CC BY
60
17. Micropower System Modeling with HOMER, by 18. Автономные энергоустановки на возобновля-
T. Lambert, P. Gilman, and P. Lilientahal. Published in емых источниках энергии. [Электронный ресурс].
«Integration of Alternative Sources of Energy», by F. Far- URL: http://www.abok.ru/forspec/articles.php?nid=3278
ret and M. Simoes Copytight, 2006. 418 с. (дата обращения: 12.12.2014).
ANALYSIS OF THE INTENSITY OF SOLAR RADIATION ON THE TERRITORY OF NIZHNY NOVGOROD REGION
© 2015
А. А. Maslova, the post-graduate student Е. А. Sbitnev, the post-graduate student V. L. Osokin, the candidate of technical sciences, the associate professor, the head of the chair «Electrificationand automatization»
Nizhniy Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Annotation. On the territory of Russia is concentrated 45 % of the world reserves of natural gas, 13 % oil, 23 % coal, 14% of uranium. Such reserves of energy resources can provide the country's needs in heat and electricity for hundreds of years. However, actual use, due to significant difficulties and dangers, does not meet the needs of many regions in energy, due to irretrievable losses of fuel and energy resources (50 %), threatens environmental disaster in the field of extraction and production of fuel and energy resources [1].
Objectives meet needs of population and industry in thermal energy, especially in areas remote from centralized electric grids, leading to the need for renewable energy, including unconventional and small. This is also due to the necessity of addressing the global challenges of providing humanity with energy in the future, associated with limited stocks of fossil fuels and the requirements of environmental safety.
Among renewable energy sources solar radiation on the scale of resources, ecological purity and ubiquitous nature is the most promising energy source to produce heat and cold, particularly in the area of non-permanent high temperatures.
Keywords: water heating device, the height of the sun, altitude above sea level, horizontal surface, longitude, cloud cover, day length, solar radiation, scattering, angle, lat.
УДК 621.314.222.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПАРАМЕТРЫ НАПРЯЖЕНИЯ САМОРАЗРЯДА И ВОЗВРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС ТРАНСФОРМАТОРОВ
© 2015
Е. А. Матвеева, магистрант Д. В. Козяков, аспирант Д. А. Семенов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация»
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация. С помощью ранее разработанного устройства для измерения параметров изоляции на современной элементной базе с применением АЦП, подключаемого к компьютеру через USB-порт, что дает возможность использования для управления процессом диагностики портативных ЭВМ типа Notebook, было проведено исследование влияния температуры на диагностические параметры напряжения саморазряда и возвратного напряжения, определяющие остаточный ресурс трансформаторов.
Для испытания была выбрана единая методика измерения напряжения саморазряда и возвратного напряжения. На основании ранее проведенных исследований сделали вывод о том, что необходимо подавать испытательное напряжение на обмотку ВН и заземлять обмотку НН.
Приведены зависимости напряжения саморазряда от времени при разных температурах бака трансформатора, зависимости интенсивностей экспоненциальных составляющих напряжения саморазряда изоляции от температуры бака и обмоток, а также значения и зависимости возвратного напряжения при разных температурах бака трансформатора.
В результате исследования определено влияние температуры на измеряемые параметры напряжения саморазряда и возвратное напряжение. На основании полученных экспериментальных данных предложены эмпириче-
ские зависимости с поправкой на температуру для определения остаточного ресурса изоляции с учетом изменения температуры трансформатора при измерениях в диапазоне от +10 до +40 °С.
Ключевые слова: напряжение саморазряда, возвратное напряжение, электрическая изоляция, трансформатор, остаточный ресурс, диагностический параметр.
При исследовании влияния температуры на диагностические параметры мы использовали разработанное устройство контроля качества электрической изоляции (рисунок 1), защищенное патентом РФ [12], которое измеряет сопротивление, напряжение саморазряда и возвратное напряжение изоляции.
Устройство разработано на современной элементной базе с применением АЦП, подключаемое к компьютеру через USB-порт, что дает возможность использования для управления процессом диагностики портативных ЭВМ типа Notebook.
Рисунок 1 - Устройство контроля электрической изоляции
Первоначально, изучив литературные источники [1, 2, 3, 9, 11, 19], была выбрана единая методика измерения напряжения саморазряда и возвратного напряжения, для чего было проведено исследование при разных способах подключения и значениях испытательного напряжения, результаты которого представлены в [14]. Дело в том, что в силовых трансформаторах обмотка низшего напряжения (НН) находится всех ближе к стержню трансформатора. Далее по удаленности от стержня в трехобмоточных трансформаторах идет обмотка среднего напряжения (СН) и, наконец, всех дальше от стержня находится обмотка высшего напряжения (ВН), а в двухобмоточных трансформаторах после НН идет обмотка ВН. Следовательно, при заземлении разных обмоток электрическая емкость незазем-ленных обмоток будет разная.
На основании проведенных исследований был сделан вывод о том, что как предписывают правила устройства электроустановок [13], необходимо подавать испытательное напряжение на обмотку ВН и заземлять обмотку НН. Тем более что у распределительных трансформаторов нейтраль обмотки НН, как правило, соединена с корпусом трансформатора. При неза-земленной обмотке НН характеристики практически не изменяются.
Для того чтобы проанализировать влияние температуры на диагностические параметры напряжения саморазряда и возвратного напряжения, нами был использован трансформатор 110/0,4, который мы нагревали, и по мере нагрева и остывания снимали параметры.
Как известно, с изменением температуры изоляции изменяются и значения параметров схемы замещения. С повышением температуры сопротивление изоляции уменьшается [6, 16, 20], так как увеличивается число свободных носителей зарядов. Емкость конденсаторов c повышением температуры увеличивается, так как ослабевает связь связанных зарядов в дипольных молекулах и облегчается процесс их ориентации в электрическом поле [10, 15]. Рассмотрим, как связано влияние изменения параметров схемы замещения с изменением температуры на напряжение саморазряда и возвратное напряжение.
В таблице 1 приведены значения напряжения саморазряда в зависимости от времени измерения при разных значениях температуры бака трансформатора, а на рисунок 2 приведены графики изменения напряжения саморазряда от времени, построенные по данным таблица 1.
Таблица 1 - Данные напряжения саморазряда при разных температурах бака трансформатора
иг
Л§ \х°с 13 27 38
0 1 2 3
0 0 2.5-103 2.5-103 2.5-103
1 1 1.73-103 1.562-103 1.479-103
2 2 1.395-103 1.158-103 1.126-103
3 3 1.187-163 952.693 990.674
4 4 1.035-103 934.Э92 903.176
5 5 914.746 761.032 946.729
6 10 595.437 599.07 701.301
7 15 444.566 519.92 622.947
& 20 372.302 477.749 569.269
9 25 329.394 445.961 529.095
10 30 300.037 419.793 496.556
11 35 279.912 399.215 466.996
12 40 264.362 393.321 445.949
13 45 251.555 367.427 423.942
14 50 241.493 354.339 405.664
15 55 230.516 341.249 399.399
1& 60 225.942 330.965 379.975
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Рисунок 2 - Зависимости напряжения саморазряда от времени при разных температурах Т бака трансформатора: 1 - Т = 13 °С; 2 - Т = 27 °С; 3 - Т = 38 °С
Приведенные на рисунок 2 зависимости напряжения саморазряда от времени, как показал анализ, аппроксимируются следующими выражениями, содержащими три затухающих экспоненты:
____г
иС13 = 1289е 18 + 853е 77 + 358е;
__г_ __г_ г
иС27 = 1622е м + 370е 8'5 + 508е440; (1)
г
1,0
г
г
ис38 = 1486е 10 + 402е 9 5 + 612е 123
На рисунках 3 и 4 показаны экспериментальные зависимости напряжения саморазряда - 4 и составляющих экспонент (быстрой - 1, средней - 2 и медленной - 3) при разных температурах. Кривая 5 представляет собой сумму трех экспонент - 1, 2 и 3 в соответствии с формулами (1), с помощью которых аппроксимируется измеренное напряжение саморазряда.
Как видно из выражения (1) и рисунок 3 - рисунок 5, постоянные времени экспонент с ростом температуры изменяются мало. Максимальное значение или интенсивность быстрой экспоненты также изменяется незначительно, интенсивность средней экспоненты уменьшается, а медленной экспоненты - увеличивается. Зависимости интенсивности экспоненциальных составляющих от температуры показаны на рис. 6. На этом же рисунке показана зависимость расчетного остаточного ресурса от температуры, определенная для каждой температуры по ранее выведенной формуле [18]:
^ 02 ^ 03_
(2)
Р =
а + Ъип
Здесь а = 32410В2 и Ь = -11,7 В - коэффициенты пропорциональности; и01, и02, и03 - начальные напряжения на слоях изоляции быстрой, средней и медленной экспоненты.
ис
4 5
Ч
1-\ 2" г
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 с
Рисунок 3 - Кривые напряжения саморазряда и его составляющие экспоненты при температуре бака Т = 13 °С
2000
1500
1000
500
Гс
и --4 5
/2 \ 3 f
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Рисунок 4 - Кривые напряжения саморазряда и его составляющие экспоненты при температуре бака Т = 27 °С
2000
1500
1000
500
5 Л
г1 ,2 3 г
0 5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (
Рисунок 5 - Кривые напряжения саморазряда и его составляющие экспоненты при температуре бака Т = 38 °С
16 -
14 -
Вр 1600 1400 1200
12
10- 1000 800 600
200
и
и --— • . •••••••
р
с'оз
г
10
15
20
25
30
35
Рисунок 6 - Зависимости интенсивностей
экспоненциальных составляющих и прогнозируемого оставшегося ресурса изоляции от температуры Т
Из рисунка 6 видно, что при изменении температуры измерения следует при расчете по формуле (2) вводить поправку, если температура измерения отличается от 25 °С. На каждый градус отличия температуры в сторону уменьшения или увеличения температуры от значения 25 °С следует отнимать 0,2 года.
Рисунок 7 - Зависимости интенсивностей экспоненциальных составляющих напряжения саморазряда изоляции от температуры Т: а - бака; б - обмоток
С учетом этого формула (2) будет записываться в следующем виде:
Р =
и02 йоз а + Ъип
- 0,2 • |Т - 25|
'01 (3)
На рисунке 7 показаны зависимости интенсивно-стей экспоненциальных составляющих напряжения саморазряда изоляции от температуры Т для двух случаев, когда измеряется температура бака (а) и когда измеряется температура обмоток (б). Как видно из рисунка 8, тенденции изменения интенсивностей в обоих случаях одинаковые.
в
700 600
500 400 300 200 100
ис
«сю ____
С15
'^СЗО
г
10
15
20
25
30
35
Рисунок 8 - Зависимости напряжений саморазряда, измеренных в моменты времени 10, 15, 30 и 60 с от температуры Т
На рисунке 8 приведены зависимости напряжений саморазряда, измеренных в моменты времени 10, 15, 30 и 60 с от температуры т. Значение напряжения Нею изменяется в зависимости от температуры по нелинейному закону, а напряжения не15, не30, неб0 - по закону, близкому к линейному, причем относительное изменение всех меньше у напряжения не15. Это подтверждает правильность выбора этого напряжения в качестве диагностического параметра и применения
упрощенной формулы для определения остаточного ресурса:
ur
P =
C15
30 (4)
при пользовании упрощенной формулой 4 для определения остаточного ресурса следует вводить поправку на изменение температуры. Ресурс изменяется на 0,25 года на каждый градус и упрощенная формула будет выглядеть так:
р _ UC15
- 0,25(T - 25) 30 (5)
Расчет по формулам (3) и (5) дает практически одинаковые результаты.
В таблице 2 Приведены значения возвратного напряжения при разных температурах бака трансформатора, а на рисунке 9 приведены зависимости возвратного напряжения, построенные по данным табл. 2.
На рисунке 10 приведены зависимости параметров возвратного напряжения от температуры бака: UMAX, tMAX и их произведение. Как видно из рисунка 10, произведение UMAX • tMAX практически не зависит от температуры. Поэтому при определении оставшегося ресурса можно пользоваться ранее полученной формулой Р = Umax • tmax/200 без поправки на температуру. При этом значения ресурса по напряжению саморазряда и по возвратному напряжению получаются близкими друг к другу.
Рисунок 9 - Значения возвратного напряжения при разных температурах бака трансформатора: 1 - Т = 13 °С; 2 - Т = 27 °С; 3 - Т = 38 °С
На основании проведенных исследований был сделан вывод о том, что температура оказывает влияние на определение остаточного ресурса по напряжению саморазряда.
Из проведенного исследования подтверждается правильность выбора напряжения саморазряда, измеренного на 15 секунде, в качестве диагностического параметра, так как относительное изменение напряже-
ния по линейному закону меньше у напряжения именно на этом этапе времени. При анализе полученных результатов предложена формула с поправкой на температуру для определения остаточного ресурса.
Таблица 2 - Данные возвратного напряжения при разных температурах бака трансформатора
UB =
JV# \х°с X 13 27 38
0 1 2 3
а 0 0 а 0
L 1 230.516 367.269 495.695
2 2 315.507 516.932 641.53&
3 3 354.007 502.902 697.43
4 4 377.79 613.426 700.016
5 5 390.596 630.165 703.684
6 10 405.232 627.211 601.694
7 15 390.596 602.595 649.107
В 20 375.046 500.933 620.504
9 25 359.495 55Э.286 595.645
10 30 346.689 53&.594 571.743
1L 35 333.882 524.809 550.709
12 +0 323.82 5С9.055 531.507
13 +5 315.587 494.285 515.334
14 50 305.525 403.454 499.00
15 55 300.037 472.623 406.651
16 6-0 292.719 461.793 472.31
8000 6000 4000 2000
800 600 400 200
0L 10
20
25
'шах \ / /Гтах
и ^шах
maxima /
Т
30
35
Рисунок 10 - Зависимости параметров возвратного напряжения от температуры бака
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев Б. А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов. М. : НЦ ЭНАС. 2002. 216 с.
2. Бутырин П. А., Алпатов М. Е. Диагностика силовых трансформаторов под нагрузкой // Изв. РАН. Энергетика. № 1. 1996. С. 74-81
3. Бутырин П. А., Васьковская Т. А., Алпатов М. Е. Упрощенные математические модели трехфазных трансформаторов для целей диагностики // Электро: Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2002. № 1. С. 17-20.
4. Ванин Б. В., Львов Ю. Н., Дулькин И.Н., Мами-конянц Л. Г. Соколов В. В., Львов М. Ю., Шифрин Л. Н. Физические аспекты локального повышения температуры в охлаждающих каналах силовых трансформаторов с принудительной циркуляцией масла // Электричество. 2007. № 1.
5. Гамазин С. И., Пупин В. М., Марков Ю. В. Обеспечение надёжности электроснабжения и качества электроэнергии // Промышленная энергетика. 2006. № 11. С. 52-57.
6. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Ввел, с 01.01.1999.
7. ГОСТ 3484.1-88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний. М. : Изд-во стандартов, 1989.
8. Калявин В. П., Рыбаков Л. М. Надежность и диагностика электроустановок. Йошкар-Ола: Изд-во Марийский государственный университет, 2000. 369 с.
9. Киш Л. Нагрев и охлаждение трансформаторов: Пер. с венгерского / Под ред. Г. Е. Тарле. М. : Энергия, 1980. 208 с.
10. Конденсатор, электрический // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). СПб. : 1890-1907.
11. Макаревич Л. В., Шифрин Л. Н., Алпатов М. Е.
Современные тенденции в создании и диагностике силовых трансформаторов больших мощностей // Изв. РАН. Энергетика. № 1. 2008. С. 45-69.
12. Патент на ПМ № 119125 РФ. Устройство для контроля качества электрической изоляции. Серебряков А. С., Семенов Д. А., Степанов Б. С., Игнаткин Д. Н. Опубл. 10.08.2012, Бюл. № 22.
13. Правила устройства электроустановок. СПб. : Изд-во «ДЕАН», 2004.
14. Приборы мониторинга силовых трансформаторов. http://www.energyland.info/analitic-show-56370.
15. Ренне В. Т. Электролитические конденсаторы. М. : Энергия, 1969. 592 с.
16. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. М. : ОРГРЭС, 1997.
17. Серебряков А. С. Трансформаторы. Учебное пособие. Княгинино: НГИЭИ, 2010. 300 с.
18. Серебряков А. С., Семенов Д. А. Определение оставшегося ресурса главной изоляции распределительных трансформаторов // Электротехника, 2013. № 6. С.2-8.
19. Чернышев В. А., Зенова Е. В., Лякишева Ю. В. Некоторые особенности современных методов оценки состояния изоляционных конструкций сложного электротехнического оборудования // Тр. 5-й Меж-дунар. конф. «Электротехнические материалы и компоненты 1СЕМС-2004». Крым, Алушта, 2004. С. 48-52.
20. Якобсон И. Я. Наладка и эксплуатация переключающих устройств силовых трансформаторов. М. : Энергоатомиздат, 1985. 120 с.
THE STUDY OF TEMPERATURE INFLUENCE THE PARAMETERS OF VOLTAGE-DISCHARGE AND REVERSE VOLTAGE, DETERMINING THE REMAINING LIFE OF TRANSFORMERS
© 2015
Е. А. Matveeva, магистрант D. V. Kozyakov, the post-graduate student D. А. Semenov, the candidate of technical sciences, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация» Nizhniy Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Annotation. Using a previously developed device to measure the insulation on modern element base with the use of the ADC connected to the computer through a USB port that allows the use to control the diagnostic process portable Notebook-type PC, a study was conducted of the effect of temperature on the diagnostic parameters voltage self-discharge and reverse voltage, determining the remaining life of transformers.
For testing we have chosen a uniform method of measurement of voltage-discharge and reverse voltage. On the basis of earlier studies concluded that it is necessary to apply a test voltage to the HV winding and grounded to the coil LV.
The dependences of the voltage-discharge time at different temperatures of the transformer tank, the dependence of the intensities of the exponential components of the voltage-discharge isolation from the temperature of the tank and windings, as well as the values and dependencies reverse voltage at different temperatures of the transformer tank.
The study determined the effect of temperature on the measured parameters voltage and discharge return voltage. On the basis of obtained experimental data the proposed empirical relations with correction for temperature to determine the residual life of isolation with regard to the changes in temperature of the transformer for measurements in the range from +10 to +40 °C.
Keywords: voltage self-discharge, return voltage, electrical insulation, transformer, residual life, the diagnostic parameter.
УДК 637.5.032
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОЛБАС
© 2015
Д. К. Нагарокова, студентка 2 курса факультета перерабатывающих технологий Д. С. Шхалахов, студент 5 курса факультета перерабатывающих технологий Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар (Россия)
Аннотация. В статье упомянуто, что развитие рыночных отношений влечет за собой увеличение объемов производства высококачественной деликатесной мясной продукции. Приведено сравнение объёмов производства сырокопченых колбас в 2010, 2013 и 2014 годах. Сказано, что для обеспечения правильного процесса созревания сырье должно быть сухим и общий уровень его обсемененности должен быть максимально низким. Также перечислены критерии, которые являются определяющими при выборе нежирного мясного сырья: к обработке допускается только мясо с гарантированным гигиеническим статусом; не используется парное мясо, вместо него допускается охлажденный продукт; не используется DFD-мясо; мясо должно быть «сухим»; при размораживании необходимо дать мясу освободиться от мясного сока. В статье указаны рекомендации, которыми следует руководствоваться при выборе жирного сырья.
Смеси для созревания сырокопченых колбас представляют собой смеси специй, ингредиентов и добавок, которые используются для контроля процесса созревания и вкуса продукта, а также для достижения безопасного производства. В статье описаны критерии, согласно которым происходит выбор подходящих сахаров, жиров. Приведены сравнения образования молочной кислоты в сухих колбасах без сахара и с добавлением 1 % различных сахаров соответственно; снижение уровня рН в сухих колбасах без сахара и с добавлением 1 % указанных сахаров соответственно; влияние различной дозировки декстрозы на снижение рН сухих колбас.
Для формирования вкусовых характеристик в рецептуре сырокопченых колбас используют специи. Например перец является для сухих колбас основной специей. Во многих регионах в качестве такой добавки часто используется чеснок. Паприка в основном используется в венгерских и испанских разновидностях сухих колбас. В технологии сырокопченых колбас немаловажным является использование стартовых культур, которые позволяют сделать производственный процесс быстрее, экономичнее и воспроизводимее и безопаснее. Введение в рецептуру сырокопченых колбас специально подобранных смесей для созревания способствует ускорению технологического процесса, улучшению качества.
Ключевые слова: жировые компоненты, качество мясного сырья, комплексные смеси, сахара, сырокопченые колбасы, формирование вкуса, жирное сырье, жировые ткани, шпик, мясная продукция, крахмальная сахарифика-ция, смеси для сырокопченых колбас.
С развитием рыночных отношений все большее внимание уделяется увеличению объемов производства высококачественной деликатесной мясной продукции. Так, объемы производства сырокопченых колбас выросли с 2,8 % (2010 г.) до 6 % (2013 г.) и по прогнозам должны достигнуть в 2014 г. 8,5 % (около 225 тыс. тонн) от всего объема производства колбасных изделий [1].
При производстве сырокопченых колбас большое внимание уделяется качеству мясного сырья. Для обеспечения правильного процесса созревания сырье должно быть сухим и общий уровень его обсемененности должен быть максимально низким [2, 3]. Следующие критерии
являются определяющими при выборе нежирного мясного сырья:
- к обработке допускается только мясо с гарантированным гигиеническим статусом;
- не используется парное мясо, лучше использовать охлажденное мясо, оставленное на четыре-пять дней для созревания;
- не использовать БРБ-мясо. БРБ-мясо больше подходит для эмульгированных вареных продуктов. БРБ-мясо вводит в сырокопченые колбасы большое количество бактерий, в том числе нетипичных для нормального сырья, приводит к усложнению сушки, по-
