energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2016-59-4-301-312energy-1017Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGАДАПТИВНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ КОСИНУСНОГО СИЛОВОГО КОНДЕНСАТОРАADAPTIVE MATHEMATICAL MODEL OF THERMAL PROCESSES IN A COSINE POWER CAPACITORЗализныйД. И.ZaliznyD. I.

Адрес для переписки: Зализный Дмитрий Иванович – Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, просп. Октября, 48, корп. 2,246746, г. Гомель, Республика Беларусь Тел.: +375 232 40-57-64 kaf_power@gstu.by

Address for correspondence: Zalizny Dmitry I. – P. O. Sukhoi Gomel State Technical University, 48/2 October Ave., 246746, Gomel, Republic of Belarus  Tel.: +375 232 40-57-64 kaf_power@gstu.by

kaf_power@gstu.byШироковО. Г.ShirokovO. G.kaf_power@gstu.byШироковГ. О.ShirokovG. O.kaf_power@gstu.byКапанскийА. А.KapanskiyA. A.kaf_power@gstu.byГомельский государственный технический университет имени П. О. СухогоБеларусьPavel Sukhoi State Technical University of GomelBelarus201609082016594301312Copyright © Зализный Д.И., Широков О.Г., Широков Г.О., Капанский А.А., 20162016Зализный Д.И., Широков О.Г., Широков Г.О., Капанский А.А.Zalizny D.I., Shirokov O.G., Shirokov G.O., Kapanskiy A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1017

Существующие системы защиты и диагностики не способны выявлять анормальный нагрев силовых конденсаторов, обусловленный развитием их внутренних неисправностей. Предлагается методика, позволяющая на ранней стадии обнаружить такой нагрев. Данная методика состоит из алгоритмов, аппаратной части в виде микропроцессорного прибора и основана на непрерывном измерении температуры поверхности корпуса конденсатора, температуры внешней окружающей среды, напряжений и токов со стороны источника питания. На основе измеренных величин выполнен расчет потерь активной мощности в конденсаторе и температуры наиболее нагретой точки его диэлектрика. После этого осуществлен анализ среднесуточных значений расчетной температуры и при обнаружении тенденции непрерывного роста этих значений сформированы диагностические сигналы уровней опасности анормального нагрева: низкий, средний, высокий и очень высокий. Приведенные алгоритмы разработаны эвристически. Окончательное их формирование возможно только после многолетней эксплуатации предлагаемой системы диагностирования на реальных объектах. Внедрение разработанной системы снизит вероятность внезапного отказа конденсаторных установок и соответственно повысит надежность системы электроснабжения предприятия.

The existing protection and diagnostics systems are unable to detect the power capacitor abnormal heating caused by the development of its malfunctions. A diagnosis technique is presented that provides discovering such a heating at its early manifestation. The technique includes algorithms and an apparatus component in a form of a digital device, and it is based on continuous measuring of a capacitor body surface temperature, ambient temperature, voltages and currents from the power source. On the basis of measured values the active power losses in the capacitor and the temperature of the hottest point of its dielectric were calculated. Thereafter, the calculated average daily values of the temperature was analyzed, and, should the tendency of permanent increase of these values is detected, the diagnosis alarms of danger levels of abnormal heating are formed, viz. a low level, an average level, a high level and a very high level. The presented algorithms have been developed heuristically. Their final formation is possible only after years of operation of the proposed diagnosis system applied to the real objects. Because of application of the diagnosis system the probability of capacitor units’ failure will be lower and thus the dependability of the power supply may be higher. The implementation of the developed system will reduce the probability of sudden failure of capacitor units, and, correspondingly, will increase the reliability of the electricity supply system of an enterprise.

силовой конденсатордиагностикаанормальный нагревсистема диагностированияpower capacitordiagnosticsabnormal heatingdiagnostic systemReferencesКучинский, Г. С. Силовые электрические конденсаторы / Г. С. Кучинский, Н. И. Назаров. М.: Энергоатомиздат, 1992. 320 с.Kuchinsky G. S.; Nazarov N. I. (1992) Electric Power Capacitors. Moscow; Energoatomizdat. 320 (in Russian).Thermal Simulation for Geometric Optimization of Metallized Polypropylene Film Capacitors / M. El-Husseini [et al.] // IEEE Transactions on Industry Applications. 2002. Vol. 38, № 3. P. 713–718.El-Husseini M., Venet P., Rojat G., Joubert C. (2002) Thermal Simulation for Geometric Optimization of Metallized Polypropylene Film Capacitors. IEEE Transactions on Industry Applications, 38 (3), 713–718. DOI: 10.1109/TIA.2002.1003421.Parler, S. G. Predicting Operating Temperature and Expected Lifetime of AluminumElectrolytic Bus Capacitors with Thermal Modeling / S. G. Parler, L. L. Macomber // Powersystems World International Conference (PCIM), November 1999.Parler S. G., Macomber L. L. (1999) Predicting Operating Temperature and Expected Lifetime of Aluminum-Electrolytic Bus Capacitors with Thermal Modeling. Powersystems World International Conference (PCIM), November 1999.Development of an Equivalent Circuit Model for Electrochemical Double Layer Capacitors with Distinct Electrolytes / J. Kang [et al.] // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 115, No 1. P. 587–598.Development of an Equivalent Circuit Model for Electrochemical Double Layer Capacitors with Distinct Electrolytes / J. Kang [et al.] // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 115, No 1. P. 587–598.Electrochemical Double Layer Capacitor Electro-Thermal Modeling / W. Sarwar [et al.] // Journal of Energy Storage. 2016. Vol. 5, No 1. P. 10–24.Kang J., Wen J., Jayaram S. H., Yu A., Wang X. (2014) Development of an Equivalent Circuit Model for Electrochemical Double Layer Capacitors with Distinct Electrolytes. Electrochimica Acta. 115 (1), 587–598. DOI: 10.1016/j.electacta.2013.11.002.Guillemet, Ph. Multi-Level Reduced-Order Thermal Modeling of Electrochemical Capacitors / Ph. Guillemet, Y. Scudeller, Th. Brousse // Journal of Power Sources. 2006. Vol. 157, No 1. P. 630–640.Sarwar W., Marinescu M., Green N., Taylor N., Offer G. (2016) Electrochemical Double Layer Capacitor Electro-Thermal Modeling. Journal of Energy Storage, 5 (1), 10–24. DOI: 10.1016/j.est.2015.11.001.D’Entremont, А. First-Principles Thermal Modeling of Electric Double Layer Capacitors under Constant-Current Cycling / A. D’Entremont, L. Pilon // Journal of Power Sources. 2014. Vol. 246. P. 887–898.Guillemet Ph., Scudeller Y., Brousse Th. (2006) Multi-Level Reduced-Order Thermal Modeling of Electrochemical Capacitors. Journal of Power Sources, 157 (1), 630–640. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.07.072.Широков, О. Г. Тепловые схемы замещения электроэнергетических устройств / О. Г. Широков, Д. И. Зализный // Наукоемкие технологии. 2008. № 2. С. 63–67.D'Entremont ?., Pilon L. (2014) First-Principles Thermal Modeling of Electric Double Layer Capacitors under Constant-Current Cycling. Journal of Power Sources, 246, 887–898. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.024.Зализный, Д. И. Математическая модель тепловых процессов одножильного силового кабеля / Д. И. Зализный, С. Н. Прохоренко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2012. № 5. С. 25–34.Shirokov O. G., Zalizny D. I. (2008) Thermal Equivalent Circuit of Power Industry Equipment. Naukoyemkiye Tehknologiyi [High Technologies], (2), 63–67 (in Russian).Гулевич, А. И. Производство силовых конденсаторов: учеб. пособие для подготовки рабочих на производстве / А. И. Гулевич, А. П. Киреев. М.: Высш. шк., 1981. 284 с.Zalizny D. I., Prokhorenko S. N. (2012) Mathematical Model for Thermal Processes of SingleCore Power Cable.Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Obedinenii SNG [Energetika. Proc. CIS Higher Educ. Inst. and ower Eng. Assoc.], (5), 25–34 (in Russian).Gulevich A. I., Kireyev A. P. (1981) Production of Power Capacitors: Training Manual for Training Workers of Production. Moscow, Vysshaya Shkola. 284 (in Russian).Gulevich A. I., Kireyev A. P. (1981) Production of Power Capacitors: Training Manual for Training Workers of Production. Moscow, Vysshaya Shkola. 284 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.