Аннотация: Предложен инженерный подход для приближенного расчета тепловой энергии, выделяющейся в плазменном канале искры и на массивных металлических электродах воздушного сильноточного коммутатора (СК) атмосферного давления, а также электрической эрозии электродов СК, входящего в состав высоковольтной электрофизической установки (ВЭФУ) с мощным емкостным накопителем энергии (ЕНЭ). Отличительной особенностью данного подхода является то, что для определения энерговыделения и эрозии электродов в воздушном СК необходимы лишь данные об электро- и теплофизических характеристиках металла его электродов, удельной электропроводности низкотемпературной плазмы в канале искры и амплитудно-временных параметрах импульсного тока в разрядной цепи ВЭФУ с ЕНЭ. Введено и математически определено понятие эквивалентного активного сопротивления плазменного канала сильноточной искры, постоянного в течение всего времени разряда мощного ЕНЭ на электрическую нагрузку. В приближенном виде рассмотрен электрофизический процесс переноса в плазменном канале ионизированных атомов расплавленного металла электрода коммутатора на катод исследуемого СК. Предложенный подход позволяет оперативно выполнять расчетную оценку баланса электрической энергии в разрядной цепи ВЭФУ с ЕНЭ с учетом ее тепловых потерь в коммутаторе. Эксперименты подтверждают достоверность полученных расчетных соотношений для оценки энерговыделения и эрозии металлических электродов в воздушном коммутаторе.

Аннотация: Рассмотрено управление режимом компенсации емкостных токов, возникающих в месте однофазного замыкания на землю, по измеряемым параметрам контура нулевой последовательности распределительной электрической сети. Приведена краткая характеристика распределительных сетей с компенсацией емкостного тока. Отмечены недостатки существующих методов и средств автоматической настройки дугогасящих реакторов. Обоснована необходимость разработки способа оценки параметров контура нулевой последовательности сети, лишенного недостатков известных методик настройки компенсации. Описан способ оценки параметров контура нулевой последовательности сети. Проведено исследование предложенного способа на модели контура и в условиях действующей распределительной сети. Результаты исследования подтверждают реализуемость предлагаемого способа оценки и его удовлетворительные метрологические характеристики.

Аннотация: Рассмотрены общие тенденции развития распределительных электрических сетей и требования, предъявляемые к комплектным распределительным устройствам (КРУ) на средние классы напряжения. Отмечены основные достоинства традиционных КРУ с воздушной изоляцией. Рассмотрены вопросы перехода к КРУ с твердой изоляцией и твердой экранированной изоляцией. Объем ячеек с воздушной изоляцией в 3-5 раз превышает объем современных ячеек КРУ с твердой изоляцией и газонаполненных ячеек. Определено, что основным направлением совершенствования КРУ с твердой изоляцией является применение технологии SISS (Solid Insulated Switchgear with earthed Shield - КРУ с твердой изоляцией и заземленным экраном). Экранированная твердая изоляция продлевает срок службы оборудования до возможного ремонта, уменьшая тем самым стоимость обслуживания. Описано принципиальное конструктивное выполнение ячеек с твердой изоляцией отдельных производителей. Приведены основные технические решения предлагаемых разработок, отмечены их преимущества и недостатки. Применение такой системы изоляции позволяет существенно снизить габариты КРУ и значительно повысить безопасность, поскольку в шкафу КРУ исключено прикосновение к высоковольтным элементам. При этом наличие подвижных элементов КРУ, находящихся под высоким потенциалом, требует применения другой изоляционной среды, позволяющей этим элементам двигаться - газа, жидкости или вакуума. Это означает, что изоляция подобных КРУ по существу является комбинированной. Кроме того, слой твердой изоляции ухудшает отвод тепла, а высокие напряженности электрического поля в твердом диэлектрике и большие объемы литого твердого диэлектрика требуют специальных мер по исключению частичных разрядов. Серьезной проблемой является и соединение различных элементов между собой, так как поверхность раздела элементов - это наиболее ослабленный изоляционный узел. Поэтому внедрение таких устройств связано с тщательной технической проработкой и выбором специальных технических решений, повышающих надежность работы изоляции и облегчающих тепловые режимы.

Аннотация: Тепловые расцепители на основе термобиметаллических элементов (ТБЭ) формируют зависимую от тока часть защитной характеристики автоматического выключателя. В статье проанализированы устройство механизма свободного расцепления и характеристики термобиметаллического элемента. Сформулировано условие срабатывания теплового расцепителя на основе сопоставления механической характеристики исполнительного механизма и термомеханической характеристики ТБЭ. Выполнены экспериментальные исследования термобиметаллических расцепителей - аналогов разрабатываемых выключателей. С учетом результатов этих экспериментов разработана методика расчета термобиметаллического расцепителя, которая применима при всех видах нагрева ТБЭ (непосредственный, косвенный, комбинированный). Методика позволяет определить размеры ТБЭ, способы его нагрева, а также температуру срабатывания расцепителя в зависимости от номинального тока выключателя. Установлено, что для обеспечения возможности настройки тока срабатывания, а также надежной работы автоматических выключателей в условиях вибрации и ударов, необходимо предусматривать при их конструировании свободный ход ТБЭ. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало приемлемую для практических расчетов точность методики.

Аннотация: Автоматические выключатели являются одним из наиболее широко распространенных электрических аппаратов в системах управления и распределения потоками электрической энергии, обеспечивающих защиту от коротких замыканий и токовых перегрузок. В первом случае автоматические выключатели должны обеспечить высокое быстродействие при отключении, которое может быть достигнуто при малой массе и значительных электромагнитных силах. Для приближенного определения размеров магнитной системы автоматических выключателей применяются методы теории цепей. При этом может быть существенно упрощена модель структуры магнитного поля. Проводимость воздушных промежутков между ферромагнитными элементами магнитной системы может быть описана модифицированным методом вероятных путей магнитного потока, сопротивление ферромагнитных элементов (падение магнитного потенциала) учтено математически выраженной кривой намагничивания (для стали марки 10895).

Аннотация: Рассмотрен метод проектирования дугогасительной системы с деионной решеткой в автоматических выключателях переменного тока. За основу метода принято соотношение характеристик восстанавливающейся прочности и восстанавливающегося напряжения (ВН) для момента перехода тока дуги через нуль. При применении решетки дуга разбивается на ряд дуг, каждая из которых характеризуется сопротивлением частичных дуг. Суммарное активное сопротивление дуги существенно уменьшает амплитуду тока, уменьшает угол сдвига между током и напряжением, что уменьшает амплитуду восстанавливающегося напряжения и облегчает гашение дуги. Рассмотрены процессы гашения дуги в автоматическом выключателе в трехфазной цепи. Показано, что при погасании дуги в первом гасящем полюсе трехфазной цепи происходит деформация треугольника напряжений за счет сопротивления дуг в двух других полюсах. При проектировании автоматического выключателя рекомендовано принимать уменьшенный коэффициент схемы (1, 1 - 1, 3 вместо 1, 5). Это позволяет при проектировании дугогасительной камеры принять облегченные конструктивные решения (число и толщину дугогасительных пластин и расстояние между ними), объективно оценить отключающую способность автоматического выключателя, оптимизировать параметры дугогасительной системы.

Аннотация: В настоящее время в эксплуатации находится значительное количество маломасляных выключателей. Они считаются морально устаревшими и уступают по своим характеристикам более современным выключателям - вакуумным и элегазовым. При срабатывании маломасляные выключатели могут быть источником существенных перенапряжений, одной из причин которых является срез тока, связанный с механизмом гашения дуги в плотной среде. Срез тока обычно возникает при отключении малых индуктивных токов, например, тока холостого хода трансформаторов и электродвигателей. При исследовании дуговых процессов в выключателях используются различные методы, в том числе адаптивные (метод "черного ящика"). В статье рассматривается возможность применения модели дуги на основе уравнения Майра для изучения среза тока и перенапряжений, генерируемых маломасляным выключателем. Анализируются особенности построения такой модели, приводится её структура, внешний вид и описание. Построение модели осуществлялось в программном пакете MATLAB. Рассматривался случай отключения RLC-цепи от источника ЭДС с малым сопротивлением с учетом механизма гашения дуги. Цепь моделировала отключение электродвигателя, присоединенного кабельной линией. В статье также проведено сравнение экспериментальных и расчётных данных.

Аннотация: Статья посвящена мониторингу состояния контактных соединений шин силовых электроустановок. Стационарные измерения температуры шин в рабочем режиме установки не позволяют с достаточной точностью диагностировать качество контактного соединения, например, измерить переходное сопротивление вследствие высокой теплопроводности материала ошиновки, приводящей к существенному выравниванию поля температуры вдоль шины. Предлагается использовать динамические измерения температурных режимов установки, возникающих в частности при отключении тока короткого замыкания, пуске электродвигателей и т. п. Температурные поля вблизи контактного соединения, возникающие в процессе протекания больших кратковременных токов, отличаются от стационарных полей существенно большей контрастностью, что заметно повышает возможности его диагностики. Наибольший интерес представляет максимальные значения температуры контактирующих поверхностей шинного соединения, недоступной для прямых измерений. Рассмотрены критерии качества контактного соединения плоских шин и алгоритм определения температуры контактного соединения, определяемые по данным зависимости температуры от времени, регистрируемой на внешней поверхности шины вблизи контакта при отключении тока короткого замыкания. Для анализа нестационарных полей плотности тока и температуры в области контакта использованы численные методы моделирования и известные аналитические результату теории теплопередачи.

Аннотация: Рассмотрено моделирование процесса дугогашения при отключении сильноточных цепей постоянного тока аппаратами с жидкометаллическим рабочим телом. Так как устройства с жидкометаллическим контактом предназначены для коммутации конкретных цепей электропитания, использована возможность совместного рассмотрения электрической цепи и выключателя для оптимизации процесса отключения. Полученная математическая модель позволяет по известному температурному профилю динамической дуги определять основные динамические характеристики дугового разряда - ток, напряжение, проводимость, температуру, радиус проводящей зоны ствола. Показано, что если реальный температурный профиль дуги не известен, расчет таких интегральных характеристик процесса дугогашения, как ток, сопротивление и напряженность дугового ствола может проводиться по эквивалентному температурному профилю. На основе полученной модели разработана методика расчета процесса отключения цепи аппаратами с жидкометаллическими контактами с изменением топологической структуры отключаемой цепи в процессе коммутации.

Аннотация: Представлена концепция системы управления и мониторинга комплектного распределительного устройства 35 кВ с твердой экранированной изоляцией. Устройство разрабатывается в виде двух ячеек. Одна ячейка с трехпозиционным элегазовым выключателем нагрузки-разъединителем-заземлителем с моторно-пружинным приводом образует коммутационный модуль и содержит шинный и кабельный модули, шкаф ячейки и систему управления и мониторинга. Другая ячейка кроме этих элементов содержит еще предохранитель и быстродействующий заземлитель. Система управления и мониторинга разрабатывается в двух вариантах: для традиционных и цифровых подстанций. Приведены технические характеристики и структура системы, а также алгоритмы выполнения ее функций. Наибольшую значимость представляет мониторинг электромагнитных полей и частичных разрядов с использованием различных индикаторов и датчиков, контроль состояния изоляции и ее температуры, а также остаточного ресурса коммутационных аппаратов и приводов. В качестве протокола автоматизации для традиционных подстанций обычно используется Modbus, который позволяет реализовать задачи диспетчерского управления и интеграции данных в системы управления, но не позволяет в реальном масштабе времени передавать мгновенные значения токов и напряжений, дискретных сигналов РЗА и др. Согласно стандарту МЭК 61850 все коммутационные процессы передачи данных в реальном масштабе времени осуществляются посредством технологии Ethernet, которая описывается протоколом IEEE 802. 3 и обеспечивает передачу цифровых данных в соответствии с жесткими требованиями РЗА. Описано конструктивное выполнение двух модификаций системы в виде нестандартных телекоммуникационных шкафов с системой температурно-влажностного контроля, размещаемой в верхней части шкафа распределительного устройства с расположением элементов управления, индикации и сигнализации.

Аннотация: Компенсаторы электродинамических усилий отталкивания электрических контактов обеспечивают устойчивую работу автоматических выключателей при протекании токов короткого замыкания. В статье рассмотрено контактное устройство с электродинамической компенсацией и его расчетная модель. Электродинамически взаимодействующими деталями конструкции компенсатора являются расположенные параллельно друг к другу U-образные концы токоведущей шины вывода и малоподвижные контакты. Приведена формула для расчета электродинамического усилия отталкивания электрических контактов. На основе расчетной модели получены формулы для электродинамического усилия компенсатора, а также выведены выражения для коэффициента контура электродинамических усилий компенсатора. Получено условие полной компенсации электродинамического усилия отталкивания контактов. Выполнены расчеты электродинамического усилия компенсатора выключателя на номинальный ток 630 А с номинальным кратковременно выдерживаемым током 40 кА. Компенсатор с предложенной конфигурацией полностью компенсирует электродинамическое усилие отталкивания контактов выключателя, что подтверждает обоснованность полученных расчетных соотношений.

Аннотация: Рассмотрены процессы гашения дуги в автоматических выключателях переменного тока с деионной решеткой. Отмечено, что дугогасительная система автоматического выключателя должна быть работоспособна при отключении токов короткого замыкания, которые могут достигать более 100 кА, и токов от номинальных до критических значений в несколько десятков ампер. Одним из основных параметров дугогасительной системы является число пластин дугогасительной решетки, которое определяет габариты и отключающую способность автоматического выключателя. Предложена методика расчета числа промежутков, обеспечивающего надежное гашение дуги. Выявлено наиболее оптимальная конструкция дугогасительной камеры. Работоспособность автоматических выключателей должна подтверждаться прямыми коммутационными испытаниями, однако из-за большой коммутируемой мощности отключаемой цепи, которая предусмотрена нормативно-технической документацией, рекомендовано контролировать проверку работоспособности автоматических выключателей по результатам предварительных испытаний в синтетической схеме.

Аннотация: Приведены результаты экспериментов по инициированию дугового разряда типа Z-пинч в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе различными способами. Установлено, что с увеличением сопротивления между электродами возрастает коммутационное напряжение и уменьшается время зажигания дугового разряда. Электрофизические параметры дуги, такие как напряжение, разрядный ток, длительность импульса, перенесенный заряд и подведенная энергия не зависят от способа инициирования дугового разряда.

Аннотация: С целью снижения размеров дугогасительной камеры в электрических аппаратах, применяемых в автономных энергоустановках, решетки снабжаются рядом конструктивных элементов, способствующих принудительному гашению дуги. В статье обоснована возможность исследования газодинамических процессов в дугогасительных устройствах на моделях в ударной газодинамической трубе. В результате экспериментов выявлено влияние на процесс вхождения дуги в дугогасительную решетку излучения и диффузии электронов из ствола дуги. Последние при больших токах повышают проводимость газа и способствуют проникновению тока между пластинами еще до подхода дуги к решетке. Удалось установить, что время образований катодных и анодных пятен на стальных пластинах мало отличается друг от друга и возрастает с увеличением тока. Вместе с тем, наблюдается уменьшение времени образования опорных пятен с увеличением внешнего магнитного поля. Исследовано влияние излучения и диффузии электронов из ствола дуги на процесс вхождения дуги в дугогасительную решетку. При этом создается внешнее электрическое поле, влияющее на деление дуги и способствующее отбросу ее от решетки. При движении частичных дуг между пластинами решетки происходит их размежевание. Это является следствием неодинаковой скорости перемещения катодного и анодного пятен по пластинам, что приводит к повторным зажиганиям, происходящим по кратчайшему расстоянию между пластинами.

Аннотация: Эффективность и надежность низковольтных (<1000 B) электрических аппаратов зависит во многом от грамотно спроектированной дугогасительной системы. Последняя должна удовлетворять следующим требованиям: иметь заданную коммутационную способность и минимальное время горения дуги с тем, чтобы уменьшить износ контактов и дугогасительной камеры; не создавать недопустимых перенапряжений; иметь минимальные размеры дугогасительной системы и минимальный выброс пламени и ионизированных газов, могущих вызвать пробой изоляции между частями аппарата и комплектного устройства; создавать минимальные физические поля и излучения. Рассмотрены способы интенсивного дугогашения выброса ионизированных газов из камеры электрических аппаратов, позволяющие снизить их размеры, увеличить надежность, эффективность и безопасность.

Аннотация: Экспериментально показано влияние индуктивной компоненты импеданса цепи заземляющего устройства на уровень ограничения напряжения. Экспериментальные исследования с помощью RL-эквивалентной цепи показали наличие высокочастотной компоненты напряжения с периодом колебаний 1-3 мкс. В зависимости от импеданса участка цепи заземлителя уровень ограничения напряжения возрастал на 20-40%. Это обстоятельство существенно понижает срок службы защищаемого оборудования высокого напряжения.

Аннотация: Показана суть электромагнитного влияния металлоконструкций, лежащих вблизи токоведущих элементов, и его последствия: нагрев металлоконструкций, дополнительные потери активной мощности источника питания, изменение электромагнитного поля, и, как результат - изменение активного и индуктивного сопротивлений в схеме замещения электропечного контура. Рассмотрена существующая методика учета влияния металлоконструкций, лежащих вблизи токоведущих элементов, на электрические параметры токоподвода мощных электротехнологических установок, с указанием ее недостатков. Предложен способ увеличения ее точности и области применимости. Для этого введен более универсальный коэффициент близлежащих металлоконструкций (КБМ), дающий возможность учитывать влияние металлоконструкций на активное и индуктивное сопротивления электропечного контура. Приведены результаты численного моделирования трубошинного участка токоподвода с рукавами электрододержателей трехфазной 100-тонной дуговой сталеплавильной печи (ДСП). Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными, полученными при физическом моделировании участка токоподвода 100-тонной ДСП. Подтвержденная таким образом численная модель использовалась для получения зависимостей активного и индуктивного сопротивлений и КБМ исследуемого участка от геометрии участка и свойств рукавов электрододержателей. Полученные зависимости являются основой для инженерной методики, предназначенной для проектирования токоподводов ДСП.

Аннотация: Проведен анализ "малых" режимов дуговых сталеплавильных печей (ДСП) при влиянии на них основных управляющих и возмущающих воздействий. Исследовано влияние на коэффициенты передачи по мощности нелинейности токоподвода для различных периодов плавки. При рассмотрении регулировочных характеристик печи показано, что коэффициенты передачи по мощности при перемещении электродов имеют знакопеременный характер с переходом через ноль в режиме максимальной мощности, что определяет неэффективность такого управляющего воздействия в этом режиме. Нелинейность токоподвода слабо влияет на значение тока в режиме максимальной мощности, но снижает напряжение и длину дуги. Сравнимые значения коэффициентов передачи мощности по длине дуги и току в рабочем диапазоне режимов свидетельствуют о равнозначности с точки зрения точности регулирования мощности дуги регуляторами со стабилизацией тока или длины дуги (напряжения дуги). Показано, что коэффициент передачи по току в период расплавления достигает значительных величин что и является причиной ярко выраженного изменения режима печи и появление фликкера. Установлено, что для снижения негативного влияния помехи по питающему напряжению рациональнее использовать токовые регуляторы.

Аннотация: Определяется оптимальный закон изменения частоты вращения кривошипа в течении цикла работы глубинно-насосной установки, при котором минимизируется разность ходов плунжера и точки подвеса штанг. Значимость работы заключаются в определении оптимального закона изменения частоты вращения кривошипа в течении цикла работы глубинно-насосной установки.

Аннотация: Принципы построения и устройство автоматизированного сервопривода солнечного трекера на базе микроконтроллера Arduino Nano.