Шляхи обмеження рівнів струмів короткого замикання в електричних мережах

Today, Ukraine and the world face important issues related to solving the problems of the energy sector, including electricity. In networks of different voltages of power systems the level of short-circuit currents is constantly growing, while the requirements for electrical devices, live parts, power transformers and switchgear designs are becoming more stringent. There is a problem of optimal coordination in the dynamics of electrical equipment parameters and power system requirements or coordination of electrical equipment parameters with existing short-circuits current levels. The growth of short-circuit currents in electrical networks of all voltage classes makes it important to develop new effective methods and devices designed to reduce them. The article considers the issues of comparing the current of single-phase and three-phase short-circuit, average regional power system, the integrated parameters of electrical networks of such a system. Limitations of currents of single-phase short-circuits are analyzed in detail in problem nodes where autotransformers are installed. The conducted researches allowed to recommend the improved methods of calculations of electric devices and current-carrying parts on electrodynamic and thermal stability at short-circuit, including at single-phase. Recommendations for creating a mathematical model for calculating a nonlinear system in the presence of flexible conductors are given, because most of the damage (in the form of short-circuit) on high-voltage overhead power lines and switchgear is accompanied by an electric arc with parameters that change over time. In addition, significant short-circuit currents cause mechanical displacements of flexible wires in space, which leads to changes in the phase distances and inductive resistances of overhead lines of forward and reverse sequences. All these listed factors have a mutual influence during s.c. In addition, when operating electrical installations, an important factor is the switching life of switches, which affects the reliability of the installation and its technical and economic performance. The criterion for decommissioning the circuit breaker may be the residual life of the circuit breaker at the level of one tripping of the full tripping current of the circuit breaker. The analysis showed that it is necessary to take into account when calculating the short-circuit currents additional thermal action of various energy sources and the power system as a whole, synchronous generators and compensators, synchronous and asynchronous motors.На сегодняшний день перед Украиной и миром возникают важные вопросы по решению проблем энергетической отрасли, в том числе электроэнергетики. В сетях различного напряжения энергосистем уровень токов к.з. непрерывно растет, при этом требования к электрическим аппаратам, токоведущих частей, силовых трансформаторов и конструкций распределительных устройств становятся более жесткими. Возникает проблема оптимальной координации в динамике параметров электрооборудования и требований энергосистемы или координации параметров электрооборудования с существующими уровнями токов к.з. Рост токов к.з. в электрических сетях всех классов напряжения делает актуальной разработку новых эффективных методов и устройств, предназначенных для их снижения. Рассмотрено сравнения тока однофазных и трехфазных к.з. усредненной региональной энергосистемы, приведенные интегральные параметры электрических сетей такой системы. Проанализированы ограничения токов однофазных к.з. в проблемных узлах, где установлены автотрансформаторы. Проведенные исследования позволили рекомендовать усовершенствованные методики расчетов электрических аппаратов и токоведущих частей на электродинамическую и термическую стойкость при к.з. (в т.ч. и при однофазных). Приведены рекомендации к созданию математической модели расчета нелинейной системы при наличии гибких проводников, потому что, большинство повреждений (в виде к.з.) на высоковольтных воздушных линиях электропередачи и в распределительных устройствах сопровождается электрической дугой с параметрами, которые изменяются во времени. Значительные токи к.з. вызывают механические смещения гибких проводов в пространстве, что приводит к изменению межфазных расстояний и индуктивных сопротивлений воздушных линий прямой и обратной последовательностей. Все эти факторы оказывают взаимное влияние при к.з. Проведенный анализ показал, что необходимо учитывать при расчетах токов к.з. дополнительную термическую действие различных источников энергии и энергосистемы в целом, синхронных генераторов и компенсаторов, синхронных и асинхронных двигателей.На сьогоднішній день перед Україною та світом постають важливі питання стосовно вирішення проблем енергетичної галузі, в тому числі електроенергетики. У мережах різної напруги енергосистем рівень струмів к.з. безперервно зростає, при цьому вимоги до електричних апаратів, струмоведучих частин, силових трансформаторів і конструкцій розподільчих пристроїв стають більш жорсткими. Виникає проблема оптимальної координації у динаміці параметрів електрообладнання та вимог енергосистеми або координації параметрів електрообладнання з існуючими рівнями струмів к.з. Зростання струмів к.з. в електричних мережах усіх класів напруги робить актуальною розробку нових ефективних методів і пристроїв, призначених для їх зниження. У статті розглянуті питання порівняння струму однофазних і трифазних к.з. усередненої регіональної енергосистеми, наведені інтегральні параметри електричних мереж такої системи. Детально проаналізовані обмеження струмів однофазних к.з. в проблемних вузлах, де встановлені автотрансформатори. Проведені дослідження дозволили рекомендувати вдосконалені методики розрахунків електричних апаратів та струмоведучих частин на електродинамічну і термічну стійкість при к.з., в тому числі і при однофазних. Приведені рекомендації до створення математичної моделі розрахунку нелінійної системи при наявності гнучких провідників, тому що, більшість пошкоджень (у вигляді к.з.) на високовольтних повітряних лініях електропередачі та у розподільчих пристроях супроводжується електричною дугою із параметрами, які змінюються у часі. Крім того, значні струми к.з. викликають механічні зміщення гнучких проводів у просторі, що призводить до зміни міжфазних відстаней та індуктивних опорів повітряних ліній прямої і зворотної послідовностей. Всі ці перелічені фактори надають взаємний вплив під час к.з. Крім того, при експлуатації електроустановок важливим фактором є комутаційний ресурс  вимикачів, який впливає на надійність роботи установки та її техніко-економічні показники. Критерієм виводу вимикача з експлуатації може бути залишковий ресурс вимикача на рівні одного відключення повного струму відмикання вимикача. Проведений аналіз показав, що необхідно враховувати при розрахунках струмів к.з. додаткову термічну дію різних джерел енергії і енергосистеми в цілому, синхронних генераторів і компенсаторів, синхронних і асинхронних двигунів

Підвищення безпеки автономних електроустановок впровадженням методу розрахунку параметрів електролітичних заземлювачів

We have solved the task of safety improvement in the grounding process of autonomous mobile electrical installations. Existing procedures for the calculation of normalized resistance of grounding electrodes in electric installations have been examined and studied. Their main drawbacks have been revealed: the difficulty and complexity of calculations; the probabilistic and approximate character; the use of source data taken to calculate the electrophysical parameters of stationary grounding electrodes; the calculations do not account for the structural-phase structure of soil and the volume of electrolyte. Based on the application of percolation theory and the apparatus of fractal-cluster geometry, we have modeled the process of electrolytic grounding in heterogeneous soils of different porous structure, which possess the percolation and fractal properties. A physical model of the process of electrolytic grounding has been developed, which takes into consideration the soil structure properties when changing the fractal dimensionality of a cluster over a certain range that forms the electrolytic grounding conductor with the normalized resistance. It has been shown that the model of conductivity of the electrolytic grounding electrode is defined by the soil electrical conductivity in a percolation channel of the porous structure of soil and can be considered as a function of the volumetric concentration of the electrolyte and the size of the volumetric structure of the electrolytic percolation cluster. We have derived analytical expressions to relate the normalized resistance of electrolytic grounding conductors and the specific resistivity of soil to the fractal dimensionality, volume of the electrolyte, the number of pores to the electrolyte, density of a geometrical volumetric body. We have improved a method for calculating the electrophysical parameters of electrolytic grounding conductors, based on accounting for the main linear size of the cluster of an electrolytic volumetric body, which coincides with the electrolyte penetration depth for various soil structures. We have established conditions for conductivity of the electrolytic grounding conductor in order to ensure safety during operation of the autonomous mobile electrical installationРешена проблема повышения безопасности в процессе заземления автономных передвижных электроустановок. Рассмотрены и исследованы существующие методики расчёта нормированного сопротивления заземлителей электроустановок. Выявлены их основные недостатки: сложность и громоздкость в вычислениях; вероятностный и приблизительный характер; использование исходных данных принятых для вычисления электрофизических параметров стационарных заземлителей; не учитываются в расчетах структурно – фазовые строения грунта и объем электролита. На основе применения теории перколяции и аппарата фрактально – кластерной геометрии, смоделирован процесс электролитического заземления в неоднородных грунтах различной пористой структуры, которые обладают перколяционными и фрактальными свойствами. Разработана физическая модель процесса электролитического заземления, которая учитывает свойства структуры грунта при изменении фрактальной размерности кластера в определенном интервале, образующего электролитический заземлитель с нормированным сопротивлением. Показано, что модель проводимости электролитического заземлителя определяется электропроводностью грунта в перколяционном канале пористой структуры грунта и может рассматриваться как функции от объемной концентрации электролита и размера объемной структуры электролитического кластера перколяции. Получены аналитические выражения для связи нормированного сопротивления электролитических заземлителей и удельного сопротивления грунта с фрактальной размерностью, объемом электролита, количеством пор с электролитом, плотностью геометрического объёмного тела. Усовершенствован метод расчета электрофизических параметров электролитических заземлителей, на основе учета главного линейного размера кластера электролитического объемного тела, который совпадает с глубиной проникновения электролита для различных структур грунта. Определены условия проводимости электролитического заземлителя для обеспечения безопасности при эксплуатации автономной передвижной электроустановкиВирішено проблему підвищення безпеки в процесі заземлення автономних пересувних електроустановок. Розглянуто і досліджено існуючі методики розрахунку нормованого опору заземлювачів електроустановок. Виявлено їх основні недоліки: складність і громіздкість в обчисленнях; імовірнісний і приблизний характер; використання вихідних даних прийнятих для обчислення електрофізичних параметрів стаціонарних заземлювачів; не враховуються в розрахунках структурно - фазові будови грунту і об'єм електроліту. На основі застосування теорії перколяції і апарату фрактально - кластерної геометрії, змодельовано процес електролітичного заземлення в неоднорідних грунтах різної пористої структури, які володіють перколяційними і фрактальними властивостями. Розроблено фізичну модель процесу електролітичного заземлення, яка враховує властивості структури грунту при зміні фрактальної розмірності кластера в певному інтервалі, що утворює електролітичний заземлювач з нормованим опором. Показано, що модель провідності електролітичного заземлювача визначається електропровідністю грунту в перколяційних каналах пористої структури грунту і може розглядатися як функції від об'ємної концентрації електроліту і розміру об'ємної структури електролітичного кластера перколяції. Отримано аналітичні вирази для зв'язку нормованого опору електролітичних заземлювачів і питомого опору грунту з фрактальною розмірністю, об'ємом електроліту, кількістю пір з електролітом, щільністю геометричного об'ємного тіла. Удосконалено метод розрахунку електрофізичних параметрів електролітичних заземлювачів, на основі врахування головного лінійного розміру кластера електролітичного об'ємного тіла, який збігається з глибиною проникнення електроліту для різних структур грунту. Визначено умови провідності електролітичного заземлювача для забезпечення безпеки при експлуатації автономної пересувної електроустановк

Розробка математичної моделі управління енергоблоком з урахуванням критерія економічної ефективності

The authors of the study have analysed the criteria for increasing cost-effectiveness in the operation of power-generating equipment of power units at TPPs and NPPs. The existing methods of calculating the cost-effectiveness disregard factors that lead to economic costs during shutdowns of the power unit and reduce the energy consumer load. A significant factor in increasing cost-effectiveness of the automated control systems at a power unit of a power plant is the compulsory checking to detect a low level of information reliability. It is proved that reliability of the power unit technological equipment substantially depends on the effectiveness of emergency automated control when an unpermitted shutdown of a power unit occurs due to false positives. It is shown that the cause of false positives is low reliability of the data on the power unit technological process parameters. It is revealed that unforeseen unpermitted shutdown of a power unit and a decrease in the energy consumer load leads to significant economic and material losses, and, consequently, to a decrease in economic efficiency of automated control of a power unit. It is shown that the existing economic models do not take into account the financial and material costs that occur due to unpermitted shutdown of the power unit and decrease in the energy consumer load in case of false positives in real time. The authors of the study have devised a unified integrated economic and mathematical model, which allows calculating the economic effect taking into account changes in the reliability of the technological equipment, due to the timely prompt detection of false positives and low-reliability data. The proposed emergency modular unit coupled with modules for detecting and control of false alarms, which takes into account static and operational economic components, allows calculating the economic effect based on the devised unified integrated economic and mathematical model. The authors of the study give practical recommendations for applying the economic module in the hardware and software complex of the power unit, which allows calculating the economic effect on the basis of static data coming from the data memory and current data from the power unitПроведён анализ критериев повышения экономической эффективности при эксплуатации электроэнергетического оборудования энергоблоков электростанции. В существующих методиках расчёта экономического эффекта не учитываются факторы, которые приводят к экономическим затратам при остановах энергоблока и снижению нагрузки электропотребителям. Значительным фактором в повышении экономической эффективности при эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами на энергоблоке электростанции является оперативный контроль по обнаружению низкого уровня степени достоверности информации. Показано, что надёжность функционирования технологического оборудования энергоблока существенно зависит от эффективности автоматизированного управления в нештатных ситуациях, когда происходит несанкционированный останов энергоблока по причине ложных срабатываний. Выявлено, что причиной ложных срабатываний является информация о параметрах технологического процесса энергоблока, которая характеризуется низкой степенью достоверности. Показано, что непредусмотренный несанкционированный останов энергоблока и снижение нагрузки для электропотребителей приводит к значительным экономическим и материальным потерям, а, следовательно, и к снижению экономической эффективности при автоматизированном управлении энергоблоком. Показано, что в применяемых экономических моделях не учитываются финансовые и материальные затраты, которые происходят из-за несанкционированного останова энергоблока и снижения нагрузки для электропотребителей при ложных срабатываниях в режиме реального времени. Разработана единая интегрированная экономико-математическая модель, которая позволяет рассчитать экономический эффект с учётом изменения надёжности технологического оборудования энергоблока, за счёт своевременного оперативного выявления ложных срабатываний и информации с низкой степенью достоверности. Для расчета экономического эффекта на основе разработанной единой экономико-математической модели предложен модульный блок режима нештатных ситуаций, сопряжённый с модулями ложных срабатываний и аварийных признаков, который учитывает статические и оперативные экономические составляющие. Даны практические рекомендации для применения экономического модуля в программно-техническом комплексе энергоблока, что позволяет проводить расчёты экономического эффекта на основе статических данных, поступающих из памяти данных и текущих данных с энергоблокаПроведено аналіз критеріїв підвищення економічної ефективності при експлуатації електроенергетичного обладнання енергоблоків електростанцій. В існуючих методиках розрахунку економічного ефекту не враховуються чинники, які призводять до економічних витрат при остановах енергоблоку і зниженні навантаження електроспоживачів. Значним фактором у підвищенні економічної ефективності при експлуатації автоматизованих систем управління технологічними процесами на енергоблоці електростанції є оперативний контроль з виявлення низького рівня ступеня достовірності інформації. Показано, що надійність функціонування технологічного обладнання енергоблоку істотно залежить від ефективності автоматизованого управління у позаштатних ситуаціях, коли відбувається несанкціоноване зупинення енергоблоку, через помилкове спрацьовування. Виявлено, що причиною помилкових спрацьовувань є інформація про параметри технологічного процесу енергоблоку, яка характеризується низьким ступенем достовірності. Показано, що непередбачене несанкціоноване зупинення енергоблоку і зниження навантаження для електроспоживачів призводить до значних економічних і матеріальних втрат, а, отже, і до зниження економічної ефективності при автоматизованому управлінні енергоблоком. Показано, що у застосовуваних економічних моделях не враховуються фінансові та матеріальні витрати, які відбуваються через несанкціоноване зупинення енергоблоку і зниження навантаження для електроспоживачів при помилкових спрацьовування в режимі реального часу. Розроблена єдина інтегрована економіко-математична модель, яка дозволяє розрахувати економічний ефект з урахуванням зміни надійності технологічного обладнання енергоблоку, за рахунок своєчасного оперативного виявлення помилкових спрацьовувань і інформації з низьким ступенем достовірності. Для розрахунку економічного ефекту на основі розробленої єдиної економіко-математичної моделі запропоновано модульний блок режиму нештатних ситуацій, зв'язаний з модулями помилкових спрацьовувань і аварійних ознак, який враховує статичні і оперативні економічні складові. Надано практичні рекомендації для застосування економічного модуля в програмно-технічному комплексі енергоблоку, що дозволяє проводити розрахунки економічного ефекту на основі статичних даних, що надходять з пам'яті даних і поточних даних з енергоблок

Розробка математичної моделі управління енергоблоком з урахуванням критерія економічної ефективності

The authors of the study have analysed the criteria for increasing cost-effectiveness in the operation of power-generating equipment of power units at TPPs and NPPs. The existing methods of calculating the cost-effectiveness disregard factors that lead to economic costs during shutdowns of the power unit and reduce the energy consumer load. A significant factor in increasing cost-effectiveness of the automated control systems at a power unit of a power plant is the compulsory checking to detect a low level of information reliability. It is proved that reliability of the power unit technological equipment substantially depends on the effectiveness of emergency automated control when an unpermitted shutdown of a power unit occurs due to false positives. It is shown that the cause of false positives is low reliability of the data on the power unit technological process parameters. It is revealed that unforeseen unpermitted shutdown of a power unit and a decrease in the energy consumer load leads to significant economic and material losses, and, consequently, to a decrease in economic efficiency of automated control of a power unit. It is shown that the existing economic models do not take into account the financial and material costs that occur due to unpermitted shutdown of the power unit and decrease in the energy consumer load in case of false positives in real time. The authors of the study have devised a unified integrated economic and mathematical model, which allows calculating the economic effect taking into account changes in the reliability of the technological equipment, due to the timely prompt detection of false positives and low-reliability data. The proposed emergency modular unit coupled with modules for detecting and control of false alarms, which takes into account static and operational economic components, allows calculating the economic effect based on the devised unified integrated economic and mathematical model. The authors of the study give practical recommendations for applying the economic module in the hardware and software complex of the power unit, which allows calculating the economic effect on the basis of static data coming from the data memory and current data from the power unitПроведён анализ критериев повышения экономической эффективности при эксплуатации электроэнергетического оборудования энергоблоков электростанции. В существующих методиках расчёта экономического эффекта не учитываются факторы, которые приводят к экономическим затратам при остановах энергоблока и снижению нагрузки электропотребителям. Значительным фактором в повышении экономической эффективности при эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами на энергоблоке электростанции является оперативный контроль по обнаружению низкого уровня степени достоверности информации. Показано, что надёжность функционирования технологического оборудования энергоблока существенно зависит от эффективности автоматизированного управления в нештатных ситуациях, когда происходит несанкционированный останов энергоблока по причине ложных срабатываний. Выявлено, что причиной ложных срабатываний является информация о параметрах технологического процесса энергоблока, которая характеризуется низкой степенью достоверности. Показано, что непредусмотренный несанкционированный останов энергоблока и снижение нагрузки для электропотребителей приводит к значительным экономическим и материальным потерям, а, следовательно, и к снижению экономической эффективности при автоматизированном управлении энергоблоком. Показано, что в применяемых экономических моделях не учитываются финансовые и материальные затраты, которые происходят из-за несанкционированного останова энергоблока и снижения нагрузки для электропотребителей при ложных срабатываниях в режиме реального времени. Разработана единая интегрированная экономико-математическая модель, которая позволяет рассчитать экономический эффект с учётом изменения надёжности технологического оборудования энергоблока, за счёт своевременного оперативного выявления ложных срабатываний и информации с низкой степенью достоверности. Для расчета экономического эффекта на основе разработанной единой экономико-математической модели предложен модульный блок режима нештатных ситуаций, сопряжённый с модулями ложных срабатываний и аварийных признаков, который учитывает статические и оперативные экономические составляющие. Даны практические рекомендации для применения экономического модуля в программно-техническом комплексе энергоблока, что позволяет проводить расчёты экономического эффекта на основе статических данных, поступающих из памяти данных и текущих данных с энергоблокаПроведено аналіз критеріїв підвищення економічної ефективності при експлуатації електроенергетичного обладнання енергоблоків електростанцій. В існуючих методиках розрахунку економічного ефекту не враховуються чинники, які призводять до економічних витрат при остановах енергоблоку і зниженні навантаження електроспоживачів. Значним фактором у підвищенні економічної ефективності при експлуатації автоматизованих систем управління технологічними процесами на енергоблоці електростанції є оперативний контроль з виявлення низького рівня ступеня достовірності інформації. Показано, що надійність функціонування технологічного обладнання енергоблоку істотно залежить від ефективності автоматизованого управління у позаштатних ситуаціях, коли відбувається несанкціоноване зупинення енергоблоку, через помилкове спрацьовування. Виявлено, що причиною помилкових спрацьовувань є інформація про параметри технологічного процесу енергоблоку, яка характеризується низьким ступенем достовірності. Показано, що непередбачене несанкціоноване зупинення енергоблоку і зниження навантаження для електроспоживачів призводить до значних економічних і матеріальних втрат, а, отже, і до зниження економічної ефективності при автоматизованому управлінні енергоблоком. Показано, що у застосовуваних економічних моделях не враховуються фінансові та матеріальні витрати, які відбуваються через несанкціоноване зупинення енергоблоку і зниження навантаження для електроспоживачів при помилкових спрацьовування в режимі реального часу. Розроблена єдина інтегрована економіко-математична модель, яка дозволяє розрахувати економічний ефект з урахуванням зміни надійності технологічного обладнання енергоблоку, за рахунок своєчасного оперативного виявлення помилкових спрацьовувань і інформації з низьким ступенем достовірності. Для розрахунку економічного ефекту на основі розробленої єдиної економіко-математичної моделі запропоновано модульний блок режиму нештатних ситуацій, зв'язаний з модулями помилкових спрацьовувань і аварійних ознак, який враховує статичні і оперативні економічні складові. Надано практичні рекомендації для застосування економічного модуля в програмно-технічному комплексі енергоблоку, що дозволяє проводити розрахунки економічного ефекту на основі статичних даних, що надходять з пам'яті даних і поточних даних з енергоблок

Improvement of Safety of Autonomous Electrical Installations by Implementing a Method for Calculating the Electrolytic Grounding Electrodes Parameters

We have solved the task of safety improvement in the grounding process of autonomous mobile electrical installations. Existing procedures for the calculation of normalized resistance of grounding electrodes in electric installations have been examined and studied. Their main drawbacks have been revealed: the difficulty and complexity of calculations; the probabilistic and approximate character; the use of source data taken to calculate the electrophysical parameters of stationary grounding electrodes; the calculations do not account for the structural-phase structure of soil and the volume of electrolyte. Based on the application of percolation theory and the apparatus of fractal-cluster geometry, we have modeled the process of electrolytic grounding in heterogeneous soils of different porous structure, which possess the percolation and fractal properties. A physical model of the process of electrolytic grounding has been developed, which takes into consideration the soil structure properties when changing the fractal dimensionality of a cluster over a certain range that forms the electrolytic grounding conductor with the normalized resistance. It has been shown that the model of conductivity of the electrolytic grounding electrode is defined by the soil electrical conductivity in a percolation channel of the porous structure of soil and can be considered as a function of the volumetric concentration of the electrolyte and the size of the volumetric structure of the electrolytic percolation cluster. We have derived analytical expressions to relate the normalized resistance of electrolytic grounding conductors and the specific resistivity of soil to the fractal dimensionality, volume of the electrolyte, the number of pores to the electrolyte, density of a geometrical volumetric body. We have improved a method for calculating the electrophysical parameters of electrolytic grounding conductors, based on accounting for the main linear size of the cluster of an electrolytic volumetric body, which coincides with the electrolyte penetration depth for various soil structures. We have established conditions for conductivity of the electrolytic grounding conductor in order to ensure safety during operation of the autonomous mobile electrical installatio