CC BY
9
Daneev Alexey Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, daneev@mail.ru, Russia, Irkutsk, Irkutsk State University of Railway Transport,
Menaker Konstantin Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, men-kot@mail.ru, Russia, Chita, Zabaikalsk Rail Transport Institute, a branch of Irkutsk State Transport University,
Sizykh Viktor Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, sizykh_vn@mail.ru, Russia, Irkutsk, Irkutsk State University of Railway Transport
УДК 621.316.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-372-379
МОДЕЛИРОВАНИЯ НАГРЕВА ФАЗНОГО ПРОВОДНИКА ПРИ НЕСИММЕТРИИ НАГРУЗКИ
С.Ш. Таваров, Б.И. Косимов
Статья посвящена проблеме нагревания фазных проводников при несимметрии нагрузки. Для выявления влияния токов нагрузки на изменения температуры проводника и количественной оценки теплового действия электрического тока с использованием преобразованной системы уравнения изменения температуры проводника и количественная оценка теплового действия электрического тока в среде Matlab была построена компьютерная модель участка электрической сети напряжением до 1000 В с блоками моделирования термопроцесса и алгоритма управления блока моделирования термопроцесса. Построенная модель позволяет представлять результаты изменения температуры проводника и количественная оценка теплового действия электрического тока в виде графической зависимости.
Ключевые слова: проводник, температура, ток нагрузки, компьютерная модель.
Проблема несимметрии нагрузки в бытовых потребителей в последнее годы становится все более актуальной и по сей день, она является полностью не решенной задачей. Неравномерность включения электроприемников в частности в часы максимума бытовыми потребителями создают ряд проблем:
1. Отклонения напряжения;
2. Возрастания токов нагрузки;
3. Появления токов в нулевом проводе.
В отдельности и в совокупности все эти проблемы приводят к увеличению вероятности снижению сроков службы электроустановок, возрастанию потери электроэнергии и снижению эффективности системы электроснабжения напряжением до 1000 В [1-4].
Известно, что наиболее подверженным воздействием изменения нагрузки в распределительных сетях до 1000 В являются кабельные линии и проводники [1-4].
Для оценки воздействия токов нагрузки на состояния изоляции проводников необходимо определить изменения температуры проводника в зависимости от влияния возрастания токов нагрузки [5-7]. Несмотря на то, что в этом направлении выполнены множество теоретических и экспериментальных работ [1-4] и опубликованы научные статьи проблема пока полностью не решена, а лишь ещё больше возрастает.
372
В связи со сказанным в МайаЬ бала построена компьютерная модель участка распределительной сети напряжением до 1000 В рис. 1 позволяющая получать зависимость изменения температуры проводника за время Т от токов нагрузки.
Рис. 1. Модель участка распределительной сети напряжением до 1000 В
Приведенная на рис. 1 модель участка распределительной сети напряжением до 1000 В состоит из следующих элементов: источника тока - 1;
потребительской трансформаторной подстанции - 2; трёхфазного измерительного прибора - 3, 5; модель трехфазного проводника - 4; активная нагрузка - 6; блок моделирования термопроцесса - 7; осциллографа - 8.
Метод исследования. Известно, что любая компьютерная модель выполняет те действия, которые в них закладываются. В связи с этим для построения компьютерной модели, главным элементом которого является блок моделирования термопроцесса (рис. 2) и алгоритм управления блока моделирования термопроцесса (рис. 3).
Преобразованием уравнения изменения температуры проводника и количественная оценка теплового действия электрического тока были получены системы уравнения. Применения, которых в блоке моделирования термопроцесса (рис. 2) получены зависимости изменения температуры проводника за время нагрева - Т от токов нагрузки.
Алгоритм управления блока моделирования термопроцесса (рис. 3) работает на основе преобразованной системы уравнения позволяющая определять изменения температуры проводника за время нагрева - Т от токов нагрузки с представлением результатов в виде графических зависимостей.
Систему уравнений изменения температуры проводника за время нагрева - Т от токов нагрузки определяем следующим образом.
Q = c•m•ДT
или
Q = c•m -(1:2-1!)
или
Ст = с2
ст
или
+ ^ (1)
* ст 1 х 7
Q = Ql -Q2 (2)
^2 = I Рэл. •t•(dt) (3)
1 Рэл. Т (3)
| Q2 = /Ррасс.•(dt) (4)
(^Ррасс. к • Б • ("'-окр.ср. t2)
r = RHоM•(1 + ТКС•ДT) (5)
Дж 4- ОП ■
где с - удельная теплоемкость, к^; т - масса, кг; t1 - номинальная температура, С; i -
ток нагрузки, А; г - сопротивления проводника, Ом; Б - сечение проводника, мм2; k -
коэффициент теплопередачи, -^М-; ТКС - температурный коэффициент сопротивления,
к-1. К'к
Cjrienl in Ambient and Wire Temp-re
Thermal Block2
Рис. 2. Блок моделирования термопроцесса
Рис. 3. Алгоритм управления блока моделирования термопроцесса
374
Результаты исследования. Для исследования был принять медный проводник с поливинилхлоридной изоляцией сечением 6 мм2.
Для которого согласно Правило устройства электроустановок (ПУЭ) длительно-допустимый ток при прокладке в одной трубе равно Ь=40 А.
Применив систему уравнения (3), (4) и уравнения (1), (5) в блоке моделирования термопроцесса в среде Matlab были получены зависимости изменения температуры проводника за время нагрева - T от токов нагрузки в фазных проводниках при симметричной нагрузки рис. 4.
Ьсоре
Г3е Тоок Ч\тч 5"|гпи1вЬоп Н«4р
ат1 ■а0 н У ц- вн* еэ■
"Г
Рис. 4. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при симметричной нагрузки
При изменении нагрузки на 10% рис. 5.
* 5сор*
РЛс ТооН Ух-л 5ти1л1оп Не*р
4й1-в »- (4 ■ ез- * ¿а ■
_ |-С|™тг_т|-
Л|гЫг|| ГтрягаГигг
-йЛ
-°'Г
Рис. 5. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 10%
Из рис. 5 видно, что при изменении нагрузки на 10% установившийся нагрев
составляет дж =30+25=55°С.
При изменении нагрузки на 20% рис. 6.
"Ш 5соре — О X
I* !ооЬ 4*тц1а»к)п Не4р
■и -м — ю - --С[лнП ш |-
<ц> _
0
130 —
!М - -
Л0 — -
■ 10* Г
___
о 50 1« 180 аса
Рис. 6. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 20%
Из рис. 6 видно, что при изменении нагрузки на 10% установившийся нагрев составляет =35+25=60°С.
При изменении нагрузки на 30% рис. 7.
№ ТооЬ ¡итЫчгюп не|р
>4* • к> т ек- ЁЭ * * И-
120
х
| Слип 1П |—
| АптЬшИ 1ншроса1иго |_
Рис. 7. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 30%
Из рис. 7 видно, что при изменении нагрузки на 10% установившийся нагрев составляет $ж =38+25=63°.
При изменении нагрузки на 40% рис. 8.
Из рис. 8 видно, что при изменении нагрузки на 40% установившийся нагрев составляет $ж =40+25=65°.
Тъар. -ах
г*г ГооН V« «¿ти^вл МИц
ф- • Й' * Ш'
* ш с 1-ь—.-Н
т
±_
£Е в---Ь
I —
1=1г
Рис. 8. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 40%
При изменении нагрузки на 50% рис. 9.
и: |_Он 1и1 .<Л<*|
.1
* -1- - -
__ э
- -
--т
Рис. 9. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 50%
Из рис. 9 видно, что при изменении нагрузки на 50% установившийся нагрев составляет дж =60+25=85°.
- При изменения нагрузки на 60% рис. 10.
Н. ТооЬ V-™ ЗшшЫмл и^ «
■ г- • 13 - # и •
Гпн
Рис. 10. Изменения температуры проводника и тепловое действие электрического тока в фазных проводниках при изменении нагрузки на 60%
Из рис. 10 видно, что при изменении нагрузки на 60% установившийся нагрев составляет =200+25=225°.
Заключение. С применением программной среды Matlab была построена компьютерная модель участка электрической сети напряжением до 1000 В с блоками моделирования термопроцесса и алгоритма управления блока моделирования термопроцесса.
Которая позволяет оценивать влияния токов нагрузки на изменения температуры проводника и количественная оценка теплового действия электрического тока. Получаемые результаты также позволяют оценивать соответствия установившийся нагрев согласно ПУЭ проводников при возрастания токов.
Список литературы
1. Оморов Т.Т., Такырбашев Б.К., Осмонова Р.Ч. К проблеме математического моделирования трехфазной несимметричной распределительной сети // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. №22(1). С. 93-102. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-93-102.
2. Гринкруг М.С., Митин И.А. Управление несимметрией токов в распределительных сетях низкого напряжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2009. №3-4. С. 80-84.
3. Валиуллин К.Р., Тушев С.И. Математическая модель изменения тока короткого замыкания с учётом нагрева проводника // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 458-466. DOI: 10.24412/2071-61682021-5-458-467.
4. Степанов В.М., Базыль И.М., Ключникова А.Ю. Повышение эффективности работы электрических сетей за счет снижения несимметрии напряжения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып.. 12. С. 8-11. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-8-12.
5. Таваров С.Ш. Моделирование несимметрии городской электрической сети по данным электропотребления в условиях Республики Таджикистан // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 4. С. 178-183. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-178-183.
6. Таваров С.Ш. Метод прогнозирования электропотребления бытовыми потребителями в условиях Республики Таджикистан // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020. Т. 20, № 2. С. 28-35. DOI: 10.14529/power200203.
7. Таваров С.Ш. Ившина К.В. Моделирование режима работы городской электрической сети // Энергобезопасность и энергосбережение. 2022, № 1. C. 10-14. DOI: 10.18635/2071-2219-2022-1-10-14.
Таваров Саиджон Ширалиевич, канд. техн. наук, доцент, tabarovsaid@,mail.ru, Россия, Челябинск, Южно-Уральский государственный университет (Национально-исследовательского университета),
Косимов Бахтиёр Исматуллоевич, канд. техн. наук, заведующий кафедрой, kosimov.energy@mail.ru, Таджикистан, Бохтар, Институт энергетики Таджикистана
SIMULATION OF THE HEATING OF THE PHASE CONDUCTOR AT UNSYMMETRYLOAD
S.Sh. Tavarov, B.I. Kosimov
The article is devoted to the problem of heating phase conductors with load unbalance. To identify the effect of load currents on changes in the temperature of the conductor and to quantify the thermal effect of the electric current using the transformed system of the
equation for changing the temperature of the conductor and to quantify the thermal effect of the electric current in the Matlab environment, a computer model of a section of an electrical network with a voltage of up to 1000 V was built with blocks for modeling thermal systems and control algorithm of the block for modeling thermal systems. The constructed model allows presenting the results of changes in the temperature of the conductor and a quantitative assessment of the thermal effect of the electric current in the form of a graphical dependence.
Key words: conductor, temperature, load current, computer model.
Tavarov Saijon Shiralievich, candidate of technical sciences, docent, taba-rovsaid@,mail.ru, Russia, Chelyabinsk, South Ural State University (National Research University),
Kosimov Bakhtiyor Ismatulloevich, candidate of technical sciences, head of department, kosimov.energy@mail.ru, Tajikistan, Bokhtar, Institute of Energy of Tajikistan
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-379-385
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В БОРТОВОЙ СЕТИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ ПИТАЮЩЕГО НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
У.В. Брачунова, В.Н. Козловский, М.В. Шакурский, А.В. Крицкий
В работе представлены результаты исследования перенапряжений в бортовом электротехническом комплексе легкового автомобиля при различных уровнях номинального напряжения бортовой сети.
Ключевые слова: легковой автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, коммутация.
Изменение уровня напряжения бортсети оказывает непосредственное влияние на величины перенапряжений, возникающих при различного рода коммутациях. Это связано с изменением параметров большинства потребителей электроэнергии и параметров системы электропитания.
Известно, что ЭДС самоиндукции, наведенная в индуктивном контуре с током при изменении последнего, определяется законом электромагнитной индукции
е = -1—, (1)
ае к '
где L - индуктивность контура; di/dt - скорость изменения тока.
При повышении напряжения бортсети в случае сохранения номинальной мощности потребителей ток его пропорционально уменьшается, а индуктивности потребителей растут. Для оценки роста индуктивности якорных обмоток двигателей постоянного тока можно воспользоваться приближенной формулой Уманского-Линвилля [1, 2]
, (2) Т « Я-П
где Lя - индуктивность рассеяния якорной цепи электротдвигателя; = — - угловая
скорость ротора; p - число пар полюсов; Uн; ^ - номинальное напряжение и ток электродвигателя; п - номинальная частота вращения; у = 0,6 для некомпенсированных и у = 0,25 - для компенсированных электродвигателей.
