Электротехника. Рубрика в журнале - Вестник Мурманского государственного технического университета
Анализ результатов многолетнего мониторинга токов в нейтралях автотрансформаторов
Статья научная
Кольский научный центр РАН совместно с Полярным геофизическим институтом проводит работы по исследованию влияния геомагнитных бурь на состояние электрических сетей и трансформаторных подстанций на Кольском полуострове и в Карелии. Создана региональная система мониторинга токов в нейтралях трансформаторов, собравшая значительный массив информации о влиянии геомагнитных возмущений на электрическую сеть протяженностью 800 км. Воздушные линии электропередачи являются гигантскими антеннами, улавливающими из окружающего пространства электромагнитную энергию любой природы. Анализ накопленных за многие годы данных показывает, что в токе заземленной нейтрали присутствуют достоверные отклики на широкий спектр электромагнитных явлений на Земле и в околоземном пространстве: импульсные и квазисинусоидальные пульсации геомагнитного поля, крайне низкочастотные составляющие сигналов искусственного происхождения, разряды молний и внутренние переходные процессы в энергосистеме. Для идентификации явлений используется визуальный метод анализа временных и спектральных характеристик сигналов, который занимает много времени и является достаточно субъективным...
Бесплатно
Анализ условий работы трансформатора напряжения
Статья
В электрических сетях необходим постоянный контроль работы электрооборудования. Для выполнения этой задачи применяются измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения (ТН), от работы которых зависит точность электрических измерений, учета электроэнергии, а также надежность противоаварийной автоматики. Представлены результаты анализа условий формирования намагничивания трансформатора напряжения в режиме с односторонним подключением воздушных линий электропередачи, а также варианты нарушений в сети 110 кВ, которые могут существовать относительно большое время. Необходимо отметить, что рассматриваемая сеть обладает некоторыми особенностями: воздушные линии электропередачи, включенные последовательно, имеют значительную длину и небольшой уровень нагрузки, что может являться условием для возникновения емкостного эффекта линий электропередачи (эффект Ферранти), способного вызвать перенапряжения. Перенапряжения возникают при временных с точки зрения эксплуатации режимах работы, неблагоприятных сочетаниях параметров сети и могут длиться до тех пор, пока не изменится схема и режим сети. Наиболее часто они появляются в несимметричных режимах, при коротких замыканиях на землю и т. д. Рассмотрены несимметричные режимы, вызванные неполнофазными коммутациями и обрывом провода на воздушной линии, а также обрывом провода с последующим отключением силовых трансформаторов, которые могут влиять на уровень напряжения на ТН. Исследована возможность намагничивания ТН при длительном повышении напряжения в симметричных режимах, а именно: проявление эффекта Ферранти с различной нагрузкой на подстанциях вплоть до полного отключения и отключением силовых трансформаторов. Анализ условий работы измерительного трансформатора напряжения выполнен по материалам, предоставленным службами "Колэнерго".
Бесплатно
Влияние перекрытий изоляции линии на формирование грозовых перенапряжений
Статья научная
Представлена модель защиты подстанции от грозовых волн, в которой учтены многократные перекрытия изоляции линии. Показано влияние многократных перекрытий изоляции на опорах линии на формирование грозовых перенапряжений. Выявлена неоднозначность определения опасных параметров тока молнии при фиксированной длине его фронта
Бесплатно
Статья научная
При измерениях и расчетах импульсных характеристик заземлителей часто используют токовый и потенциальный проводники для введения тока в заземлитель и измерения его потенциала соответственно. Результаты таких расчетов и измерений могут зависеть от расположения токового и потенциального проводников вследствие взаимного влияния между ними и проводником заземлителя. Необходимо выяснить, в какой степени расположение контуров влияет на расчеты с заземлителем простой формы. Причем, в отличие от измерений, при расчетах токовый и потенциальный контуры возможно располагать в том числе и вертикально, а также заменять потенциальный контур интегралом электрического поля. Для расчетов был использован метод конечных разностей во временной области. Для того чтобы оценить, в какой степени рассчитанное напряжение на заземлителе (соответственно и его сопротивление) может зависеть от расположения токового и потенциального контуров, были проведены расчеты с различным взаимным расположением контуров. Проведен сравнительный анализ результатов расчетов. Существуют методы расчета, в которых ввод тока в заземлитель и расчет его потенциала могут производиться без токового и потенциального проводников. Одним из таких методов является метод, основанный на телеграфных уравнениях. Для того чтобы определить, какое расположение токового и потенциального контуров при расчетах методом конечных разностей во временной области будет соответствовать расчетам методом, основанным на телеграфных уравнениях, было проведено сравнение результатов расчетов двумя методами. По результатам расчетов можно заключить, что рассчитанные переходные характеристики в различной степени зависят от таких факторов, как расположение токового и потенциального контуров, замена потенциального контура расчетом интеграла электрического поля, параметры грунта. Расположение токового или потенциального контуров над заземлителем резко снижает значение рассчитанного напряжения на заземлителе. При перпендикулярном расположении токового, потенциального и заземленного проводников результаты расчета соответствуют тем, что были получены при помощи метода, основанного на телеграфных уравнениях.
Бесплатно
Влияние частоты на параметры синхронной электрической машины
Статья научная
Ассматриваются ток и момент сопротивления вращению индуктивной синхронной электрической машины при индуктивной нагрузке. Для синхронной машины с индуктивной нагрузкой справедлива теорема 1: амплитуда тока при индуктивной нагрузке синхронной электрической машины не зависит от частоты вращения. Теорему можно доказать с помощью второго закона Кирхгофа и закона электромагнитной индукции применительно к вращающей машине. Также справедлива теорема 2: амплитуда момента сопротивления вращению для синхронной электрической машины с индуктивной нагрузкой не зависит от частоты вращения. Теорема доказывается посредством анализа закона Ампера применительно к вращающей машине. Установлено, что при активной нагрузке амплитуды тока и момента сопротивления вращению линейно зависят от частоты вращения машины, вместе с тем при емкостной нагрузке эти параметры квадратично зависят от частоты вращения. Установлена связь мощности с частотой при различных видах нагрузки машины: для индуктивной нагрузки реактивная электрическая мощность линейно зависит от частоты; для резистивной нагрузки зависимость - квадратичная; в то же время для емкостной нагрузки мощность кубично зависит от частоты...
Бесплатно
Статья научная
Импульсный метод применяется для измерения сопротивления заземляющих устройств опор воздушных линий электропередачи, соединенных грозозащитным тросом. При импульсном воздействии могут использоваться измерительные комплексы, основанные на определении временной зависимости мгновенного сопротивления заземляющего устройства и содержащие генераторы импульсов тока прямоугольной формы. Генератор обеспечивает минимальный фронт импульса и постоянство его амплитуды на интервале измерений. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что применение генераторов на основе индуктивного накопителя энергии обладает рядом преимуществ. Данные генераторы позволяют формировать в контуре с током импульс, форма которого на измерительном интервале практически не зависит от неравномерного распределения волнового сопротивления вдоль линии с током и наличия отраженных волн от ее конца. Генераторы с индуктивным накопителем обладают лучшими энергетическими характеристиками, что способствует успешному проведению измерений сопротивления заземляющих устройств, расположенных в районах с высоким удельным сопротивлением грунта...
Бесплатно
Статья научная
Представлена экспертная система (ЭС), предназначенная для оценки состояния изоляционной системы маслонаполненных трансформаторов. ЭС основана на анализе процессов поляризации и деполяризации, протекающих в объеме изоляционных промежутков энергетического оборудования, позволяет эффективно сформировать заключение о состоянии контролируемого объекта, так как параметры контроля выступают не столько характеристиками материалов, сколько характеристиками процессов старения диэлектрических конструкций. Отличительной особенностью ЭС является возможность получения необходимой информации об эксплуатационных параметрах, определяющих надежность и длительность работы, а также обеспечивающих высокую эффективность обслуживания силового энергетического оборудования
Бесплатно
Использование полупроводниковых лазерных диодов в области низких температур
Статья научная
В работе проведен теоретический анализ и экспериментальное исследование возможности использования серийно выпускаемых полупроводниковых лазерных диодов в области низких температур, вплоть до температуры 50 К. Актуальность данной работы обусловлена необходимостью разработки датчиков для дистанционного измерения низких температур на основе полупроводниковых лазерных излучателей. Для реализации идеи проведен анализ зависимости длины волны, излучаемой полупроводниковым лазерным диодом, от температуры среды. Рассмотрены физические причины, определяющие указанную зависимость. Показано, что температурный коэффициент изменения ширины запрещенной зоны является ключевым фактором, определяющим зависимость длины волны излучения лазера от температуры среды. Выполнен расчет численных значений температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны для исследуемых полупроводниковых лазерных диодов, осуществлено сравнение результатов эксперимента с литературными данными. Экспериментальное определение температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны для диодов некоторых марок показало, что в области температур 130÷150 К происходит резкое возрастание модуля величины анализируемого параметра. Высказано мнение, что требуются дальнейшие исследования в этом направлении, объясняющие возможные причины наблюдаемого эффекта. Для выяснения влияния температуры на характер спектра излучения полупроводникового лазерного диода выполнены измерения спектра излучения при нескольких температурах. Показано, что при определенной температуре полупроводниковый лазерный диод может работать в одномодовом режиме. Отмечено, что значение температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны сохраняется, независимо от режима работы лазера (одномодовый, многомодовый, режим спонтанного излучения). Результаты исследования, представленные в статье, актуальны для анализа работы лазерных излучателей при низких температурах эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Представлены экспериментальные данные, показывающие распределение магнитного поля в рабочей камере гидроциклона по радиусу и высоте. Одним из важнейших параметров магнитных гидроциклонов является распределение магнитного поля по радиусу и высоте рабочей камеры, которое необходимо для расчета сил коагуляции и магнитной силы, действующей на частицу или флокулу. Напряженность магнитного поля рассчитывалась через магнитную индукцию, измеряемую тесламетром через одинаковые промежутки и при различных значениях питающего постоянного тока. Полученные значения напряженности магнитного поля представлены в виде графиков. Данные, показывающие распределение магнитного поля в рабочей камере гидроциклона, аналогичны данным, опубликованным в отечественных и зарубежных научных журналах. Несколько экспериментально снятых точек выпадают из зависимости, что вызвано неидеальностью изготовления аппарата и самой процедуры замера индукции магнитного поля. Построены кривые распределения поля, полученные по зависимостям, найденным ранее; рассчитаны коэффициенты корреляции и доказано, что проанализированные зависимости можно использовать в дальнейших расчетах сил коагуляции и магнитной силы, так как теоретические и экспериментальные данные хорошо согласуются между собой. На большей части высоты гидроциклона поле можно считать постоянным по высоте и радиусу и достаточным для коагуляции магнитных частиц. Рассмотрено изменение поля в магнитной системе, где внешняя часть магнитопровода выполнена не цельной, а в виде вертикальных полос. Показано, что области с минимальным уровнем напряженности поля достаточно, чтобы не только сохранить образовавшиеся флокулы, но и продолжить процесс флокулообразования.
Бесплатно
Исследование свойств лазерных диодов при криогенных температурах
Статья научная
Проведен экспериментальный анализ физических и спектральных характеристик лазерных диодов при естественных и криогенных температурах.
Бесплатно
Исследование частотных характеристик взаимного влияния воздушных линий электропередачи
Статья научная
Исследованы частотные характеристики взаимного влияния многопроводных воздушных линий (ВЛ), длина которых сравнима с длиной волны высших гармоник промышленной частоты. Воздушные линии электропередачи, выведенные в ремонт, подвержены электромагнитному влиянию со стороны соседних ВЛ под напряжением, тяговых сетей электрифицированной железной дороги, а также других протяженных проводников с токами. Наведенные на ВЛ напряжения являются опасными для жизни и здоровья ремонтного персонала. Значения наведенных напряжений могут быть определены либо прямым измерением, либо расчетным путем. В статье представлены результаты экспериментальных исследований на двухцепных ВЛ Кольской энергосистемы. Показано, что спектральный состав наведенного напряжения может быть достаточно насыщенным, причем относительное содержание отдельных гармоник может значительно отличаться от гармонического состава токов и напряжений во влияющей воздушной линии. Амплитуда наведенного высшими гармониками напряжения может быть сравнима с амплитудой напряжения промышленной частоты. Аналогичные результаты были получены при исследовании влияния контактной сети железной дороги переменного тока на смежные воздушные линии электропередачи. В программе ATP-EMTP выполнено численное моделирование, в результате которого получены частотные характеристики, объясняющие результаты экспериментов. Предварительные оценки показывают, что наиболее вероятная причина явления - резонансный характер частотной зависимости взаимного влияния, который определяется соотношениями длины воздушной линии и длин волн высших гармоник. В линиях возникают волновые резонансы токов и напряжений, которые приводят к "усилению" отдельных гармоник наведенного напряжения, попадающих в области максимумов частотной характеристики взаимного влияния.
Бесплатно
Метод защиты электронной аппаратуры от импульсного рентгеновского излучения
Статья
Рентгеновские установки с высокой мгновенной интенсивностью применяются в ходе неразрушающего контроля массивных изделий, при радиационных испытаниях, а также для придания новых свойств различным полимерным материалам. В этих условиях входные каскады измерительных систем, призванных контролировать параметры процессов, подвержены воздействию мощного потока рентгеновского излучения, который порождает лавины вторичных электронов в чувствительной части первичных измерительных преобразователей, что приводит к выходу их из строя или временной неработоспособности из-за тиратронного эффекта в р-n-переходах полупроводниковых электронных устройств. Представлен метод шунтирования цепей питания в реальном масштабе времени, применяемый для защиты входных каскадов электронных устройств, находящихся в зоне ионизации. Шунтирование обеспечивается посредством создания в защитном устройстве высокой проводимости тем же потоком излучения. Рассмотрена возможность разработки защитных устройств на основе полупроводниковых камер со стенками с высокой тормозной способностью. Излучение формирует в стенке камеры высокий уровень потока вторичных электронов, которые пронизывают пластину из полупроводника с высокой подвижностью электронов проводимости. Электроны проводимости образуются в полупроводнике на последних стадиях электронных лавин, вызванных высокоэнергетичными вторичными электронами. Такая возможность подтверждена расчетами защитных свойств конкретной камеры со стенкой из свинца, в которую помещена пластина из арсенида галлия (толщина стенки равна средней длине свободного пробега фотоэлектрона). В этом случае соблюдается условие электронного равновесия, т. е. число вторичных электронов, рожденных в стенке вследствие внутреннего фотоэффекта, будет равно числу электронов, поглощенных стенкой, но при этом поток рентгеновских фотонов заметно не меняется. Выполнение этого условия дает наибольший шунтирующий эффект.
Бесплатно
Метод контроля параметров электрического двигателя на основе анализа пусковых токов
Статья научная
Проведен теоретический и экспериментальный анализ технического состояния электрической машины путем исследования пусковых токов. Показано, что с помощью экспресс-методики испытаний возможно с достаточной степенью точности оценить параметры электрического двигателя.
Бесплатно
Статья
Синхронные машины с постоянными магнитами, частотно-управляемые со стороны статора преобразователями частоты, выполненными на базе силовых транзисторов или полностью управляемых тиристорах, находят широкое применение в качестве двигателей и генераторов. Перспективно их применение и на транспорте, в том числе морском. Современные преобразователи частоты оснащены системой управления, базирующейся на синусоидальной широтно-импульсной модуляции. При формировании напряжения на выходе преобразователя, помимо основной гармоники, в составе напряжения находятся высшие гармонические составляющие, которые безусловно влияют на режимные параметры генератора (электромагнитный момент, мощность, токи). Для определения этого влияния разработана методика моделирования и исследования высших гармоник напряжения в системе "электрическая сеть – преобразователь частоты – синхронная машина с постоянными магнитами". Предложенная форма записи уравнений частотно-управляемой синхронной машины с постоянными магнитами позволяет относительно просто воспроизводить гармонический состав напряжения на выходе преобразователя частоты, оснащенного системой управления, выполненной на базе синусоидальной широтно-импульсной модуляции. Разработанная методика может быть применена для преобразователей с любым числом и составом гармонических составляющих напряжения, питающих статорную обмотку синхронной машины с постоянными магнитами. На конкретном примере продемонстрирована эффективность методики исследования влияния высших гармоник на режимные параметры машины. При этом исследование проводилось с учетом формы кривой напряжения, питающего обмотки синхронной машины, содержащей помимо основной гармоники 8-ю, 10, 11, 13, 14 и 16-ю гармонические составляющие, а мощность самой синхронной машины была равна 1 500 кВт.
Бесплатно
Статья научная
Проведено экспериментальное и расчетное исследование наведенного напряжения на отключенной воздушной линии электропередачи, вызванной влиянием контактной сети железной дороги переменного тока. Методом теоретического исследования при выполнении расчетов наведенного напряжения являлось математическое моделирование. В качестве инструмента моделирования применялся программный комплекс ATP-EMTP, который позволяет моделировать линии электропередачи и тяговые сети железных дорог на основе их физических параметров с учетом изменения геометрии взаимного расположения и производить расчеты при различных режимах заземления ремонтируемой линии. Исходными данными для расчетов являлись измеренные значения токов и напряжений тяговой сети. Экспериментальное исследование значений наведенного напряжения и токов в тяговой сети проводилось на отключенной воздушной линии электропередачи и на проходящем вблизи однопутном участке железной дороги переменного тока. Для расчетного исследования наведенного напряжения были построены модели сближения исследуемых объектов в двух вариантах: когда на влияющем участке железной дороги находятся один и два электроподвижных состава. Сравнение результатов расчетного и экспериментального исследований наведенного напряжения на линии в большинстве рассмотренных случаев показало незначительные проценты относительной погрешности расчетных значений (4-7 %). Таким образом, результаты выполненного исследования позволяют рекомендовать программный комплекс ATP-EMTP для оценки уровня наведенного напряжения на отключенных воздушных линиях электропередачи, имеющих участки сближения с электрифицированными железными дорогами, с возможностью задания максимальных рабочих токов во влияющей контактной сети.
Бесплатно
Моделирование элементов энергетических систем при транспортировании тепловой энергии
Статья научная
Теплоснабжение промышленных предприятий и объектов жилого сектора является в последние годы экономической и технической проблемой. Следует учитывать, что эффективность работы теплогенерирующего оборудования зависит не только от его технического совершенства, вида топлива, но и работы распределяющей сети, учитывающей тепловые, гидравлические потери, характеристик и режимов использования объектов теплоснабжения - зданий и технологических процессов. Возможность отпуска из системы теплоснабжения максимального расхода теплоты с учетом несовпадения максимумов и видов потребляемого ресурса у отдельных потребителей должна обеспечиваться правильным выбором набора оборудования источников энергии, а также пропускной способностью транспортных систем и возможностью ее регулирования. Крайне важно настраивать систему на эффективную работу не только на расчетном режиме (обычно на режиме максимальной нагрузки), но и всем диапазоне нагрузок, ибо расчетный режим во времени зачастую занимает относительно небольшую часть эксплуатационного времени. Таким образом, эффективность работы систем теплоснабжения во многом определяется используемым методом ее регулирования, включающим возможности регулирования работы основных агрегатов и элементов системы. В статье определены управляющие факторы, влияющие на эффективность работы системы. Представлены математические модели элементов системы, позволяющие регулировать количество отпущенной потребителям тепловой энергии в функции от режима работы системы. Отдельно рассмотрена и реализована математическая модель системы управления работой приводов электрических машин, используемых в системе.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен алгоритм оценки инжиниринговых решений на стадии проектирования по показателю относительной энергоемкости с помощью метода конечных отношений (МКО). Приведены описание и схема потребительской энергетической системы, выступающей в роли базового объекта при анализе эффективности использования энергии с целью производства продукции. Выявлены основные особенности использования метода конечных отношений на этапе проектирования. На основании энергетической оценки доказана целесообразность использования интегрального подхода к проектированию для повышения эффективности использования энергии на предприятиях АПК
Бесплатно
Особенности излучения лазерных диодов в различных температурных интервалах
Статья
В литературе практически отсутствуют сведения об изменении характеристик спектра излучения промышленных полупроводниковых лазерных диодов в широком интервале температур, в том числе при криогенных температурах. Тем не менее данная информация является определяющей при выборе конкретных лазерных диодов для промышленных устройств. Проведено экспериментальное исследование особенностей спектров излучения лазерных полупроводниковых диодов, изготовленных на основе твердого четверного раствора AlGaInP в области температур 50–300 К. Спектр излучения исследовался при помощи монохроматора МДР-23 с установленным CCD-детектором. Исследование показало, что температура эксплуатации лазерного диода определяет характер спектра излучения, в частности происходит преобладание вынужденного или индуцированного излучения, в том числе изменяется диапазон длин волн излучения. Полагается, что в диапазоне температур от 50 до 300 К в объеме материала лазерного диода реализуются процессы, в результате которых изменяется значение ширины запрещенной зоны, уменьшающейся примерно на 4,2–4,5 % от величины, соответствующей температуре 50 К. Расчет значения температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны β показал, что в температурном интервале от 50 до 300 К значение β изменяется по абсолютной величине в 2–3 раза. В работе предложен новый экспериментальный метод определения энергий ионизации экситонных уровней, который имеет практическое применение для контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов, применяемых при изготовлении промышленных полупроводниковых лазеров. Достоинством предложенного метода является возможность получить качественную и количественную информацию об экситонном спектре материала лазерного диода непосредственно в области p–n перехода, в которой формируется лазерное излучение.
Бесплатно
Статья научная
Оценка погрешностей метода конечных разностей во временной области при моделировании протяженных проводников, разделенных одной ячейкой расчетной сетки
Бесплатно
Программное обеспечение для расчета волновых процессов в заземлителях и заземленных объектах
Статья научная
В статье описано программное обеспечение, предназначенное для расчета процессов, связанных с распространением электромагнитного поля в объектах электрических сетей (опоры линий электропередачи и их заземлители, заземлители подстанций). При помощи данного программного обеспечения выполнена проверка метода моделирования произвольно ориентированных проводников, предложенного в работе Guiffaut et al. (2012) для случая с проводящей средой.
Бесплатно
