CC BY
30
9. Reliability as a factor of the designed system / A.P. Ivanova, L.V. Mezhueva, T.I. Piskaryova et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2016; 60(4): 77-79.
10. Determination of the space of variable states of physical systems with lumped components / Piskareva T.I., Ivanova A.P., Mezhueva L.V., Deligirova V.V. Certificate
of registration of the computer program RU 2014612310. Application No. 2013660130 dated 06.11.2013.
11. Decomposition approach to the reliability of a technical system / A.P. Ivanova, L.V Mezhueva, T.I. Piskareva et al. Vestnik of the Orenburg State University. 2011; 129(10): 280-283.
Анастасия Петровна Иванова, доктор технических наук, профессор, ivaanastassia27@mail.ru Марина Анатольевна Васильева, кандидат технических наук, zmarvas@mail.ru Виктория Викторовна Делигирова (Гунько), кандидат технических наук, gunko.82@list.ru
Anastasia P. Ivanova, Doctor of Technical Sciences, Professor, ivaanastassia27@mail.ru Marina A. Vasilyeva, Candidate of Technical Sciences, zmarvas@mail.ru Victoria V. Deligirova (Gunko), Candidate of Technical Sciences, gunko.82@list.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article.The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 27.03.2022; одобрена после рецензирования 18.04.2022; принята к публикации 11.05.2022.
The article was submitted 27.03.2021; approved after reviewing 18.04.2022; accepted for publication 11.05.2022. -♦-
Научная статья УДК 658.26
Диагностика технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением
Иван Викторович Савчук1, Андрей Сергеевич Важин2, Ильяр Бикмухаметович Уразалиев3
1 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
2 Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы - Южное предприятие магистральных электрических сетей, Тюмень, Россия
3 АО «Россети Тюмень» Сургутские электрические сети, Сургут, Россия
Аннотация. Конденсаторы связи и делительные конденсаторы воздушных выключателей состоят из фарфоровой покрышки, внутри которой располагаются 3 соединённых параллельно пакета, в каждом по 90 секций рулонного типа, соединённых последовательно. Секции в пакетах между металлическими плитами стянуты с помощью изоляционных планок. Конденсаторы связи являются надёжными электротехническими аппаратами. Единичные случаи их браковки связаны с окислением масла (в этом случае увеличивается tgS конденсатора), с повреждением при обрыве проводника, связывающего фланец с пакетами, с частичным пробоем секции пакета (можно определить по локальному нагреву на фарфоровой покрышке), а также при полном пробое одной или нескольких секций пакета. Последнее приведёт к увеличению ёмкости пакета и протекающему по нему току 1 с. При таком виде дефекта нагрев на поверхности покрышки будет наблюдаться по всей высоте конденсатора и усиливаться в зоне расположения дефектного пакета.
Ключевые слова: конденсатор связи, диагностика, мониторинг, рабочее напряжение, ёмкость, надёжность, контроль.
Для цитирования: Савчук И.В., Важин А.С., Уразалиев И.Б. Диагностика технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 200 -204.
Original article
Diagnostics of technical condition of communication capacitors under operating voltage
Ivan V. Savchuk1, Andrey S. Vazhin2, Ilyar B. Urazaliev3
1 Northern Trans-Ural State Agricultural University, Tyumen, Russia
2 Federal Grid Company of the Unified Energy System - Southern Branch of Trunk Power Grids, Tyumen, Russia
3 Tyumenenergo - Surgut Electric Networks, Surgut, Russia
Abstract. The coupling and dividing capacitors of overhead circuit breakers consist of a porcelain cover, inside which there are three, connected in parallel, packages, each with 90 sections of roll type, connected in series. The sections in the packages are tightened between the metal plates by means of insulating strips. Coupling capacitors are very reliable electrical apparatus. Single cases of their rejection are associated with oxidation of oil (in this case the tanS of the capacitor increases), with damage at breakage of the conductor linking the
flange with the packages, with partial breakdown of a package section (can be determined by local heating on the porcelain cover), and with complete breakdown of one or more package sections. The latter will result in an increase in the package capacitance and 1s current flowing through it. With this type of defect, heating on the surface of the tire will be observed throughout the height of the capacitor and intensified in the area where the defective package is located.
Keywords: coupling capacitor, diagnostics, monitoring, operating voltage, capacity, reliability, control.
For citation: Savchuk I.V., Vazhin A.S., Urazaliev I.B. Diagnostics of technical condition of communication capacitors under operating voltage. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 95(3): 200-204. (In Russ.).
Цель диагностики технического состояния конденсаторов связи включает определение значения ёмкости конденсатора связи перед вводом в работу, измерение значения ёмкостного тока, протекающего через конденсатор связи под рабочим напряжением, и рабочего напряжения сети в режиме реального времени.
Задачи диагностики технического состояния конденсаторов связи:
- определить величины ёмкости конденсатора связи по измеренным значениям тока и напряжения;
- сравнить полученную величину ёмкости со значением ёмкости конденсатора связи.
Конденсаторы связи и отбора мощности применяются на подстанциях в измерительных устройствах, в специальных устройствах отбора мощности от линий электропередач, а также для образования высокочастотных (ВЧ) каналов защит, телемеханики и телефонной связи по схеме провод линии электропередач - земля [1, 2].
В основу использования линий высокого напряжения для одновременной передачи электрической энергии и высокочастотных сигналов положено свойство конденсаторов изменять сопротивление в зависимости от частоты проходящего через них тока. Таким образом, конденсатор запирает токи низких частот, но не препятствует прохождению токов высоких частот, т.е. назначение их состоит в том, чтобы предотвращать уход токов высокой частоты в землю, минуя аппаратуру поста высокочастотной связи [3].
В настоящее время в эксплуатации используется большое количество конденсаторов связи, являющихся одними из ответственных элементом энергосистемы, от надёжности работы которых зависит надёжность работы сетей [4, 5].
Надёжность конденсатора - это его свойство выполнять заданные функции в заданных условиях эксплуатации в течение требуемого промежутка времени, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах. Силовые конденсаторы относятся к неремонтируемым изделиям. Прекращение конденсатором выполнения своих функций вследствие возникновения в нём дефектов (пробой и т.д.) или изменение его параметров сверх допустимых значений, при котором происходит нарушение нормальной работы устройства, в котором он установлен, называется его отказом [6, 7].
За последние годы участились случаи разрушения конденсаторов, вызванные внутренними дефектами, что приводит к серьёзным последствиям, таким, как отключение потребителей, повреждение оборудования. Такая ситуация представляет угрозу персоналу при выполнении работ на территории подстанции [6, 7].
На данный момент основным методом контроля состояния является измерение ёмкости и tg5 (для измерения которых необходим вывод оборудования из работы), или измерения ёмкостного тока под рабочим напряжением [2].
Измерение ёмкостного тока и сравнение его значений с исходными данными могут быть недостаточно информативными для оценки технического состояния конденсатора, так как значение тока, протекающего через конденсатор, зависит от уровня напряжения, приложенного к конденсатору, которое может изменяться в зависимости от режима работы сети. Сравнение измеренных значений тока со значениями, полученными для конденсаторов других фаз (присоединений), также может быть недостаточно информативным для оценки его состояния, так как:
1) не указаны возможно допустимые отличия измеренных токов сравниваемых конденсаторов других фаз (присоединений);
2) конденсаторы имеют различные значения заводской ёмкости, что влияет на значение токов, протекающих в них;
3) при наличии дефекта в нескольких конденсаторах отсутствует возможность объективной оценки состояния;
4) отсутствует возможность сравнения при установке одного конденсатора на подстанции [1, 2].
Материал и методы. Для решения поставленных задач реализуем процесс диагностики, заключающийся в определении значения ёмкости конденсатора связи перед вводом в работу, измерении значения ёмкостного тока, протекающего через конденсатор связи под рабочим напряжением, и рабочего напряжения сети в режиме реального времени, расчёт величины ёмкости конденсатора связи по измеренным значениям тока и напряжения, сравнение полученной величины ёмкости со значением ёмкости конденсатора связи, определённым перед вводом в работу, осуществление диагностики и мониторинга технического состояния объекта, при этом значение ёмкости рассчитывают и сравнивают
постоянно в режиме реального времени так, что в процессе измерения высокочастотный канал связи находится в работе [2].
Процесс полностью автоматизирован, в случае же отсутствия на подстанции каналов связи диагностика конденсатора связи может выполняться вручную с заданной на предприятии периодичностью.
Результаты и обсуждение. При автоматизированном процессе диагностики и мониторинга конденсаторов связи информация об их техническом состоянии передаётся на верхний уровень (оператору сети) в режиме реального времени. Также существует возможность хранения, передачи информации о параметрах технических характеристик состояния конденсатора связи.
Данный способ позволяет оператору сети получать достоверную информацию о возникновении дефектов в конденсаторе на начальной стадии развития в режиме реального времени и о текущем его состоянии. Это позволит избежать аварийных ситуаций в энергосистеме, в том числе и на объектах, удалённых на значительное расстояние.
Для измерения значения тока, протекающего через конденсатор, находящийся под рабочим напряжением, предлагается использовать в качестве одного из элементов системы диагностики и мониторинга шкаф отбора напряжения типа ШОН (серийного производства) (рис. 1), который предназначен для применения в схемах отбора конденсатора с использованием измеренных данных тока и напряжения, отображённых на дисплее многофункционального измерительного преобразователя, для дальнейшего ручного перерасчёта параметров ёмкости (рис. 2) [2].
Шкаф отбора напряжения включает в себя испытательный трансформатор напряжением 110 кВ и мощностью 20 кВА 1, конденсатор связи 2, проходной изолятор 3, конденсатор 30 пФ 4, дроссель 110 мГн 5, газразрядник 6, заземляющий нож 7, трансформаторы тока 8, фильтр присоединения 9. От испытательного трансформатора 1 на конденсатор связи 2 подаётся переменное фазное напряжение промышленной частоты 50 Гц, равное 60/65 кВ, после чего производится измерение тока проводимости I, проходящего через конденсатор связи 2 во
Рис. 1 - Принципиальная схема шкафа отбора напряжения
Рис. 2 - Шкаф электротехнический
вторичной обмотке I2 трансформатора тока 5, и напряжения (U) во вторичной обмотке испытательного трансформатора 1 [2].
Шкаф электротехнический включает в себя контроллер коммуникационный Синком-IP (DIN) 1, многофункциональный измерительный преобразователь SATEC PM130 Plus 3, блок питания ~220В/=24В DRAN30-24 2, измерительные клеммы токовых цепей 4, измерительные клеммы цепей напряжения 5, порт интерфейса RS-485 6, проходные клеммы электропитания 7. Для организации приёма передачи данных используется контроллер коммуникационный 1, электропитание которого осуществляется от блока питания 15 ~220В/=24В (U/U1) [2].
Цепи тока и напряжения многофункционального измерительного преобразователя подключены через измерительные клеммы 4, 5. Электропитание ~220 В (U) шкафа электротехнического подключено через проходные клеммы 7.
Опрос многофункционального измерительного преобразователя 3 организован по интерфейсу RS-485 19 через программное обеспечение в протоколе Modbus.
Измеренные значения величины тока и напряжения отображаются на встроенном выносном дисплее многофункционального измерительного преобразователя, с учётом введённых коэффициентов трансформации. Указанная информация из многофункционального измерительного преобразователя через цифровой порт по стандартным протоколам передачи данных передаётся через коммуникационный контроллер по организованным каналам связи на верхний уровень (сервер оператора сети). На сервере установленным специализированным программным обеспечением производится получение, обработка и выдача
информации в клиентской части программного технического комплекса [1, 2]. В обработку данных входят: ■ расчёт ёмкости конденсатора по измеренным значениям тока и напряжения в режиме реального времени по формуле:
и„ -ю-Скс (1)
= -
V3
где ил - междуфазное (линейное) напряжение
сети, кВ;
ю - угловая частота;
Скс - ёмкость конденсатора связи, пФ;
■ сравнение расчётной величины ёмкости в режиме реального времени со значением ёмкости конденсатора связи, определённым перед вводом в работу. При отклонении значения ёмкости более чем на 2 % (задаётся предприятием в зависимости от типа используемого конденсатора) у оператора сети на рабочем столе появляется сигнал о неисправности конденсатора на конкретном объекте с указанием присоединения и фазы [1, 2].
Выводы
1. Разработанный способ диагностики и мониторинга технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением позволяет:
а) осуществлять постоянный контроль технического состояния конденсаторов в режиме реального времени и выявлять дефекты на начальной стадии их развития;
б) исключить зависимость контролируемых параметров (изменение ёмкости) от приложенного напряжения к конденсатору;
в) своевременно принимать меры для исключения аварийных ситуаций, которые могут возникнуть при повреждении конденсатора;
г) исключить потенциальную опасность для обслуживающего персонала, вследствие разрушения конденсатора;
д) исключить необходимость вывода оборудования для проведения диагностики.
2. Величины ёмкости конденсатора связи по измеренным значениям тока и напряжения отображаются на дисплее многофункционального измерительного преобразователя с учётом введённых коэффициентов трансформации.
3. При данном способе мониторинга и диагностики конденсаторов связи у оператора сети на рабочем столе появляется сигнал о неисправности конденсатора на конкретном объекте с указанием присоединения и фазы.
Список источников
1. Кучинский Г.С., Назаров Н.И. Силовые электрические конденсаторы. М.: Энергоатомиздат, 1992. 134 с.
2. Пат. на изобретение RU 2680160 С2. Способ диагностики и мониторинга технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением / Уразалиев И.Б., Буткевич В.Ф., Фирсов Д.М. Заявл. 29.03.2017; № 2017110417; опубл. 18.02.2019.
3. Щинников И.А., Савчук И.В. Функциональная надёжность микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики // Способы, модели и алгоритмы модернизации науки в современных условиях: сб. ст. Междунар. науч.-практич. конф. Омск, 2020. С. 23 - 26.
4. Анкушев А.В., Жеребцов Б.В., Кизуров А.С. Переход от нежелательных подстанций к цифровым подстанциям с помощью протокола МЭК // Современные научно-практические решения в АПК: сб. стат. II всерос. (национал.) науч.-практич. конф. Тюмень, 2018. С. 285 - 289.
5. Ивакина Е.А., Басуматорова Е.А., Егоров С.В. Современные источники света // Безопасность в электроэнергетике и электротехнике: матер. всерос. студенч. науч. конф., посвящ. 90-летию УГПИ-УдГУ. Ижевск, 2021. С. 11 - 15.
6. Алексеев Б.А., Коган Ф.Л., Мамиконянец Л.Г. Объём и нормы испытаний электрооборудования. М.: ЭНАС, 2008. 322 с.
7. Гулевич А.И., Киреев А.П. Производство силовых конденсаторов. М.: ЭНАС, 2008. 245 с.
References
1. Kuchinsky G.S., Nazarov N.I. Power electrical capacitors. M.: Energoatomizdat, 1992. 134 p.
2. Patent for the invention RU 2680160 C2. Method for diagnosing and monitoring the technical condition of coupling capacitors under operating voltage / Urazaliev I.B., Butkevich V.F., Firsov D.M. Appl. 03/29/2017; No. 2017110417; publ. 18.02.2019.
3. Shchinnikov I.A., Savchuk I.V. Functional reliability of microprocessor devices of relay protection and automation // Methods, models and algorithms for modernizing science in modern conditions: Sat. Art. International scientific-practical. conf. Omsk, 2020. S. 23-26.
4. Ankushev A.V., Zherebtsov B.V., Kizurov A.S. Transition from unwanted substations to digital substations using the IEC protocol // Modern scientific and practical solutions in the agro-industrial complex: coll. stat. II All-Russian (national) scientific-practical. conf. Tyumen, 2018. S. 285-289.
5. Ivakina E.A., Basumatorova E.A., Egorov S.V. Modern light sources // Security in the electric power industry and electrical engineering: mater. all-Russian student scientific conf., dedicated 90th anniversary of USPI-UdGU. Izhevsk, 2021. S. 11-15.
6. Alekseev B.A., Kogan F.L., Mamikonyanets L.G. The scope and standards of testing electrical equipment. M.: ENAS, 2008. 322 p.
7. Gulevich A.I., Kireev A.P. Production of power capacitors. M.: ENAS, 2008. 245 p.
Иван Викторович Савчук, кандидат технических наук, доцент, savchukiv@gausz.ru, https://orcid.org/0000-0003-3400-8521
Андрей Сергеевич Важин, инженер, vazhin.as@mti.gausz.ru
Ильяр Бикмухаметович Уразалиев, начальник производственной лаборатории, urazaliev-ib@te.ru
Ivan V. Savchuk, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, savchukiv@gausz.ru, https://orcid.org/0000-0003-3400-8521
Andrey S. Vazhin, Engineer, vazhin.as@mti.gausz.ru
Ilyar B. Urazaliev, Head of the Production laboratory, urazaliev-ib@te.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 15.04.2022; одобрена после рецензирования 04.05.2022; принята к публикации 11.05.2022.
The article was submitted 15.04.2021; approved after reviewing 04.05.2022; accepted for publication 11.05.2022.
-Ф-
Научная статья УДК 631.3-1/-9:64.067
Применение плёночных электронагревателей в конструкции бытовых инкубаторов
Виталий Матвеевич Попов, Валентина Александровна Афонькина,
Василий Николаевич Левинский
Южно-Уральский государственный аграрный университет, Троицк, Челябинская область, Россия
Аннотация. Представлены результаты сравнительного анализа технико-экономических характеристик наиболее распространённых на российском рынке бытовых инкубаторов марки ТГБ-70, «Норма Лупер 72», «Несушка». Установлено, что самым дешёвым вариантом является инкубатор «Несушка». Предложено применить в его конструкции в качестве нагревателя низкотемпературный плёночный электронагреватель, который представляет собой равномерно излучающую поверхность за счёт использования фольги. Проанализированы температурные зависимости нагрева, охлаждения, поддержания и восстановления температуры в камере бытового инкубатора, позволяющие сделать вывод о целесообразности применения плёночных электронагревателей в его конструкции.
Ключевые слова: бытовой инкубатор, конструкция, нагревательный элемент, температура, плёночный электронагреватель.
Для цитирования: Попов В.М., Афонькина В.А., Левинский В.Н. Применение плёночных электронагревателей в конструкции бытовых инкубаторов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 204 - 210.
Original article
Application of film electric heaters in the construction of household incubators
Vitaly M. Popov, Valentina A. Afonkina, Vasily N. Levinsky
South Ural State Agrarian University, Troitsk, Chelyabinsk Region, Russia
Abstract. The results of a comparative analysis of the technical and economic characteristics of the most common household incubators on the Russian market of the brand TGB-70, "Norma Luper 72", "Laying hen" are presented. It has been established that the cheapest option is the Laying incubator. It is proposed to use in its design as a heater a low-temperature film electric heater, which is a uniformly radiating surface due to the use of foil. The temperature dependences of heating, cooling, maintaining and restoring the temperature in the chamber of a domestic incubator are analyzed, allowing us to conclude that it is expedient to use film electric heaters in its design.
Keywords: household incubator, design, heating element, temperature, electric film heater.
For citation: Popov V.M., Afonkina V.A., Levinsky V.N. Application of film electric heaters in the construction of household incubators. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 95(3): 204-210. (In Russ.).
Птицу можно выводить двумя способами: искусственным - в инкубаторе и естественным -под наседкой. В промышленных масштабах птицеводства выведение цыплят без применения инкубаторов невозможно [1]. В домашних условиях до недавнего времени выведение птицы без наседки было сложно представить. Но постепенно люди начали конструировать не-
большие по размеру самодельные инкубаторы, в конечном итоге это всё разрослось до таких масштабов, что на рынке сегодня существует огромное многообразие заводских инкубаторов бытового назначения [2 - 4].
Материал и методы. В обязательном порядке бытовой инкубатор должен содержать в своей конструкции следующие элементы:
