CC BY
31
Список литературы
1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения пром-предприятий-М.: Энергоатомиздат, 2014. 272 с.
2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение показателей качества электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 2012. 224 с.
3. Электрические и электронные аппараты: учебник для ВУЗов / под ред. Розанова Ю.К. М.: Информэлектро, 2011. 421 с.
4. Шидловский А.К, Федин B.C. Частотно-регулируемые источники реактивной мощности. Киев: Наук. Думка, 2012. 304 с.
Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доцент, erschov. serrg@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Черкасов Роман Михайлович, магистр, Kafelene@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DESIGN FEATURES OF DEVICES FOR FILTERING HARMONICS S.V. Ershov, R.M. Cherkasov
Analyzed devices that are designed to improve the quality of the supplied electrical energy, as well as their groups: individual and group. The main characteristics of devices that belong to both groups are investigated.
Key words: power Quality higher harmonics, structural features, passive filter, compensation devices.
Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical science, docent, erschov. serrg@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Cherkasov Roman Michailovich, magister, Kafelene@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3
К АНАЛИЗУ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А.Н. Шпиганович, А. А. Шпиганович, Е.П. Зацепин
Проанализированы воздействия разнообразных факторов как внешних, так и внутренних на злектрооборудование систем электроснабжения в процессе эксплуатации: повышение влажности, агрессивность сред, пыли, неблагоприятные атмосферные явления, механические и электрические нагрузки и т.д. Проанализированы изменения основных свойств материалов электроустановок.
Ключевые слова: электроснабжение, надежность, отказ, наработка, безотказность, уровни, электрооборудование.
Распределение электрической энергии по приемникам промышленного предприятия осуществляется засчет систем электроснабжения. Выход из строя даже одного элемента системы приводит к прекращению подачи электрической энергии к отдельному или группе приемников. Это естественно нарушит технологический процесс
59
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 12
предприятия. Решение в общем случае данной проблемы довольно сложной является задачей. Необходимо ее решать относительно надежности оборудования. Основой служат плотность вероятности наработки на отказ и вероятность безотказной работы элементов системы. Эти параметры, если использовать теорию случайных импульсных потоков, позволяют устанавливать вероятность планируемых простоев и их длительность [1 - 5].
Теория вопроса. Системы электроснабжения относятся к основным системам промышленного предприятия, от их безотказности зависит количество и качество выпускаемой продукции ее конкурентоспособность.
Гарантированное электроснабжение приемников обеспечивается необходимой величиной вероятности безотказной работы электрооборудования. В результате планируемой периодичности простоев (диагностики) осуществляется обнаружение и ликвидация развивающихся отказов оборудования на стадии их зарождения. Это предотвращает возникновение аварий и выход из строя оборудования. Принятое необоснованное решение о периодичности проведения ремонтов снижает надежность, ресурс оборудования [1 - 8]. Обоснование ремонтно-профилактического обслуживания обычно для действующих предприятий осуществляется на основании статистических данных. Эту проблему можно решить теоретически. На первоначальном этапе необходимо разбить систему электроснабжения на уровни. Последовательно соединённое оборудование уровней заменяется одним эквивалентным элементом. Обычно для систем электроснабжения промышленных предприятий различают шесть уровней. На первом уровне находятся электроприемники технологических машин, агрегатов, станков и т.д. Ко второму уровню относятся соединительные провода, магнитные пускатели (контакторы), низковольтные выключатели. Третий уровень состоит из электрооборудования распределительных пунктов или понизительных цеховых подстанций. Уровень четыре представляет соединительные кабели (воздушные линии) между главной подстанцией или подстанциями и распределительными пунктами (подстанциями) цехов. На пятом уровне находятся шины главной понизительной подстанции, трансформаторы, выключатели. К шестому уровню относят разъединитель. Он отображает границу раздела системы электроснабжения предприятия и энергосистемы. Указанное число уровней и наименование их электрооборудования является условным [7 - 12].
Обычно главные подстанции оснащаются силовыми двухобмоточными трансформаторами с дутьем и естественным масляным охлаждением. Номинальное высшее напряжение трансформаторов 110 кВ. С секции шин через выключатели по кабельным линиям электроэнергия передается на цеховые трансформаторы 6/0,4 кв. Электроприемники представляют собой различное технологическое оборудование с асинхронными двигателями.
Метод исследований. Методом, проведения исследования оценки безотказности электрических систем промышленных предприятий, является теоретический анализ, выполненный на основе случайных импульсных потоков.
Описание метода исследований. Каждая единица электрооборудования уровня отображается элементарным импульсным потоком Х(1;), который характеризуется вероятностью появления импульсов (безотказностью работы оборудования)Р, вероятностью появления пауз (отказами оборудования)Р, средней длительностью импульсов (наработки на отказ)Т, средней длительностью пауз (временем восстановления отка-зов)0, частотой появления импульсов и пауз Д, функциями распределения длительности импульсов а(т) и пауз Р(6). Электрооборудование уровней в основном в электрическом отношении и отношении надежности, воздействия отказов на работу технологических машин, соединено между собой последовательно. В отношении надежности параметры уровня будут
Ру=П?=1 Р1;РУ=1-РУ=1-П?=1 Ч; еу=^2?=1 ;
ту=/;\а(т)ат; ёу=/;>(е)с1е, 7 (1)
где Ру - вероятность безотказной работы последовательного соединения электрооборудования уровня; Ру- вероятность отказов электрооборудования последовательного соединения уровня; 0у- среднее время восстановления отказов электрооборудования уровня; Ту- среднее значение наработки на отказ последовательного соединения электрооборудования уровня; Ту - математическое ожидание наработки на отказ последовательного соединения электрооборудования уровня; 0у- математическое ожидание времени восстановления отказов электрооборудования уровня.
Чтобы определить, как изменятся показатели надежности последовательного соединения электрооборудования уровня, при замене отдельной его единице на более надежное оборудование поступим следующим образом. Сначала определим показатели надежности последовательного соединения без единицы электрооборудования подлежащего замене на более надежное оборудование. При этом формулы (1) приобретают вид
Ру-1=П?=1 Рь Ру-1=1-Ру-1=1-П?=1 рь ёу,-!^!!^; Ру,-!-^:1-^:;;
еу,_Но тте.(2)
Затем определяются параметры надежности уровня с замененным электрооборудованием. Для этой цели используются зависимости
р;=рвхП?=1 Рь Ру=1-Ру=1-рвхП?=Г1Рь ё;=±(ёв + ^тЕР=11ё1>;
Ту"=/0™ тау(т)с1т; (3)
Разность однотипных параметров между выражениями (3) и (2) позволяет определить соответственно на какую величину изменились параметры надежности электрооборудования рассматриваемого уровня от замены отдельной единицы электрооборудования на более надежное оборудование.
В качестве примера рассмотрено последовательное соединение трех единиц электрооборудования на анализируемом уровне системы электроснабжения. Параметры надежности электрооборудования приведены в таблице.
Параметры надежности совместной работы электрооборудования рассматриваемого уровня в данном случае равны: Ру=0,999994; Ру=6-10"6; Цу=2,417 1/ч. 10"4; ту=0,472 г.;ёу=2,832 ч.
Вероятностные параметры электрооборудования уровня анализируемой системы электроснабжения
№ оборудования уровня Параметры отказов
Р Р Д, 1/ч-Ю"5 т,г. 6,ч. Г, г. е*,ч.
1 0,999998 2-10"6 7,2232 1,58 3,5 1,55 3,5
2 0,999997 3-Ю"6 5,3581 2,13 4,7 2,15 4.3
3 0,999999 1-Ю"6 0,1164 0,98 2,7 1,07 2,5
Пусть в процессе эксплуатации подлежит замене на рассматриваемом уровне второй номер единицы электрооборудования. Тогда параметры надежности совместной работы оборудование уровня без второго номера электрооборудования будут:
61
Известия ТулГУ. Технические науки. 2D1S. Вып. 12
Ру=0,999997; Ру=3-10"6; еу= 1,653 1/ч. 10"4; Ту=0,605 г.; еу=1,815 ч. При замене электрооборудования на новое оборудование с параметрами: Р0=0,999999; ро=1-10"6; ео= 2,000 1/ч. 10-4; То=5,00 г.; §о=5,000 ч., соответственно параметры надежности соединения уровня станут равными: Ру=0, 999996; Ру=4-10"6; Цу= 1,085 1/ч. 10"4; ту=0,540 г.; еу=2,160 ч. В результате параметры надежности соединения уровня увеличатся на величину: AРу=Ру-Ру=0,999996-0,999994=2,00•10-6; APy= I 4-10"6-6-10"6 I = I 2-10"6 I; Aey= = I 1,0852,417 I = I 1,332 I 1/ч.; ATу=0,540-0,472=0,06Вг.; A§y= I 2,160- -2,832 I = I 0,672 I ч. Естественно, оценочные результаты можно получать, в данном случае, и в относительных единицах.
Заключение. Следует отметить, что данный подход анализа систем электроснабжения в отношении их безотказности может быть использован для предприятий любой промышленности. Естественно, с увеличением числа уровней сложность анализа возрастает. При этом заменяемое электрооборудование может обладать как показателями надежности большими исходного оборудования, так и меньшими по величине. Это зависит от процесса управления безотказностью системы электроснабжения.
Работа выполнена в рамках научного проекта № 17-48-480083 при финансовой поддержке РФФИ и администрации Липецкой области.
Список литературы
1. Шпиганович A.fr, Шпиганович A.A. Бош В.И. Случайные потоки в решении вероятностных задач. Липецк, 2003. 224 с.
2. Шпиганович A.A. Научно-технические основы анализа функционирования систем электроснабжения. Липецк: ЛГТУ, 2012. 99 с.
3. Шпиганович A.A. Современное состояние вопроса безотказности систем электроснабжения. Липецк: ЛГТУ, 2012. 79 с.
4. Шпиганович A.fr, Пестунов ВА. Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения. Липецк. ЛГТУ, 2004. 281 с.
4. Шпиганович A.fr, Шпиганович A.A., Пушница KA. Повышение безотказности кислородно-конверторных производств путем улучшения защит систем их электроснабжения от коммутационных перенапряжений // Сталь. 2015. №6. С. 55-57.
6. Akagi H. New Trends in Active filters for Power Conditioning // IEEE Transactions on industry applications, 1996. №6. P. 1312-1322.
7. Yu-Long C., Hong L., Jing-Gin W. Simulation and reliability analysis of shunt active power theory // Journal of Zhejiang University Science, 2007. №3. P. 416-421.
8. Шпиганович A.fr, Шпиганович A.A. Оценка эффективности безотказности систем // Вести вузов Черноземья, 2013. №1. С. 25-33.
9. Шпиганович A.A. Aнализ влияния вероятностных параметров электрооборудования на эффективность функционирования систем электроснабжения // Вести вузов Черноземья, 2013. №2. С 25-32.
10. Шпиганович A.fr Aспекты расчетов параметров электрических установок по условиям подобия // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. №2. С. 232-235.
11. Конюхова E.A. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. Москва: НТФ Энергопрогресс, 2001. 92 с.
12. Шпиганович A.fr, Шпиганович A.A., Зацепина В.И., Зацепин Е.П. Случайные импульсные потоки к анализу и синтезу многоуровневых систем: учебное пособие. Липецк: ЛГТУ, 2017. 308 с.
Шпиганович Александр Николаевич, д-р техн. наук, профессор, kaf-eoastu. lipetsk.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Шпиганович Алла Александровна, д-р техн. наук, профессор, kaf-eo@stu. lipetsk.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Зацепин Евгений Петрович, канд. техн. наук, доцент, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
TO ANALYSIS OF ELECTRICITY CERTAINABILITY SYSTEMS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES
A.N. Shpiganovich, A.A. Shpiganovich, E.P. Zatsepin
The effects of various factors, both external and internal, on electrical equipment of electrical power supply systems during operation: increased humidity, aggressiveness of media, dust, adverse atmospheric phenomena, mechanical and electrical loads, etc. were analyzed. Analyzed changes in the basic properties of materials of electrical installations.
Key words: power supply, reliability, failure, operating time, reliability, levels, electrical equipment.
Shpiganovich Aleksandr Nikolaevich, doctor of technical science, professor, the head of chair, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Shpiganovich Alla Aleksandrovna, doctor of technical science, professor, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Zatsepin Evgeniy Petrovich, candidate of technical science, docent, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
УДК 621.311.24
ОФФШОРНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
А. С. Филатова
Рассматриваются вопросы о развитии ветроэнергетики, а именно оффшорной ветроэнергетики.
Ключевые слова: оффшорная ветроэнергетика, ветроэнергетическая установка, ветроэлектростанция, возобновляемые источники энергии.
Глобальное использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становится необходимым инструментом для будущего развития мировой экономики и борьбы с истощением углеводородного сырья.
В последние годы все больше ведутся исследования, направленные на поиск и изучение новых видов источников энергии, а также способов применения их для увеличения топливно-энергетических ресурсов. Особый интерес проявляется к нетрадиционным источникам энергии (НВИЭ), таким, как энергия ветра, солнца, гидроэнергия малых рек и т.д.
В статье, которая была опубликована в сборнике «Известия Тульского государственного университета. Технические науки», выпущенным издательством ТулГУ, под названием «Положение и перспективы нетрадиционной возобновляемой энергетики в России», рассматривался вопрос о нынешнем состоянии НВИЭ в России и перспективах развития её в нашей стране, а также была проведена оценка текущего положения возобновляемых источников энергии [1].
