Search academic texts

Registration Number

0824U000279, PhD dissertation

Title

Improvement of protective characteristics and circuit design solutions in single-phase voltage control relays for household consumers

Author

Yevhenii Y. Zorin,

popup.head Oleksandr O. Chepeliuk
popup.opponent Liudmyla B. Zhorniak
popup.opponent Vladyslav Y. Pliuhin
popup.review Oleksandr H. Sereda
popup.review Oleksandr M. Grechko

Status

Доктор філософії, 141, Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка

Date

27-02-2024

Description

Метою дисертаційної роботи є удосконалення захисних характеристик спрацьовування та схемотехнічних рішень однофазних реле контролю напруги (РКН) побутових споживачів для зменшення споживаної РКН електроенергії, які на відміну від існуючих матимуть можливість вибору стандарту якості електричної енергії і згідно з ними номінальної напруги; разом з тим можливість вибору типу захисних характеристик спрацьовування згідно IEC 60255-127:2010 (залежна та незалежна характеристики часу) та можливості розширення їх функціоналу. Об’єкт дослідження – аварійні режими роботи в трифазних електричних мережах низької напруги з глухоуземленою нейтраллю, що пов’язані з появою недопустимих відхилень напруги в однофазних споживачів (появи перенапруг або недостатніх напруг). Предмет дослідження – захисні характеристики часу спрацьовування РКН, схемотехніка мікропроцесорних РКН, алгоритми роботи РКН. У вступі обґрунтовано актуальність захисту однофазних побутових споживачів від недопустимих відхилень напруги в трифазних мережах живлення з глухоуземленою нейтраллю та системою уземлення TN-C, представлено зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами, наведено наукову новизну, представлено практичне значення отриманих результатів, апробацію результатів та публікації, надано інформацію щодо особистого внеску здобувача. У першому розділі проведено аналіз проблематики захисту однофазних побутових споживачів від недопустимих відхилень напруги живлення. Розглянуті і проаналізовані аварійні ситуації в трифазних електричних мережах з глухоуземленою нейтраллю, що призводять до появи недопустимих відхилень напруги у однофазних споживачів. Оцінено чутливість електропобутової техніки до недопустимих відхилень напруги; проведено огляд та аналіз засобів, що використовуються для захисту від недопустимих відхилень напруги у однофазних споживачів. Обґрунтована актуальність і доцільність застосування саме однофазних РКН побутових споживачів напротивагу іншим електричним апаратам. Проведений огляд однофазних РКН і, на основі вивчення особливостей розглянутих реле, зроблено класифікацію реле за рядом ознак. Проаналізовані конструктивні, схемотехнічні та функціональні особливості однофазних РКН. Розглянуті вимоги стандартів якості електричної енергії в області недопустимих відхилень напруг у однофазних побутових споживачів. Обрано напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі запропоновані концепція та функціональна схема удосконаленого однофазного РКН, в якому передбачений вибір номінального значення напруги 220 або 230 В згідно одночасно діючих в Україні стандартів якості електричної енергії ГОСТ 13109-97 або ДСТУ EN 50160:2014 відповідно, а також можливість вибору залежної або незалежної захисних характеристик спрацьовування згідно стандарту IEC 60255-127:2010. Запропонований алгоритм вимірювання напруги, що полягає в оцифруванні вхідної напруги з датчика і подальшої фільтрації сигналу за допомогою синтезованого з використанням з перетворенням Фур'є фільтра, що дозволяє позбутись постійних, перехідних та високочастотних складових мережевої напруги, які можуть призвести до хибних спрацьовувань реле. Розраховані коефіцієнти цифрового фільтру. У третьому розділі розроблено імітаційну Simulink-модель трифазної електричної мережі низької напруги з глухоуземленою нейтраллю та системою уземлення TN-C для симуляції аварійних режимів, що пов’язані з появою недопустимих відхилень напруги в електричній мережі живлення кінцевого однофазного споживача. Розроблено імітаційну Simulink-модель РКН із залежними та незалежними захисними характеристиками спрацьовування. Проаналізовані результати імітаційного моделювання. Розроблено схемотехніку удосконаленого РКН зі зниженим споживанням електричної енергії, розраховані параметри елементів електричної удосконаленої схеми та здійснено їх вибір. У четвертому розділі зроблено опис розробленого макетного зразка РКН, опис структури програми "прошивки" реле, структури меню налаштувань реле. Розроблено стенд для дослідження часу спрацювання РКН. Проведено аналіз результатів експериментальних досліджень часу спрацьовування макетного зразка РКН. Розроблені рекомендації щодо практичного впровадження, технічної реалізації та розширення функціоналу удосконаленого РКН. У висновках наведено основні результати наукової роботи щодо вирішення поставлених наукових задач дослідження.