Місцеве регулювання напруги живлення електроспоживачів як засіб раціонального використання електроенергії в сільськогосподарському виробництві

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.316.722

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МІСЦЕВЕ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ ЖИВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАЧІВ ЯК ЗАСІБ РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОМУ ВИРОБНИЦТВІ

ТРУНОВА ІРИНА МИХАЙЛІВНА

05.09.16 - застосування електротехнологій в сільськогосподарському виробництві

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Савченко Петро Ілліч,

Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри застосування електроенергії в сільському господарстві.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Мурзін Володимир Костянтинович, Полтавська державна аграрна академія, завідувач кафедрою механізації і електрифікації тваринництва

кандидат технічних наук, доцент

Квицинський Анатолій Олександрович, Національний аграрний університет, доцент кафедри електропостачання сільського господарства.

Провідна організація: Інститут механізації та електрифікації сільського господарства Української академії аграрних наук, відділ застосування електроенергії в сільському господарстві, смт Глеваха Васильківського району Київської області.

Захист відбудеться “_12__”_червня_______________2001 р. о __14___ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.004.07 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 11, навчальний корпус 10, читальний зал.

Автореферат розісланий “__7_”___травня_____________2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., проф. Лут М.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зацікавленість в раціональному використанні електроенергії при експлуатації електроспоживачів, що забезпечують функціонування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва (ТПСВ), зростає в зв'язку з переходом економіки держави до ринкових відносин, кризової ситуації в енергетичній галузі, реорганізації колективних сільськогосподарських підприємств до підприємств з іншою формою власності, зокрема, до приватних підприємств. Господарі цих підприємств прагнуть отримати як найбільший прибуток, в тому числі і за рахунок зменшення енергоємності технологічних процесів, забезпечення раціонального використання електроенергії, підвищення ефективності виробництва. Якість електричної енергії (ЯЕЕ) на затискачах споживачів, які знаходяться в сільській місцевості, дуже низька, що впливає на ефективність функціонування електрифікованих технологічних процесів. Централізоване регулювання напруги в цих умовах не завжди ефективно, що викликає необхідність застосування засобів місцевого регулювання напруги (ЗМРН). Відсутність наукового обґрунтування ефективного використання ЗМРН живлення одночасно функціонуючих електроспоживачів в ТПСВ, робить неможливим забезпечення при цьому і раціонального використання електроенергії. Тому тема дисертації “Місцеве регулювання напруги живлення електроспоживачів як засіб раціонального використання електроенергії в сільськогосподарському виробництві” є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Згідно актуальності проблеми, її вирішення здійснювалося відповідно до “Національної енергетичної програми України до 2001 року”, затвердженою Верховною Радою України 15.05.1996 року (№191/96-ВР); до “Комплексної державної програми з енергозбереження”, затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України № 148 від 5 лютого 1997 року і згідно з планом цільової науково-дослідної роботи факультету електрифікації та автоматизації сільського господарства ХДТУСГ №ГР01. 86. 0 032088 за темою “Розробка методів та засобів, що підвищують техніко-економічну ефективність використання електрообладнання в сільському господарстві”.

Мета дисертаційної роботи і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи: забезпечити раціональне використання електричної енергії електроспоживачами, які підтримують функціонування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва , шляхом місцевого регулювання напруги технічними засобами на основі вольтододаткових трансформаторів.

Для досягнення цієї мети необхідно розв'язати такі задачі:

- дослідити стан відхилень напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, вплив напруги на основні показники роботи електроспоживачів і на ефективність ТПСВ;

- розробити економіко-математичну модель функціонування електроспоживачів в ТПСВ;

- розробити методику визначення вихідної напруги засобу місцевого регулювання, яка враховує оптимальне значення напруги живлення групи одночасно функціонуючих електроспоживачів і втрати напруги від засобу місцевого регулювання до електроспоживачів;

- дослідити режими роботи вольтододаткового трансформатора (ВДТ) як основи пристроїв місцевого регулювання напруги і розробити математичну модель функціонування ВДТ, яка враховує варіант сполучення його обмоток;

- дати оцінку економічної ефективності застосування ЗМРН на основі ВДТ для забезпечення раціонального використання електроенергії при місцевому регулюванні напруги живлення електроспоживачів, що підтримують функціонування ТПСВ.

Об'єкт дослідження - взаємозв'язок показників регулювання напруги технічного ЗМРН з фізичними процесами в електроспоживачах і з техніко-економічними показниками ефективності ТПСВ.

Предмет дослідження - режими роботи ВДТ і електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ при регулюванні напруги.

Методи досліджень. При розв'язанні задач, поставлених у роботі, знайшли застосування математичні методи: отримання аналітичним способом і способом добірних точок аналітичних виразів, рішення задач на екстремум (метод загального пошуку однокритеріальної оптимізації) для удосконалення методики визначення впливу напруги на показники роботи електроспоживачів в ТПСВ і розробки методики визначення вихідної напруги ЗМРН живлення електроспоживачів, з урахуванням оптимальної напруги живлення групи одночасно функціонуючих електроспоживачів і втрат напруги від ЗМРН до електроспоживачів. Теоретичні дослідження застосування в ЗМРН ВДТ базувалися на теоріях електричних кіл і машин, симетричних складових, математичному моделюванні. В експериментальних дослідженнях ЯЕЕ на затискачах споживачів, амплітудного значення і фази струму на вході ВДТ, застосування ЗМРН на основі ВДТ для забезпечення раціонального використання електроенергії шляхом підтримання визначеної оптимальної напруги живлення електроспоживачів, застосовувався метод фізичного моделювання, використовувалися сучасні методи вимірювання та обробки результатів досліджень за допомогою електронно-обчислювальної машини. Використання цих методів забезпечило достатню достовірність і відповідність теоретичним передумовам.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що

- удосконалена методика визначення впливу напруги на основні показники роботи найбільш типових електроспоживачів в ТПСВ;

- розроблена економіко-математична модель функціонування електроспоживачів в ТПСВ, що дозволяє визначити оптимальну напругу живлення групи одночасно функціонуючих електроспоживачів;

- розроблена методика визначення вихідної напруги ЗМРН, яка враховує оптимальне значення напруги живлення одночасно працюючих електроспоживачів і втрати напруги від місця встановлення ЗМРН до електроспоживачів;

- розроблена математична модель функціонування ВДТ з урахуванням варіанту сполучення його обмоток, що дозволяє теоретично і експериментально дослідити режими роботи ВДТ як основи пристроїв місцевого регулювання напруги;

- дістали подальший розвиток теоретичні і експериментальні дослідження режимів роботи ВДТ, що дозволило теоретично обґрунтувати принципи побудови пристроїв місцевого регулювання напруги на основі ВДТ;

Достовірність теоретичних положень підтверджувалася експериментальною перевіркою в лабораторних умовах, дослідно-виробничих випробуваннях в умовах експлуатації.

Практичне значення одержаних результатів.

- розроблені алгоритм і програма розрахунку на електронно-обчислювальній машині оптимального значення напруги живлення групи одночасно працюючих електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, втрат напруги від ЗМРН до електроспоживачів при оптимальній напрузі їх живлення, які включені в учбово-методичні розробки і використовуються в учбовому процесі ХДТУСГ на заняттях по дисципліні “Експлуатація енергетичного обладнання в сільському господарстві”;

- методика визначення вихідної напруги ЗМРН живлення електроспоживачів в ТПСВ з урахуванням оптимального значення напруги живлення групи одночасно працюючих електроспоживачів і втрат напруги від ЗМРН до електроспоживачів дозволяє оптимізувати режим місцевого регулювання напруги (підвищити ефективність виробництва, забезпечити раціональне використання електроенергії) ;

- розроблені алгоритм і програма розрахунку на електронно-обчислювальній машині амплітудного значення і фази напруги на вході ВДТ з урахуванням опору навантаження і групи сполучення обмоток ВДТ, що дозволяє підвищити ефективність використання ЗМРН на основі ВДТ;

- на підставі проведених теоретичних досліджень режимів роботи ВДТ отримані аналітичні вирази щодо основних показників роботи ВДТ при різних режимах, застосування яких дозволить забезпечити надійну роботу ВДТ в пристроях місцевого регулювання напруги;

- виявлені умови симетрування напруги живлення електроспоживачів, які рекомендовані використовувати при застосуванні ВДТ з відповідними групами сполучення обмоток в мережах, де несиметрия напруг не відповідає вимогам діючого стандарту на ЯЕЕ;

- теоретично обґрунтовані принципи побудови пристроїв місцевого регулювання і симетрування напруги на основі ВДТ і автоматичного керування регулятором напруги, що використовує сучасну мікропроцесорну техніку, застосування яких дозволяє забезпечити підвищення ефективності ТПСВ і раціональне використання електроенергії. Новизна і винахідницький рівень технічних рішень підтверджується рішеннями Інституту промислової власності Міністерства освіти і науки України про видачу патентів України на винаходи по заявкам № 2000020925 від 18.02.2000 р.; № 2000010030 від 04.01.2000 р.; № 2000031571 від 21.03.2000 р.; № 2000041910 від 4.04.2000 р;

- практична реалізація теоретичних положень дозволила зменшити споживання активної енергії при функціонуванні електроспоживачів в ТПСВ на 9,42 %, про що свідчить акт випробування в умовах експлуатації. Рентабельність інвестицій при впровадженні результатів дисертаційної роботи складатиме 0,72 при періоді окупності інвестицій 1,4 року, про що свідчать результати техніко-економічного обґрунтування застосування ЗМРН на основі ВДТ для підтримання оптимального значення напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ.

Особистий внесок здобувача. Основні ідеї і розробки, які виносяться на захист, належать автору. Загальна частка участі в опублікованих в співавторстві роботах складає 50-60 %.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові і практичні результати дисертації доводилися та обговорювалися на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ХДТУСГ (1998-2000 р.р.), на міжнародних науково-технічних і науково-практичних конференціях “Автоматизація виробничих процесів в сільському господарстві” ( м.Мінськ, 2000 р.), “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України” (м.Харків, 2000 р.).

Публікації. За результатами дослідження опубліковано 13 робіт, включаючи 4 рішення про видачу патенту України на винахід, 1 тези доповіді на міжнародній науково-технічній конференції, 8 статей у науково-технічних журналах (з них 4 самостійно).

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 110 назв (в тому числі 6 - іноземними мовами), додатків, актів випробування в виробничих умовах і впровадження. Робота викладена на 109 сторінках машинописного тексту, ілюстрована 17 рисунками та 4 таблицями.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, показано її наукове і практичне спрямування, сформульовані мета і задачі, які необхідно вирішити для її досягнення. Показано зв'язок роботи з науковими програмами і відповідною тематикою.

В першому розділі “Сучасний стан питання і задачі досліджень” проведений аналіз сучасного стану відхилень напруги живлення на затискачах електроспоживачів, які знаходяться в сільський місцевості, впливу відхилень напруги на ефективність ТПСВ, літературних джерел по застосуванню існуючих ЗМРН.

Питанням визначення впливу напруги живлення електроспоживачів на ефективність функціонування ТПСВ, дослідження і удосконалення експлуатаційних режимів електроспоживачів з номінальною напругою до 1кВ приділена велика увага в роботах багатьох установ колишнього СРСР і вітчизняних установ України. Значний внесок в дослідження цих питань зробили вчені Баркан Я.Д., Жежеленко І.В., Карпов Ф.Ф., Левін М.С., Мартиненко І.І., Мурадян А.Е., Поярков К.М., Савченко П.І., Солдаткіна Л.О., Сиромятников І.А., Шидловській О.К. та ін. Аналіз опублікованих робіт дозволяє зробити такі висновки:

1. Якщо напруга живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, не відповідає вимогам діючого стандарту, то це може мати наслідок - нераціональне використання електроенергії, зменшення строку служби електроспоживачів, погіршення якості продукції, зменшення її кількості.

2. В умовах, коли централізоване регулювання напруги не дає бажаного результату в сільських мережах 0,38 кВ, застосовуючи ЗМРН, слід враховувати необхідність підтримання на його виході такого значення напруги, що забезпечить раціональне використання електроенергії при мінімумі економічних витрат від експлуатації електроспоживачів в ТПСВ.

3. При визначенні вихідної напруги ЗМРН слід враховувати наступне:

- вплив напруги живлення на основні показники роботи різних найбільш типових електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, різний, що впливає на ефективність ТПСВ при одночасній експлуатації цих електроспоживачів;

- електроспоживачі, що забезпечують функціонування ТПСВ, можуть знаходитися на різній відстані від джерела живлення, що має наслідок - різні втрати в лініях їх живлення, а це зумовлює неможливість підтримання однакового рівня напруги живлення на затискачах всіх одночасно функціонуючих електроспоживачів;

- значення напруги живлення групи електроспоживачів повинне знаходитися в інтервалі, межі якого зумовлені вимогами діючого стандарту на ЯЕЕ, при цьому оптимальне значення напруги живлення групи одночасно функціонуючих електроспоживачів може не відповідати середині цього інтервалу, внаслідок невідповідності оптимальних показників роботи окремих електроспоживачів в деяких ТПСВ номінальній напрузі, непропорційності в сучасних економічних умовах зміни цін на енергоносії і продукцію сільськогосподарського виробництва та виробництва електротехнічної промисловості та ін.

4. При місцевому регулюванні напруги в сільських мережах 0,38 кВ пристрої регулювання напруги для підтримання оптимального її значення для одночасно функціонуючих електроспоживачів в ТПСВ повинні забезпечувати широкий діапазон регулювання напруги, мати малі інтервали між ступенями регулювання і багатофункціональні можливості. Встановлено, що в цих мережах доцільне використання ЗМРН на основі ВДТ. При активному навантаженні можливо застосовувати і тиристорні регулятори напруги. Забезпечення оптимального значення напруги живлення електроспоживачів, значно полегшується при використанні автоматичного керування регулятором напруги на основі сучасної мікропроцесорної техніки.

5. Відомості, які є в літературних джерелах, щодо застосування ЗМРН, зокрема для електроспоживачів в ТПСВ, недостатні для узагальнення і практичної реалізації удосконаленого режиму регулювання напруги живлення для цих електроспоживачів з урахуванням необхідності підтримання оптимального значення напруги з метою раціонального використання електроенергії і підвищення ефективності ТПСВ.

В другому розділі “Оптимізація режиму місцевого регулювання напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва” представлені методика і результати визначення вихідної напруги ЗМРН з урахуванням оптимального значення напруги живлення групи одночасно працюючих в ТПСВ електроспоживачів і втрат напруги від ЗМРН до електроспоживачів.

напруга регулювання електроспоживач технологічний

Розробка економіко-математичної моделі функціонування електроспоживачів в ТПСВ здійснювалася згідно з методиками, що викладені в роботах І.І. Мартиненка, В.М.Сінькова, В.І. Саркісяна, Т. Шупа та ін авторів.

Формування задачі: визначити оптимальне значення напруги живлення групи одночасно функціонуючих електроспоживачів в ТПСВ.

Критерій оптимальності: питомі економічні витрати сільськогосподарського підприємства при експлуатації електроспоживачів.

Відомі: перелік електроспоживачів, параметри роботи електроспоживачів при номінальній напрузі, залежності параметрів роботи електроспоживачів від напруги, залежності техніко-економічних показників виробництва від параметрів роботи електроспоживачів, типові варіанти одночасної експлуатації електроспоживачів в ТПСВ.

Умовні позначення:

- множина електроспоживачів, що забезпечують функціонування технологічних установок;

- множина технологічних установок;

- множина режимів роботи за напругою живлення електроспоживачів;

- множина типових варіантів одночасного функціонування групи електроспоживачів;

- питомі економічні витрати при роботі -го () електроспоживача -тої () технологічної установки при () типовому варіанті одночасного функціонування електроспоживачів в ТПСВ;

- сумарні питомі економічні витрати при типовому варіанті одночасного функціонування електроспоживачів в ТПСВ;

- множина можливих значень напруги живлення електроспоживачів.

В загальному вигляді типовий варіант одночасного функціонування електроспоживачів в ТПСВ описується економіко-математичною моделлю з визначеною кількістю факторів:

, (1)

де - напруга живлення електроспоживачів при -тому ( ) режимі роботи;

- вартісні показники.

Цільова функція: .

Проектні параметри: ; .

Приймаємо, що напруга на затискачах окремих електроспоживачів даного технологічного процесу однакова, нехтуючи втратами напруги від місця встановлення ЗМРН до окремих електроспоживачів. Звідси, обмеження рівнянням: ; .

Обмеження нерівністю: (зумовлено вимогами держстандарту України на ЯЕЕ)

Витрати - це сума складових (енергетичної, експлуатаційної, технологічної та ін.), які визначаються за відомими аналітичними виразами і за виразами, що були отримані аналітичним способом, способом добірних точок, використовуючи відомі статистичні дані і графічні залежності, що приведені в роботах Мурзіна В.К., Пчолкіна Ю.М., Юркова В.М. та ін. Наприклад, емпірична залежність середньодобового приросту ваги молодняку великої рогатої худоби (гр) від штучної освітленості в сполученні з природною, визначається за виразом:

(2)

Максимальні відносні похибки для отриманих аналітичних залежностей становили не більш 3 %.

Для підвищення ефективності процесу регулювання напруги методика визначення вихідної напруги ЗМРН повинна враховувати оптимальне значення напруги живлення групи одночасно функціонуючих в ТПСВ електроспоживачів і втрати напруги від місця встановлення ЗМРН до електроспоживачів. Лінійні втрати напруги, які слід враховувати при визначенні вихідної напруги ЗМРН:

, (3)

де - відповідно активна і реактивна середньозважені складові струму на ділянці лінії від ЗМРН довжиною L (км), А;

- відповідно активний і реактивний опори ділянки лінії від ЗМРН довжиною L, Ом;

, (4)

де - кількість електроспоживачів, що приєднані до лінії;

- довжина ділянки лінії до n-го електроспоживача;

- питомі економічні витрати під час експлуатації всіх електроспоживачів, що приєднані на ділянці лінії до -го електроспоживача при .

Звідси, вихідна напруга ЗМРН:

(5)

Зважаючи на отримані статистичні дані, щодо ЯЕЕ на затискачах даних споживачів і розрахункові за допомогою ЕОМ значення оптимальної напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, зроблено висновок про доцільність застосування ЗМРН для окремих варіантів одночасної експлуатації електроспоживачів приведених як приклад ТПСВ. При цьому, не враховуючи економічні витрати, що пов'язані з застосуванням ЗМРН і споживанням ЗМРН активної потужності, забезпечення на виході ЗМРН оптимального значення напруги за розрахунком для одного із типових варіантів одночасної експлуатації електроспоживачів, як приклад, дозволить зменшити питомі економічні витрати підприємства на 9,68% по відношенню до режиму роботи при номінальній напрузі і на 19,28% - по відношенню до режиму роботи при напрузі, що дорівнює значенню математичного очікування напруги живлення електроспоживачів. Зменшення втрат активної енергії в мережі живлення електроспоживачів для даного прикладу відповідно на 9,35% і на 19,11%.

В третьому розділі “Теоретичні і експериментальні дослідження режимів роботи вольтододаткового трансформатора” розглянуто показники роботи ВДТ і розроблено рекомендації для ефективного і безпечного застосування ВДТ в ЗМРН. При теоретичних дослідженнях були використані положення теорії електричних кіл і машин, симетричних складових, викладених в роботах М.М.Мансурова, Г.М.Петрова, В.С.Попова та ін. авторів.

З метою систематизації і узагальнення існуючих варіантів з'єднання обмоток ВДТ для полегшення подальших теоретичних і експериментальних досліджень режимів роботи ВДТ і підвищення надійності застосування ВДТ пропонується поєднати різні варіанти з'єднання обмоток ВДТ до груп сполучення обмоток ВДТ. Група сполучення обмоток ВДТ характеризує одночасно з маркуванням затискачів, відносним зсувом фаз ЕРС первинної (збудження) і вторинної (послідовної) обмоток ще і варіант електричного зв'язку між ними. На рис.1 зображені електричні схеми з'єднання обмоток 0, 4, 8 груп ВДТ, де обмотки збудження мають з'єднання “зірка з нейтраллю” (приєднуються на фазну напругу).Групи сполучення обмоток 6, 10, 2 утворюються при зміні місцями кінців і початків обмоток збудження кожної фази відповідно груп сполучення 0, 4, 8. Непарні групи сполучення обмоток (1, 3, 5, 7, 9, 11) - при приєднанні обмотки збудження на лінійні напруги. Визначення групи сполучення обмоток ВДТ здійснюється визначенням кута між первинною і вторинною ЕРС (від ВН до НН) за ходом стрілки годинника. Таким чином, 12 груп сполучення обмоток ВДТ дають можливість одержати різні варіанти амплітудного значення (В) і фази (о) напруги на виході ВДТ відносно до напруги на вході ВДТ.

Згідно з правилами складання двох синусоїдальних величин і приймаючи фазу напруги на вході , аналітичні вирази амплітудного значення і фази напруги на виході ВДТ мають вигляд:

, (6)

, (7)

де , - відповідно амплітудні значення напруг на вході (обмотки збудження) і послідовної обмотки ВДТ, В;

, - відповідно фази напруг на вході і послідовної обмотки ВДТ,о.

Векторні діаграми ЕРС для 12 груп сполучення обмоток приведені на рис.2.

Залежність струму на вході ВДТ від опору навантаження і групи сполучення обмоток ВДТ в загальному вигляді описується математичною моделлю з визначеною кількістю факторів:

, (8)

де - повний опір навантаження, Ом.

Згідно запропонованому алгоритму була розроблена програма розрахунку на ЕОМ амплітудного значення і фази струму на вході ВДТ. Викладена програма і методика експериментальних досліджень впливу опору навантаження і груп сполучення обмоток на амплітудне значення і фазу струму на вході ВДТ. На рис.3,4 накреслені, як приклад, графічні залежності відповідно і на вході ВДТ для 2 групи сполучення обмоток за експериментальними даними (неперервна лінія) і даними, що отримані внаслідок реалізації математичної моделі на ЕОМ (переривчата лінія), де - коефіцієнт завантаження АД. Аналіз отриманих залежностей показує, що експериментальні і розрахункові дані практично не відрізняються, максимальні відносні похибки становили не більш ніж 3%.

Теоретично досліджені нормальний робочий режим ВДТ, режим холостого ходу, короткого замикання, несиметричні режими. Визначени умови, що дозволяють симетрувати напругу при використанні ВДТ з відповідними групами сполучення обмоток. Отримані результати досліджень дозволяють їх використовувати для підвищення ефективності і безпечності застосування ВДТ.

В четвертому розділі “Теоретичне обґрунтування принципів побудови технічних засобів енергозберігаючих режимів живлення електроспоживачів обмеженої потужності” визначені технічні вимоги до пристроїв регулювання напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ, теоретично обгрунтовані принципи побудови: пристрою регулювання змінної напруги, пристрою регулювання і симетрування змінної напруги, блочно-модульного пристрою регулювання напруги мережі змінного струму, пристрою автоматичного керування регулятором напруги на основі сучасної мікропроцесорної техніки.

В цих пристроях на основі ВДТ з можливістю перемикання з однієї групи сполучення обмоток на іншу обгрунтовано збільшення діапазону і кількості ступенів регулювання напруги, зменшення інтервалу між ступенями регулювання, розширення області застосування і діапазону величин прохідної потужності, що дозволяє підвищити точність і ефективність регулювання напруги.

Експериментальні дослідження застосування ЗМРН на основі ВДТ, які проводилися в сільськогосподарському товаристві з обмеженою відповідальністю “Снежків” Валківського району Харківської області, мали метою перевірку справедливості теоретичних досліджень щодо раціонального використання електроенергії при місцевому регулюванні напруги живлення електроспоживачів при оптимальному її значенні, що визначається на основі розробленої екноміко-математичної моделі функціонування електроспоживачів в ТПСВ за допомогою ЕОМ. Отримані результати підтвердили справедливість теоретичних досліджень з похибкою не більш 10 %, про що свідчить акт випробування в умовах експлуатації, при цьому споживання активної енергії зменшилося на 9,42% за добу. Внаслідок техніко-економічного обгрунтування застосування ЗМРН на основі ВДТ для забезпечення оптимального значення напруги живлення електроспоживачів, що підтримують функціонування ТПСВ, встановлено, що рентабельність інвестицій при впровадженні результатів дисертаційної роботи складатиме 0,72, а період окупності інвестицій становить 1,4 року.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналіз сучасного стану використання електричної енергії в ТПСВ показав, що в сільський місцевості імовірність попадання відхилення напруги в нормований інтервал складає середньо 52,3%, а це має наслідок - неефективне функціонування електрифікованих ТПСВ і нераціональне використання електроенергії. Тому виникає необхідність застосування ЗМРН, зокрема, на основі ВДТ, які в повній мірі відповідають вимогам до ЗМРН живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування ТПСВ.

2. Удосконалена методика визначення впливу напруги на основні показники роботи найбільш типових електроспоживачів в ТПСВ, яка використовує теоретично виявлені аналітичні залежності від напруги мережі живлення. Максимальні відносні похибки для отриманих з використанням відомих статистичних даних і графічних залежностей виразів становили не більш 3 %.

3. Розроблена економіко-математична модель функціонування електроспоживачів в ТПСВ на основі удосконаленої методики визначення впливу напруги на основні показники роботи електроспоживачів і впливу цих показників на ефективність ТПСВ, яка дозволяє визначити оптимальну напругу живлення групи одночасно працюючих електроспоживачів в межах від 0,95 до 1,05 від номінальної напруги.

4. Розроблена методика визначення вихідної напруги ЗМРН, яка враховує оптимальне значення напруги живлення одночасно працюючих електроспоживачів, і втрати напруги від місця встановлення ЗМРН до електроспоживачів, що дозволяє зменшити питомі економічні витрати підприємства і втрати активної енергії в мережі при експлуатації електроспоживачів в приведеному як приклад ТПСВ відповідно на 19,28% і 19,11%.

5. Узагальнення існуючих варіантів з'єднання обмоток ВДТ до груп сполучення обмоток ВДТ дозволяє систематизувати варіанти з'єднання обмоток ВДТ з метою полегшення подальших теоретичних і експериментальних досліджень режимів роботи ВДТ, ефективного і безпечного використання ВДТ в 7-ми ступеневих ЗМРН.

6. На основі математичного і фізичного моделювання дістали подальший розвиток теоретичні і експериментальні дослідження режимів роботи ВДТ як основи технічних ЗМРН, що дозволить забезпечити надійну і ефективну роботу ВДТ в пристроях місцевого регулювання напруги. Імовірність безвідмовної роботи приведеного як приклад ЗМРН на основі ВДТ складає 0,997 після року експлуатації.

7. Теоретично обґрунтовані принципи побудови:

- пристрою регулювання змінної напруги, що дозволяє спростити відомий пристрій регулювання змінної напруги при заданому діапазоні регулювання з визначеною кількістю ступенів регулювання напруги і підвищити точність регулювання напруги внаслідок збільшення ступенів регулювання напруги (рішення Інституту промислової власності Міністерства освіти і науки України про видачу патенту по заявці на винахід “Пристрій регулювання змінної напруги ”, реєстраційний номер якої 2000020925 від 18 лютого 2000 року);

- пристрою регулювання і симетрування змінної напруги, що дозволяє уникнути розсіювання потужності при номінальному режимі напруги живлення і розширити функціональні можливості відомого пристрою регулювання змінної напруги (рішення Інституту промислової власності Міністерства освіти і науки України про видачу патенту на винахід “Пристрій регулювання і симетрування змінної напруги ” по заявці на винахід, реєстраційний номер якої 2000010030 від 04 січня 2000 року);

- блочно-модульного пристрою регулювання напруги мережі змінного струму, що дозволяє збільшити діапазон і кількість ступенів регулювання напруги, зменшити інтервал між ступенями регулювання, розширити область застосування і діапазон величин прохідної потужності (рішення Інституту промислової власності Міністерства освіти і науки України про видачу патенту по заявці на винахід “Блочно-модульний пристрій регулювання напруги мережі змінного струму”, реєстраційний номер якої 2000031571 від 21 березня 2000 року);

- пристрою на основі сучасної мікропроцесорної техніки, що реалізує вдосконалений спосіб автоматичного регулювання напруги вузла електричної мережі для автоматичного керування ЗМРН живлення електроспоживачів вузла навантаження електричної мережі напругою 0,38 кВ, підвищення ефективності і надійності процесу регулювання напруги та економічності електричної мережі шляхом забезпечення оптимальної напруги на виході ЗМРН (рішення Інституту промислової власності Міністерства освіти і науки України про видачу патенту по заявці на винахід “Пристрій автоматичного керування регулятором напруги”, реєстраційний номер якої 2000041910 від 04 квітня 2000 року).

8. Практична реалізація результатів дисертаційної роботи дозволила зменшити споживання активної енергії при експлуатації електроспоживачів в ТПСВ на 9,42 % , при цьому внаслідок техніко-економічного обгрунтування застосування ЗМРН на основі ВДТ для забезпечення оптимального значення напруги живлення електроспоживачів, що підтримують функціонування ТПСВ, встановлено, що рентабельність інвестицій при впровадженні результатів дисертаційної роботи складатиме 0,72, а період окупності інвестицій становить 1,4 року.

СПИСОК ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Савченко П.І., Трунова І.М. Режими роботи вольтододаткового трансформатора // Питання електрифікації сільського господарства. - Харків:ХДТУСГ. - 2000. - №3. - С.34-42. (Зроблений аналіз причин неефективного функціонування електроустановок в ТПСВ і методів та засобів усунення цих причин, отримані аналітичні вирази щодо струму короткого замикання в мережі живлення за ВДТ для різних варіантів роботи ВДТ під час короткого замикання).

2. Савченко П.І., Гончар М.І., Трунова І.М. Визначення амплітудного значення і фази напруги на виході вольтододаткового трансформатора з різними групами з'єднання обмоток // Вестник науки и техники. Харьков. - 1999. - № 3. - С.25-27. (Запропоновано узагальнити і систематизувати різні варіанти з'єднання обмоток ВДТ, поєднуючи їх до груп з'єднання обмоток ВДТ, отримані спрощені аналітичні вирази для визначення амплітудного значення і фази напруги на виході ВДТ для 12 груп сполучення обмоток ВДТ).

3. Савченко П.І., Трунова І.М. Алгоритм розрахунку мінімальних економічних витрат і оптимальної напруги при експлуатації електрообладнання з різним навантаженням // Вестник ХГПУ. Сер.НРСТ. Харьков. - 1999. - № 66. - С.131-135. (Розроблений алгоритм розрахунку мінімальних економічних витрат і відповідного оптимального значення напруги живлення групи електроустановок на прикладі одночасно функціонуючих асинхронних електродвигунів і ламп розжарення).

4. Трунова І.М. Визначення амплітудного значення і фази струму на вході вольтододаткового трансформатора // Вестник ХГПУ. Сер. НРСТ. Харьков. - 1999. -№ 47. - С.85-87.

5. Трунова І.М. Вплив напруги на електротермічне обладнання технологічних процесів сільськогосподарського виробництва // Вестник ХГПУ. Сер.НРСТ. Харьков. - 2000. - № 80 - С.93-94.

6. Трунова І.М. Вплив напруги живлення на кутову швидкість обертання вала ротора // Вестник ХГПУ. Сер.НРСТ. Харьков. - 2000. - № 82 - С. 80 - 81.

7. Трунова І.М. Оптимізація режиму місцевого регулювання напруги живлення електроспоживачів, що забезпечують функціонування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва // Вестник ХГПУ. Сер. НРСТ. Харьков. - 2001. - № 128 - С.147-150.

8. Гончар М.І, Ясько О.А., Трунова І.М., Регулирование напряжения на вводе в сельскохозяйственное помещение // Питання електрифікації сільського господарства. - Харків:ХДТУСГ. - 1998. - С.204-208. (Здійснений аналіз отриманих експериментальних даних щодо застосування ВДТ з різними варіантами з'єднання обмоток і зроблений висновок про доцільність застосування ВДТ для регулювання напруги живлення електроустановок в ТПСВ).

9. Пристрій регулювання змінної напруги // Савченко П.І., Трунова І.М. Рішення по заявці на винахід № 2000020925 від 18.02.2000 р. на видачу патенту України.

10. Пристрій регулювання і симетрування змінної напруги // Савченко П.І., Трунова І.М. Рішення по заявці на винахід № 2000010030 від 04.01.2000 р. на видачу патенту України.

11. Блочно-модульний пристрій регулювання напруги мережі змінного струму // Савченко П.І., Трунова І.М. Рішення по заявці на винахід № 2000031571 від 21.03.2000 р. на видачу патенту України.

12. Пристрій автоматичного керування регулятором напруги // Савченко П.І., Фурман І.О., Трунова І.М., Ремез В.В. Рішення по заявці на винахід № 2000041910 від 04.04.2000 р. на видачу патенту України.

13. Савченко П.І., Трунова І.М. Применение ЭВМ для определения оптимального напряжения при использовании местного автоматического регулирования напряжения для технологических процессов с.-х. производства // Труды Международной конференции “Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве”. - Минск - М.:БАТУ. -2000. -С.57-59. (Визначений математичний метод рішення оптимізаційної задачі розрахунку мінімальних економічних витрат і відповідної оптимальної напруги живлення електроустановок в ТПСВ, що застосовується в алгоритмі і програмі розрахунку на ЕОМ).

Трунова І.М. Місцеве регулювання напруги живлення електроспоживачів як засіб раціонального використання електроенергії в сільськогосподарському виробництві.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16. - Застосування електротехнологій в сільськогосподарському виробництві. - Національний аграрний університет, Київ, 2001 р.

Дисертація присвячена питанням забезпечення раціонального використання електричної енергії електроспоживачами, які підтримують функціонування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва, шляхом місцевого регулювання напруги технічними засобами на основі вольтододаткових трансформаторів. На підставі розробленої методики визначена вихідна напруга засобу місцевого регулювання для типових варіантів одночасної експлуатації електроспоживачів в технологічних процесах, що враховує оптимальне значення напруги їх живлення і втрати напруги в лініях. Математичне моделювання базувалося на теоріях електричних кіл і машин і використовувало запропоноване узагальнення і систематизацію існуючих варіантів з'єднання обмоток вольтододаткового трансформатора до груп сполучення обмоток. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено в виробничих умовах, що застосування пристрою місцевого регулювання напруги на основі вольтододаткового трансформатора дозволяє підтримувати визначену вихідну напругу, забезпечувати раціональне використання електроенергії і підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва.

Ключові слова: раціональне використання, електроенергія, технологічний процес, напруга, місцеве регулювання, вольтододатковий трансформатор.

Трунова И.М. Местное регулирование напряжения питания электропотребителей как способ рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве.- Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16. - Применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве. - Национальный аграрный университет, Киев, 2001 г.

Обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулированы цель и задача исследований. На основе анализа современного состояния использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве сделан вывод о том, что отклонения напряжения питания электропотребителей, не соответствующие требованиям Госстандарта Украины на качество электроэнергии, вызывают снижение эффективности сельскохозяйственного производства и нерациональное использование электроэнергии. Поэтому возникает необходимость использования средств местного регулирования напряжения, в частности, на основе вольтодобавочных трансформаторов.

Анализ публикаций позволил сделать заключение о том, что существующая информация об использовании средств местного регулирования напряжения недостаточна для обобщения и практической реализации режима регулирования напряжения питания электропотребителей с учётом необходимости поддержания оптимального значения напряжения с целью рационального использования электроэнергии и повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

Используя разработанную методику, которая базируется на усовершенствованной методике определения влияния напряжения на показатели работы электропотребителей и на предложенной экономико-математической модели функционирования электропотребителей в технологических процессах сельскохозяйственного производства, определено с помощью электронно-вычислительной машины выходное напряжение средства местного регулирования. Результаты расчётов для одного из типовых вариантов одновременной работы электропотребителей показали, что обеспечение расчётного напряжения питания позволит уменьшить удельные экономические затраты предприятия и потери активной энергии в линиях на 19,28% и 19,11% соответственно.

Математическое моделирование функционирования вольтодобавочного трансформатора базировалось на теориях электрических цепей и машин и использовало предложенное обобщение и систематизацию существующих соединений обмоток вольтодобавочного трансформатора в группы соединений обмоток, что позволило теоретически и экспериментально исследовать зависимость амплитудного значения и фазы тока на входе вольтодобавочного трансформатора от нагрузки и группы соединений обмоток вольтодобавочного трансформатора. Анализ полученных зависимостей показал, что экспериментальные и расчётные данные практически не отличаются, так как максимальные относительные погрешности составляли не более 3%.

Теоретически исследованы возможные режимы работы вольтодобавочных трансформаторов. Полученные результаты исследований позволяют использовать их для повышения эффективности и безопасности эксплуатации вольтодобавочных трансформаторов. Определены условия, которые позволяют симетрировать напряжение при использовании вольтодобавочных трансформаторов.

Теоретически обоснованы принципы построения технических средств энергосберегающих режимов питания электропотребителей ограниченной мощности. В предложенных устройствах на основе вольтодобавочного трансформатора с возможностью переключения с одной группы соединения обмоток на другую теоретически обоснованы увеличение диапазона и количества ступеней регулирования напряжения, уменьшение интервала между ступенями регулирования, расширение области использования и диапазона величины проходной мощности, что позволяет повысить точность и эффективность регулирования напряжения.

Экспериментальные исследования использования средства местного регулирования напряжения на основе вольтодобавочного трансформатора, которые проводились в сельскохозяйственном обществе с ограниченной ответственностью ''Снежков'' Валковского района Харьковской области, подтвердили справедливость теоретических исследований с погрешностью не более 10% , при этом потребление активной энергии уменьшилось на 9,42%; рентабельность инвестиций при внедрении результатов диссертационной работы составит 0,72; период окупаемости 1,4 года.

Ключевые слова: рациональное использование, электроэнергия, технологический процесс, напряжение, местное регулирование, вольтодобавочный трансформатор.

Trunova I.M. Receiver voltage regulation as the way of rational use the electrical energy in agriculture production.- Manuscript. Thesis for a candidate's degree by speciality 05.09.16. - Using of electrical technologies application in agricultural production. National Agrarian University, 2001.

The thesis is dedicated by a problem of provided with rational use of the electrical energy in agriculture production technology processes by means of local voltage regulation by techniques on the basis of injector transformers. Are defined the outlet voltage meaning of the local voltage regulator for typical variant of simultaneous electrical equipment work in technology processes by means of the worked method, which take into account optimal receiver voltage meaning and loss voltage in lines. Mathematical model is based on theory of electrical nets and machines and used the proposed generalization and systematization of existing injector transformer winding connection variant in winding connection groups. Use of local voltage regulator on the basis of injector transformers allow to support the defined outlet voltage, to provide with rational use of the electrical energy and to increase economic effect by agriculture production are theoretical grounded and experimental confirmed in production conditions.

Key words: rational use, electrical energy, technology process, voltage, local regulation, injector transformer.

Размещено на Allbest.ru