Журнал «Электричество» за 2023 год
В журнале «Электричество» (Российская академия наук Отделение физико-технических проблем энергетики РАН Федерация энергетических и электротехнических обществ, Москва) за 2023 год опубликованы статьи:
№4
Уточнение коэффициента Штейнмеца для стали сердечника трансформатора
Авторы: Сергей Михайлович Плотников, Татьяна Владимировна Щеголева
Коэффициент Штейнмеца является показателем степени, в которой амплитуда магнитной индукции входит в выражение потерь на гистерезис в ферромагнитном материале. В различных источниках значение этого коэффициента варьируется от 1,0 до 3,0. Информация о точном значении коэффициента позволит более точно прогнозировать гистерезисные потери, что, в свою очередь, делает возможным эффективно проектировать трансформаторы с малыми магнитными потерями (потерями холостого хода). Исходя из того, что потери на гистерезис пропорциональны частоте, а потери на вихревые токи – частоте в квадрате и индукции в квадрате, получено выражение, определяющее коэффициент Штейнмеца для конкретного магнитопровода. В выражение входят значения полных потерь, измеренных в двух опытах холостого хода, один из которых проведен на повышенной частоте перемагничивания, а второй – при пониженном напряжении. Для однофазного трансформатора мощностью 1600 Вт коэффициент Штейнмеца составил 1,62. Получена формула для определения показателя степени, в которой частота перемагничивания входит в полные потери в магнитопроводе. Для исследуемого трансформатора данный показатель составил 1,42.
№5
Применение смесей трансформаторного масла и биоразлагаемых эфиров в качестве изоляции высоковольтного оборудования.
Авторы: Марина Николаевна Лютикова, Андрей Михайлович Артемов, Александр Александрович Коновалов, Александр Викторович Ридель.
В последние два десятилетия объектами пристального внимания многих исследований становятся синтетические и натуральные эфиры в качестве изоляционных жидкостей для высоковольтного оборудования. В отличие от минерального масла, сложноэфирные жидкости поддаются биологическому разложению, нетоксичны, безопасны для окружающей среды и здоровья человека, производятся из возобновляемого сырья и обладают высокой огнестойкостью. Несмотря на наличие на рынке коммерчески доступных сложноэфирных жидкостей, обладающих превосходными изоляционными свойствами, изготовители трансформаторного оборудования и эксплуатирующие организации пока не готовы к массовому переходу на биоразлагаемые сложноэфирные диэлектрические жидкости. Кроме того, огромное количество электрооборудования заполнено минеральным маслом, массовая замена которого на сложноэфирные диэлектрические жидкости обойдется энергетическим компаниям довольно дорого. Подходящим вариантом перехода от масла к эфирам может быть доливка сложноэфирных жидкостей в маслонаполненное оборудование (например во время ремонтов). Другим вариантом может быть полный слив трансформаторного масла и заполнение оборудования биоразлагаемым эфиром. При реализации любого из этих способов внутри оборудования будет смесь двух изоляционных жидкостей. Поэтому экспертами усиленно изучаются характеристики и поведение изоляционных смесей на основе минерального масла и другой диэлектрической жидкости (синтетический эфир, натуральный эфир или силиконовая жидкость). В статье дан обзор последних достижений в исследовании смесей, состоящих из минерального масла и других диэлектрических жидкостей и их свойств. Обсуждаются проблемы, связанные с эксплуатацией оборудования в случае его наполнения смешанными жидкостями.
№6
Рекомендации по выбору мощности блочного трансформатора атомных электростанций
Авторы: Андрей Сергеевич Фольварчук, Дмитрий Александрович Андреев, Александр Николаевич Назарычев
В статье приведён анализ особенностей выбора номинальной мощности повышающего трансформатора энергоблоков атомных электростанций. Анализ выполнен на основе положений международного стандарта IEEE C57.116-2022, являющегося руководством по трансформаторам, подключенным к турбогенераторам, с учётом определения термина «номинальная мощность трансформатора» по российскому и европейскому стандартам (ГОСТ 16110-82 и ГОСТ 30830-2002). Определение данного термина в указанном руководстве отличается от принятого в России и странах Евросоюза. Рассмотрен пример аналитического расчёта установившегося значения полной мощности блочного повышающегося трансформатора в режимах генерации и потребления реактивной мощности (индуктивный и емкостный режимы работы турбогенератора). Расчет подтверждён результатами моделирования в программном комплексе ЕТАР. Обоснована нецелесообразность выбора номинальной мощности блочных повышающих трансформаторов из стандартизованного ряда номинальных мощностей по ГОСТ 17544-85 и ГОСТ 9680-77. Показано негативное влияние завышения номинальной мощности трансформатора на значение максимального тока трёхфазного короткого замыкания в цепи генераторного напряжения (на участке главной схемы электрических присоединений между турбогенератором и повышающим трансформатором) энергоблока атомной электростанции.
№7
Исследование частотных характеристик индуктивных датчиков в схемах измерения частичных разрядов
Авторы: Антон Владимирович Жуйков, Полина Андреевна Колпакова, Даниил Анатольевич Матвеев, Михаил Васильевич Фролов, Сергей Иванович Хренов
Анализ результатов измерений характеристик частичных разрядов в изоляции электрооборудования электрическим методом необходимо выполнять с учетом частотных характеристик как оборудования испытательной установки, так и элементов измерительной цепи, в особенности датчиков, в которых формируется отклик на сигналы частичных разрядов. В статье сформулированы методические основы подхода к определению этих частотных характеристик, минимизирующего погрешности измерения. Приведены и проанализированы частотные характеристики для индуктивных датчиков двух видов: на принципе трансформатора напряжения и трансформатора тока. Это позволяет проектировать датчики под решение конкретных задач измерения. Для датчиков на принципе трансформатора тока показано, что падающий характер фазочастотной характеристики ограничивает их рабочий частотный диапазон. Для датчиков на принципе трансформатора напряжения проанализировано влияние на частотные характеристики типа ферритового сердечника и входного сопротивления измерительного прибора. Показано, что путем выбора материала сердечника можно регулировать длительность отклика и обеспечить раздельную регистрацию часто повторяющихся разрядов. Определено условие обеспечения колебательного характера отклика от индуктивного датчика, подключенного к низкоомному входу измерительного прибора. Приведены рекомендации по конструктивному исполнению датчиков для снижения искажения и ослабления сигналов.
№8
Определение параметров ударного трансформатора для испытаний на стойкость к токам короткого замыкания
Авторы: Николай Александрович Бешенцев, Василий Серафимович Ларин, Евгений Александрович Милкин, Дмитрий Алексеевич Тимохин.
Работа направлена на развитие отечественной экспериментальной базы больших мощностей. Приведены результаты исследований по определению технических характеристик специального испытательного трансформатора, входящего в схему ударного генератора ТИ-100-2 и предназначенного для существенного увеличения возможностей экспериментальной базы по проведению испытаний высоковольтного оборудования на динамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания. Выполнен анализ индуктивных нагрузок основных видов объектов испытаний: выключателей, разъединителей, КРУЭ, малоиндуктивных и индуктивных трансформаторов тока, генераторных токопроводов и ошиновок ОРУ. Проведены расчеты испытательного тока в зависимости от коэффициента трансформации испытательного трансформатора при изменении индуктивного сопротивления основных видов объектов испытаний с учетом внутреннего ограничения по термической и динамической стойкости ударного генератора ТИ-100-2. Установлен диапазон изменения коэффициента трансформации специального испытательного трансформатора, применение которого позволит поднять испытательные возможности отечественной экспериментальной базы.
№10
О применении высокоиндуктивных датчиков для измерения сигналов частичных разрядов электрическим методом в условиях заводских испытаний
Авторы: Антон Владимирович Жуйков, Полина Андреевна Колпакова, Даниил Анатольевич Матвеев, Илья Игоревич Никулов, Михаил Васильевич Фролов.
В статье рассмотрены теоретические и методические аспекты реализации установки для измерения частичных разрядов (ЧР) в заводских условиях с применением высокоиндуктивных датчиков, работающих на принципе трансформатора напряжения. Основными достоинствами такого подхода являются возможность отстройки от высокочастотных помех и относительно малая частота колебательного отклика с датчика, что облегчает требования к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) и обеспечивает безошибочную калибровку. Проанализированы факторы, влияющие на чувствительность испытательной установки с учетом паразитных емкостей ее высоковольтной части и измерительной цепи относительно вторичной обмотки датчика. Показано, что индуктивности намагничивания и рассеяния датчика не влияют на чувствительность, что позволяет использовать их для получения желаемой частоты колебательного отклика, варьируя размеры ферритового сердечника и число витков первичной и вторичной обмоток. Исследованы оптимальные конструктивные параметры датчиков при использовании низкоомного и высокоомного входов АЦП. Установлена причина возникновения двухчастотного отклика датчика как при калибровке, так и при измерении ЧР. Предложены способы фильтрации сигналов, обеспечивающие совместно с высокоиндуктивными датчиками возможность измерения в заводских условиях ЧР с кажущимся зарядом 1 пКл.