АВТОРЕФЕРАТ
выпускной работы магистра

студентки группы ЭПГ-00в
САВЕНКО ЮЛИИ СЕРГЕЕВНЫ

Актуальность/Мотивация
Обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) является одним из основных требований к системам электроснабжения. Завышение оценок ЭМС приводит к необоснованному увеличения капиталовложений, а занижение - к ущербу от дополнительных потерь электроэнергии, снижения срока службы электрооборудования, ухудшения качества продукции. В связи с этим высокие требованиями предъявляются к обоснованности и точности методов оценивания ЭМС как на стадии проектирования, так и в эксплуатации систем электроснабжения [1].

Обзор существующих исследований. Перечень решаемых проблем
Несинусоидальность напряжения является наиболее распространенной кондуктивной помехой ЭМС. В большинстве публикаций оценивание этих помех производится для частных случаев периодических искажений кривой напряжения. Однако в действующих сетях помехи представляют собой случайные процессы, что требует разработки общих методов анализа.
В данной работе эта задача решается в рамках концепции динамического моделирования последствий воздействия помехи на электрооборудование. Универсальность такого подхода обусловлена отсутствием ограничений по типу помех - на вход модели могут подаваться неизменные, периодические или случайные процессы. Моделирование обеспечивает физический смысл показателей ЭМС, единство их измерения и расчета, достоверность оценок ЭМС. В работе рассматриваются трактовки несинусоидальности напряжения и предлогаются динамические модели ЭМС путем обобщения имеющихся данных для частного случая периодических помех на случайные помехи, для которых понятия гармоники не существует. Вводятся новые показатели: низко- и высокочастотная дозы несинусоидальности.

Теоретический анализ
Дополнительные потери в силовых трансформаторах сопровождаются увеличением температуры обмоток и, как следствие, сокращением срока их службы. В частном случае периодической помехи, представляемой суммой канонических гармоник, температура дополнительного нагрева трансформатора от несинусоидальности напряжения дается формулой [2] :,(1)
в которой -коэффициент n-ой гармоники, коэффициенты d1, d2 и d3 принимаются равными 2385,4; 117,9; 4016,4 - для цеховых трансформаторов и 596,3; 29,5; 1004,1 - для специальных трансформаторов 6 - 10 кВ.
В пренебрежении потерями холостого хода дополнительные потери активной мощности в кВт ,(2)
где Ркз - потери КЗ в кВт, Uкз - напряжение КЗ в процентах.
Хотя в представленных формулах верхний предел суммы бесконечен, неявно предполагается, что учитывается ограниченное количество гармоник. В противном случае температура перегрева и потери мощности могли бы оказаться чрезмерно большими (теоретически - бесконечными). В действительности при очень больших частотах индуктивное сопротивление первичной обмотки возрастает, что приводит к уменьшению тока и потерь мощности, а при частотах порядка 10000 - 50000 Гц начинает сказываться шунтирующее действие емкостных связей. Примем, что в этих формулах надо учитывать только = 40 гармоник [3].
Ограниченность частотного диапазона учтем введением фильтра ФНЧ нижних частот. Для определенности примем фильтр Баттерворта второго порядка, который имеет постоянные времени [4]
передаточную функцию
и АЧФ
Подставив сюда выражения для постоянных времени, выразим АЧФ через относительные величины частот: ,(3)
При n = 40 получим следующие значения:
Выбор ВФ динамической модели ЭМС должен осуществляться либо по схеме замещения трансформатора, в которой учитывается нагрузка и зависимость сопротивлений от частоты, либо путем идентификации по опытным данным. Подбор аналитических выражений для экспериментальных зависимостей вида (1) затруднен тем, что их необходимо распространять на весь частотный диапазон, а не только в пределах от n = 2 до 40. В самом деле, формула (2) дает бесконечность не только при неограниченном возрастании частоты, но и при w = 0. Для простоты ограничимся здесь кусочной аппроксимацией АЧФ фильтра без выбора его структуры.
Исходным для определения дополнительных потерь мощности в трансформаторах. Исходным являются соотношение (2), которое выразим в процентах от номинальной мощности Sн в кВА: ,(4)
Отношение потерь КЗ к номинальной мощности в среднем одинаково для цеховых и специальных трансформаторов и равно 0,015, а напряжение КЗ различно: 7,5 % - цеховых и 15 % - для специальных трансформаторов [2]. С учетом этого коэффициент
перед суммой будет равен 0,0162 для цеховых и 0,004 для специальных трансформаторов.
Заменим в (4) номера гармоник на относительные значения частоты. В этом случае выражение в скобках дает квадрат АЧФ части ВФ. Соответствующая АЧФ
Полностью ВФ содержит еще и НЧФ с АЧФ (3). Перемножая АЧФ, для ВФ получим
Доопределим АЧФ в диапазоне от 0 до 2, для чего найдем ее значения при единице и в нуле.
При частоте и напряжении потери в трансформаторе пропорциональны отношению величины к напряжению КЗ. Выразим эти потери в процентах от номинальной мощности:
Отсюда следует, что для цеховых и специальных трансформаторов
При = 0, т.е. при подаче на вход постоянного напряжения, ток протекает только по первичной обмотке и ограничивается лишь ее омическим сопротивлением . При частотах менее 50Гц можно пренебречь поверхностным эффектом, считая, что это сопротивление практически равно активному сопротивлению, тогда

Непосредственная разработка.
По схеме замещения трансформатора: Рисунок1 - Схема замещения трансформатора (анимирована)
находим токи i₁ и i₂. Определяем потери
Рассматривая 3 варианта:
1)L=const, R=const;
2)R - зависит от частоты, L=const;
3)R,L - зависят от частоты,
находим токи i₁ и i₂. Определяем потери в функции от частоты.

Обзор основных результатов
Так как разработки ведутся и в данный момент, то не возможности подвести итоги и сделать выводы о проделанной работе.

Перспективы дальнейших исследований
По результатам исследований будет разработана методика оценивания ЭМС трансформаторов по несинусоидальности напряжения.

Литература:
1. Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. - Донецк: Норд - Пресс, 2005. - 250 с. с ил.
2. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях - Киев: Наукова думка, 1985. - 268 с.
3. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. в Украине с 01.01.2000
4. Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 191 с.