Учебное пособие 800577

следующие ВТХ автоматического выключателя «Schneider» С10 представленные на рисунке.

Экспериментальные время-токовые характеристики автоматического выключателя

Из представленных зависимостей видно, что время срабатывания в холодном и нагретом состоянии, например, при кратности тока I/Iн равным 5 отличается почти в два раза. Ещё больший интерес представляет участок при кратности тока от 6 до 7, так как здесь может сработать как тепловой, так и электромагнитный расцепитель и, следовательно, время срабатывания будет либо несколько секунд, либо доли секунды.

Таким образом предложенный подход экспериментального снятия ВТХ автоматических выключателей даёт возможность более правильно оценить их работоспособность и позволит повысить надежность ответственных цепей вторичной коммутации электрических подстанций.

Воронежский государственный технический университет

51

УДК 621.31

А.Ю. Котов, Н.А. Черных, А.А. Гуляев

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ КАК ОСНОВА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРГОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Обосновано использование комплексного метода энергосбережения как основ быстрой окупаемости

Энергосбережение становится неотъемлемой частью современного производства и быта. Об эффективности проведенной энергосберегающей модернизации можно говорить только в том случае, если она коснулась всех направлений электротехнического оснащения предприятия. Многие организации отказываются от проведения модернизации в силу своей неосведомленности. На первоначальном этапе замена, требует инвестиций, но важно, что в России вложения окупаются значительно быстрее, чем в Европе.

Светодиодная продукция позволяет существенно снизить затраты на энергоснабжение. Светодиоды сейчас уверенно завоевывают рынок. Например, светодиодная лента –современный, способ светового оформления. Она подходит для локального освещения, расстановки световых акцентов и имеет легкость монтажа, долговечность использования, низкие энергозатраты. Для примера рассмотрим электроснабжение магазина с торговым залом 150 м2 и складским помещением 250 м2 , высота потолка 5 м. и рекламой на фасаде длинной 5,3 м. и шириной 0,6 м. на основе торговой фирмы АВСэлектро г. Воронеж.

Произведен первичный расчет на люминесцентных лампах, стандартном низковольтовом оборудовании и электороустановочных изделиях 10-летней давности производства.

Итоговый результат: стоимость материала и комплектующих 135500 руб., ежемесячные затраты на электроэнергию 43000 руб.

По условиям комплексного энергосбережения применим следующую модернизацию: светильники 4х18 Вт меняем на светодиодные светильники мощностью 38 Вт, стоимость светильника 2000 руб. Затраты 150000 руб., ежемесячные затраты электроэнергии составят 15000 руб. Рекламная вывеска на светодиодной ленте мощностью 14,4 Вт/м в 4 ряда, длина 20 м. и источник постоянного

52

напряжения 12 В. Затраты 11800 руб. и дополнительно к датчику освещенности устанавливаем суточное реле времени стоимостью 2000 руб., оно позволит нам экономить 30-40% электроэнергии в ночное время, отключая рекламу в часы наименьшего количества людей на улице примерно с 0100 до 0430 часов утра. Затраты на электроэнергию этой части - 600 руб. В распределительный щит устанавливается реле контроля напряжения (для защиты оборудования от скачков напряжения), автомат защиты, отключающий все оборудование не нуждающегося в питании в не рабочее время (водонагреватель, вентиляция, индикация на компьютерах и т.д). Общая стоимость 2500 руб. Устанавливается также программируемое реле позволяющее включать и отключать подсветку витрин поочередно через заданный промежуток времени (позволит экономить до 30% электроэнергии, стоимость 2000 руб.), кроме того рекомендовано использовать светодиодные лампы, в место ламп накаливания и компактно люминесцентных ламп, на вентиляцию устанавливаем частотный привод ( позволит снизить пусковые токи и управлять частой вращения двигателя, что дает экономию 30-40% электроэнергии). Стоимость 4000 руб. Склад с высотой потолка 5 м, центральной аллеей протяженностью 25 м и с 8 боковыми аллеями по 9 м. Для рабочего освещения необходимо 46 светодиодных светильников мощностью 38 Вт.. Поставив специализированные датчики движения для складских помещений (стоимость датчика 3000 руб.), мы получим возможность включать освещение только там, где это требуется. Т.к. эти датчики контролируют узкую полосу шириной 4 м. и длиной до 30 м, то нам потребуется установить 10 датчиков. Сократив благодаря датчикам движения число одновременно работающих светильников минимум на 50%, вы экономите в месяц 4600 руб. Затраты на оборудование склада, составят приблизительно 30000руб. Установим для экономии электроэнергии многотарифный счетчик, позволяющий экономить до 50% электроэнергии с 2300 до 0700 часов утра (стоимостью 5000 руб.)

В итоге затраты на все материалы составляют 207300 руб., ежемесячные затраты на электроэнергию составляют всего 13500 руб. Получается при начальных затратах 71800 руб., выгоду в затратах на электроэнергию 29500 руб., т.е. окупаемость затрат менее 3 месяцев. Выгода видна.

Воронежский государственный технический университет

53

УДК 62 - 503.57, 681.5.01

А.В. Романов, Д.С. Мязин, А.Л. Руцков

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НАКЛОННЫХ

ДИФФУЗИОННЫХ УСТАНОВОК ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЙРО-НЕЧЕТКИХ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ

Рассматриваются вопросы повышения эффективности работы наклонных диффузионных аппаратов, описывается система управления электроприводами по принципу «ведущий – ведомый», описывается прогнозно-корректирующая система управления с применением нейронечетких принципов управления

Свеклосахарное производство является важным звеном пищевой промышленности. Производство сахара-песка на свеклосахарных заводах осуществляется по типовым технологическим схемам, разработанным при условии получения продукта высокого качества. В свою очередь, применяемые технологические схемы включают большое количество операций, которые необходимы для переработки свеклы в сахар-песок.

Среди отдельных важнейших операций свеклосахарного производства можно выделить цикл диффузии, заключающийся в экстракции сахаров из подготовленной свекловичной стружки при помощи экстрагирующей жидкости. Рассматриваемый процесс диффузии осуществляется в специальных установках – диффузионных аппаратах. В настоящее время, на отечественных сахарных заводах наиболее распространенным типом таких установок являются наклонные двухшнековые аппараты (С-17, А1ПДС, Dds), доля которых составляет 60-70 % от всех диффузионных установок. Производительность таких аппаратов существенно ниже (1500-3600 т/сут.) производительности колонных диффузионных установок современной конструкции (5000-6000 т/сут.). Система управления таких установок, как правило, локальная, с регулирование параметров скорости, температуры, давления, расхода, уровня независимо друг от друга. [1] Важным аспектом также является низкая энергоэффективность наклонных диффузионных аппаратов, в частности их электропривода на базе машин постоянного тока. Поэтому для

54

повышения энергетической и технологической эффективности участка диффузии актуально проведение модернизации по двум основным направлениям:

1)модернизация имеющихся наклонных диффузионных установок с применением новых принципов управления технологическим процессом;

2)замена существующих наклонных диффузионных установок на колонные диффузионные аппараты современной конструкции.

Второе направление требует значительных единовременных денежных затрат и, как правило, ограничивается вводом в работу комплектной автоматики, поэтому остановимся подробнее на модернизации имеющихся наклонных диффузионных установок. Данное направление можно разделить на два этапа:

1)замена главного электропривода диффузионного аппарата;

2)внедрение новой системы управления циклом диффузии с применением нейро-нечетких принципов управления.

Применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода вместо электропривода постоянного тока позволит создать замкнутую систему управления с возможностью точного поддержания заданных технологических параметров, повысит надёжность работы электропривода и обеспечит экономию электроэнергии. Наиболее целесообразно установка двух асинхронных электродвигателей с частотными преобразователями, работающих по принципу «ведущий – ведомый» в скоростномоментном сопряжении. Конкретную реализацию оптимально произвести на базе приводов компании «ABB» (например, серия ACS800). В этом случае система управления «ведущий – ведомый» реализуется следующим образом [3]. Внешние сигналы управления подаются только на ведущий привод, который управляет ведомым через волоконно-оптическую линию связи. Так как ведущий и ведомый приводы жестко соединены механически, то, для выравнивания нагрузки между приводами, ведущий привод управляется по скорости, а ведомый привод следует заданию крутящего момента ведущего привода. Функция оконного управления поддерживает нулевой сигнал на входе и выходе регулятора скорости ведомого привода до тех пор, пока ошибка скорости остается в пределах заданного окна:

55

где δspeed – ошибка скорости, window – заданное пороговое значение ошибки скорости для оконного управления, Vref .3 –

задание скорости, Vactual – текущее значение скорости.

Если ошибка скорости выходит за пределы окна, функция оконного управления подает сигнал ошибки на регулятор скорости. Выходной сигнал регулятора скорости увеличивает или уменьшает внутреннее задание момента, прекращая изменение скорости двигателя.

Таким образом, использование системы «ведущий – ведомый» позволяет повысить энергоэффективность системы, при этом обеспечивая необходимую точность регулирования основных параметров электропривода диффузионного аппарата и обеспечивая возможность интеграции в систему управления более высокого уровня.

В рамках решения задачи построения СУ цикла диффузии целесообразным является предложение создания совмещенной системы управления, которая состоит из типовой локальной системы автоматизации, с возможностью интеграции в систему более высокого уровня (СУ производством «в целом»), и прогнозно-корректирующей нейро-нечеткой сети (ННС). Применение ННС обуславливается размерностью процессов, их нелинейностью и сложностью аналитического описания.

С учетом специфики объекта управления типовая схема автоматизации предусматривает стабилизацию удельной загрузки аппарата, концентрации диффузионного сока, температурных режимов по зонам диффузионного аппарата, уровня в головной части аппарата; измерение расходов стружки, экстрагирующих жидкостей, диффузионного сока; измерение рН сокостружечной смеси. При этом эффективность работы диффузионного отделения определяется его производительностью, содержания сахара в диффузионном соке и потерями сахара в жоме. На экстракцию сахара влияют: температурные режимы по зонам аппарата, качество свекловичной стружки, время диффузирования, рН среда в аппарате, соотношение расходов стружки и воды.

Большое количество параметров управления и их нелинейность обуславливает применение смешанных алгоритмом

56

реализации, в ходе которых часть параметров управления имеют точное аналитическое описание и относительно легко реализуются. Оптимизация же слабоформализуемых параметров и их влияние на процесс, оценивается с помощью экспертной системы. В задачу предлагаемой ННС входит уточнение решений принимаемых экспертами с возможностью оценки полифакторной задачи и выработки наилучшего алгоритма с позиций получения наибольшей чистой прибыли. Кроме того, возможно использование нейро-нечётких СУ при оценке затрат на использование потоков тепло- и электроэнергии, что само по себе является важной задачей в работе производственных предприятий. Также по средствам подобной оценки становится возможным анализ уровня амортизации оборудования без применения дополнительных средств [4-5]. Особо стоит отметить сопоставимость затрат на организацию ННС и классических подходов, что обусловлено одинаковой базой измерительной и исполнительной аппаратуры (датчики, заслонки, ключи), применяемой в обоих случаях.

Литература

1.Гребенюк С. М. Технологическое оборудование сахарных заводов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, – 520 с.

2.ACS800 «Ведущий/ведомый». Руководство по прикладному программированию. Приложение к руководству по микропрограммному обеспечению для стандартной прикладной программы привода ACS 800 // Корпорация ABB, 2002 г.

3.Крысанов, В.Н. Применение принципов нейро – нечётких (ННС) для прогнозирования потребления электроэнергии в производственной сфере / В.Н. Крысанов, А.Л.Руцков // Вестник Воронежского государственного технического ниверситета. – 2013.

–Т.9 – № 6-3. – С.62-66.

4.Крысанов, В.Н. Применение нейро – нечётких сетей для распределённых объектов / В.Н. Крысанов, А.Л.Руцков //Электротехнические комплексы и системы управления. – 2013. – № 1. – С.50-57.

Воронежский государственный технический университет

57

УДК621.313

О.А. Ильина, Т.Л. Сазонова, С.А.Горемыкин

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНФИГУРАЦИИ ФАЗ С ЦЕЛЬЮ ВЫРАВНИВАНИЯ ЗАРЯДОВ

В работе проведен анализ выбора конструкции проводов воздушных линий с круглыми иэллипсообразными фазами

Heравномерность распределения зарядов по составляющим, определяет неравномерность распределения токов по ним. Выравнивание зарядов составляющих позволяет не только увеличить реальную мощность воздушной линии, но и уменьшить потери активной мощности путем выравнивания токов в составляющих фаз. Методика оптимизации конфигурации фаз с целью выравнивания зарядов на составляющих расщепленных фаз построена на основе расчета электростатического поля линии. В однородной изотропной среде заряды проводов с заданными потенциалами определяются из решения линейных алгебраических уравнений c потенциальными коэффициентами

[α] [q] =[U],

где[α ]—матрица потенциальных коэффициентов;[q]— матрица зарядов на проводах,[U]—матрица потенциалов проводов.

Напряженность электрического поля на поверхности проводника, помещенного во внешнее электрическое поле с

напряженностью EBH распределена неравномерно, причем в точках, где нормаль к поверхности проводника совпадает с

направлением EBH , напряженность имеет экстремально малые

значения.

Вектор напряженностивнешнего поля для провода равен сумме векторов от зарядов каждого провода и отраженной в земле зарядов всех проводов:

Следовательно, заряды и напряженности на проводах определяются взаимным расположением последних. Движение проводов в пространстве в процессе расчета может быть организовано различными способами.

58

заряды составляющих максимально выравнены и значение среднего по фазе заряда близкокдопустимомуqдоп;

максимальная напряженность на поверхности проводов равна допустимой Едоп.м.

В соответствии с этими требованиями целевая функция предназначенная для оптимизации конструкции расщепленных фаз, должна быть пропорциональна отклонению зарядов составляющих от допустимого значения и исключать увеличение максимальной напряженности сверх допустимой. При оптимизации по принципу максимума коэффициента использования расщепленные фазы приобретают эллипсообразную форму и называются эллипсообразным. Для воздушных линий с эллипсообразными фазами коэффициент использования монотонно увеличивается при увеличении числа составляющих в фазах. При этом применение эллипсообразных фаз позволяет увеличить коэффициент использования на 10 % и более по сравнению с линией с круглыми фазами.

Кроме этого, горизонтальный габарит линии сократился на 6,5 м при увеличении вертикального всего на 1,2 м. Этот результат оптимизации позволяет создавать более компактные конструкции опор и линии в целом.

Размеры эллипсообразных фаз, так же как и круглых, сильно зависят от междуфазового расстояния, поэтому оптимизация конфигураций фаз проведена при двух расстояниях между фазами:

1)при расстоянии, допустимом по условию надежной работы при, воздействии коммутационных перенапряжений

2)при минимальном расстоянии, допустимом в соответствии с ПУЭ-86 .

Анализа зависимости коэффициента использования

поверхности провода линии от числа составляющих в фазе показал нецелесообразность создания линий с круглыми фазами при числе составляющих, превышающем оптимальное более, чем в 1,5 раза.

Воронежский государственный технический университет

59

УДК.621.316.98

А.И. Бондаренко, В.Н. Крысанов

СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ФИЛЬТРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

В статье рассматриваются основные виды фильтрующих устройств применяемых для фильтрации электроэнергии, их достоинства и недостатки

Современные энергосети часто сталкиваются с проблемами гармонических искажений, которые создают любые приборы и оборудования с нелинейными характеристиками. Эти проблемы выражаются в следующем:

-Возникновение дополнительного прогрева и выход из строя трансформаторов, электродвигателей, люминисцентных ламп и т. д.

-ложные срабатывания автоматических выключателей и предохранителей;

-удорожание прокладки электрических цепей, т. к. третья гармоника и её производные в нейтрали может потребовать увеличение сечения проводника;

-повреждение чувствительного электронного оборудования;

-интерференция систем коммутации.

Существующие источники гармонических искажений можно объединить в 3 группы:

-силовое электронное оборудование (частотные привода переменного тока, привода постоянного тока, выпрямители, тиристорные системы и т. д.)

-сварочное, дуговое оборудование (сварочные автоматы, освещение);

-насыщаемые устройства (трансформаторы, двигатели, генераторы).

Для улучшения характеристик используемой электроэнергии целесообразно применять различные виды фильтров и регуляторов, которые делятся на следующие группы:

1. Пассивные фильтры – простейшие в своей конструкции фильтры, чаще применяются для электроустановок с комплектом нелинейных нагрузок не более 200 кВА. Могут проектироваться в соответствии с индивидуальным требованиями заказчика для каждого конкретного случая применения. Построены на базе

60