Розробка методу масштабного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів в потужному трансформаторному устаткуванні при різкозмінних навантаженнях

Автор(и)

  • Володимир Васильович Зіновкін Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0009-0000-7667-0658
  • Юрій Олексійович Крисан Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-6239-0751
  • Сергій Іванович Шило Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-4094-6269

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.348152

Ключові слова:

різкозмінні навантаження, нестаціонарні електромагнітні процеси, кумулятивний ефект, магнітострикція, метод еквівалентування, несиносоїдальний струм, стрімери, ферорезонансні процеси, скін-ефект

Анотація

Об’єктом дослідження є різкозмінні навантаження потужних трансформаторів та збуджуючі ними нестаціонарні електромагнітні процеси, що складаються із сукупності параметрів різної фізичної природи. Проблема, що вирішується, полягає в тому, що потужні трансформатори, які використовуються в сучасних електротехнологіях, виходять з ладу майже удвічі частіше в порівнянні із працюючими у мережах загального користування. Це спонукає до розробки трансформаторного устаткування спеціального призначення і потребує встановлення причинно-наслідкових факторів аварій, їх розвитку, та нових методів дослідження.

В роботі розроблено метод масштабного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів в трансформаторах.

 Запропоновані критерії фізичної подоби електромагнітних процесів в моделі і оригіналі підтверджено експериментально на фізичній моделі і реальному трансформаторі спеціального призначення. Характерні відмінності результатів дослідження полягають у розробці методу формування різкозмінних струмів, що характерні для електротехноглогічного процесу дугових сталеплавильних печей.

Результати дослідження додаткових втрат і теплового перевантаження трансформатора з достатньою для практики точністю співпадають із експериментальними з похибкою, яка не перевищує 5.7%. Це дає змогу розробляти проектну документацію для розробки нових типів трансформаторів спеціального призначенння. Це досягається шляхом удосконалення інженерних методів розрахунку додаткових втрат і теплових перенвантажень неактивних деталей конструкції трансформаторів. На практиці отримані результати дозволяють корегувати приймально-здавальні випробування як на етапах проектування так і в умовах виробництва

Біографії авторів

Володимир Васильович Зіновкін, Національний університет «Запорізька політехніка»

Доктор технічних наук

Кафедра електропривод та автоматизація промислових установок

Юрій Олексійович Крисан, Національний університет «Запорізька політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра електропривод та автоматизація промислових установок

Сергій Іванович Шило, Національний університет «Запорізька політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра електричні та електронні апарати

Посилання

  1. Zinovkin, V., Antonov, M., Krysan, I. (2020). Research of Electromagnetic Parameters of Complex Electromechanical System Under Hardly Varying Loads. 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Smart Systems (ESS), 267–272. https://doi.org/10.1109/ess50319.2020.9160022
  2. Zhezhelenko, Yu. S., Sheinkman, L. M., Stepanov, V. B. (2012). Yakist elektroenerhiyi na promyslovykh pidpryiemstvakh. Kyiv: Tekhnika, 384.
  3. Rashid, N. (2011). Short-time Overloading of Power Transformers. Stockholm. Available at: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:511551/fulltext01
  4. Zinovkin, V., Antonov, M., Pyroshok, A., Krysan, I. (2022). Influence of Sharp Load Fluctuations on Electromagnetic Processes in Electrical Equipment. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 1–5. https://doi.org/10.1109/khpiweek57572.2022.9916410
  5. Liang, B., Sun, Z., Yang, Z., Tao, W., Huo, C., Xiao, S. (2025). Data augmentation and optimization method based on conditional generative adversarial network and convolutional neural network for transformer fault diagnosis. Measurement, 254, 117872. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2025.117872
  6. Murugan, R., Ramasamy, R. (2015). Failure analysis of power transformer for effective maintenance planning in electric utilities. Engineering Failure Analysis, 55, 182–192. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.06.002
  7. Zinovkin, V., Antonov, M., Krysan, I., Pyrozhok, A. (2024). Multiparametric System for Automated Analysis of the Current Technical Condition of Power Transformers. 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 1–6. https://doi.org/10.1109/khpiweek61434.2024.10877956
  8. Liu, X. H., Zhao, G., Yu, J. J. (2004). Simulation research on the influence of electric arc furnace nonlinear characteristics on power supply network. Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, 34–38.
  9. Čerňan, M., Müller, Z., Tlustý, J., Valouch, V. (2021). An improved SVC control for electric arc furnace voltage flicker mitigation. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 129, 106831. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.106831
  10. Turkovskyi, V. H., Zhovnir, Yu. M. (1999). Enerhooshchadna systema elektropostachannia duhovykh staleplavylnykh pechei zminnoho strumu. Visnyk DU «Lvivska politekhnika». Problemy ekonomiyi enerhiyi, 2, 113–115.
  11. Abbasi, M. K., Dezfuli, H. (2022). Smart Maintenance Planning For Distribution Transformers Using Discrete-time Markov Chain. 2022 26th International Electrical Power Distribution Conference (EPDC), 8–17. https://doi.org/10.1109/epdc56235.2022.9817256
  12. Rama Rao, K. S., Karsiti, M. N. (2012). Optimal design of a furnace transformer by intelligent evolutionary methods. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 43 (1), 1056–1062. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.06.019
  13. Samet, H., Hamedani Golshan, M. E. (2012). A wide nonlinear analysis of reactive power time series related to electric arc furnaces. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 36 (1), 127–134. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2011.10.033
  14. Lozynskyi, O. Y., Lozynskyi, A. O., Paranchuk, Y. S., Paranchuk, R. Y. (2019). Synthesis and analysis of arc furnace electrical mode control system on the basis of three-dimensional phase currents vector distribution. Electrical Engineering & Electromechanics, 4, 26–34. https://doi.org/10.20998/2074-272x.2019.4.04
  15. Zinovkin, V., Antonov, M., Krysan, I. (2021). Multi-parameter Technological Process Optimization Functional Similarity Criteria. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 490–495. https://doi.org/10.1109/khpiweek53812.2021.9570014
  16. Zinovkin, V., Blyzniakov, O., Krysan, Y., Zaluzhnyi, M. (2021). Physical modeling of unsteady electromagnetic processes in power transformer under sharp load fluctuations. Electrical Engineering and Power Engineering, 3, 21–30. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2021-3-2
  17. Kravchenko, A. M., Metielskyi, V. P., Sytnikov, A. M. (1999). Osnovni napriamky udoskonalennia konstruktsiyi merezhnykh transformatoriv dlia elektrometalurhiynoho vyrobnytstva. Pratsi instytutu elektrodynamiky NAN Ukrainy. K.: IED NAN Ukrainy, 195–200.
  18. Olczykowski, Z. (2021). Electric Arc Furnaces as a Cause of Current and Voltage Asymmetry. Energies, 14 (16), 5058. https://doi.org/10.3390/en14165058
  19. Czarnecki, L. S. (1996). Comments on active power flow and energy accounts in electrical systems with nonsinusoidal waveforms and asymmetry. IEEE Transactions on Power Delivery, 11 (3), 1244–1250. https://doi.org/10.1109/61.517478
  20. Awadallah, S. K. E., Milanovic, J. V., Jarman, P. N. (2015). The Influence of Modeling Transformer Age Related Failures on System Reliability. IEEE Transactions on Power Systems, 30 (2), 970–979. https://doi.org/10.1109/tpwrs.2014.2331103
  21. Ebrahim, E. A. (2023). Optimal Design of SAPFs for Harmonic Mitigation of Electric Arc Furnaces with Real-Time Digital Simulation Hardware. 2023 24th International Middle East Power System Conference (MEPCON), 1–8. https://doi.org/10.1109/mepcon58725.2023.10462253
  22. So, E., Arseneau, R., Hanique, E. (2004). Measurement and Correction of No-Load Losses of Power Transformers. 2004 Conference on Precision Electromagnetic Measurements, 570–570. https://doi.org/10.1109/cpem.2004.305383
Розробка методу масштабного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів в потужному трансформаторному устаткуванні при різкозмінних навантаженнях

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-31

Як цитувати

Зіновкін, В. В., Крисан, Ю. О., & Шило, С. І. (2025). Розробка методу масштабного моделювання нестаціонарних електромагнітних процесів в потужному трансформаторному устаткуванні при різкозмінних навантаженнях. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (138), 6–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.348152

Номер

Том 6 № 8 (138) (2025): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Volodymyr Zinovkin, Yurii Krysan, Serhii Shylo

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.