Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012, № 12. Часть 3

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение  
высшего профессионального образования  
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 12 
 
 
 
Часть 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2012 

ISSN 2071-6168 
 
 
УДК 621.86/87 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. Ч. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 
299 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы в области энергосберегающих 
технологий и оборудовании, управления автоматизированного электропривода, контроль над реализацией энергоэффективных мероприятий, вопросы подготовки и переподготовки инженерных и научных кадров в области энергоресурсосбережения.  
Настоящий сборник составлен по результатам и докладам конференций: Международная научно-техническая конференция «Энергоэффективность-2012», Москва, 
2012, Энергосбережение-2012», Москва, 2012, 9-ая международная научно-техническая 
семинар-выставка «Силовая Электроника и Энергетика», Москва, 2012. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, 
студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук. 
 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, 
Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора),  
С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь),  
И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс,  
А.Э. Соловьев 
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 
 
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, 
в которых должны быть опубликованы научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2012 
© Издательство ТулГУ, 2012 

 Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3 
 

 
4

на основе имеющегося опыта проектных и эксплуатационных организаций. 
Часть решений, в основном обусловленных техническими требованиями, является общей и должна приниматься на основе имеющихся указаний. В других случаях учитывают специфику конкретных условий. 
Стремление повысить производительность труда на современных 
промышленных предприятиях, а также интенсификация и усложнение технологических процессов обусловили то, что все большую долю в общем 
объеме суммарных нагрузок занимают резкопеременные и нелинейные нагрузки с повышенным потреблением реактивной мощности. Это, прежде 
всего, вентильные преобразователи, нашедшие широкое применение на заводах черной и цветной металлургии и предприятиях химической промышленности, а также мощные дуговые печи, сварочные установки и т. п. 
Характерной особенностью работы этих потребителей является 
влияние их на качество электроэнергии питающих сетей. В свою очередь 
нормальная работа электрооборудования зависит от качества электроэнергии питающей системы. Такое взаимное влияние электрооборудования и 
питающей системы определяют термином "электромагнитная совместимость". 
Решение проблемы электромагнитной совместимости связано с определением и поддержанием оптимальных показателей качества электроэнергии, при которых выполняются технические требования с минимальными затратами. 
Проблема электромагнитной совместимости электроприемников с 
питающей сетью остро возникла в последнее время в связи с широким 
внедрением мощных вентильных преобразователей, дуговых сталеплавильных печей, сварочных установок и других устройств, которые при 
всей своей экономичности и технологической эффективности оказывают 
отрицательное влияние на качество электрической энергии в питающих 
электрических сетях. 
При разработке новых приемников электроэнергии необходимо 
учитывать то отрицательное влияние, которое они могут оказывать на питающую электрическую сеть. При оценке должны приниматься во внимание дополнительные устройства, предотвращающие ухудшение качества 
электрической энергии. Необходимые нормы качества электрической 
энергии могут быть достигнуты уже на стадии проектирования электроснабжения промышленных предприятий путем соответствующих расчетов 
и применения технических средств. 
Одним из основных вопросов, связанных с повышением качества 
электроэнергии в сетях, решаемых как на стадии проектирования, так и на 
стадии эксплуатации систем промышленного электроснабжения, является 
вопрос о компенсации реактивной мощности, включающий выбор целесообразных источников, расчет и регулирование их мощности, размещение 
источников в системе электроснабжения. 

 Энергосбережение, энергосберегающий электропривод и энергоэффективность … 
 

 
5

Рациональная (оптимальная) компенсация реактивной мощности в 
промышленных электросетях включает в себя широкий комплекс вопросов, направленных на повышение экономичности работы электроустановок, улучшение качества потребляемой электроэнергии и включающих в 
себя методы выбора и расчета компенсирующих устройств, исходя из условий выполнения заданий энергосистемы; вопросы места установки компенсирующих устройств и их наивыгоднейшего размещения, рациональной 
и 
безопасной 
эксплуатации 
и 
защиты; 
ключевые 
вопросы 
автоматического регулирования реактивной мощности в промышленных 
электросетях, а также создания целенаправленного научного подхода к 
разработке и решению с минимумом погрешности адекватной математической модели задачи рациональной компенсации реактивной мощности [1]. 
Рациональная компенсация реактивной мощности приводит к снижению потерь мощности из-за перетоков реактивной мощности, обеспечению надлежащего качества потребляемой электроэнергии за счет регулирования и стабилизации уровня напряжений в электросетях, достижению 
высоких технико-экономических показателей работы электроустановок. 
Проблема компенсации реактивной мощности в электрических 
системах страны имеет большое значение по следующим причинам: 
1)  в промышленном производстве наблюдается опережающий рост 
потребления реактивной мощности по сравнению с активной; 
2)  в городских электрических сетях возросло потребление реактивной мощности, обусловленное ростом бытовых нагрузок; 
3)  увеличивается потребление реактивной мощности в сельских 
электрических сетях. 
Количественные и качественные изменения, происходящие в промышленном электроснабжении за последние годы, придают этому вопросу 
особую значимость. В настоящее время прирост потребления реактивной 
мощности существенно превосходит прирост потребления активной мощности. При этом передача реактивной мощности на значительные расстояния от мест генерации до мест потребления существенно ухудшает технико-экономические показатели систем электроснабжения. 
Интенсификация производственных процессов, повышение производительности труда связаны с совершенствованием существующей и внедрением новой, передовой технологии. Этому процессу сопутствует широкое внедрение мощных вентильных преобразователей, электродуговых 
печей, сварочных установок и других устройств, которые при всей технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на качество 
электроэнергии в электрических сетях. 
Следует отметить, что практически все показатели качества электроэнергии по напряжению зависят от потребляемой промышленными 
электроприемниками реактивной мощности. Поэтому вопросы качества 
электроэнергии необходимо рассматривать в непосредственной связи с во

 Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3 
 

 
6

просами компенсации реактивной мощности. 
Проблема электромагнитной совместимости электроприемников с 
питающей сетью, которую в последнее время сравнивают с проблемой загрязнения окружающей среды, порождает новые научные и технические 
проблемы при проектировании и эксплуатации промышленных электрических сетей. В настоящее время принимаются меры для того, чтобы уменьшить влияние потребителей на качество электроэнергии в промышленных 
сетях. 
Проблема может быть решена путем создания и промышленного 
освоения быстродействующих многофункциональных средств компенсации реактивной мощности (рисунок), улучшающих качество электроэнергии сразу по нескольким параметрам. Внедрение этих устройств приведет 
также к уменьшению потерь электроэнергии. 
Вопросы качества электроэнергии требуют тщательной разработки 
и изучения происходящих при этом явлений. Особые трудности связаны с 
отсутствием требуемых измерительных приборов в электрических сетях, а 
также сложностью и необходимостью изменения методов измерений. Это 
связано, в частности, с влиянием случайного характера изменений нагрузок, что, в свою очередь, требует применения статистических приборов и 
соответствующей обработки получаемой информации – использования вероятностно-статистических методов расчета[1]. 
 

 
 
Коэффициент реактивной мощности на предприятии 
 
Для обеспечения требуемых показателей электрической энергии и 
соответствующего значения 
ϕ
cos  необходимо контролировать несимметричность нагрузки, перекосы фаз с последующей их ликвидацией. 
В связи с этим разработанное устройство компенсации статической 
и резкопеременной реактивной нагрузки, которое будет решать проблему в 
комплексе, должно быть многофункциональным, применяемым в системах 
электроснабжения. Это устройство позволит производить компенсацию 
реактивной мощности в электрической сети, а также обеспечит стабилизацию напряжения на шинах потребителей, фильтрацию высших гармоник, 
симметрирование токов и напряжений в сети, экономию средств на оплату 
потребляемой предприятием электрической энергии. 
                                      
Список литературы 
 
 
1. Алексеев Б.А. Продление срока службы силовых трансформато

 Энергосбережение, энергосберегающий электропривод и энергоэффективность … 
 

 
7

ров. Новые виды трансформаторного оборудования. СИГРЭ-2002// Электрические станции. 2003. №7. 
2. Быстрицкий Г.Ф. Энергосиловое оборудование промышленных 
предприятий: учеб. пособие. М.: Издательский Центр “Академия”, 2003. 
304 с. 
4. Ильяшов В. П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. 2-е изд., перераб.  и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 152 с. 
6. Нагорная В.Н. Экономика энергетики: учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. 157 с. 
7. Трунковский Л. Е. Электрические сети промышленных предприятий. –  1991. 
 
I. M. Bazyl’ 
PARAMETERS OF REACTIVE POWER COMPENSATION IN POWER 
SYSTEMS 
The practical methods to ensure the effectiveness of the required parameters of 
electric energy are challenged. 
Key words: electric power, reactive power, current, power factor, power quality. 
 
Получено 19.06.12 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.31. 
И. М. Базыль, асп., (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru   
(Россия, Тула, ТулГУ) 
 
РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ 
ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ  
 
Рассмотрены задачи, обеспечивающие эффективность требуемых значений 
напряжения на предприятии. 
Ключевые слова: электроэнергия, провалы напряжения, качество электроэнергии. 
 
Приемники электроэнергии (ПЭ) и аппараты, присоединенные к 
электрическим сетям, предназначены для работы при определенных номинальных параметрах: номинальной частоте переменного тока, номинальном напряжении, номинальном токе и т. п. Долгое время основными режимными параметрами, определяющими качество электрической энергии, 
считались значение частоты в электрической системе и уровни напряжения 

 Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3 
 

 
8

в узлах сети. Однако по мере внедрения в технологические производственные процессы электропотребителей, обладающих нелинейными вольтамперными характеристиками, все чаще приходилось учитывать возможные 
нарушения симметрии, синусоидальности формы кривой напряжения в 
трехфазных сетях. 
На показатели качества электрической энергии заметное влияние 
оказывают параметры сетей. Например, напряжение на зажимах ПЭ будет 
зависеть от протяженности и характера сети, находящейся между источником питания (ИП) и данными ПЭ. Поэтому показатели, связанные с напряжением, являются местными (локальными), имеющими различные значения в точках сети. Частота сети является общесистемным (глобальным) 
параметром качества электрической энергии.  
Провал напряжения - внезапное значительное снижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков 
секунд [1]. 
Обеспечение требований по допустимым отклонениям напряжения 
в каждой точке сети без специальных регулирующих устройств возможно 
только тогда, когда суммарные потери напряжения относительно невелики. Такие условия могут быть в сетях относительно небольшой протяженности с малым числом промежуточных трансформаций и небольшой нагрузкой. 
Современные ЭЭС характеризуются большой протяженностью линий различных номинальных напряжений и многоступенчатой трансформацией. Поэтому передача электроэнергии от ее источников до приемников, когда суммарные потери напряжения велики, невозможна без 
специальных средств регулирования напряжения. 
В распределительных электрических сетях отклонения напряжения 
обычно определяются в характерных точках. Это — точки, удаленные от 
центров питания (ЦП), оборудованных трансформаторами с регулируемым 
под нагрузкой коэффициентом трансформации (РПН). 
Суточный диапазон изменения нагрузки потребителя достаточно 
велик, что приводит к изменению потерь напряжения в сети, а следовательно, и к изменению отклонений напряжения в узлах. При этом отклонения напряжения от номинального значения в режиме наибольшей и наименьшей нагрузки могут отличаться от допустимых значений. В Правилах 
устройства электроустановок рекомендуется поддерживать напряжение в 
ЦП на уровне не ниже 10,5 % от номинального в режиме наибольшей нагрузки и не выше 10 % — в режиме наименьшей нагрузки. Это требование 
отвечает принципу встречного регулирования напряжения. Для реализации 
используются средства регулирования напряжения.  
Энергоснабжающая организация может задавать часы наибольшей 

 Энергосбережение, энергосберегающий электропривод и энергоэффективность … 
 

 
9

и наименьшей нагрузки определенными интервалами времени в течение 
суток. В течение этих интервалов нагрузка потребителя может изменяться, 
оставаясь соответственно в диапазонах наибольших или наименьших значений. Поэтому и допустимые отклонения напряжения должны задаваться 
диапазонами отдельно для режимов наибольшей и наименьшей нагрузки и 
поддерживаться в заданных диапазонах средствами регулирования напряжения. 
Основной причиной появления провалов напряжения в системе 
электроснабжения являются короткие замыкания в отходящих от цепи питания данного узла нагрузки ответвлениях электрической сети высокого 
(35...220 кВ), среднего (6... 10 кВ) напряжений и в сетях с напряжением до 
1 кВ. 
Провалы напряжения не нормируются, поскольку они неизбежны 
настолько же, насколько неизбежны короткие замыкания. Однако знать 
статистику по частоте, глубине и длительности провалов напряжения в 
системе электроснабжения необходимо для аргументированного использования агрегатов и источников бесперебойного питания с целью электроснабжения? особенно чувствительных к провалам напряжения потребителей. К ним относятся: электронные микропроцессорные устройства 
управления, компьютеры, серверы и ряд других. 
Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 - для дуговой 
сварки и 0,7 - для контактной. При снижении напряжения до 0,9UНОМ время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы (0,9... 1,1) 
UНОМ возникает брак сварных швов. 
Таким образом, одной из главных задач силовой преобразовательной техники является устранение провалов напряжения. При глубоком регулировании выходного напряжения для обеспечения электромагнитной 
совместимости с питающей сетью следует проводить меры по устранению 
провало напряжения путём использования комплексных устройств компенсации реактивной мощности, провалов напряжения, обеспечивающих синусоидальность напряжения и тока в сети согласно требованиям ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах 
электроснабжения общего назначения». При этом эффективность таких 
устройств должна выражаться не только минимальной величиной потерь 
мощности в этих устройствах и наиболее близким к единичному значению 
коэффициентом мощности, но также и соответствием напряжения и тока 
сети нормам вышеуказанного ГОСТа.    
На ОАО «КБП» на ТП № 2 при установленном распределении коэффициента искажения в диапазоне 
ϕ
cos =0,2…0,9 по электропотребителям коэффициент искажения и гармоник 
u
K =1,5…5,5 % происходят провалы напряжения от номинального значения (рисунок).  

 Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3 
 

 
10

 

 
График показателей провалов напряжения 
 
Для обеспечения требуемых показателей электрической энергии и 
соответствующего значения 
ϕ
cos  необходимо контролировать несимметричность нагрузки, перекосы фаз с последующей их ликвидацией. 
В связи с этим разработанное устройство компенсации статической 
и резкопеременной реактивной нагрузки, которое будет решать проблему в 
комплексе, должно быть многофункциональным. 
                                      
Список литературы 
 
 
1. Быстрицкий Г.Ф. Энергосиловое оборудование промышленных 
предприятий.  Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр “Академия”, 2003. 304 с. 
2. Ильяшов В. П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. 2-е изд., перераб.  и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 152 с, ил.  
3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и 
установок: Учебник для учащихся техникумов. М.: Высшая школа, 1981. 
376 с. 
4. Нагорная, В.Н. Экономика энергетики: учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. 157 с. 
6. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 
1984. – 472с. 
 
 
I. M. Bazyl’ 
MODES OF THE DEVICES TO LIMIT BROWNOUTS 
The tasks of ensuring the effectiveness of the required voltages in the enterprise are 
challenged. 
Key words: electric power, voltage sags, power quality. 
 
Получено 19.06.12