CC BY
14
DOI: 10.47026/1810-1909-2022-1-128-141
УДК 621.317.421:621.391.82 ББК 31.222
М.Г. ПОПОВ, П.Н. МАНЬКОВ, А.А. МЕЛЬНИКОВ, А.А. ДАУТОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ ЭЛЕКТРОСЕТИ
Ключевые слова: токопровод, короткое, замыкание, магнитное, поле, электромагнитная совместимость, контрольно-измерительные кабели, нестационарный режим электросети.
Данная статья посвящена вопросам исследования и анализа наведенных в защитных экранах комплектных токопроводов напряжений в режимах внешних для генераторов электрических станций несимметричных коротких замыканий. Разработка рекомендаций и мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости измерительных цепей микропроцессорных устройств является актуальной задачей исследований, поскольку в целом определяется электрофизическими свойствами источника помех и аналогово-цифровой элементной базы измерительной части устройств. Научная новизна работы заключается в разработке мер по устранению наведенного электромагнитного влияния на контрольно-измерительные кабели, коммутируемые к измерительным трансформаторам тока и напряжения. Целью исследования является оценка электромагнитного влияния поля промышленной частоты на контрольно-измерительные кабели, прокладываемые вблизи пофазно-экранированного токопровода, а также разработка мероприятий по обеспечению их электромагнитной совместимости. Приведена методика расчета распределения модуля напряженности Н магнитного поля, индуцируемого током промышленной частоты от генератора на электрической станции. Для режимов однофазного, двухфазного и двухфазного на землю коротких замыканий построены картины распределения модуля напряженности Н магнитного поля, присвоен класс жесткости по воздействию магнитным полем на контрольно-измерительные кабели в соответствии с классификацией, даны рекомендации для снижения уровня воздействия напряженностью H магнитного поля. В случае с применением защитного крана выполнен повторный расчёт для сравнения и определения эффективности данного мероприятия. В результате численных экспериментов обоснована эффективность применения дополнительного защитного экрана как одной из мер по обеспечению электромагнитной совместимости. Применение дополнительного стального экрана позволяет снизить напряженность магнитного поля на поверхности контрольно-измерительных кабелей до допустимых величин и, как следствие, обеспечить надежную работу микропроцессорных устройств контроля, защиты и автоматики.
Введение и постановка задачи исследований. С широким внедрением микропроцессорных устройств контроля, защиты и управления обострилась проблема их электромагнитной совместимости. Это обусловлено тем, что источники электромагнитных помех могут вызывать сбои в работе автоматизированных микропроцессорных систем, что в конечном счете может привести к крупным системным авариям со значительным ущербом. Как правило, перенос наведенной электромагнитной помехи в микропроцессорную часть устройств защиты и автоматики происходит по контрольным или питающим кабелям. Эффективные мероприятия по устранению влияния электромагнитных помех промышленной и высокой частоты на микропроцессорные средства известны из [4, 6, 7, 10, 11] и широко применяются на практике. Вопросы фильтрации электромагнитных
помех для повышения чувствительности измерительных и пусковых органов микропроцессорных защит и автоматики рассмотрены достаточно подробно в [1-9, 11-14]. Однако в этих работах авторы ограничиваются вопросами проектирования аналогово-цифровых фильтров для компенсации различного рода помех, не решая при этом проблемы устранения наведенного электромагнитного влияния на контрольно-измерительные кабели, коммутируемые к измерительным трансформаторам тока (ТТ) и напряжения (ТН). Следует отметить, что разработка рекомендаций и мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости измерительных цепей микропроцессорных устройств является нетривиальной и актуальной задачей исследований, поскольку в целом определяется электрофизическими свойствами источника помех и аналогово-цифровой элементной базы измерительной части устройств.
В частности, в нестационарных режимах внешних несимметричных коротких замыканий (КЗ) токопровод и его экран являются источниками электромагнитных помех в наводимых контрольных кабелях, с помощью которых производится подключение микропроцессорных терминалов защиты и автоматики к встроенным в токопроводе измерительным ТН и ТТ.
Целью исследования является оценка электромагнитного влияния поля промышленной частоты на контрольно-измерительные кабели, прокладываемые вблизи пофазно-экранированного токопровода, а также разработка мероприятий по обеспечению их (кабелей) электромагнитной совместимости.
Для достижения поставленной цели исследований необходимо успешное решение следующих задач:
- разработка математического описания исследуемой модели электромагнитного поля пофазно-экранированного токопровода;
- расчетное исследование нестационарных режимов несимметричных коротких замыканий на выводах блочного трансформатора (рис. 1);
- численное решение плоской, двумерной полевой задачи при заданных плотностях токов в экранах токопровода во всех исследуемых нестационарных режимах КЗ;
- анализ результатов и разработка мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости контрольных кабелей.
Энергосистема S S=3600 МВА U=500 кВ ( <\, J— xco=0.85
Xc0=1.2
W1
T1
W2
i
<1
V—
G1
ТВВ-320-2ЕУ3 S=375 МВА U=20 кВ xd''=0.258 Ta=0.398 c cos9=0.85
W1, W2 ТДЦ-400000/500 3хАС-300 S=400 МВА ri=0.1 Ом/км U=20/525 кВ xi=0.457 Ом/км рк=790 КВТ 1=139 км Uk=10.5%
Рис. 1. Эквивалентная расчетная схема блочной электростанции
Наименования и параметры силового оборудования эквивалентной расчетной схемы сведены в табл. 1.
Таблица 1
Электромагнитные характеристики силового электрооборудования_
Обозначение Характеристики
наименование параметры
G1 ТВВ-320-2ЕУ3 5 = 375 МВА; и = 20 кВ; х"л = 0,258; Та = 0,398 с; со8ф = 0,85
S Энергосистема 5 = 3600 МВА; и = 500 кВ; хс = 0,95; хл = 1,2
Т1 ТДЦ-400000/500 5 = 400 МВА; и = 20/525 кВ, Рк = 790 кВт; и = 10,5%
W1 3хАС-300 и = 500 кВ; XI = 0,457 Ом/км; XI = 0,1 Ом/км; 1 = 139 км
W2 3хАС-300 и = 500 кВ; XI = 0,457 Ом/км; п = 0,1 Ом/км; 1 = 139 км
Объекты исследования данной работы — пофазно-экранированный токо-провод и прокладываемый в непосредственной близости контрольно-измерительный кабель, который подключен к встроенным в токопровод измерительным трансформаторам (рис. 2).
Рис. 2. Пофазно-экранированный токопровод
Токопровод состоит из алюминиевых полой цилиндрической жилы, закрепленной на изоляторах и оболочки-экрана. При монтаже оболочки экранов трех фаз соединяются друг с другом и заземляются. Экранирование наиболее эффективно в симметричных установившихся режимах, поскольку создаваемые токами проводящей жилы и оболочки-экрана электромагнитные поля практически полностью компенсируют друг друга, потери на наведение токов в металлических конструкциях при этом существенно снижаются.
Предметом исследования в настоящей статье является магнитное поле вблизи пофазно-экранированного токопровода электрической станции сетевого района (рис. 2) в режимах несимметричных коротких замыканий и оценка его влияния на контрольно-измерительные кабели.
Методология исследований заключается в проведении численных экспериментов по расчёту электромагнитного поля вблизи токопровода с последующим анализом распределения модуля напряженности Н магнитного поля.
Изложенная в последующих разделах методика расчета электромагнитного поля применяется для расчета электромагнитных полей от пофазно-экра-нированных токопроводов на электрической станции с учетом условий прокладки кабельных линий с защитным экраном вблизи токопроводов.
Для некоторого упрощения аналитического и численного решения плоской полевой задачи были приняты нижеследующие допущения:
1. Линейный ток токопровода синусоидальный. На самом деле ток состоит из периодической (синусоидальной) и апериодической составляющих, амплитуда которых зависит от докоммутационного режима, а аргумент - от времени затухания апериодической составляющей.
2. В линейном токе токопровода при несимметричных КЗ на выводах блочного трансформатора полностью отсутствуют составляющие нулевой последовательности. Реально составляющие нулевой последовательности будут незначительны, обусловлены емкостной проводимостью генератора и блочного трансформатора.
3. При моделировании электромагнитной обстановки учитывается только влияние тока в токопроводе и не учитываются посторонние объекты, по которым протекает ток, например ток нулевой последовательности, замыкающийся в треугольнике обмотки НН блочного трансформатора, и другие факторы.
4. Магнитное поле квазистационарное. Это значит, что оно переменное, но меняется медленно в сравнении со скоростью распространения поля. Благодаря этому допущению в задаче магнитное и электрическое поля можно рассматривать отдельно.
5. Конструкция и сборка токопровода идеальная, оси экрана и шины совпадают. Под действием силы Ампера шины и экран не перемещаются. Магнитная проницаемость алюминиевых, фарфоровых (стеклянных) и тому подобных элементов равна единице. В конструкции токопровода отсутствуют стальные элементы; стены зданий, опоры, на которых закреплен токопровод, не содержат стали.
Расчетная модель и результаты её исследований. Исследование двумерной модели поля, индуцируемого токами комплектно-экранированного токо-провода, производится в режимах его внешних несимметричных замыканий в сети 500 кВ (рис. 1). Полученные в результате расчёта схемы рис. 1 симметричные составляющие токов от генератора в месте аварии в режимах несимметричных КЗ (однофазного КЗ фазы А, двухфазного и двухфазного на землю КЗ фаз В и С) необходимо привести к генераторному напряжению. Известно, что при КЗ за блочным трансформатором У/А-11 составляющие тока прямой и обратной последовательностей увеличиваются в коэффициент трансформации раз и поворачиваются: прямая последовательность на 30° в положительном; обратная последовательность на 30° в отрицательном направлении. Нулевая составляющая в фазных токах КЗ, протекающих в комплектном экранированном токо-проводе, отсутствует, поскольку происходит компенсация в обмотке низшего напряжения блочного трансформатора со схемой соединения «треугольник»:
1а = (1АХе3 30 + 1А2е-130°) • к,
1Ь = (1Аг~ 190° + 1а2 ^) • к,
/с = (Ц + 1а2<Т 1150= ) • к.
В табл. 2 даны результаты расчётов токов коротких замыканий. Для режима однофазного короткого замыкания построена векторная диаграмма токов, протекающих по токопроводу (рис. 3).
Таблица 2
Токи несимметричных коротких замыканий в пофазно-экранированном токопроводе
Вид КЗ Величина тока, кА
А В С
к\ 22,738е-84,256° 4,085е-179,612° 22,723е85,434°
К2 \6,847е-'1\,847° 32,969е-179,549° \6,875е12,57°
К\,\ 22,\29е-'4\,265° 32,969е-179,599° \6,875е'42,226°
Рис. 3. Векторная диаграмма токов и напряжений при однофазном КЗ за блочным трансформатором
На рис. 4 и 5 изображена расчетная модель контуров ЛБСБ и ББОИ, сформированных воздушным пространством между экранами токопровода. В результате потокосцепления с ними магнитных потоков Ф\ и Ф2 в контурах индуцируются токи. Тогда приращение потокосцепления определяется изменением магнитной индукции йВ в элементарном сечении йъ.
Л Б
Б С Р О
Рис. 4. Эскизная схема размещения фаз комплектного экранированного токопровода и его вид сверху
Y, м 1
0
H
G
0,8
1,2 2 2,4 X, м
Рис. 5. Рамки с током токопровода, образованные воздушным зазором между проводников, в осях координат
Магнитная индукция определяется по закону Био-Савара-Лапласа:
_ I dix r д Б = -^ L J , дБ = ■
Idi sin а
4% г3 4% г2
Закон позволяет найти магнитную индукцию от проводника I с током 1. а - угол между элементом проводника I и г - радиус-вектором, начало которого совпадает с началом I, а конец в той точке, где вычисляется магнитная индукция.
Очевидно, что магнитный поток сквозь ]-ю рамку будет создаваться токами всех трех фаз:
д Ф1 = д Вка •дs + д Вкв •дs + д Вкс •дs,
где дs = йх • йу; д Вю - элементарная магнитная индукция, создаваемая током короткого замыкания 7-й фазы.
Произведем расчет элементарного магнитного потока
„ (• • • \
д Фх =
4%-10~ 4%
I ka ■ sin а- y I Кб ■ sin а- y Ikc ■ sin а • y
■ dx ■ dy .
При решении задачи по принципу суперпозиции можно допустить, что sin а = 1. В интегральной форме магнитный поток можно рассчитать следующим образом:
• f- 0,8 dx 1 • 0,8 dx г • Y dx г ^
ф1 =--Ika ■ J — J y ■ dy + Ikb ■ J — J y ■ dy + Ikc ■ J — J y ■ d
Ф2 =
4%
4л ■ 10 4%
v
,_7 (
* t dx г * Y dx г * F dx г
Ika -J -2 J y ■ dy+Ikb ■ J -2- J y ■ dy+Ikc ■ J -2 J y
При подстановке токов однофазного КЗ и интегрировании:
¿1 = 0,00124е-/94,567°, Ф2 = 0,00124е/95,745°. При однофазном КЗ магнитные потоки, Вб:
¿1 =42 • 0,001248ш(ю0Г - 94,567°),
Ф 2 =Л • 0,001248ш(ю0Г + 95,745°). Контурные ЭДС синхронной частоты ю 0 определяются по выражениям, В:
Л ¿1 Л ¿2
e1 =--, е2 =--,
л л
е1 = 72 • 0,389 • яп(ю</ -184,567°),
е2 =л/2 • 0,39 • 8т(ю</ + 5,745°). Их комплексная форма записи имеет вид
Е = 0,389е-/184,567°, Е2 = 0,389е/5,745°.
Активные проводимости контуров 1 и 2 равны друг другу и могут быть рассчитаны исходя из площади поперечного сечения экрана, длины контура, а также удельной проводимости алюминия рА, См:
=_1_
8 = %•(-Д22)•Ра-21 •к ,
где Я\, Я2 - внешний и внутренний радиусы экрана, равные 400 и 398,7 мм2, со-
„ „_„ Омхм .
ответственно; рлг - удельное сопротивление алюминия, равное 0,028-—; I -
мм
расчетная длина экрана, равная 1 м; к - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление контура вдоль горизонтальной оси абсцисс, принимаемый равным 1,05 о.е.
Величина проводимости согласно вышеописанному выражению:
8 = —,-2-21-= 55475,29 См .
% • (4002 - 398,72) • 0,028 • 2 • 1 • 1,05
Для однофазного КЗ токи в контурах ЛВСБ и БРОИ соответственно, кА: /1 = Е1 • 8 , 12 = Е2 • 8 ,
11
2
11 = 0,389е-/184,567° • 55475,29 = 22,427е-/184,567° 12 = 0,389е/5,745° • 55475,29 = 22,441е/5,745°.
Токи в экранах фаз определяются как
• • • • • • •
1а = 11 , 1ь = —11 +12 , 1с =— 12 .
Результаты расчетов токов в экранах с использованием вышеуказанных выражений приведены в табл. 3.
Таблица 3
Токи в экранах фаз при несимметричных КЗ
Вид КЗ Величина тока в экране пофазно-экранированного токопровода, кА
A B С
K1 22,427e-184'567° 44,866e j°>591° 22,441e-j174-255°
K2 16,535e j102,571° 6,943e A215" 16,507e-j101'689°
K1,1 21,615e j'132-228 ° 28,829ej°.58° 21,682e-j131-226°
Расчет плоского (в сечении) поля производится в РББ Тоо1Вох МЛТЬЛВ в несколько этапов: 1) построение расчетной области, определяющей пространственную геометрию задачи; 2) задание типа решаемого уравнения; 3) задание граничных условий; 4) разбиение области решения на конечные элементы; 5) формирование и решение глобальной системы уравнений относительно узловых значений искомого параметра; 6) графическое отображение картины поля.
Расчёт магнитостатического поля осуществляется с использованием наибольших мгновенных значений плотности тока, соответствующих моменту возникновения несимметричного (табл. 4) короткого замыкания.
Таблица 4
Плотности токов при несимметричных КЗ_
Вид КЗ Мгновенное значение плотности тока, кА/м2
A B С
К1 фаза -8375 -10 -8382
экран 774 200 -974
К2 фаза -1264 -96 1360
экран 6997 11 -7008
К1,1 фаза -5403 -85 5488
экран 6939 127 -7066
Характеристики изменения силовых линий напряженности магнитного поля в режимах несимметричных КЗ показаны на рис. 6-8.
Color: abs(H)
при
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Рис. 6. Напряженность магнитного поля однофазном КЗ за блочным трансформатором
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Рис. 7. Напряженность магнитного поля при двухфазном КЗ за блочным трансформатором
Со!ог: аЬБ(Н) :4, А/т
-1-1- -1-1- -
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Рис. 8. Напряженность магнитного поля при двухфазном КЗ на землю за блочным трансформатором
Из анализа этих рисунков следует, что на картину распределения поля фаза В оказала незначительное влияние, так как аргумент комплекса тока фазы В близок либо к 0°, либо к 180°, поэтому мгновенное значение тока в момент времени ^ = 0 также мало. Кроме того, электромагнитная обстановка вблизи токопровода в режимах двухфазного и двухфазного на землю КЗ относится в соответствии с методическими указаниями1 к 4-му классу жесткости -воздействие полем напряженностью свыше 1000 А/м.
Также следует отметить эффективность одного из самых простых мероприятий - отдаление места прокладки контрольно-измерительных кабелей от пофазно-экранированного токопровода. Однако выполнить отдаленную
1 Стандарт организации СО 34.35.311-2004. Рекомендации по определению электромагнитной среды и совместимости на электростанциях. М .: Изд-во МЭИ, 2004. 76 с.
от токопровода трассировку контрольных кабелей не представляется возможным, поскольку в комплектный токопровод интегрированы измерительные трансформаторы, к которым должны подключаться кабели.
В этой связи необходимо разработать мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости контрольно-измерительного кабеля с токопроводом.
Мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости. Ввиду неудовлетворительной электромагнитной обстановки в качестве одного из мероприятий авторами исследуется эффективность применения дополнительных экранов.
Как правило, экран от магнитного поля выполняется из стали и в отличие от экрана для электрического поля требует большой толщины, в этой связи вытекает основной недостаток - габариты и масса. Учитывая, что генератор обычно расположен в машинном зале на некоторой высоте от земли, возникает проблема с креплением этого экрана.
Оценка эффективности стального экрана сечением 400x400 мм с толщиной стенок 160 мм с относительной магнитной проницаемостью ц = 600 производится в режиме двухфазного КЗ при условии размещения экрана левее пофазно-экранированного токопровода (см. рис. 4). Картина поля для этого случая представлена на рис. 9.
Сопоставив картины поля рис. 7 и рис. 9, можно сделать вывод о том, что магнитное поле внутри экрана ослабевает. Без дополнительного экрана контрольного кабеля, расположенного слева относительно токопровода фазы А, напряженность поля превышала 1000 А/м (рис. 7). В этой же расчетной области на рис. 9 внутри экрана напряженность не превышает 500 А/м. При этом вне экрана кабеля происходит искажение силовых линии поля с концентрацией их замыкания по поверхности (и вблизи) стального экрана в среде с наибольшей магнитной проницаемостью.
Color: abs(H)
■Л, А/т
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
Рис. 9. Картина напряженности магнитного поля при двухфазном КЗ и наличии экрана
Помимо экранирования согласно методическим указаниям1 для устранения влияния электромагнитных помех предлагается выполнить следующие мероприятия:
1. Использование экранированных контрольно-измерительных кабелей с заземлением экрана с обеих сторон.
2. Установка на входе микропроцессорных устройств специальных средств ограничения перенапряжений.
Все предлагаемые мероприятия имеют разную степень эффективности и стоимость. Оценку эффективности мероприятий производят сочетанием расчётных и экспериментальных методов. Целесообразность применения мероприятий определяется технико-экономическим расчётом.
Выводы. 1. Разработаны математическая модель и методика расчета полевой задачи для оценки влияния помех от пофазно-экранированного токопро-вода на контрольно-измерительные кабели в нестационарных режимах работы энергосистем.
2. В результате оценки влияния наведенных электромагнитных помех в режимах внешних двухфазных коротких замыканий установлено, что электромагнитная обстановка вблизи токопровода отвечает 4-му классу жесткости и характеризуется значением напряженности магнитного поля более 1000 А/м.
3. В результате численных экспериментов обоснована эффективность применения дополнительного экрана как одной из мер по обеспечению электромагнитной совместимости. Применение дополнительного стального экрана позволяет снизить напряженность магнитного поля на поверхности контрольно-измерительных кабелей до значения менее 500 А/м и, как следствие, обеспечить надежную работу микропроцессорных устройств контроля, защиты и автоматики.
Литература
1. Бессолицын А.В., Новосёлова О.А., Попов М.Г. Разработка методики численного расчета продольных параметров воздушной линии на основе трехмерной краевой задачи // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 2. С. 50-55.
2. Бессолицын А.В., Попов М.Г., Хорошинина Е.Н. Использование численного расчета трехмерного электростатического поля для определения собственных и взаимных емкостей проводов воздушной линии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 2. С. 55-59.
3. Бессолицын А.В., Попов М.Г. Численный расчет начального напряжения общей короны на многопроволочных проводах // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2010. № 2 (спецвыпуск). С. 35-37.
4. Ванин В.К., Амбросовская Т.Д., Попов М.Г., Попов С.О. Повышение достоверности работы измерительных цепей релейной защиты // Электрические станции. 2015. № 11. С. 30-35.
5. Ванин В.К., Ванин И.В., Попов М.Г. Повышение точности измерения первичных напряжений в энергосистемах // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 46-52.
6. Ванин В.К., Забоин В.Н., ПоповМ.Г., Сиренко Н.В., Хабаров А.А. Воспроизведение токов и напряжений измерительных трансформаторов тока // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 4(33). С. 42-45.
7. Ванин В.К., Попов М.Г. Анализ процессов в силовых и измерительных трансформаторах и коррекция их описания для различных приложений // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 01(30). С. 39-45.
1 Стандарт организации СО 34.35.311-2004. Рекомендации по определению электромагнитной среды и совместимости на электростанциях. М.: Изд-во МЭИ, 2004. 76 с.
8. Ванин В.К., Попов М.Г. Элементы систем автоматического управления в энергетике. Цифровая микроэлектроника систем релейной защиты и автоматики. СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-та, 2008. 152 с.
9. Ванин В.К., Попов М.Г. Теоретические основы цифровых средств релейной защиты и автоматики. СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-та, 2012. 170 с.
10. Попов М.Г. Автоматизированные системы контроля качества электроэнергии распределительных сетей // Энергетик. 2003. № 12. С. 34-35.
11. Попов М.Г. Совершенствование методов численного расчета расстояния до места повреждения воздушных линий электропередачи // Научно технические ведомости СПбГПУ. 2011. № 3(130). С. 54-61.
12. Попов М.Г., Ванин В.К., Забоин В.Н., Гуревич Э.И. Идентификация параметров силового оборудования в адаптивных средствах защиты и автоматики // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61, № 6. С. 68-76.
13. ПоповМ.Г., Васильева О.А., Асаинов Д.Н. Опыт внедрения цифровых технологий на ТЭЦ на базе многофункциональных измерительных приборов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.
14. Попов М.Г., Базлов Д.А., Васильева О.А., Чжиюй Л., Лапидус А.А., Семенов К.Н. Особенности динамических свойств автономной микросети с источниками распределенной генерации // Релейная защита и автоматизация. 2020. № 1(38). С. 26-31.
ПОПОВ МАКСИМ ГЕОРГИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (Popovmg@eef.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1621-9755).
МАНЬКОВ ПЁТР НИКОЛАЕВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (mankov.pn@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9104-664X).
МЕЛЬНИКОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (melnikov3.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7042-3277).
ДАУТОВ АЗАМАТ АИДАРОВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (dautov.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6273-3977).
Maxim G. POPOV, Petr N. MANKOV, Alexey A. MELNIKOV, Azamat A. DAUTOV ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF CONTROL AND MEASURING CABLES IN NON-STATIONARY MODES
Key words: conductor, short circuit, magnetic field, electromagnetic compatibility, control and measuring cables, non-stationary mode.
The article deals with questions of researching and analysis of voltages induced in protective shields of three-phase shielded conductor in modes of asymmetric short circuits external to generators ofpower station. The development of recommendations and measures to ensure electromagnetic compatibility of measuring circuits of microprocessor devices is an urgent research task, since it is generally determined by the electrophysical properties of the interference source and the analog-digital element base of the measuring part of the devices. The scientific novelty of the work consists in the development of measures to eliminate the induced electromagnetic influence on control and measuring cables switched to current and voltage measuring transformers. The purpose of the study is to assess the electromagnetic effect of the industrial frequency field on control and measuring cables laid near
a phase-shielded current pipeline, as well as to develop measures to ensure their electromagnetic compatibility. The paper presents a method for calculating the distribution of the intensity modulus H of a magnetic field induced by an industrial frequency current from a generator at an electric power station. For the modes of single-phase, two-phase and two-phase short circuits to the ground, patterns of the distribution of the magnetic field intensity modulus H are constructed, a stiffness class is assigned according to the magnetic field effect on control and measuring cables in accordance with the classification. Recommendations to reduce the level of exposure to the magnetic field intensity H are given. In case of using the screen, a repeated calculation was performed to compare and determine the effectiveness of this event. As a result of numerical experiments, the effectiveness of the use of an additional screen as one of the measures to ensure electromagnetic compatibility is justified. The use of an additional steel shield makes it possible to reduce the magnetic field strength on the surface of control and measuring cables to acceptable values and, as a result, ensure reliable operation of microprocessor control, protection and automation devices.
References
1. Bessolitsyn A.V., Novoselova O.A., Popov M.G. Razrabotka metodiki chislennogo rascheta prodol'nykh parametrov vozdushnoi linii na osnove trekhmernoi kraevoi zadachi [Development of a methodology for the numerical calculation of the longitudinal parameters of an overhead line based on a three-dimensional boundary value problem]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2010, no. 2, pp. 50-55.
2. Bessolitsyn A.V., Popov M.G., Khoroshinina E.N. Ispol'zovanie chislennogo rascheta trekhmernogo elektrostaticheskogo polya dlya opredeleniya sobstvennykh i vzaimnykh emkostei provodov vozdushnoi linii [Using the numerical calculation of a three-dimensional electrostatic field to determine the own and mutual capacities of the overhead line wires]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2010, no 2, pp. 55-59.
3. Bessolitsyn A.V., Popov M.G. Chislennyi raschet nachal'nogo napryazheniya obshchei korony na mnogoprovolochnykh provodakh [Numerical calculation of the initial voltage of the common corona on stranded wires]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika, 2010, no. 2 (Special issue), pp. 35-37.
4. Vanin V.K., Ambrosovskaya T.D., Popov M.G., Popov S.O. Povyshenie dostovernosti raboty izmeritel'nykh tsepei releinoi zashchity [Increasing the reliability of the measuring circuits of relay protection]. Elektricheskie stantsii, 2015, no. 11, pp. 30-35.
5. Vanin V.K., Vanin I.V., Popov M.G. Povyshenie tochnosti izmereniya pervichnykh naprya-zhenii v energosistemakh [Increasing the accuracy of measuring primary stresses in power systems]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2019, no. 3, pp. 46-52.
6. Vanin V.K., Zaboin V.N., Popov M.G., Sirenko N.V., Khabarov A.A. Vosproizvedenie to-kov i napryazhenii izmeritel'nykh transformatorov toka [Reproduction of currents and voltages of measuring current transformers]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 4(33), pp. 42-45.
7. Vanin V.K., Popov M.G. Analiz protsessov v silovykh i izmeritel'nykh transformatorakh i korrektsiya ikh opisaniya dlya razlichnykh prilozhenii [Analysis of processes in power and measuring transformers and correction of their description for various applications]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 01(30), pp. 39-45.
8. Vanin V.K., Popov M.G. Elementy sistem avtomaticheskogo upravleniya v energetike. Tsifrovaya mikroelektronika sistem releinoi zashchity i avtomatiki [Elements of automatic control systems in the power industry. Digital microelectronics of relay protection and automation systems]. St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnic University Publ., 2008, 152 p.
9. Vanin V.K., Popov M.G. Teoreticheskie osnovy tsifrovykh sredstv releinoi zashchity i avtomatiki [Theoretical foundations of digital means of relay protection and automation]. St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnic University Publ., 2012. 170 p.
10. Popov M.G. Avtomatizirovannye sistemy kontrolya kachestva elektroenergii raspre-delitel'nykh setei [Automated systems for monitoring the quality of electricity distribution networks]. Energetik, 2003, no. 12, pp. 34-35.
11. Popov M.G. Sovershenstvovanie metodov chislennogo rascheta rasstoyaniya do mesta povrezhdeniya vozdushnykh linii elektroperedachi [Improvement of methods for numerical calculation of the distance to the place of damage to overhead power lines]. Nauchno tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2011, no. 3(130), pp. 54-61.
12. Popov M.G., Vanin V.K., Zaboin V.N., Gurevich E.I. Identifkatsiya parametrov silovogo oborudovaniya v adaptivnykh sredstvakh zashchity i avtomatiki [Identification of parameters of power equipment in adaptive means of protection and automation]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika, 2018, vol. 61, no. 6, pp. 68-76.
13. Popov M.G., Vasil'eva O.A., Asainov D.N. Opyt vnedreniya tsifrovykh tekhnologii na TETs na baze mnogofunktsional'nykh izmeritel'nykh priborov [Experience in the implementation of digital technologies at thermal power plants based on multifunctional measuring devices]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki, 2019, vol. 25, no. 3, pp. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.
14. Popov M.G., Bazlov D.A., Vasil'eva O.A., Chzhiyui L., Lapidus A.A., Semenov K.N. Osobennosti dinamicheskikh svoistv avtonomnoi mikroseti s istochnikami raspredelennoi generatsii [Features of the dynamic properties of an autonomous microgrid with distributed generation sources]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2020, no. 1(38), pp. 26-31.
MAXIM G. POPOV - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Higher School of HighVoltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (Popovmg@eef.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1621-9755).
PETR N. MANKOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (mankov.pn@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9104-664X).
ALEXEY A. MELNIKOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (melni-kov3.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7042-3277).
AZAMAT A. DAUTOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (dau-tov.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6273-3977)._
Формат цитирования: Попов М.Г., Маньков П.Н., Мельников А.А., Даутов А.А. Исследование мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости контрольно-измерительных кабелей в нестационарных режимах электросети // Вестник Чувашского университета. - 2022. - № 1. - С. 128-141. БО!: 10.47026/1810-1909-2022-1-128-141.
