Повышение точности оценки параметров надежности низковольтных коммутационных аппаратов, устанавливаемых в системах внутрицехового электроснабжения с учетом основных воздействующих факторов

Актуальность. В статье исследуются вопросы оценки параметров надежности контактов низковольтных коммутационных аппаратов (НКА), устанавливаемых в низковольтных электрических сетях систем электроснабжения промышленных предприятий.

Цель. Исследование основных параметров надежности контактов НКА с использованием статистического метода и анализ физических процессов в контактных соединениях.

Методы. Для повышения точности определения интенсивности отказов НКА предлагается ввести поправочные коэффициенты, которые учитывают влияние основных воздействующих факторов на исследуемые НКА. Исследование коммутационного ресурса контактов было выполнено аналитическим и графико-аналитическим методом.

Результаты. На основании проведенных исследований установлено, что для повышения достоверности оценки параметров НКА может быть рекомендован графико-аналитический метод с учетом поправочных коэффициентов. Значение числа циклов коммутаций аппарата, после которого появление отказа наиболее вероятно, зависит от его коэффициента загрузки. Выявлено, что для исследуемых аппаратов по истечении 25% ресурса числа коммутаций вероятность безотказной работы становится ниже допустимого значения.

Заключение. Результаты исследований показывают, что после 3-5 лет эксплуатации вероятность безотказной работы наблюдаемых НКА снизилась до значения менее 0,85. Полученные результаты рекомендуется учитывать при составлении графиков планово-предупредительного ремонта в электрических сетях внутрицехового электроснабжения.

1. Абдуллазянов Э.Ю., Грачева Е.И., Горлов А.Н., Шакурова З.М., Логачева А.Г. Влияние низковольтных электрических аппаратов и параметров электрооборудования на потери электроэнергии в цеховых сетях. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021;23(3):3-13.

2. Воронин А. Е., Пешехонов Н. Е., Рыбаков В. В. К вопросу оценки надежности электроснабжения в структурно-сложных распределительных электрических сетях // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. №7. С. 125-133.

3. Будко П. А., Голюнов М. В., Аллакин В. В. Повышение надежности средств радиосвязи автоматизированного радиоцентра за счет своевременного обнаружения их параметрических отказов в процессе функционального контроля // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 2. С. 204- 227. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-2-204-227.

4. Грачева Е. И., Садыков Р. Р., Хуснутдинов Р. Р., Алимова А. Н. Надежность и компоновка низковольтных распределительных устройств внутрицехового электроснабжения // Вестник КГЭУ. 2019. №1 (41). С. 3-9.

5. Ершов С. В., Демьянов Д. В. Построение математических моделей надежности системы электроснабжения предприятия // Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. №12-1. С. 118-125.

6. Аполлонский С.М. Методика опытного определения восстанавливающейся прочности / С.М. Аполлонский, Ю.В. Куклев // Записки Горного института. 2017. Т. 224. С. 235-239. DOI: 10.18454/PMI.2017.2.235.

7. Петров А. Р. и др. Совершенствование методики оценки потерь электроэнергии во внутризаводских электрических сетях. Вестник МГТУ. 2024. Т. 27, № 4. С. 511–520. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2024-27-4-511-520.

8. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Комплексный подход к оценке эффективности сложного электротехнологического оборудования на предприятиях АПК // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2022. – № 2 (67). – С. 145-154. doi: 10.24412/2078-1318-2022-2-145-154.

9. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Петров А.Р., Грачева Е.И. Тепловизионный контроль электрооборудования промышленных предприятий // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024. Т.26. № 2. С. 68-77. doi:10.30724/1998-9903-2024-26-2-68-77.

10. E. I. Gracheva, O. V. Naumov, A. V. Beloglazov, A. N. Gorlov and M. A. Mikhaylov, "Modeling the Reliability Characteristics of Contact Devices of Low-Voltage Grid," 2020 Ural Smart Energy Conference (USEC), Ekaterinburg, Russia, 2020, pp. 84-87, doi: 10.1109/USEC50097.2020.9281197.

11. W. Zhang, L. Qin, Y. Zhou, C. Yi and S. Li, "Reliability Assessment of Medium and Low Voltage Distribution Networks Considering Distributed Energy Sources," 2023 3rd International Conference on Energy Engineering and Power Systems (EEPS), Dali, China, 2023, pp. 271-275, doi: 10.1109/EEPS58791.2023.10257168.

12. N. Zhu, G. Zhai and Z. Guo, "Research on Contact Reliability Design of Electrical Connector Contact," 2019 International Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering (QR2MSE), Zhangjiajie, China, 2019, pp. 155-160, doi: 10.1109/QR2MSE46217.2019.9021171.

13. Y. Lozanov, "Assessment of the Technical Condition of Electric Contact Joints Using Thermography," 2021 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), Sofia, Bulgaria, 2021, pp. 1-4, doi: 10.1109/ELMA52514.2021.9503060.

14. L. Hui, Z. Chen, F. Guo and G. Sun, "Modeling of the Friction Force in Sliding Electrical Contact with Mining Rules," 2018 IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Albuquerque, NM, USA, 2018, pp. 61-65, doi: 10.1109/HOLM.2018.8611778.

15. V. Romanov, A. Kazantsev and A. Batishchev, "Reducing Transient Resistance in Contact Connections of Electrical Installations in Oil Industry," 2022 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Magnitogorsk, Russian Federation, 2022, pp. 75-79, doi: 10.1109/UralCon54942.2022.9906745.

16. Derevyankin P. G., Frolov V. Ya., Gorchakov S. L. Analysis of erosion processes of electrical contacts manufactured by plasma spraying technology // IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). St. Petersburg and Moscow, Russia, 2020. P. 622–625. DOI: https://doi.org/10.1109/EIConRus49466.2020.9039012.

17. K. Li et al., "Electrical Performance Degradation Model and Residual Electrical Life Prediction for AC Contactor," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 10, no. 3, pp. 400-417, March 2020, doi: 10.1109/TCPMT.2020.2966516.

18. Andruşcă M., Adam M., Burlica R., Munteanu A. [et al.]. Considerations regarding the influence of contact resistance on the contacts of low voltage electrical equipment // International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE). Iasi, Romania, 2016. P. 123–128. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEPE.2016.7781317.

19. Călin M. D., Helerea E. Aspects regarding testing of electromagnetic contactors sensitivity to voltage dips // International Symposium on Fundamentals of Electrical Engineering (ISFEE). Bucharest, Romania, 2020. P. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/ISFEE51261.2020.9756156.

20. Deac C. N., Adam M., Andruşcă M., Dragomir A. Aspects regarding contact resistance measurement // 8th International Conference on Modern Power Systems (MPS). Cluj-Napoca, Cluj, Romania, 2019. P. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/MPS.2019.8759784.

21. Gheorghiţă C. M., Adam M., Andruşcă M., Munteanu A. [et al.]. About contact resistance of the electrical equipment // International Conference on Modern Power Systems (MPS). Cluj-Napoca, Romania, 2017. P. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/MPS.2017.7974439.

22. Gonzalez D., Hopfeld M., Berger F., Schaaf P. Investigation on contact resistance behavior of switching contacts using a newly developed model switch // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2018. Vol. 8, N 6. P. 939–949. DOI: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2018.2791839.

23. Hadziefendic N., Kostic N., Trifunovic J., Kostic M. Detection of poor contacts in low-voltage electrical installations // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2019. Vol. 9, N 1. P. 129–137. DOI: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2018.2882626.

24. Kim K., Joo H. W., Bae C. Y., Choi J. [et al.]. 3D simulation of air arc in the molded case circuit breaker // 5th International Conference on Electric Power Equipment – Switching Technology (ICEPE-ST). Kitakyushu, Japan, 2019. P. 239–242. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEPE-ST.2019.8928799.

25. Lyuminarskaja E. S., Lyuminarsky I. E. Theoretical study of electrical contact dustiness impact on transition resistance // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Moscow, Russia, 2018. P. 1–3. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2018.8728710.

26. Ruempler C., Zacharias A., Stammberger H. Low-voltage circuit breaker arc simulation including contact arm motion // The 27th International Conference on Electrical Contacts (ICEC 2014). Dresden, Germany, 2014. P. 1–5. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/6857183.

27. Shin D., Golosnoy I. O., Bull T. G., McBride J. W. Experimental study on the influence of vent aperture size and distribution on arc motion and interruption in low-voltage switching devices // 4th International Conference on Electric Power Equipment – Switching Technology (ICEPE-ST). Xi'an, China, 2017. P. 213–217. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEPE-ST.2017.8188830.

28. Shin D., McBride J. W., Golosnoy I. O. Arc modeling to predict arc extinction in low-voltage switching devices // IEEE Holm Conference on Electrical Contacts. Albuquerque, NM, USA, 2018. P. 222– 228. DOI: https://doi.org/10.1109/HOLM.2018.8611712.

29. Ye Z., Liu S., Zhao S. Design and implementation of the simulation system of low-voltage distribution network based on real-scene simulation // IEEE 3rd International Conference on Electronic Technology, Communication and Information (ICETCI). Changchun, China, 2023. P. 99–104. DOI: https://doi.org/10.1109/ICETCI57876.2023.10177008.

30. Луцкий В. А. Расчет надежности и эффективности радиоэлектронной аппаратуры [Текст]: справочное издание / В. А. Луцкий. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев : Наук.думка, 1966. - 208 с.