изучения пространственно-временной структуры излучаемых электрооборудованием и элементами ЭЭС ЭМ полей.
Объектом исследования являются ЭМ поля, генерируемые электрооборудованием энергонасыщенных предприятий, электроэнергетическими системами и их элементами.
Предметом исследования является ЭМС и безопасность персонала (особенно на энергонасыщенных предприятиях и в энергосистемах) как на этапе проектирования систем электроснабжения и объектов ЭЭС, так и на этапе их эксплуатации.
Целью работы является разработка и создание мобильного экспериментального комплекса для исследования ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот.
Задачи исследования:
-
Разработка архитектуры и комплектация аппаратной части комплекса.
-
Разработка системного и прикладного программного обеспечения для управления экспериментом, обработки данных и визуализации результатов в режиме реального времени.
-
Разработка интерфейсов и согласование элементов аппаратной и программной составляющих комплекса.
4. Тестовые измерения ЭМ полей в лабораторных условиях и на реальных объектах электроэнергетики и промышленности.
Методы исследования. При выполнении работы использовались экспериментальные методы изучения ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот. Экспериментальные тестовые измерения проведены на оригинальной установке (мобильный экспериментальный комплекс), содержащей в себе современную электронную аппаратуру.
Научная новизна заключается в следующем:
-
-
В процессе работы над литературой по теме диссертации впервые была проведена классификация существующих на данный момент времени средств измерения ЭМ полей по целому ряду признаков - диапазон частот, тип применяемых антенн, количество независимых каналов, возможность автоматической записи временных реализаций сигнала, корреляционно-спектральной обработки регистрируемой информации и визуализации характеристик поля в режиме реального времени, возможность управления экспериментом в ходе его выполнения.
-
Разработана алгоритмическая структура системы анализа данных в экспериментальных исследованиях пространственно-временных характеристик ЭМ полей, и создан программный модуль управления экспериментом по регистрации ЭМ полей, обработки и анализа полученных данных с возможностью графической визуализации результатов эксперимента в реальном масштабе времени.
-
Разработан и создан мобильный комплекс для измерения ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием энергетики и промышленности в диапазоне частот 5 кГц - 2600 МГц, не имеющий, как показали результаты проведенного анализа литературных источников, аналогов как в России, так и за рубежом, с помощью которого можно проводить измерения, обработку и графическую визуализацию результатов в задачах исследования пространственно-временной структуры ЭМ полей, т.е. осуществлять комплексный мониторинг ЭМ обстановки на предприятиях энергетики и промышленности.
-
Разработана методика проведения экспериментальных измерений ЭМ полей с помощью мобильного экспериментального комплекса.
Практическая значимость. Созданный мобильный экспериментальный комплекс позволяет регистрировать ЭМ поля, генерируемые электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот, и проводить изучение пространственно-временных и корреляционно-спектральных характеристик ЭМ полей, что было невозможно с использованием существующих на данное время средств измерений, используемых в энергетике и промышленности. Комплекс предназначен для решения проблем ЭМС и безопасности персонала (особенно на энергонасыщенных предприятиях и в энергосистемах) как на этапе проектирования систем электроснабжения и объектов ЭЭС, так и на этапе их эксплуатации.
На защиту выносятся следующие положения:
-
-
-
Архитектура и структурная схема аппаратной части мобильного экспериментального комплекса.
-
Программный комплекс управления экспериментом, обработки и визуализации экспериментальных данных в реальном времени.
-
Методика организации и проведения экспериментов по исследованию ЭМ полей, генерируемых электрооборудованием и элементами ЭЭС в широком диапазоне частот, направленных на изучение пространственно-временной структуры и корреляционно-спектральных характеристик ЭМ полей, с помощью разработанного комплекса.
-
Результаты тестовых измерений ЭМ полей в лабораторных условиях и на реальных объектах энергетики и промышленности.
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов диссертационной работы обеспечивается совпадением полученных в работе результатов с результатами известных теоретических и численно-модельных исследований других авторов, а также совпадением результатов по выявленным в различных частотных диапазонах характеристик излучений с известными из литературы данными по диапазонам и уровням излучений установленного на обследовавшихся объектах оборудования. Достоверность также подтверждается использованием корректных, апробированных математических методов и оценок, использованных при создании программного модуля управления экспериментом, обработке и анализе регистрируемых данных.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2007); XIV Международной научно- технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2008); V Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010); XXIII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (Йошкар-Ола, 2011); VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию Приборостроительного факультета ИжГТУ «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2011); XV Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков (Санкт-Петербург, 2011); XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2012); VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 60-летию ИжГТУ «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2012).
Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта У.М.Н.И.К., государственный контракт № 7678 р /11209 от 31 марта 2010 года.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были внедрены при выполнении мониторинговых исследований ЭМ обстановки на предприятиях: ОАО «ПО «Завод имени Серго» (г. Зеленодольск), ОАО «Сетевая компания» (г. Казань), что подтверждено актами внедрения.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 16 научных публикациях, включая 3 статьи в ведущих научных изданиях, входящих в перечень ВАК, 9 материалов докладов международных конференций, 4 материала докладов всероссийских конференций.
Личный вклад автора работы. Результаты, представленные в диссертации и публикациях, получены при непосредственном участии автора работы. Автор принимал участие в разработке прикладного программного обеспечения для управления экспериментом, обработки данных и визуализации результатов; разработке интерфейсов и согласовании функционирования аппаратной и программной частей комплекса; разработке методики, организации и проведении экспериментов; выполнении тестовых измерений ЭМ поля в лаборатории и на реальных объектах; обработке и анализе экспериментальных данных; написании статей и представлении докладов на конференциях. Системное программное обеспечение мобильного экспериментального комплекса разработано непосредственно автором.
Соответствие диссертации научной специальности.
Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют п. 3 «Разработка, внедрение и испытание приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами», п. 6. «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 169 страниц машинописного текста, 72 рисунка, 13 таблиц, 155 наименований использованной литературы и 25 наименований работ автора, опубликованных по теме диссертации.
Похожие диссертации на Мобильный экспериментальный комплекс для исследования электромагнитных полей, генерируемых электрооборудованием и элементами электроэнергетических систем
-
-
-
