МОДЕЛИРОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

В работе отмечается, что развитие промышленности будет осуществляться в рамках государственной программы, согласно которой предусматривается развитие промышленных предприятий, в том числе предприятий металлургического цикла. Такие предприятия  представляют собой комплексные хозяйства и объединения различного масштаба, продукция которых имеет важное стратегическое значение. Для надежного функционирования металлургических предприятий требуется адекватная система электроснабжения, обладающая  высокой энергоэффективностью и минимально возможной энергоемкостью. Большинство приемников металлургических производств  относятся к первой категории надежности электроснабжения, что предъявляет высокие требования к их системам электроснабжения. Рассмотрены системы электроснабжения металлургических предприятий. Показано, что на систему электроснабжения могут воздействовать  различные негативные факторы, в том числе коммутационные перенапряжения. Такие перенапряжения могут иметь высокочастотный  характер и возникают при срабатывании вакуумных выключателей. Их появление обусловлено механизмом гашения дуги в вакууме (повторные зажигания дуги, срез тока, эскалация напряжения). Перенапряжения снижают уровень надежности систем электроснабжения,  что может привести к длительному отключению ответственных потребителей. Наиболее уязвимыми к перенапряжениям элементами систем электроснабжения являются электродвигатели, изоляция которых обладает наименьшим запасом электрической прочности. Типовые  средства защиты (разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений, искровые промежутки) малоэффективны для ограничения перенапряжений, имеющих высокочастотный характер. Для ограничения перенапряжений подобного рода все большее применение находят  защитные RC-цепочки. Однако их применение должно сопровождаться достаточно точным моделированием, так как неправильный выбор  их параметров может привести в некоторых случаях даже к ухудшению процесса коммутации. Все это обуславливает важность задачи  выбора оптимальных параметров защитных RC-цепочек и схем их соединения. Выявлена типовая схема электропитания и проведено  моделирование коммутационных перенапряжений, возникающих в подобной схеме. Для построения модели фрагмента системы электроснабжения применялся пакет Mathlab. При создании модели использовались как уже известные положения, так и впервые предложенные  авторами, что обеспечило модели большую точность. Полученные результаты представлены в виде осциллограмм и осуществлено сравнение экспериментальных и расчетных данных. Относительная погрешность результатов составила менее 5 %. Даны рекомендации по  построению рациональных систем электроснабжения металлургических предприятий, позволяющие снизить негативные возмущения,  действующие на такие системы.

 металлургические предприятия,  система электроснабжения,  моделирование,  коммутационные перенапряжения,  асинхронный  электродвигатель,  вакуумный выключатель,  RC-цепочки

1. Российская Федерация. Правительство. Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» [Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 328] // Собрание законодательства РФ. 05.05.2014. № 18 (часть IV). Ст. 2173.

2. Леушина Л.И., Кошелев О.С., Леушин И.О. Повышение энергоэффективности стального литья по выплавляемым моделям // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 5. С. 3 – 6.

3. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1980. – 456 с.

4. Шпиганович А.Н., Захаров К.Д.. Внутризаводское электроснабжение и режимы: Учебник. – Липецк: ЛГТУ, 2007. – 742 с.

5. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А. Безотказность систем. – Липецк: ЛГТУ, 2016. – 344 с.

6. Российская Федерация. Правительство. Об утверждении энергетической стратегии России на период до 2030 года [Распоряжение Правительства РФ от 13.11.2009 № 1715-р] // Собрание законодательства РФ. 30.11.2009. № 48. Ст. 5836.

7. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина, Л.Е. Федорова, М.Г. Зименкова, А.Г. Смирнова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

8. Шпиганович А.Н., Гамазин С.И., Калинин В.Ф. Электроснабжение: Учеб. пособие. – Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, – Липецк: ЛГТУ, 2005. – 90 с.

9. Зацепин Е.П. Несимметричные режимы систем электроснабжения электросталеплавильных производств // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2012. № 1. С. 18 – 22.

10. Зацепина В.И., Зацепин Е.П., Шпиганович А.А. Минимизация провалов напряжения при совместной работе группы дуговых сталеплавильных печей // Промышленная энергетика. 2009. № 1. С. 22 – 24.

11. Зацепина В.И., Зацепин Е.П. Статистический анализ искажений напряжения в системах передачи, распределения и потребления электрической энергии // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2011. № 3. С. 24 – 28.

12. Zatsepin E.P., Galkin A.V . Electromagnetic-field distribution in a refined-slag layer in ladle–furnace units // Steel in Translation. 2015. No. 7. P. 473 – 477.

13. Федоров О.В., Немцев А.Г. Влияние электротехнических комплексов с несинусоидальной характеристикой на систему электроснабжения // Вестник Чувашского университета. 2012. № 3. С. 166 – 174.

14. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учеб. пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. – 480 с.

15. Правила устройства электроустановок: утверждено Министерством энергетики РФ 08.07.02: ввод в действие с 01.01.03. – 7-е изд. – СПб.: ДЕАН, 2008. – 703 с.

16. Маньков В.Д. Основы проектирования систем электроснабжения: Справочное пособие. – СПб.: НОУ ДПО «УМИТЦ «Электросервис», 2010. – 664 с.

17. Евдокунин Г.А., Тилер Г. Вакуумная коммутационная техника для сетей среднего напряжения (технические преимущества и эксплуатационные характеристики). – СПб.: Изд-во Сизова М.П., 2002. – 148 с.

18. Качесов В.Е., Шевченко С.С., Борисов С.А. Перенапряжения при коммутации вакуумными выключателями двигательной нагрузки и их мониторинг // Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6 – 35 кВ: Тр. III Всероссийской науч.-технич. конф. – Новосибирск, 2004. С. 90 – 96.

19. Иванов А.В., Дегтярев И.Л. Теоретическое и экспериментальное исследование электрофизических процессов и характеристик вакуумной дугогасительной камеры при коммутации электродвигателей // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2007. № 1. Режим доступа: http://ogbus.ru/authors/IvanovAV/IvanovAV_1.pdf.

20. Захаров К.Д., Пушница К.А. Комбинированный трехфазный резистивно-емкостной ограничитель перенапряжений // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2009. № 3. С. 29 – 33.