Вплив вищих гармонік напруги на вибір та експлуатацію обмежувачів перенапруг для захисту систем електропостачання

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спецiальністю 05.09.03 - електротехнiчнi комплекси та системи. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут". Харків 2015 р. Дисертація присвячена актуальній науково-технічній проблемі визначення пливу вищих гармонік напруги на вибір та експлуатацію обмежувачів перенапруг для захисту електротехнічних комплексів та систем, що має важливе значення та забезпечує підвищення ефективності та надійності функціонування систем електропостачання. В рамках даного напряму отримані наступні результати. Виконано аналіз існуючих вимог до вибору та експлуатації перенапруг нелінійних (ОПН) в системах електропостачання різних класів напруги; Проведено експериментальні дослідження електрофізичних характеристик варисторів та ОПН в зібраному стані провідних світових виробників при різних частотах прикладеної напруги та вольт амперних характеристик варисторів і ОПН в зібраному стані в зоні струмів витоку. Удосконалено математичну модель для вибору енергетичних характеристик ОПН при низькій якості електричної енергії в системі електропостачання на базі схем заміщення ОПН в зоні струмів витоку їх вольт-амперної характеристики (ВАХ). Запропановано метод визначення втрат активної потужності в ОПН на базі отриманих ВАХ в зоні струмів витоку, та проведено аналіз впливу несинусоїдальності напруги на величину енергії, що діє на ОПН, а також визначено вплив на нормальну роботу ОПН перенапруг грозового і комутаційного імпульсів струму та підвищеної напруги промислової частоти. Розроблено методи визначення ВАХ ОПН в зоні струмі витоку на основі отриманих експериментальних ВАХ ОПН, які базуються на нейронних мережах та апроксимацією ВАХ двома кривими першого порядку. Удосконалено математичну модель теплових режимів ОПН при низькій якості електричної енергії в системі електропостачання та виконані дослідження впливу різних чинників на теплову стабільність ОПН. Експериментально досліджено наявність порушень якості електричної енергії в системах електропостачання різних видів промисловості України. Удосконалено методи вибору ОПН в системах електропостачання різних номінальних напруг з низькою якістю електричної енергії. Сформульовані основні засади застосування та експлуатації ОПН при впливі вищіх гармонік напруги. Обгрунтовано використання тепловізорів та пірометрів для експлуатаційного контролю стану ОПН.

The thesis for the degree of doctor of technical sciences, specialty 05.09.03 - Electrotechnical complexes and systems. - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". Kharkov 2015. Dissertation is devoted to actual scientific and technical problem of determining the effect of the higher harmonics of the voltage on the selection and exploitation of surge arresters for protection electricity supply systems is important and enhances the efficiency and reliability of power supply systems. In this area, the following results. The analysis of existing requirements for the selection and exploitation of surge arresters in electricity supply systems of different voltage classes. Experimental studies of electrophysical characteristics of varistors and surge arresters assembled the world's leading manufacturers in the different frequencies of the applied voltage and current voltage characteristics of varistors and surge arresters in an assembled state in the area of leakage current. Іmproved the mathematical model for selecting the energy characteristics of the arrester at a low power quality in the power supply system on the basis of equivalent circuits in the area of the arrester leakage current of the current-voltage characteristics (CVC). Offered the method for determination of active power losses in the arrester on the basis of the obtained current-voltage characteristics in the area of leakage current and the analysis of the impact of non-sinusoidal voltage to the amount of energy exerted on surge arresters, as well as determined the effect of the normal operation of surge arresters Surge lightning and switching current pulses and high frequency voltage. Developed the methods for determining the current-voltage characteristics in the area of the arrester leakage current on the basis of the experimental CVC arresters based on neural networks and approximation CVC two curves of the first order. Іmproved the mathematical model of thermal modes of surge arresters in low power quality in the power supply system and to study the effect of different factors on the thermal stability of the arrester. Experimentally investigated for poor quality of electricity supply systems of various types of industry of Ukraine; An improved method for selecting surge arresters in power supply systems of different rated voltages with low quality electric energy. Іmproved the basic principles for the use and operation of surge arresters under the influence of higher harmonic voltage. Justify the use of thermal imagers and pyrometers for operational monitoring of the arrester.