Результаты исследования нагрузочного режима работы нулевого рабочего провода сети 0,38 кВ

Юндин Михаил Анатольевич; Лукин Владимир Владимирович; Рудь Евгений Викторович

УДК 621.316:658.562

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЗОЧНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ НУЛЕВОГО РАБОЧЕГО ПРОВОДА СЕТИ 0,38 кВ

У современного сельского электроснабжения существует ряд особенностей, одной из которых является однофазное подключение электроприемников к трехфазной четырехпроводной сети. Другой особенностью является наличие у большинства электроприемников на входе импульсных блоков питания, которые представляют собой нелинейные нагрузки, генерирующие в сеть 0,38 кВ высшие гармоники тока. В результате протекания по четырехпроводной электрической сети токов обратной, нулевой последовательностей и высших гармоник создаются дополнительные потери электроэнергии как в самой электрической сети, так и в силовом трансформаторе, к которому подключена такая сеть. Это приводит к дополнительному нагреву проводов линий электропередачи и обмоток силового трансформатора, что снижает срок их службы, уменьшает пропускную способность электрической сети, повышает вероятность разрыва нулевого проводника и последующего возникновения в электрической сети внутренних перенапряжений. В структуре сельского электроснабжения за последнее время доля потребляемой электроэнергии бытовым сектором выше, чем величина потребляемой электроэнергии производственными нагрузками. Поэтому точное знание о реальных нагрузочных режимах работы четырехпроводной электрической сети, количественных и качественных изменениях токов, протекающих в нулевом рабочем проводе, позволяет разрабатывать методы и технические средства для повышения эффективности передачи электроэнергии в сельских электрических сетях напряжением 0,38 кВ. В статье представлены результаты исследований в реальной электрической сети напряжением 0,38 кВ при режимах работы, характеризующихся протеканием несимметричных и несинусоидальных токов. Полученные результаты исследований позволяют не только рассчитать дополнительные потери электроэнергии в элементах сети, обусловленные несинусоидальностью для силовых трансформаторов, линий электропередачи и системы электроснабжения в целом, но и лучше спроектировать технические средства для снижения тока в нулевом рабочем проводе трехфазной четырехпроводной сети.

Ключевые слова: сельское электроснабжение, четырехпроводная сеть, ток обратной последовательности, ток нулевой последовательности, несинусоидальный ток, дополнительные потери электроэнергии, ток в нулевом рабочем проводе.

The modern rural power supply has a number of features: one of which is a single-phase connection of electrical receivers to a three-phase four-wire network; another feature is that the majority of electrical receivers hasthe pulsed power supply unitsat the input, which are nonlinear loads generating in the network of 0,38 kV higher current harmonics. As a result of the flow through the four-wire electrical network of reverse currents, zero sequences and higher harmonics, additional losses of electricity are created, both in the electrical network itself and in the power transformer to which such a network is connected. This leads to additional heating of the wires of power lines and windings of the power transformer, which reduces their service life, reduces the carrying capacity of the electrical network, increases the probability of rupture of the zero conductor and the subsequent occurrence of internal overvoltages in the electrical network. In the structure of rural electricity supply in recent years, the share of electricity consumed by the household sector is higher than the amount of electricity consumed by production loads. Therefore, an accurate knowledge of the actual load conditions of the four-wire power network, the quantitative and qualitative changes in the currents flowing in the zero-working wire, allows to develop methods and technical means to improve the efficiency of electricity transmission in rural electric networks with a voltage of 0,38 kV. The article presents the results of the research in a real electrical network with a voltage of 0,38 kV under operating conditions characterized by the flow of asymmetric and non-sinusoidal currents. The obtained results allow not only to calculate the additional losses of electricity in the elements of the network due to the non-sinusoidal power transformers, power lines and the power supply system as a whole, but also to design the technical means to reduce the current in the zero-working wire of the three-phase four-wire network.

Keywords: rural power supply, four-wire network, reverse sequence current, zero sequence current, non-sinusoidal current, additional power losses, current in the zero-working wire.

Введение. В сельских и городских электрических сетях напряжением 0,38 кВ исторически распространены силовой трансформатор со схемой соединения обмоток «звезда/звезда с нулем» и трехфазные четырехпроводные линии. На сегодня в России эксплуатируется более 800 тыс. силовых трансформаторов 6-10/0,4 кВ, а парк линий напряжением 0,38 кВ (включая кабельные) составляет 1 млн 300 тыс. км. Такое построение системы электроснабжения потребителей приводит к протеканию тока в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ, которое изменяется в течение суток от минимального до максимального значения. Токовая нагрузка нулевого рабочего провода является одной из основных причин дополнительных потерь электроэнергии (мощности) как в самих линиях, так и силовом трансформаторе 6-10/0,4 кВ, от которого они отходят. Судя по количеству публикаций в послед-

нее время, вопросы энергосбережения при передаче электроэнергии остаются актуальными, как в России [1-9], так и за рубежом [10,11].

Знания об изменениях токовой нагрузки в нулевом рабочем проводе сети, её амплитудно-фазо-частотных характеристиках необходимы при разработке энергосберегающих технологий и эффективных технических средств, снижающих потери электроэнергии.

Методика исследования. С этой целью в сети 0,38 кВ с преобладающей коммунально-бытовой нагрузкой были проведены экспериментальные исследования. Измерения выполняли в августе на вводе 0,4 кВ трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ с установленной мощностью 400 кВА сертифицированным прибором Нюк1 3196. Погрешности измерений у прибора

Нюк! 3196 по току и мощности составляли ±0,2%, по форме тока ±0,5%.

В течение суток полная мощность силового трансформатора имела минимальный коэффициент загрузки около 0,1, максимальный - 0,21.

Как видно из графика рисунка 1, наибольшая нагрузка отмечена в период с 15 до 17:30 и с 22 до 22:40 часов, что объясняется активным подключением к сети систем кондиционирования в это время года. Минимум нагрузки отмечен утром с 6 до 8 часов.

I

о

80.0

60.0

40.0

20.0

;-г-:-:7Г5 _ _ _

Л г \

\ / _ __/_____

1

......\____

V"

11:16:00 13:46:00 16:16:00 18:46:00 21:16:00 23:46:00 02:16:00 04:46:00 07:16:00 09:46:00 12:16:00

В р ем я су ток, ч

Рисунок 1 - График изменения полной мощности на вводе 0,4 кВ силового трансформатора

Изменения действительного коэффициента мощности нагрузки силового трансформатора с учетом гармонических искажений приведены на рисунке 2.

Как следует из рисунка 2, действительный коэффициент мощности нагрузки изменялся в диапазоне значений от 0,82 до почти 0,94, при этом он достигал

наибольших значений с увеличением нагрузки, а наименьших значений - при снижении нагрузки. Указанный коэффициент совпадает с коэффициентом мощности первой гармоники при отсутствии высших гармонических составляющих в линейных токах.

¡г

а ?

>3 й

0.92

V

1

/ Л \

7 V / \

V их

11:16:00 13:46:00 16:16:00 18:46:00 21:16:00 23:46:00 02:16:00

Время су т о к, н

04:46:00 07:16:00 09:46:00 12:16:00

Рисунок 2 - График изменения действительного коэффициента мощности на вводе 0,4 кВ силового трансформатора

Результаты исследований и их обсуждение. Исследование показало, что в линейных токах на вводе 0,4 кВ силового трансформатора 10/0,4 кВ в течение суток диапазон изменения коэффициента искажения синусоидальности кривой тока колебался от 7% до 22%. При этом пиковые значения коэффициента

искажения синусоидальности кривои тока в линеиных проводах не совпадали во времени, хотя чаще возникали при наибольшей загрузке силового трансформатора, а меньшие значения отмечены в ночное время суток, когда нагрузка снижалась.

В режиме наибольшей загрузки силового трансформатора линейные токи изменялись по следующим законам:

iL1 = V2 • [98,80 sin(tot - 27°) + + 3,32 sin(2dt - 146°) + + 11,58 sin(3cot + 151°) + + 2,52 sin(4<yt + 99°) + + 8,80 sin(5&)t — 35°) + + 1,40 sin(6(Ut — 63°) + + 5,24 sm(7(üt + 118°) + + 0,89 sin(8cot + 141°) + + 3,0sin(9a>t — 80°) + +0,60sin(10a>t — 81°) + +l,34sin(llü>t + 64°) + +0,82 sin(12o»t + 93°) + +0,68 sin(13cüt + 154°) + +0,49 sin(14ü>ü - 74°)]A; iL2 = V2 ■ [125,88 sin(ü)t - 153°) + + 9,78 sin(2<ut + 60°) + + 7,83 sin(3wt - 98°) + + 4,56 sin(4<ut - 98°) + +13,09 sin(5<wt +85°) + + 3,73 sin(6wt + 163°) + + 5,73 sin(7<ut — 34°) + + 3,35 sin(8wt + 8°) + + 2,55 sin(9<ut + 153°) + +1,18 sin(10wt + 159°) + +l,68sin(llwt — 57°) + +2,10 sin(12iot-115°) + +2,47sin(13iot — 28°) + +1,31 sin(14&>t + 85°)]A; iL3 = V2 • [122,46 sin(üJi + 100°) + + 1,52 sin(2<ut - 115°) + + 15,36 sin(3ü)t + 149°) + + 0,64 sin(4cot + 9°) + + 8,56 sin(5<ut- 162°) +

+ 1,05 зт(6<уС + 23°) + + 4,06 8т(7шС- 140°) + + 0,71 зи1(8йЛ- 137°) + + 0,97 яп(9шГ- 110°) + +0,25зт(10(УС — 54°) + +0,445т(11^ + 89°) + +0,42 5т(12^ + 76) + +1,55 зш(13йЯ + 160°) + +0,225т(14<у£ — 82°)]А,

Как было обнаружено, в линейных токах среди наиболее значимых высших гармонических составляющих наибольшее значение имели нечетные гармоники тока. Однако во втором проводе сети оказалась значительной вторая гармоническая составляющая тока. При геометрическом суммировании линейных токов в рабочем нулевом проводе более значимыми оказались гармонические токи, кратные трем:

¿лг = л/2 • [14,52 5т(й>£ - 26°) + + 1,12 зт(2й)С-115°) + + 5,37зт(3(иС — 22°) + + 0,49 вт(4М + 64°) + + 1,44 зт(5й)£-100°) + + 0,46 5т(6<иС — 25°) + + 0,41 зт(7бо£ + 52°) + + 0,41167°) + + 0,52 зт(9й)С + 62°) + +0,13 зт(10<у£ + 35°) + +0,23 81п(11<ие- 118°) + +0,22 эт(12<у£ + 39°) + +0,18 зт(13<у£ +106°) + +0Д35Ш(14<УС — 127°)]А.

Контроль нулевого рабочего тока сети производился путем охвата алюминиевой шины ввода 0,4 кВ, идущей от силового трансформатора к РУ 0,4 кВ. Суточные характерные изменения тока в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ изображены на рисунке 3.

19,8 e"j20°A 10:46

25,0 е"j13°4 1:05

Рисунок 3 - Характерные изменения тока в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ в течение суток

На рисунке 3 кроме модулей и фаз тока в нулевом рабочем проводе показаны промежутки времени, для которых зарегистрированы указанные значения. Согласно рисунку 3 ток в нулевом рабочем проводе увеличивается в вечернее время и снижается в ночные часы, при этом отмечается незначительное изменение фазы измеренного тока.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока в нулевом рабочем проводе на вводе

0,4 кВ силового трансформатора в зависимости от его загрузки изменялся, как изображено на рисунке 4. При исследовании коэффициент искажения синусоидальности кривой тока в нулевом рабочем проводе наибольшее значение 180% имел в вечернее время (18:46), наименьшее (около 12%) зарегистрировано в ночной период при сбросе нагрузки (рисунок 4).

11:16:00 13:46:00 16:1600 16:46:00 21:16:00 ГЭ4Ч.Г 0216:00 01:46:00 07:16:00 0346:00 1216:00 Время су т о к, ч

Рисунок 4 - График изменения коэффициента искажения синусоидальности кривой тока в нулевом рабочем проводе

на вводе 0,4 кВ силового трансформатора

Анализ составляющих токов частотой 150 Гц в линейных проводах (шинах) показывает, что на вводе 0,4 кВ силового трансформатора отсутствует равенство между этими высшими гармоническими составляющими и синфазность. Объясняется это тем, что генераторы источников тока частотой 150 Гц находятся в узлах нагрузки, где имеет место различный состав нелинейных электроприемников, разновременность их включения при разных уровнях напряжения на вводе потребителей.

Обнаруженные особенности следует учитывать при разработке технических средств для подавления токов частотой 150 Гц в нулевом рабочем проводе сети [12-14]. Для различных моментов времени были взяты модули токов третьих гармоник и их фазы в линейных проводах, а затем произведено сравнение их учета в нулевом проводе сети. Суммарный арифметический ток определен через среднее значение простым умножением на три, а суммарный геометрический ток рассчитан путем геометрического суммирования векторов третьих гармонических составляющих токов линейных про-

водов i^ - 4cf + i™ + Результаты вычислений по данным измерений и сравнения сведены в таблицу.

Для лучшей визуализации на векторной диаграмме рисунка 5 изображены для одного из моментов времени векторы токов третьих гармоник на вводе силового трансформатора. На векторной диаграмме рисунка 5 показаны: векторы токов третьих гармоник в линейных проводах на вводе 0,4 кВ силового трансформатора - Z®; вектор тока третьей гармоники в нулевом рабочем проводе - / суммарный вектор тока частотой 150 Гц, протекающий через нейтраль силового трансформатора - /г35; вектор тока третьей гармоники, протекающий через заземляющий контур подстанции -

В ходе исследований обнаружено, что часть тока нейтрали силового трансформатора замыкается помимо нулевого рабочего проводника сети 0,38 кВ через заземляющее устройство (РЕ-проводник) подстанции, повторные заземления нулевого провода на линии и сопротивления изоляции узлов нагрузки.

Оценка погрешности в определении суммарного тока третьей гармоники в нулевом проводе

Токи частотой 150 Гц в фазах, А Средний арифметический ток, А Суммарный арифметический ток, А Суммарный геометрический ток, А Разность токов при оценке, А Погрешность при оценке, %

3,21

2,6 3,29 9,87 8,75 1,12 12,67

4,05

1,78

2,1 3,99 11,97 11,65 0,32 2,78

8,09

4,77

3,85 6,85 20,55 19,81 0,74 3,75

11,93

8,47

9,55 9,86 29,58 28,91 0,67 2,28

11,55

11,58

7,83 11,59 34,77 25,04 9,73 38,86

15,36

Рисунок 5 - Векторная диаграмма токов третьих гармоник на вводе 0,4 кВ силового трансформатора

Выводы. По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

- с увеличением тока в нулевом рабочем проводе, помимо роста дополнительных потерь электроэнергии, возрастает разность потенциалов между нулевой точкой силового трансформатора и нулевыми точками электропотребителей из-за падения напряжения;

- среди токов высших гармоник в рабочем нулевом проводе сельских и городских сетей наиболее значима третья гармоническая составляющая;

- на частоте 150 Гц погрешность между арифметической и геометрической суммой линейных токов увеличивается с ростом нагрузки.

Литература

1. Воротницкий, В.Э. Основные направления снижения потерь электроэнергии в электрических сетях / В.Э. Воротницкий II Энергия единой сети. - 2013. - № 2(7). - С. 24-35.

2. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / С.Ю. Долингер, А.Г. Лютаревич, В.Н. Горюнов, Д.Г. Сафонов, В.Т. Черемисин II Омский научный вестник. - 2013. - № 2(120). - С. 178-183.

3. Юндин, М.А. О дополнительных потерях электроэнергии в сети 0,38 кВ / М.А. Юндин, Ю.И. Ханин II Вестник ВИЭСХ. - 2013. - № 4(13). - С. 27-29.

4. Васильев, Н.В. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских электрических сетях 0,38 кВ / Н.В. Васильев, Н.Ю. Криштопа II Инновации в сельском хозяйстве. - 2015. - № 4(14). - С. 43-50.

5. Костинский, С.С. Метод определения дополнительных потерь активной мощности в трансформаторах распределительных сетей, обусловленных нелинейными

нагрузками / С.С. Костинский, А.И. Троицкий II Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2015. -№3,-С. 61-67.

6. Дед, А.В. Оценка дополнительных потерь мощности от несимметрии напряжений и токов в элементах систем электроснабжения / А.В. Дед, А.В. Паршукова, Н.А. Халитов II Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2015. - № 10(3). - С. 421-425.

7. Наумов, И.В. Использование симметрирующих устройств для повышения качества и снижения потерь электрической энергии при несимметрии фазных токов в низковольтных электрических сетях / И.В. Наумов, М.В. Шевченко II Вестник Мичуринского государственного аграрного университета.-2015,-№3,-С. 182-187.

8. Карташев, И.И. Еще раз о качестве электроэнергии / И.И. Карташев II Энергия единой сети. - 2015. - № 2 (19).-С. 4-20.

9. Косоухов, Ф.Д. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-быто-вой нагрузкой / Ф.Д. Косоухов, Н.В. Васильев, Е.С. Кузнецова II Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 42. - С. 365-371.

10. Analysis and design of a series voltage unbalance compensator based on a three-phase VSI operating with unbalanced switching functions / A. Campos, G. Joos, P.D. Ziogas, & J.F. Lindsay II Power Electronics, IEEE Transactions on power delivery. -1994. - Vol. 9(3). - P. 269-274.

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

11. Grinkrug, Miron. Improvement in power voltage quality andtbreduction in Power losses at city low voltage transformer substations / Tkacheva Yulia II 6 International Conference Electrical Power Quality and Utilisation. Cracow, Poland, 2001. -P. 411-415.

12. Пат. 2399139 РФ, МПК H02J 3/01. Способ защиты электрической сети от гармоник тока кратных трем / Юн-дин М.А., Таранов М.М., Юндин КМ. - № 2009116658/09; заявл. 30.04.2009; опубл. 10.09.2010, Бюл. №25.

13. Chen С.С., & Hsu, Y.Y. A novel approach to the design of a shunt active filter for an unbalanced three-phase four-wire system under nonsinusoidal conditions II IEEE Transactions on power delivery.-2000.-Vol. 15.-No 4.-P. 1258-1264.

14. Asadi, M. Compensation of Unbalanced Non Linear Load and Neutral Using Stationary Reference Frame in Shunt Active Filter / M. Asadi, A. Jalilian, H.F. Farahani II Proceedings of 14th International Conference on Harmonics and Quality of Power-ICHQP 2010. IEEE, 2010. - P. 1-5.

References

1. Vorotnickij V.E. Osnovnye napravleniya snizheniya poter' elektroehnergii v elektricheskih setyah [Main directions of reducing of energy losses in electric networks], Energiya edinoj seti, 2013. No 2(7), pp. 24-35. (In Russian)

2. Dolinger S.Yu., Lyutarevich A.G., Goryunov V.N., Sa-fonov D.G., Cheremisin V.T. Ocenka dopolnitel'nyh poter' mosh-chnosti ot snizheniya kachestva elektricheskoj energii v elemental! system elektrosnabzheniya [Estimation of additional power losses from reducing the quality of electrical energy in the elements of power supply systems], Omskij nauchnyj vestnik, 2013, No 2 (120), pp. 178-183. (In Russian)

3. Yundin M.A., Hanin Yu.l. О dopolnitel'nyh poteryah elektroenergii v seti 0,38 kV [About additional Yudin losses of energy in a network 0,38 kV], Vestnik VIESKH, 2013, No 4(13), pp. 27-29. (In Russian)

4. Vasil'ev N.V., Krishtopa N.Yu. Analiz poter' mosh-chnosti ot nesimmetrii tokov v sel'skih elektricheskih setyah 0,38 kV [Analysis of power losses from the asymmetry of currents in rural electrical networks 0,38 kV], Innovacii v seiskom hozyajstve, 2015, No 4(14), pp. 43-50. (In Russian)

5. Kostinskij S.S., Troickij A.I. Metod opredeleniya dopolnitel'nyh poter' aktivnoj moshchnosti v transformatorah ra-spredelitel'nyh setej, obuslovlennyh nelinejnymi nagruzkami [Method of determination of additional losses of active power in transformers of distribution networks caused by nonlinear loads], Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Elektromekhanika, 2015, No 3, pp. 61-67. (In Russian)

6. Ded A.V., Parshukova A.V., Halitov N.A. Ocenka dopolnitel'nyh poter' moshchnosti ot nesimmetrii napryazhenij i tokov v elementah system elektrosnabzheniya [Estimation of additional power losses from asymmetry of voltages and currents in the elements of power supply systems], Mezhdunarodnyj zhurnal prikladnyh i fundamentainyh issledovanij, 2015, No 10(3), pp. 421-425. (In Russian)

7. Naumov I.V., Shevchenko M.V. Ispol'zovanie simme-triruyushchih ustrojstv dlya povysheniya kachestva i snizheniya poter' elektricheskoj energii pri nesimmetrii faznyh tokov v nizko-vol'tnyh elektricheskih setyah [The use of symmetrical devices to improve the quality and reduce the loss of electrical energy in the asymmetry of phase currents in low-voltage electrical networks], Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universite-ta, 2015, No 3, pp. 182-187. (In Russian)

8. Kartashev I.I. Eshche raz o kachestve elektroehnergii [Once More on the power quality], Energiya edinoj seti, 2015, No 2 (19), pp. 4-20. (In Russian)

9. Kosouhov F.D., Vasil'ev N.V., Kuznecova E.S. Analiz poter' moshchnosti ot nesimmetrii tokov v sel'skih setyah 0,38 kV s kommunal'no-bytovoj nagruzkoj [Analysis of power losses from asymmetry of currents in rural networks 0,38 kV domestic load], Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2016, No 42, pp. 365-371. (In Russian)

10. Campos A., Joos G., Ziogas P.D., & Lindsay J.F. Analysis and design of a series voltage unbalance compensator based on a three-phase VSI operating with unbalanced switching functions, Power Electronics, IEEE Transactions on power delivery, 1994, Vol. 9(3), pp. 269-274.

11. Grinkrug Miron, Tkacheva Yulia. Improvement in power voltage quality andtbreduction in Power losses at city low voltage transformer substations, 6 International Conference Electrical Power Quality and Utilisation, Cracow, Poland, 2001, pp. 411-415.

12. Yundin M.A., Taranov M.M., Yundin K.M. Sposob zashchity elektricheskoj seti ot garmonik toka kratnyh trem [Method of protection of the electric network from current harmonics multiple of three], pat. 2399139 RF, No 2009116658/09, zajavl. 30.04.2009, opubl. 10.09.2010, Bjul. No 25. (In Russian)

13. Chen C.C. & Hsu Y.Y. A novel approach to the design of a shunt active filter for an unbalanced three-phase four-wire system under nonsinusoidal conditions II IEEE Transactions on power delivery, 2000, Vol. 15, No 4, pp. 1258-1264.

14. Asadi, M., Jalilian A., Farahani H.F. Compensation of Unbalanced Non Linear Load and Neutral Using Stationary Reference Frame in Shunt Active Filter, Proceedings of 14th International Conference on Harmonics and Quality of Power-ICHQP 2010, IEEE, 2010, pp. 1-5.

Сведения об авторах

Юндин Михаил Анатольевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетика и электротехника», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-774-73-53. E-mail: [email protected].

Лукин Владимир Владимирович - магистрант, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.:+7-928-185-66-39.

Рудь Евгений Викторович - ректор УДПС «Энергетический институт повышения квалификации ПАО «Кубаньэнерго» (г. Краснодар, Российская Федерация). Тел.: +7-988-247-83-56.

Information about the authors

Yundin Mikhail Anatolievich - Candidate of Technical Sciences, professor of the Electric Power and Electrical Engineering department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-774-73-53. E-mail: [email protected].

Lukin Vladimir Vladimirovich - master's degree student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-185-66-39.

Rud Evgeniy Viktorovich - Head of CPEE «Power Institute of advanced training of PLC Kubanenergo» (Krasnodar, Russian Federation). Phone: +7-988-247-83-56.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

УДК 631.354.2.076+532.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ В КОНСТРУКЦИИ СТРЯСНОЙ ДОСКИ

КОМБАЙНА КЗС-1119Р

Одним из высокоэффективных и точных методов расчетных исследований нагруженности несущих конструкций является метод конечных элементов - в настоящее время основной инструмент решения задач строительной механики, механики деформируемого твердого тела. Метод конечных элементов позволяет значительно уменьшить затраты при разработке новых конструкций, изделий, так как дает возможность существенно снизить объемы или даже полностью отказаться от дорогих стендовых испытаний. Кроме того, с помощью метода конечных элементов можно в сравнительно короткие сроки оценить характеристики разных конструкций, изделий и выбрать наиболее подходящий вариант заданным условиям. Необходимым условием обеспечения достаточной точности расчета запасов усталостной прочности конструкций является подробный анализ режимов нагружения с определением параметров циклов перемены напряжений в наиболее нагруженных зонах. В данной статье приведен расчет запасов усталостной прочности стрясной доски зерноуборочного комбайна КЗС-1119Р, совершающей возвратно-поступательное плоскопараллельное движение, с определением циклов перемены главных напряжений и коэффициентов концентрации нормальных напряжений от технологических факторов. Представлен метод определения цикла перемены главных напряжений в конструкции стрясной доски с учетом жесткостных и демпфирующих характеристик сайлентбло-ков при использовании метода конечных элементов (МКЭ) и определения запаса усталостной прочности в опасных зонах конструкции. Приведенная в статье методика расчета усталостной прочности конструкций успешно применяется в Научно-техническом центре комбайностроения ОАО «Гомсельмаш» при проектировании сельскохозяйственной техники и позволяет существенно сокращать время на доводку машин при подготовке их к серийному производству.

Ключевые слова: главные напряжения, запас усталостной прочности, коэффициент концентрации нормальных напряжений.

One of the highly efficient and accurate methods of computational studies of load-bearing structures is the finite element method - currently the main tool for solving problems of structural mechanics and the mechanics of a deformable solid body. The finite element method can significantly reduce costs in the development of new designs, products, as it makes it possible to significantly reduce the volume or even completely abandon expensive bench tests. In addition, using the finite element method, it is possible in a relatively short time to evaluate the characteristics of different designs, products and select the most suitable option for specified conditions. A necessary condition for ensuring sufficient accuracy in calculating the stock of fatigue strength of structures is a detailed analysis of loading conditions with the determination of the parameters of stress-change cycles in the most loaded areas. This article provides a calculation of the stock of fatigue strength of the shaker board of the KZS-1119R combine harvester, performing reciprocating plane-parallel motion, with the determination of the cycles of change of the main stresses and coefficients of concentration of normal stresses from technological factors. The method for calculating the fatigue strength of structures described in the article has been successfully used in the Scientific and Technical Center of Combine Engineering of «Gomselmash» when designing agricultural machinery and allows significantly shortening the time to fine-tune machines when preparing them for mass production.

Keywords: main stresses, fatigue strength margin, normal stress concentration factor.

Введение. Разработка образцов новой техники в области машиностроения, удовлетворяющих самым современным требованиям, связана с всесторонними исследованиями прочности и жесткости несущих конструкций с учетом рабочих и экстремальных нагрузок,

возникающих при эксплуатации, а также с учетом воздействия внешней среды. Экспериментальное проведение таких исследований связано, как правило, со значительными затратами временных и материальных ресурсов. Поэтому применение высокоэффективных и

Текст научной работы на тему «Результаты исследования нагрузочного режима работы нулевого рабочего провода сети 0,38 кВ»