Power quality in power supply systems of mining and processing enterprises in Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper investigates the effect of the load factor of frequency converters and thyristor converters on electrical power quality. Recommendations for reducing the influence of higher harmonics and switching overvoltages on the characteristics of electrical power are provided. Higher harmonics were measured by a PKK57 complex device for controlling electrical parameters and a digital oscilloscope of the Tektronix TDS 2024V type. Impulse switching overvoltages were recorded by an active resistance divider of the DNEK-10 type and the above-mentioned oscilloscope. The obtained data were processed by the Loginom 6.4 software and the methods of mathematical statistics. The lower threshold level of the load factor of frequency converters and thyristor converters was set equal to 0.8, at which the sinusoidal distortion of voltage curves correspond to the RF standard of electrical power quality. The suppression degree of higher harmonics from the 5th to 17th frequency by power transformers with a capacity of 250–6,300 kV. A ranged from 95 to 45%. The use of the ‘transformer–converter–electric receiver’ system as applied to the power supply systems of mining and processing enterprises was substantiated. It was shown that electric motors with a capacity of up to 2,500 kW inclusively require protection against switching overvoltages. Conventional RC-absorbers based on RC-circuits connected to the terminals of electric motors are shown to be highly efficient for protecting electric motors against switching overvoltages. Thus, the quality of electrical power in power supply systems of mining and processing enterprises in Russia can be ensured by frequency converters and thyristor converters with a load factor of 0.8 or greater. Provided that the transformer capacity does not exceed 1,000 kV. A, a more efficient and less expensive ‘transformer–converter–electrical receiver’ system is recommended. Effective protection of electric motors of up to 2,500 kW inclusive can be provided using the proposed conventional RC absorber, which maintains the overvoltage rate at a level not exceeding 1.7.

About the authors

V. I. Panteleev

Siberian Federal University

Email: pvi0808@rambler.ru

I. S. Kuzmin

Rutas Group Limited Liability Company

Email: info@rutas.group

A. A. Zavalov

Siberian Federal University; Rutas Group Limited Liability Company

Email: zavalovartem@mail.ru

A. V. Tikhonov

Research and production enterprise Rutas Limited Liability Company

Email: rutas2004@list.ru

E. V. Umetskaia

Siberian Federal University

Email: rutas2004@list.ru

References

  1. Кугушева Н.Н., Семѐнов А.С., Якушев И.А., Павлова С.Н. Технико-экономические особенности выбора частотно-регулируемых электроприводов для технологических установок алмазодобывающих предприятий // Инновации и инвестиции. 2021. № 1. С. 145–149.
  2. Брыкалов С.М., Балыбердин А.С., Трифонов В.Ю., Засухин Р.В. Ключевые направления повышения энергетической эффективности крупных промышленных предприятий // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 5. С. 10–18. https://doi.org/10.18635/20712219-2020-5-10-18
  3. Семѐнов А.С., Егоров А.Н., Харитонов Я.С., Бебихов Ю.В., Якушев И.А., Федоров А.В. Анализ работы систем частотно-регулируемого электропривода при влиянии высших гармоник // Электротехнические системы и комплексы: сб. науч. тр. Междунар. науч.практ. конф. (г. Уфа, 22–25 октября 2019 г.). Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. С. 178–184.
  4. Егоров А.Н., Семѐнов А.С., Федоров О.В. Практический опыт применения преобразователей частоты Power Flex 7000 в горнодобывающей промышленности // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2017. № 4. С. 86–93.
  5. Клундук Г.А. Влияние преобразователя частоты на энергосбережение насосного агрегата и электромагнитная совместимость оборудования // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 21–23 апреля 2020 г.). Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2020. С. 153–157.
  6. Бебихов Ю.В., Егоров А.Н., Матул Г.А., Семѐнов А.С., Харитонов Я.С. Поиск путей повышения эффективности применения высоковольтного частотнорегулируемого электропривода в условиях горного производства // Естественные и технические науки. 2018. № 8. С. 228–234.
  7. Shevyrev Y.V., Shevyreva N.Y. Improvement of voltage waveform in power supply systems with dynamic rectifier in mineral mining and processing industry // Gornyi Zhurnal. 2019. Iss. 1. P. 66–69. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.01.14
  8. Ashraf N., Abbas G., Abbassi R., Jerbi H. Power quality analysis of the output voltage of AC voltage and frequency controllers realized with various voltage control techniques // Applied Sciences (Switzerland). 2021. Vol. 11. Iss. 2. https://doi.org/10.3390/app11020538
  9. Dutta N., Kaliannan P., Subramaniam U. Experimental analysis of PQ parameter estimation of VFD drives // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 937. Iss. 2. Р. 012042. https://doi.org/10.1088/1757-899X/937/1/012042
  10. Jyothi R., Sumitgupta, Rao K.U., Jayapal R. IoT application for real-time condition monitoring of voltage source inverter driven induction motor // Innovative Data Communication Technologies and Application. 2021. Vol. 59. P. 97–105. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9651-3_8
  11. Скакунов Д.А. Влияние силовой электроники на качество электрической энергии и методы фильтрации высших гармоник // сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новокузнецк, 2004 г.). Новокузнецк, 2004. С. 253–257.
  12. Akagi H. Active Harmonic Filters // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93. Iss. 12. P. 2128–2141.
  13. Кузьмин С.В. Использование силовых трансформаторов для локализации высших гармоник в системах электроснабжения 0,4–10 кВ // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 2009 г.). Красноярск, 2009. С. 268–270.
  14. Кузьмин Р.С., Кузьмин И.С., Меньшиков В.А., Кузьмин С.В., Куликовский В.С. Метод оценки и прогнозирования перенапряжений при дуговых однофазных замыканиях на землю в сетях 6–10 кВ как средство повышения уровня электробезопасности на горных предприятиях // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 5. С. 116–132. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-5-116-132
  15. Кузьмин С.В., Майнагашев Р.А., Гаврилова Е.В., Немков С.В. Опыт эксплуатации средств защиты от коммутационных перенапряжений в системах электроснабжения 6 кВ горных предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 4. С. 53–54.
  16. Kuzmin S.V., Umetskaia E.V., Zavalov A.A. Influence of power quality on value of switching overvoltages in networks 6–10 kV // International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies. 2020. https://doi.org/10.1109/FarEastCon50210.2020.9271527
  17. Sowa P., Macha D. Electromagnetic switching transients in transmission line cooperating with the local subsystem // International Journal of GEOMATE. 2020. Vol. 19. Iss. 72. P. 180–189. https://doi.org/10.21660/2020.72.5781
  18. Guo Yaxun, Jiang Xiaofeng, Chen Yun, Zheng Ming, Liu Gang, Li Xiaohua, Tang Wenhu. Reignition overvoltages induced by vacuum circuit breakers and its suppression in offshore wind farms // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 122. Р. 106227. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106227
  19. Fritz N. Engelmann G., De Doncker R.W. RC snubber design procedure for enhanced oscillation damping in wide-bandgap switching cells // 21st European Conference on Power Electronics and Applications. 2019. https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8915541
  20. De Paula dos Santos D., Sartori C.A.F. Impact of mismatch cables impedances on active motor terminal overvoltage mitigation using parallel voltage source inverters // IEEE 3rd Global Electromagnetic Compatibility Conference. 2017. https://doi.org/10.1109/GEMCCON.2017.8400662
  21. Кузьмин С.В., Гаврилова Е.В., Барышников Д.В. Влияние процесса дугогашения в высоковольтных выключателях на величину коммутационных перенапряжений, возникающих в сетях 6–10 кВ горнодобывающих предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 2. С. 41–44.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).