Научная статья на тему 'Экспериментальная оценка параметров режимов в высоковольтных рудничных сетях с мощными нелинейными электроприемниками'

Экспериментальная оценка параметров режимов в высоковольтных рудничных сетях с мощными нелинейными электроприемниками Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
372
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СКИПОВАЯ ПОДЪЕМНАЯ УСТАНОВКА / ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА / ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ РУДНИЧНАЯ СЕТЬ / НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ / ВЫСШИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ / ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ / SKIP HOISTING INSTALLATION / DC ELECTRIC DRIVE / THYRISTOR CONVERTER / HIGH-VOLTAGE MINE NETWORK / CURRENT AND VOLTAGE DISTORTION / HIGHER HARMONIC COMPONENTS OF CURRENTS AND VOLTAGES / QUALITY INDICATORS OF ELECTRIC ENERGY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Авербух Михаил Александрович, Прасол Дмитрий Александрович, Хворостенко Станислав Витальевич

ЦЕЛЬ. Экспериментальный анализ показателей качества электроэнергии, характеризующих несинусоидальность, в высоковольтных рудничных сетях при циклическом изменении токов нагрузки на примере скиповой подъемной установки рудодобывающего предприятия. В качестве мощного нелинейного электроприемника рассматривается электропривод, выполненный по системе тиристорный преобразователь двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ТП-Д). МЕТОДЫ. Натурные измерения производились сертифицированным прибором «Энергомонитор-3.3Т1», определялись значения токов, напряжений и коэффициентов гармонических составляющих токов и напряжений режимов высоковольтной рудничной сети, питающей электроприводы подъемных установок. Эксперимент производился в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 30804.4.7-2013 и в соответствии с программой измерений. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенный эксперимент подтвердил наличие высших гармоник тока и напряжения в высоковольтной рудничной сети, генерируемых электроприводом скиповой подъемной установки (ПУ). Максимальное значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения составило 11,32%. При этом коэффициенты 11, 13 и 37 гармонических составляющих напряжения составили 4,99%, 4,47% и 4,81% соответственно. Анализ экспериментальных данных подтверждает, что значения тока на вводе схемы 6 кВ и тока якоря двигателя коррелируют между собой, и при увеличении тока нагрузки возрастают искажения синусоидальности тока на вводе схемы электроснабжения и питающего напряжения. ВЫВОДЫ. Результаты эксперимента позволили количественно оценить наличие высших гармонических составляющих токов и напряжений в высоковольтной рудничной сети, питающей мощный нелинейный электроприемник при циклическом изменении токов нагрузки в зависимости от диаграммы движения. Результаты эксперимента согласуются с аналитическими расчетами, при этом рассогласование значений не превышает 15%. Полученные значения показателей качества электрической энергии, характеризующих несинусоидальность, подтверждают необходимость применения технических средств по снижению влияния высших гармонических составляющих напряжений и токов на элементы сети фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ). Выбор конкретного типа ФКУ (пассивный, активный, гибридный фильтр) требует дополнительного анализа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Авербух Михаил Александрович, Прасол Дмитрий Александрович, Хворостенко Станислав Витальевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EXPERIMENTAL EVALUATION OF MODE PARAMETERS IN HIGH-VOLTAGE MINE NETWORKS WITH POWERFUL NONLINEAR ELECTRIC RECEIVERS

The PURPOSE of this paper is experimental analysis of electric energy quality indicators characterizing nonsinusoidality in high-voltage mine network under cyclic variations of load currents for the case of a skip hoisting installation of a mining enterprise. An electric drive designed by the system of thyristor converter separately excited DC motor (TC-M) is considered as a powerful nonlinear electrical receiver. METHODS. Field measurements have been performed by a certified device “Energomonitor-3.3T1”. The values of currents, voltages, coefficients of the harmonic components of currents and voltages in the modes of high-voltage mine networks supplying the electric drives of hoisting installations have been determined. The experiment has been carried out in line with the requirements of GOST 30804.4.7-2013 and in compliance with the measurement program. RESULTS. The conducted experiment confirms the presence of higher harmonics of current and voltage in the high-voltage mine network generated by the electric drive of the skip hoisting installation (HI). The maximum value of the total harmonic voltage components amounted to 11,32%. The coefficients 11, 13 and 37 of the harmonic voltage components amounted to 4,99%, 4,47% and 4,81% respectively. The analysis of experimental data proves that the value of current at the input of the 6 kV circuit and the motor armature current correlate. Current distortions at the input of the circuit of power supply and supply voltage grow with the increase in the load current. CONCLUSIONS. The experimental results have allowed to quantify the presence of the higher harmonic components of currents and voltages in the high-voltage mine network supplying a powerful nonlinear electric receiver under cyclic variation of load currents depending on a movement diagram. The results of the experiment are consistent with the analytical calculations, whereas the mismatch of values does not exceed 15%. The obtained values of electric energy quality indices characterizing non-sinusoidality prove the need for the use of technical equipment in order to reduce the influence of higher harmonic components of voltages and currents on the network elements filter-compensating devices. The choice of a specific type of filter-compensating devices (passive, active, hybrid filter) requires additional analysis.

Текст научной работы на тему «Экспериментальная оценка параметров режимов в высоковольтных рудничных сетях с мощными нелинейными электроприемниками»

Оригинальная статья / Original article УДК 621.311

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-75-84

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ РУДНИЧНЫХ СЕТЯХ С МОЩНЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ

© М.А. Авербух1, Д.А. Прасол2, С.В. Хворостенко3

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Российская Федерация, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Экспериментальный анализ показателей качества электроэнергии, характеризующих несинусоидальность, в высоковольтных рудничных сетях при циклическом изменении токов нагрузки на примере скиповой подъемной установки рудодобывающего предприятия. В качестве мощного нелинейного электроприемника рассматривается электропривод, выполненный по системе тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ТП-Д). МЕТОДЫ. Натурные измерения производились сертифицированным прибором «Энергомонитор-3.3Т1», определялись значения токов, напряжений и коэффициентов гармонических составляющих токов и напряжений режимов высоковольтной рудничной сети, питающей электроприводы подъемных установок. Эксперимент производился в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 30804.4.7-2013 и в соответствии с программой измерений. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенный эксперимент подтвердил наличие высших гармоник тока и напряжения в высоковольтной рудничной сети, генерируемых электроприводом скиповой подъемной установки (ПУ). Максимальное значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения составило 11,32%. При этом коэффициенты 11, 13 и 37 гармонических составляющих напряжения составили 4,99%, 4,47% и 4,81% соответственно. Анализ экспериментальных данных подтверждает, что значения тока на вводе схемы 6 кВ и тока якоря двигателя коррелируют между собой, и при увеличении тока нагрузки возрастают искажения синусоидальности тока на вводе схемы электроснабжения и питающего напряжения. ВЫВОДЫ. Результаты эксперимента позволили количественно оценить наличие высших гармонических составляющих токов и напряжений в высоковольтной рудничной сети, питающей мощный нелинейный электроприемник при циклическом изменении токов нагрузки в зависимости от диаграммы движения. Результаты эксперимента согласуются с аналитическими расчетами, при этом рассогласование значений не превышает 15%. Полученные значения показателей качества электрической энергии, характеризующих несинусоидальность, подтверждают необходимость применения технических средств по снижению влияния высших гармонических составляющих напряжений и токов на элементы сети - фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ). Выбор конкретного типа ФКУ (пассивный, активный, гибридный фильтр) требует дополнительного анализа. Ключевые слова: скиповая подъемная установка, электропривод постоянного тока, тиристорный преобразователь, высоковольтная рудничная сеть, несинусоидальность токов и напряжений, высшие гармонические составляющие токов и напряжений, показатели качества электрической энергии.

Формат цитирования: Авербух М.А., Прасол Д.А., Хворостенко С.В. Экспериментальная оценка параметров режимов в высоковольтных рудничных сетях с мощными нелинейными электроприемниками // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 2. С. 75-84. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-75-84

EXPERIMENTAL EVALUATION OF MODE PARAMETERS IN HIGH-VOLTAGE MINE NETWORKS WITH POWERFUL NONLINEAR ELECTRIC RECEIVERS M.A. Averbukh, D.A. Prasol, S.V. Khvorostenko

Belgorod State Technological University after V.G. Shukhov,

1Авербух Михаил Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры электроэнергетики и автоматики, e-mail: avers45@rambler.ru

Mikhail A. Averbukh, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electrical Power Engineering and Automation, e-mail: avers45@rambler.ru

2Прасол Дмитрий Александрович, аспирант, e-mail: dapras@mail.ru Dmitry A. Prasol, Postgraduate, e-mail: dapras@mail.ru

3Хворостенко Станислав Витальевич, аспирант, basket-93-@mail.ru Stanislav V. Khvorostenko, Postgraduate, basket-93-@mail.ru

46, Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russian Federation.

ABSTRACT. The PURPOSE of this paper is experimental analysis of electric energy quality indicators characterizing nonsinusoidality in high-voltage mine network under cyclic variations of load currents for the case of a skip hoisting installation of a mining enterprise. An electric drive designed by the system of thyristor converter - separately excited DC motor (TC-M) is considered as a powerful nonlinear electrical receiver. METHODS. Field measurements have been performed by a certified device "Energomonitor-3.3T1". The values of currents, voltages, coefficients of the harmonic co m-ponents of currents and voltages in the modes of high-voltage mine networks supplying the electric drives of hoisting installations have been determined. The experiment has been carried out in line with the requirements of GOST 30804.4.7-2013 and in compliance with the measurement program. RESULTS. The conducted experiment confirms the presence of higher harmonics of current and voltage in the high-voltage mine network generated by the electric drive of the skip hoisting installation (HI). The maximum value of the total harmonic voltage components amounted to 11,32%. The coefficients 11, 13 and 37 of the harmonic voltage components amounted to 4,99%, 4,47% and 4,81% respectively. The analysis of experimental data proves that the value of current at the input of the 6 kV circuit and the motor armature current correlate. Current distortions at the input of the circuit of power supply and supply voltage grow with the increase in the load current. CONCLUSIONS. The experimental results have allowed to quantify the presence of the higher harmonic components of currents and voltages in the high-voltage mine network supplying a powerful nonlinear electric receiver under cyclic variation of load currents depending on a movement diagram. The results of the experiment are consistent with the analytical calculations, whereas the mismatch of values does not exceed 15%. The obtained values of electric energy quality indices characterizing non-sinusoidality prove the need for the use of technical equipment in order to reduce the influence of higher harmonic components of voltages and currents on the network elements - filter-compensating devices. The choice of a specific type of filter-compensating devices (passive, active, hybrid filter) requires additional analysis.

Keywords: skip hoisting installation, DC electric drive, thyristor converter, high-voltage mine network, current and voltage distortion, higher harmonic components of currents and voltages, quality indicators of electric energy

For citation: Averbukh M.A., Prasol D.A., Khvorostenko S.V. Experimental evaluation of mode parameters in highvoltage mine networks with powerful nonlinear electro receivers. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 2, pp. 75-84. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-75-84

Введение

Одной из основных частей технологического процесса по добыче полезных ископаемых подземным способом являются подъемные установки. В связи с ростом производственных мощностей горных предприятий, увеличением глубины подъема повышается грузоподъемность подъемных сосудов. На предприятиях горнорудной промышленности для доставки грузов используются скиповые и клетьевые подъемы. В качестве электроприводов таких подъемных установок широкое распространение получил регулируемый электропривод постоянного тока, выполненный по системе тиристорный преобразователь -двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ТП-Д). Электроприводы, построенные по системе ТП-Д, относятся к мощным нелинейным электроприемникам. Работа подобного рудничного электрооборудования сопровождается генерацией

высших гармонических (ВГ) составляющих токов и напряжений в высоковольтных рудничных сетях. ВГ составляющие токов и напряжений в системах электроснабжения вызывают ряд негативных явлений [1-4]. Например, присутствие ВГ составляющих в электрических сетях приводит к колебаниям напряжения в узлах нагрузки, дополнительным потерям электрической энергии, выходу из строя технического оборудования, дополнительной загрузке сети, ускоренному старению оборудования. При этом особенностью данного технологического процесса является наличие в цикле работы динамических процессов, составляющих 50-60% от времени общего цикла. Поэтому оценка несинусоидальности напряжений в высоковольтной рудничной сети с мощными нелинейными электроприемниками, где преобладают динамические процессы, является актуальной задачей [5].

Экспериментальный анализ показателей качества электроэнергии, характеризующих несинусоидальность, в высоковольтной рудничной сети с мощными нелинейными электроприемниками

На рис. 1 представлен фрагмент схемы электроснабжения подъемной установки рудничного предприятия в Белгородской области.

Особенностью схемы электроснабжения является то, что электроприводы подъемной установки запитываются от разных секций шин 6 кВ через согласующие трансформаторы. 100%-й резерв электроснабжения обеспечивается по двум кабельным линиям. К первой секции шин подключен электропривод клетевой подъемной установки. Ко второй секции шин подключен электропривод скиповой подъемной установки с двигателем постоянного тока типа П2Ш-800-256-7К УХЛ4 мощностью 5000 кВт. В качестве управляемого выпрямителя используется двенадцати-пульсный тиристорный преобразователь типа УКТЭШ-6300/750-211-500УХЛ4. Параметры электроприемников схемы электроснабжения указаны на рис. 1.

Скиповая подъемная установка работает в циклическом режиме подъема-опускания двух сосудов по заданной тахо-грамме движения. Время движения сосудов за цикл - 160 с. Заданная тахограмма движения достигается посредством регулиру-

емого электропривода, выполненного по системе ТП-Д.

Цель проведения эксперимента -определение в течение трех суток значений следующих электрических параметров:

1. и - действующее значение напряжения, В.

2. I- действующее значение тока, А.

3. Ки - суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения, %.

4. Ки (П) - коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения, %.

5. К - суммарный коэффициент гармонических составляющих тока, %.

6. К (П) - коэффициент п-ой гармонической составляющей тока, %.

Место проведения измерений -ячейка ввода второй секции шин и ячейка трансформатора напряжения скиповой подъемной установки (рис. 1).

Измерения проводились в соответствии с программой экспериментального исследования, утвержденной главными специалистами предприятия. Программа составлена в соответствии с требованиями стандарта4. Измерения параметров, приведенных выше, проводились прибором «Энергомонитор-3.3Т1» [6].

Результаты измерений основных параметров режимов высоковольтной рудничной

сети и анализ показателей качества электроэнергии, характеризующих несинусоидальность

Фрагмент измерений значений параметров за период с 17:15 до 18:41 во время работы скиповой подъемной установки приведен в табл. 1. Приводятся действующие значения напряжений и токов фазы А, значения суммарных коэффициен-

тов гармонических составляющих напряжений и токов по фазе А, значения коэффициентов наиболее выраженных нечетных гармонических составляющих напряжений и токов.

4ГОСТ 30804.4.7-2013 (IEC 61000-4-7:2009). Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключенным к ним технических средств. М.: Стандартинформ, 2013. 66 с. / GOST 30804.4.7-2013 (IEC 61000-47: 2009). Electromagnetic compatibility of technical equipment. General guide on measuring instruments and harmonics and interharmonics measurement for power supply systems and connected technical equipment. Moscow, Standartin-form Publ., 2013, 66 p.

Рис. 1. Фрагмент схемы электроснабжения подъемной установки Fig. 1. Fragment of a hoisting installation power supply circuit

Параметры режимов высоковольтной рудничной сети Mode settings of a high-voltage mine network

Таблица 1 Table 1

Время / Time Ua, В Ia, а Ku, % KU(11), % Ku(13), % Ku(37), % KI, % Ki(ii), % Ki(i3), %

17:15 3494,45 2163,72 9,21 3,89 3,57 3,75 9,21 5,54 3,91

17:24 3475,07 2156,16 9,2 3,87 3,54 3,72 9,48 5,89 3,78

17:28 3490,1 2355,36 8,93 4,05 3,45 3,63 7,83 5,98 3,66

17:33 3489,99 2335,8 9,67 4,09 3,64 4,11 8,84 6,07 3,77

17:36 3463,37 2751,6 11,07 4,91 4,42 4,65 8,37 6,28 4,05

17:41 3475,81 2225,4 9,38 3,97 3,69 3,74 9,43 5,96 3,77

17:44 3484,48 2752,68 11,1 4,89 4,3 4,79 8,28 6,24 3,94

17:47 3509,33 2268,6 8,42 3,74 3,21 3,61 7,81 5,98 3,55

17:50 3483,02 2646,96 10,54 4,69 4,11 4,46 8,27 6,25 3,93

17:55 3476,24 2496,96 10,26 4,49 3,98 4,21 8,8 6,1 3,87

17:58 3489,79 2473,56 9,58 4,24 3,7 4,1 7,99 6,08 3,7

18:00 3509,89 1892,16 8,23 3,35 2,98 3,37 9,68 5,84 3,63

18:03 3487,92 2080,56 9,01 3,68 3,41 3,71 9,4 5,86 3,66

18:06 3492,27 2491,32 9,66 4,37 3,73 3,95 8,01 6,08 3,78

18:11 3503,04 2113,08 9,03 3,8 3,32 3,68 9,33 5,99 3,74

18:14 3479,26 2801,04 11,32 4,99 4,47 4,81 8,43 6,34 4,03

18:17 3502,75 2035,8 8,65 3,69 3,25 3,36 9,57 5,97 3,79

18:20 3498,62 2514,84 9,61 4,38 3,76 3,9 8,04 6,1 3,82

18:23 3496,91 2626,68 10,18 4,64 4,02 4,11 8,18 6,17 3,94

18:26 3496,63 2738,4 10,7 4,85 4,22 4,35 8,29 6,19 4,06

18:29 3524,12 2398,92 8,93 4,08 3,47 3,61 7,86 5,97 3,71

18:34 3522,74 2041,32 8,78 3,65 3,28 3,48 9,92 5,91 3,78

18:37 3508,25 2428,2 9,98 4,23 3,84 4,18 9,09 6,03 3,88

18:41 3516,87 2782,08 11 4,95 4,33 4,56 8,34 6,27 4,04

Примечание. Значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения Ки = 11,32% соответствует углу управления а = 60-65°/ Note. The value of the total voltage harmonic components Ku = 11.32% corresponds to the delay angle a = 60-65°.

Как видно из результатов эксперимента, наиболее выраженными являются 11, 13, 23, 25, 35 и 37 гармоники питающего напряжения. Максимальное значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения составило Ки = 11,32%, тока - К = 9,92%. Значения коэффициентов 11, 13 и 37 гармонических составляющих напряжения: Кщц) = 4,99%, Ки(13) = 4,47%, Ки(37) = 4,81%; 11 и 13 гармонических составляющих тока: Кцц) = 6,34 %, Ккщ = 4,06 % (рис. 2).

Для оценки достоверности экспериментальных исследований произведен расчет показателей качества электроэнергии, характеризующих несинусоидальность напряжения, в высоковольтной рудничной

сети. С этой целью составлена схема замещения системы электроснабжения скиповой подъемной установки рудничного предприятия (рис. 3). Параметры схемы замещения определены в относительных единицах и приведены к базисному напряжению на входе тиристорного преобразователя.

Общий коэффициент несинусоидальности напряжения питающей сети при работе тиристорных преобразователей может быть определен по формуле [7]

K.„ = Хс ■

sinф

Хс + Х

ж

(1)

пр

a b

Рис. 2. Спектры гармоник при угле управления а = 60°: а - тока; b - напряжения Fig. 2. Harmonics spectra at the delay angle а = 60°: а - of current; b - of voltage

Рис. 3. Схема замещения системы электроснабжения скиповой подъемной установки Fig. 3. Equivalent circuit of a skip hoisting installation power supply system

где х с - эквивалентное сопротивление системы в относительных единицах, приве-

*

денное к мощности преобразователя; хпр -индуктивное сопротивление цепи преобразователя в относительных единицах, приведенное к мощности преобразователя; <р -угол сдвига между первой гармоникой переменного напряжения, приложенного к преобразователю, и первой гармоникой тока, потребляемого преобразователем. При этом

л 1

ф = а +—у,

2

(2)

где а - угол управления, задается следующим рядом значений: 15°, 30°, 60°; у - угол коммутации.

Значения угла коммутации определяются по формуле [8]

" (3)

у = < arccos

Ха ■ Iä

V2 ■ E2 ■ sin(ж /m)

•~а,

где ха - анодная индуктивность (индуктивное сопротивление питающей сети), Ом; 1с - номинальный ток преобразователя, А; Е2 - ЭДС вторичной обмотки трансформатора, В; т - число фаз преобразователя.

Индуктивное сопротивление цепи преобразователя в соответствии с [7] определяется по формуле

* 2 ■ UK% ■ Snp

x =--

пр 100 ■ STnp

(4)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где Snp - мощность преобразователя (4,725 МВА); STnp - номинальная мощность преобразовательного трансформатора.

В табл. 2 представлены результаты расчета коэффициентов несинусоидальности напряжения питающей сети при различных углах управления тиристорного преобразователя.

Результаты расчета суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения питающей высоковольтной рудничной сети сопоставимы с результатами экспериментальных данных. Рассогласование значений коэффициентов гармонических составляющих напряжения составляет не более 15%. Возможная причина рассогласования - неучет при расчете уровня гармонических составляющих фонового уровня гармоник в электрической цепи.

На рис. 4 представлена диаграмма изменения тока якоря, вводного тока, суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения, совмещенная с диаграммой изменения скорости за один цикл подъема груза.

Таблица 2

Результаты расчета суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения питающей высоковольтной рудничной сети

Table 2

Calculation results of the total voltage harmonic components of the supply

high voltage mine network

a, ° Y, ° ф, ° * Х с * Х пр Кнс, % Ku, % Относительная погрешность б, % / Relative error S, %

15 29,31 29,655 0,083 0,174 8,0 8,23 2,88

30 21,99 41 0,083 0,174 10,3 9,38 8,93

60 15,54 67,77 0,083 0,174 13,3 11,32 14,89

*

Как следует из рисунка, значения вводного тока коррелируют со значениями тока якоря ДПТ, и при увеличении тока в якорной цепи возрастают искажения синусоидальности вводного тока и питающего напряжения. Степень искажения зависит от динамики процесса. Увеличение тока на вводе схемы электроснабжения на участке торможения и дотягивания объясняется работой вспомогательного оборудования.

Достоверность результатов экспериментальных исследований подтверждается исключением систематических и случайных погрешностей на основании методики обработки результатов измерений по ГОСТ Р 8.736—20115 В соответствии с настоящим стандартом для 24 последова-

тельных измерений произведен расчет поправки с доверительной вероятностью Р = 0,95. В табл. 3 представлено значение среднего за цикл коэффициента гармонических составляющих напряжения.

Численное значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения с доверительной вероятностью 0,95 составило: Ки = 9,685 ± 0,3834%.

Таким образом, результаты эксперимента показали значительные искажения питающего напряжения за счет генерирования ВГ составляющих электроприводом скиповой подъемной установки, при этом степень искажения в большой мере зависит от динамики технологического процесса.

Рис. 4. Диаграммы изменения скорости подъемного сосуда, тока якоря и вводного тока, суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения за цикл Fig. 4. Speed diagrams of the lifting vessel, armature current and input current, total harmonic voltage

components in a cycle

5ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2011. 23 с. / GOST R 8.736-2011. State system for measurement uniformity provision. Repeated direct measurements. Processing methods of measurement results. Fundamental principles. M.: Standartinform, 2011, 23 p.

Таблица 3

Результаты статистической обработки экспериментальных данных

Table 3

_Results of experimental data statistical processing_

Обозначение параметра / Parameter identifier Наименование параметра / Parameter Расчетное значение / Calculated value

S Среднеквадратичное отклонение / Root mean square deviation 0,907706

S* Смещенное среднеквадратичное отклонение / Root mean square bias deviation 0,88859

dl-q/2 Нижний квантиль распределения / Lower inverse distribution 0,7040

d Отношение для проверки критерия подтверждения нормального закона распределения результатов измерений / Ratio for testing the demonstration criterion of normal distribution of measurement results 0,842623

dq/2 Верхний квантиль распределения / Upper inverse distribution 0,8901

Zp/2 Верхний квантиль распределения нормированной функции Лапласа / Upper inverse distribution of normalized Laplace function 2,17

Zp/2 • S Произведение верхнего квантиля распределения нормированной функции Лапласа и среднеквадратичного отклонения / Multiplication of the upper inverse distribution of the normalized Laplace function and root mean square deviation 1,9697

£ Доверительные границы случайной погрешности оценки измеряемой величины / Confidence limits of the random error of measured value evaluation 0,383354

ku, % Результирующее значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения / Resulting value of the total harmonic voltage components 9,685 ± 0,3834

Выводы

1. Результаты измерений, полученные с помощью прибора «Энергомонитор-3.3Т1», позволили подтвердить наличие ВГ составляющих напряжений и токов в системе электроснабжения скиповой подъемной установки. При этом суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения может достигать высоких значений: Ки = 11,32%. Значения коэффициентов 11, 13 и 37 гармонических составляющих напряжения составили: Кщц) = 4,99%, Ки(13) = 4,47%, Ки(37) = 4,81%. Указанные значения существенно превышают допустимые. Также следует предположить, что представленное 37 гармонической составляющей напряжения свидетельствует о наличии в сети резонансных явлений. Кро-

ме этого, степень искажения синусоидальности токов и напряжений в значительной степени зависят от динамики. Результаты эксперимента согласуются с аналитическими расчетами. При этом рассогласование значений не превышает 15%. Расчеты ВГ составляющих токов и напряжений для динамического режима требуют большого числа допущений и ограничений, что приводит к появлению значительных погрешностей.

2. Так как основным режимом работы подъемной установки является динамический, или переходный режим, то показатели качества электроэнергии, характеризующие несинусоидальность напряжения, изменяются в зависимости от скорости

движения подъемного сосуда. При этом гармонические составляющие токов и напряжений по отдельным гармоникам принимают достаточно высокие значения. Поэтому для эффективного использования

фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) и подавления ВГ составляющих необходимо сопоставление различных вариантов построения ФКУ (пассивные, гибридные, активные фильтры).

Библиографический список

1. Боярская Н.П., Довгун В.П. Кунгс Я.А. Проблемы компенсации высших гармоник в распределительных сетях агропромышленного комплекса: монография. Красноярск, 2012. 138 с.

2. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятия. 4 изд., пере-раб. и доп. М.: Энергатомиздат, 2006. 331 с.

3. Авербух М.А., Лимаров Д.С., Коржов Д.Н. Оценка высших гармоник в сетях с частотным крановым электроприводом // Энергетик. 2015. № 5. С. 31-34.

4. Авербух М.А., Жилин Е.В. О потерях электроэнергии в системах индивидуального жилищного строительства // Энергетик. 2016. № 6. С. 54-57.

5. Массов А.А., Козлов П.М. Создание имитационной модели для выявления искажений форм кривых

токов и напряжений в сетях рудников // Промышленная энергетика. 2011. № 5. С. 44-49.

6. Приборы для измерений электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии. ЭНЕРГОМОНИТОР-3.3Т1. Руководство по эксплуатации. МС3.055.028 РЭ, 2013.

7. Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатом-издат, 1987. 336 с.

8. Попков О.З. Основы преобразовательной техники 3-е изд., стереот. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 200 с.

References

1. Boyarskaya N.P., Dovgun V.P. Kungs Ya.A. Prob-lemy kompensatsii vysshikh gar-monik v raspredeli-tel'nykh setyakh agropromyshlennogo kompleksa: monografiya [Problems of higher harmonics compensation in agroindustrial complex distribution networks: A monograph]. Krasnoyarsk, 2012, 138 p.

2. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemakh elektrosnabzheniya prompred-priyatiya [Higher harmonics in power supply systems of an industrial enterprise]. Moscow, Energatomizdat Publ., 2006, 331 p.

3. Averbukh M.A., Limarov D.S., Korzhov D.N. Otsenka vysshikh garmonik v setyakh s chastotnym kranovym elektroprivodom [Higher harmonics evaluation in the networks with crane frequency electric drive]. Energetik [Power Engineer]. 2015, no. 5, pp. 31-34.

4. Averbukh M.A., Zhilin E.V. O poteryakh elektroen-ergii v sistemakh individu-al'nogo zhilishchnogo stroitel'stva [On power losses in individual housing systems]. Energetik [Power Engineer]. 2016, no. 6, pp. 54-57.

5. Massov A.A., Kozlov P.M. Sozdanie imitatsionnoi modeli dlya vyyavleniya iskazhenii form krivykh tokov i

Критерии авторства

Авербух М.А., Прасол Д.А., Хворостенко С.В. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 14.12.2016 г.

napryazhenii v setyakh rudnikov [Simulation model development for the identification of current and voltage distortion waveforms in mine networks]. Promyshlenna-ya energetika [Industrial power engineering]. 2011, no. 5, pp. 44-49.

6. Pribory dlya izmerenii elektroenergeticheskikh veli-chin i pokazatelei kachestva elektricheskoi energii. EN-ERGOMONITOR-3.3T1. Rukovodstvo po ekspluatatsii. MS3.055.028 RE [Devices for measuring electric values and electrical power quality indicators. ENERGOMONI-TOR-3.3T1. Operating Manual. MS3.055.028 ER 2013.]. 2013.

7. Ivanov V.S., Sokolov V.I. Rezhimy potrebleniya i kachestvo elektroenergii sistem elektrosnabzheniya promyshlennykh predpriyatii [Consumption modes and electrical power quality of industrial enterprise power supply systems]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1987, 336 p.

8. Popkov O.Z. Osnovy preobrazovatel'noi tekhniki [Fundamentals of converter equipment]. Moscow, Iz-datel'skii dom MEI Publ., 2010, 200 p.

Authorship criteria

Averbukh M.A., Prasol D.A., Khvorostenko S.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interest

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 14 December 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.