Підвищення ефективності розрахунку параметрів короткого замикання трифазних трансформаторів засобами польового моделювання

Автор(и)

  • Dmytro Yarymbash Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-2324-9303
  • Serhiy Yarymbash Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-4661-7076
  • Mykhailo Kotsur Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-0072-5437
  • Tetyana Divchuk Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-9947-8527

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140236

Ключові слова:

електромагнітне поле, трифазний трансформатор, дослідне коротке замикання, декомпозиція, динамічний синтез

Анотація

Проведено теоретичні дослідження електромагнітних процесів при випробуваннях силових трансформаторів в режимі дослідного короткого замикання на основі чисельної реалізації тривимірної моделі магнітного поля у частотному формулюванні. Шляхом верифікації даних розрахунків частотних і змінних у часі моделей магнітного поля обґрунтовано достовірність і точність визначення параметрів дослідного короткого замикання силового трансформатора у частотному формулюванні. Визначено основні закономірності розподілу магнітного поля в об'ємі активної частини трансформатора. В зонах локалізації магнітного поля 3D розподіл напруженості є рівномірним і визначається 2D розподілом у горизонтальному перерізі активної частини на середині висоти фазних обмоток. Значення осьової компоненти напруженості магнітного поля наближаються до 96–97 % від модуля вектора напруженості. Реалізовано ефективний підхід до польового моделювання на основі декомпозиції розрахункової області на просторові зони. Кожній розрахунковій зоні поставлено у відповідність електричний контур схеми заміщення. Розподіл електричних потенціалів у горизонтальних перерізах провідників між котушками або між витками обмоток прийнято рівномірним. Суперпозицію магнітних полів у просторових зонах здійснено засобами динамічного синтезу за критеріями мінімальної струмової похибки для електричних контурів схеми заміщення. Декомпозиція 3D області польового моделювання на центральну і торцеві зони здійснюється на відстані 10–15 % висоти фазних обмоток, що забезпечує високу точність розрахунку напруженості магнітного поля із похибкою не більше 1,62 %. Витрати часу для польового моделювання електромагнітних процесів у режимі дослідного короткого замикання зменшено у 5 раз, а вимоги до потужності обчислювальних апаратних ресурсів знижено у 4 рази. Високу точність ідентифікації параметрів дослідного короткого замикання трифазних трансформаторів підтверджено порівнянням даних розрахунків із результатами випробувань в умовах приватного підприємства «Елтіз» (Запоріжжя, Україна). Похибки розрахунків не перевищують 1,42 % для активних втрат і 1,39 % для напруги короткого замикання. Запропонований підхід із використанням методів декомпозиції та динамічного синтезу дозволяє значно підвищити ефективність попереднього етапу конструкторської підготовки виробництва і може бути використаний при реалізації задач оптимізації конструктивних рішень

Біографії авторів

Dmytro Yarymbash, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Запорізький національний технічний університет

вул. Жуковського,64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Serhiy Yarymbash, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Mykhailo Kotsur, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних і електронних апаратів

Tetyana Divchuk, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Старший викладач

Кафедра електричних машин

Посилання

  1. Biki, M. A. (2013). Proektirovanie silovyh transformatorov. Raschet osnovnyh parametrov. Moscow: Znak, 612.
  2. Khaparde, S., Kulkarni, S. (2004). Transformer Engineering: Design and Practice. CRC Press, 496. doi: https://doi.org/10.1201/9780203970591
  3. C57.12.90-2006 – IEEE Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers. doi: https://doi.org/10.1109/ieeestd.2006.320496
  4. Lul'e, A. I. (2008). Process vklyucheniya silovogo transofrmatora na holostoy hod i korotkoe zamykanie. Elektrotekhnika, 2, 2–18.
  5. Leytes, L. V. (1981). Elektromagnitnye raschety trasnfomatorov i reaktorov. Moscow: Energiya, 365.
  6. Novash, I. V., Rumiantsev, Y. V. (2015). Three-phase transformer parameters calculation considering the core saturation for the matlab-simulink transformer model. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 1, 12–24.
  7. Schiop, A., Popescu, V. (2007). Pspice simulation of power electronics circuit and induction motor drives. Revue Roumaine des Sciences Techniques–Serie Electrotechnique et Energetique, 52 (1), 33–42.
  8. Kotsur, M., Yarymbash, D., Kotsur, I., Bezverkhnia, Y., Andrienko, D. (2018). Speed synchronization methods of the energy-efficient electric drive system for induction motors. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset.2018.8336208
  9. Jamali, M., Mirzaie, M., Asghar-Gholamian, S. (2011). Calculation and Analysis of Transformer Inrush Current Based on Parameters of Transformer and Operating Conditions. Electronics and Electrical Engineering, 109 (3). doi: https://doi.org/10.5755/j01.eee.109.3.162
  10. Singh, A. K., Patel, S. (2015). Mitigation of Inrush Current For Single Phase Transformer by Control Switching Method. International Journal of Electronics, Electrical and Computational System, 4, 146–150.
  11. Taghikhani, M. A., Sheikholeslami, A., Taghikhani, Z. (2015). Harmonic Modeling of Inrush Current in Core Type Power Transformers Using Hartley Transform. IJEEE, 11 (2), 174–183 doi: https://doi.org/10.22068/IJEEE.11.2.174
  12. Chiesa, N., Mork, B. A., Høidalen, H. K. (2010). Transformer Model for Inrush Current Calculations: Simulations, Measurements and Sensitivity Analysis. IEEE Transactions on Power Delivery, 25 (4), 2599–2608. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2010.2045518
  13. Khederzadeh, M. (2010). Mitigation of the impact of transformer inrush current on voltage sag by TCSC. Electric Power Systems Research, 80 (9), 1049–1055. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2010.01.011
  14. Tykhovod, S. M. (2014). Transients modeling in transformers on the basis of magnetoelectric equivalent circuits. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 59–68. doi: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2014-2-8
  15. Kotsur, M., Kotsur, I., Bezverkhnia, Y., Andrienko, D. (2017). Increasing of thermal reliability of a regulated induction motor in non-standard cycle time conditions. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248960
  16. Lazarev, N. S., Shul'ga, R. N., Shul'ga, A. R. (2010). Toki vklyucheniya silovyh transformatorov. Elektrotekhnika, 11, 11–17.
  17. Podol'cev, A. D., Kontorovich, L. N. (2011). Chislenniy raschet elektricheskih tokov, magnitnogo polya i elektrodinamicheskih sil v silovom transformatore v avariynyh rezhimah s ispol'zovaniem MATLAB/SIMULINK i COMSOL. Tekhnichna elektrodynamika, 6, 3–10.
  18. Majumder, R., Ghosh, S., Mukherjee, R. (2016). Transient Analysis of Single Phase Transformer Using State Model. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 5 (3), 3300–3306.
  19. Yarymbash, D. S., Yarymbash, S. T., Kotsur, M. I., Litvinov, D. O. (2018). Computer simulation of electromagnetic field with application the frequency adaptation method. Radio Electronics, Computer Science, Control, 1, 65–74. doi: https://doi.org/10.15588/1607-3274-2018-1-8
  20. Yarymbash, D. S., Oleinikov, A. M. (2015). On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 86 (2), 86–92. doi: https://doi.org/10.3103/s1068371215020121
  21. Yarymbash, D. S. (2015). The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the AC and DC graphitization furnaces. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, 95–102.
  22. Kotsur, M., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, I. (2017). A new approach of the induction motor parameters determination in short-circuit mode by 3D electromagnetic field simulation. 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF), 207–210. doi: https://doi.org/10.1109/ysf.2017.8126620
  23. Yarymbash, D., Kotsur, M., Subbotin, S., Oliinyk, A. (2017). A new simulation approach of the electromagnetic fields in electrical machines. 2017 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT), 452–457. doi: https://doi.org/10.1109/dt.2017.8024332
  24. Milykh, V. I., Polyakova, N. V. (2013). An analysis of harmonic composition the AC magnetic field associated with a rotating rotor turbine generator, at idle speed and short circuit modes. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 5–13.
  25. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T., Litvinov, D. (2017). Features of defining three-phase transformer no-load parameters by 3D modeling methods. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 132–135. doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248870
  26. Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T. (2018). An application of scheme and field models for simulation of electromagnetic processes of power transformers. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset.2018.8336209
  27. Jazebi, S., de Leon, F., Farazmand, A., Deswal, D. (2013). Dual Reversible Transformer Model for the Calculation of Low-Frequency Transients. IEEE Transactions on Power Delivery, 28 (4), 2509–2517. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2013.2268857
  28. Tang, Q., Guo, S., Wang, Z. (2015). Magnetic flux distribution in power transformer core with mitred joints. Journal of Applied Physics, 117 (17), 17D522. doi: https://doi.org/10.1063/1.4919119
  29. Cundeva, S. (2008). A transformer model based on the Jiles-Atherton theory of ferromagnetic hysteresis. Serbian Journal of Electrical Engineering, 5 (1), 21–30. doi: https://doi.org/10.2298/sjee0801021c
  30. Rashtchi, V., Rahimpour, E., Fotoohabadi, H. (2011). Parameter identification of transformer detailed model based on chaos optimisation algorithm. IET Electric Power Applications, 5 (2), 238. doi: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2010.0147
  31. Paikov, I. A., Tikhonov, А. I. (2015). Analysis of power transformer electromagnetic calculation models. Vestnik IGEU, 3, 38–43. doi: https://doi.org/10.17588/2072-2672.2015.3.038-043
  32. Ostrenko, M. V., Tykhovod, S. М. (2016). Calculation of losses in elements of construction of power transformers and reactors by finite element method with surface impedance boundary conditions. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 33–42. doi: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-4
  33. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., Divchuk, T. (2018). Analysis of inrush currents of the unloaded transformer using the circuit­field modelling methods. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134248
  34. Avetisyan, D. A., Sokolov, V. S., Han, V. H. (1976). Optimal'noe proektirovanie elektricheskih mashin na EVM. Moscow: Energiya, 215.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-08-08

Як цитувати

Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., & Divchuk, T. (2018). Підвищення ефективності розрахунку параметрів короткого замикання трифазних трансформаторів засобами польового моделювання. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (94), 22–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140236

Номер

Том 4 № 5 (94) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Dmytro Yarymbash, Serhiy Yarymbash, Mykhailo Kotsur, Tetyana Divchuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.