А. М. Газалиев ректор, академик нан рк, д

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
 
Рисунок 3 – Модель сети с изолированной нейтралью 
 
 
Рисунок 4 – Осциллограммы линейного напряжения сети и уставки МТО при колебаниях напряжения +15% 
 
Изменение  напряжения  сети  происходит  на  0,11 
сек  моделирования,  вследствие  реактивной  составля-
ющей  сети  значение  напряжения  достигает  устано-
вившегося значения через 0,02 сек. В такой ситуации 
значения трехфазного тока короткого замыкания уве-
личатся  пропорционально  изменению  напряжения,  в 
то  время  как  уставка  срабатывания  МТО  осталась 
прежней,  что  приведет  к  срабатыванию  защит  при 
коротких  замыканиях  на  вышестоящих  защищаемых 
участках.  
На рисунке 5 представлены результаты моделиро-
вания для второго имитационного условия. На верхнем 
графике  представлено  линейное  напряжение  сети, 
изменяющееся ступенчато на 15%. На нижнем графике 
представлена уставка МТО. Напряжение сети поступа-
ет на вход блока системы адаптации уставок. При этом 
уставка срабатывания МТО увеличивается с 3820А до 
4400А. Как видно из графика, адаптация уставок сра-
батывания происходит с запаздыванием в 0.1 сек, что 
обусловлено действием блока ZeroOrderHold (рисунок 
1  2016 
115 
 

 
2), выполняющего дискретизацию входного сигнала по 
времени.  Новое  значение  уставки  срабатывания  вы-
числено с помощью коэффициента пропорционально-
сти, который показывает степень изменения напряже-
ния  сети.  Новая  уставка  обеспечивает  правильное 
функционирование устройства защиты. 
Разработанная  модель  сети  с  изолированной 
нейтралью  позволяет  моделировать  разработанную 
обобщенную  модель  устройств  токовых  защит  [6]  в 
аварийных  условиях  и  рабочих  режимах  работы,  а 
также  позволяет  контролировать  параметры,  влияю-
щие на срабатывание  устройств защиты. Имитацион-
ная  модель  позволяет  проверить  рассчитанные  для 
устройств защиты уставки и характеристики срабаты-
вания  и  выявлять режимы,  приводящие  к  неправиль-
ным действиям устройств защиты.  
Разработанная модель системы адаптации уставок 
срабатывания позволяет изменять уставки срабатыва-
ния  токовых  защит  в  режиме  реального  времени, 
предотвращая  ложные  и  излишние  их  срабатывания. 
Адаптация уставок обеспечит повышение надежности 
и эффективности устройств релейной защиты. 
 
 
Рисунок 5 – Осциллограммы линейного напряжения сети и уставки МТО при колебаниях напряжения +15%  
с активированной системой адаптации уставок срабатывания 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.  Calderaro V., Galdi V., Piccolo A., Siano P. Adaptive Relays for Overhead Line Protection, Electric Power Systems Research 77 
(2007) 1552-1559, https://www.sciencedirect.com, 2006. 
2.  Codling J.D., House S.A., Joice J.H., Labhart K.M., Richards J.R., Tenbusch J.E. Adaptive Relaying. A New Direction in Power 
System Protection. Potentials IEE, Volume 15 issue 1,ISSN: 0278-6648, 1996. 
3. 
Брейдо И.В., Искаков У.К. Об адаптивных средствах защиты энергосистем и их элементов // Сборник тезисов и докладов 
Международной  научно-практической  конференции  «Наука  и  инновационные  разработки  –  Северу».  Мирный,  2014. 
С.88 – 89. 
4.  Russell C. Mason.  The Art & Science of Protective Relaying, Published by Wiley, ISBN 10: 0471575526  / ISBN 13: 
9780471575528, 1956. 
5.  Metz-Noblat B., Dumas F., Poulain C. Calculation of Short-Circuit Currents, Cahier Tecnique Schneider Electric N 158, 2005. 
6. 
Искаков У.К., Брейдо И.В. Разработка обобщенной модели  устройства токовых защит // Сборник трудов  «Системный 
анализ, управление и обработка информации». Ростов-на-Дону, 2014. С. 167-170. 
 
 
 
 
 
116 
Труды университета 
 

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
УДК 621.316.9:621.315 
 
Экспериментальные исследования токов 
утечки и токов растекания по элементам 
опоры ВЛЭП-500 
 
И.В. БРЕЙДО
2
, д.т.н., профессор, зав. кафедрой, 
В.В. КАВЕРИН
2
, к.т.н., доцент, 
В. ВЯТКИН
1
, профессор, зарубежный консультант докторантуры, 
С.В. ВОЙТКЕВИЧ
2
, ст. преподаватель, докторант,
 
1
Университет Aalto, г. Хельсинки, Финляндия, 
2
Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП 
 
Ключевые слова: высоковольтные линии электропередачи, электрохимическая коррозия, ток утечки, ток 
растекания, элемент конструкции опор, эксперимент, ПБ-500, замкнутый электромагнитный контур. 
 
ысоковольтные  линии  электропередачи  (ВЛЭП) 
напряжением 220 кВ и 500 кВ имеют стратегиче-
ское  значение  для  экономики  Казахстана,  причем 
большая  их  часть  проходит  по  удаленными  от  насе-
ленных пунктов районам, в пустынных и полупустын-
ных местностях. 
В  процессе  эксплуатации  элементы  опор  ВЛЭП 
подвергаются  электрохимической  коррозии,  что  при-
водит  к  активному  разрушению  металла  и  железобе-
тона,  к  снижению  надежности  транспортирования 
электроэнергии  вплоть  до  возникновения  аварийных 
ситуаций. 
Одной  из  важнейших  причин  электрохимической 
коррозии являются токи утечки по элементам опоры и 
токи  растекания  в  почве,  вызываемые  наведенными 
электромагнитными полями.  
С  целью  комплексного  анализа  токов,  иницииру-
ющих  процессы  электрохимической  коррозии,  разра-
ботана  универсальная математическая модель, позво-
ляющая  оценить  качественно  и  количественно  токи 
утечки по элементам конструкции  опоры и токи рас-
текания в почве. [1-3]. Ее отличие от известных моде-
лей,  описывающих  электрохимическую  коррозию  в 
виде уравнений электрохимических реакций и не поз-
воляющих  оценить  влияние  конкретных  факторов 
электрохимической  коррозии  для  конкретных  кон-
струкций  опор  ВЛЭП  [4-6],  заключается  в  том,  что 
использованы  классические  методы  теоретических 
основ  электротехники  [7].  Эти  модели  могут  быть 
применены для любых конструкций опор.  
Для  разработанной  модели  опоры  типа  ПБ-500 
определены величины наводимых ЭДС и токи, проте-
кающие  по  элементам  опоры,  расчетная  величина 
которых составляет 40-50 мА. 
Известно,  что  наиболее  эффективным  методом 
борьбы  с  электрохимической  коррозией  является  ка-
тодная защита [4-6], однако создание катодной защи-
ты  для  элементов  конструкции  каждой  опоры  ВЛЭП 
связано  со  значительными  трудностями,  обусловлен-
ными  отсутствием  маломощных  источников  электро-
питания. 
С  целью  анализа  возможностей  использования 
наведенной  энергии  для  электропитания  катодной 
защиты,  методов  уменьшения  процессов  электрохи-
мической  коррозии,  а  также  оценки  адекватности 
разработанной  модели  были  проведены  эсперимен-
тальные исследования на действующей ВЛЭП. 
Экспериментальные  исследования  осуществля-
лись  в  соответствии  с  разработанной  Программой,  в 
которой  предусмотрены  измерения  наведенных 
напряжений и токов утечки, а также термографирова-
ние элементов конструкции. 
Место проведения эксперимента – участок линии 
№ 5138 Нура-Агадырь, на напряжение 500кВ. 
В результате экперимента с помощью амперметра 
клещевого  типа  были  определены  токи  в  контуре, 
образуемом верхней траверсой опоры и оттяжками. 
С  целью  определения  возможностей  использова-
ния наведённой энергии в контуре, образуемом верх-
ней траверсой опоры, оттяжками и U-образными бол-
тами, для электропитания катодной защиты, выполне-
ны экспериментальные исследования по определению 
падения  напряжения  на  полупроводниковых  диодах, 
размещённых между оттяжками опоры. Схема распо-
ложения  диодов  и  приборов,  регистрирующих  вели-
чину  среднего  значения  тока,  протекающего  через 
диоды, представлена на рисунке 1.  
Полученные результаты измерений величин тока в 
оттяжках и напряжений между оттяжками, а также его 
статические характеристики представлены в таблицах 
1-
2 и на рисунке 2. 
 
Таблица  1  –  Статические  характеристики  тока  в  от-
тяжках, мА 
№ опоры 
244 
252 
Оттяжка №1  
5,0/10 
49/80 
Оттяжка №2  
50/60 
58/42 
Оттяжка №3  
7,0/7,0 
8,5/9,0 
Оттяжка №4  
51/65 
50/17 
 
Таблица 2 – Статические характеристики напряжения 
между оттяжками, расположенными с одной стороны, 
В 
№ опоры 
244 
252 
Напряжение между 1 и 2 оттяжками  
0,29 
0,23 
Напряжение между 3 и 4 оттяжками  
0,25 
0,196 
 
В
 
1  2016 
117 
 

 
 
1 – 
железобетонные плиты крепления тросовых оттяжек; 2 – токоизмерительные приборы;  
3 – 
тросовые оттяжки; 4 – опоры ВЛЭП; 6 – токоведущие провода ВЛЭП; 8 – перемычка между  
тросовыми оттяжками; 8 – полупроводниковый диод; 9 – тросовые зажимы типа КС 
Рисунок 1 – Схема измерения токов в оттяжках и перемычке 
 
 
Рисунок 2 – Нагрузочная характеристика наведённой энергии в контуре 
 
Измерения тока выполнялись раздельно в каждом 
тросе оттяжки (каждая оттяжка на опорах портального 
типа состоит из двух тросов). 
Измерения  проводились  в  феврале  в  пасмурную 
погоду, небо закрыто низкой плотной облачностью. 
Нагрузочная  характеристика  наведённой  энергии 
в  контуре,  образуемом  верхней  траверсой  опоры  и 
оттяжками, расположенными с одной стороны опоры, 
имеет вид, представленный на рисунке 2. 
Напряжение,  наведённое  в  контуре,  образуемом 
оттяжками  №1,  №2,  №3  и  №4,  а  также  верхней  тра-
версой опоры при среднем измеренном значении тока 
в контуре меньше 5 мA, увеличивается до 0,3 В. При 
токе  в  контуре  до  130  мA,  напряжение  изменяется 
незначительно.  С  увеличением  наведенного  тока  до 
130 мA напряжение уменьшается до 0,23 В. Дальней-
шее увеличение тока до величины 194 mA, приводит к 
уменьшению напряжения до 0,196 В. 
Напряжение, наводимое в контуре, определяется в 
основном его геометрическими размерами, простран-
ственным расположением контура относительно токо-
ведущих  проводов  ВЛЭП  и  магнитными  характери-
стиками  контура.  Вышеперечисленные  параметры 
остаются  одинаковыми  для  всех  опор  портального 
118 
Труды университета 
 

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
типа аналогичной конструкции. В связи с этим можно 
принять, что напряжение, наводимое в контурах дру-
гих опор, будет близко по величине к значению 0,3 В, 
что позволит применять диоды для уменьшения токов 
утечки в оттяжках. 
Для  определения  динамических  характеристик 
наведённой  электроэнергии  осциллографировалось 
напряжение между оттяжками.  
Осциллограмма напряжения, полученная на опоре 
№252 между оттяжками 1 и 2, представлена на рисун-
ке 3. 
Напряжение  наведённой  электроэнергии  в  за-
мкнутом  контуре,  образуемом  оттяжками  и  верхней 
траверсой  опоры,  имеет  синусоидальную  форму.  Со-
ставляющая  напряжения,  наведённая  разрядным  то-
ком,  образуемым  электродуговыми  процессами  по 
поверхности  штыревых  изоляторов,  а  также  корони-
рованием токоведущих проводов ВЛЭП, не превыша-
ет  5%  от  амплитудного  значения  напряжения,  наве-
дённого в разомкнутом контуре. 
С  целью  выявления  металлических  элементов 
конструкции  опор  портального  типа  с  повышенной 
температурой,  нагрев  которых  вызван  токами  наве-
дённой электроэнергии, выполнено их термографиро-
вание.  Полученная  информация  позволила  уточнить 
контуры  протекания  наведённого  тока  и  выполнить 
анализ  сравнительных  характеристик  тепловой  мощ-
ности наведённой энергии.  
Результаты  термографирования  представлены  на 
рисунке 4.  
Численные  значения  градиента  превышения  тем-
пературы, элементов конструкции опор, представлены 
в таблице 3. 
Градиент  превышения  температуры  анализируе-
мых  элементов  конструкции  опор  портального  типа 
по отношению к температуре воздуха представлен на 
рисунке 5.  
Наиболее высокая температура  у верхней травер-
сы опоры и нижнего стакана стойки опоры. Превыше-
ние  температуры  самой  стойки  значительно  меньше, 
что  объясняется  низкой  теплопроводностью  бетони-
рованного каркаса стойки. В связи с этим максималь-
ная активная мощность, расходуемая на нагрев, выде-
ляется  в  контуре,  образуемом  верхней  траверсой  – 
двумя  вертикальными  стойками  опоры  и  земляным 
грунтом между стойками опоры. 
 
 
Рисунок 3 – Осциллограмма напряжения между оттяжками №1 и №2 опоры №252 
 
а) 
 
б) 
 
Рисунок 4 – Термограммы металлических элементов конструкции опоры № 252, где  
а) тепловое излучение треверсы, б) тепловое излучение U-образного болта 
1  2016 
119 
 

 
Таблица 3 – Численные значения приращений температуры в металлических элементах конструкции опоры, гр. С 
№  
опоры 
Верхняя  
траверса 
Вертикальная  
стойка опоры 
Нижний стакан  
стойки опоры 
U-
образный болт  
крепления оттяжек 
Штыревой  
изолятор 
Токоведущий  
провод 
252 
8,5 
4,8 
5,4 
5,0 
3,2 
3,2 
 
 
Рисунок 5 – Области распределения градиента температуры по элементам конструкции  
анализируемых опор портального типа 
 
Следующим  элементом  конструкции  опоры  по 
мощности  выделения  тепловой  энергии  является  U-
образный  болт  крепления  оттяжек.  Величина  превы-
шения температуры над окружающей средой всего на 
1°
С меньше, чем  у элементов рассмотренного конту-
ра.  
Экспериментально  установлено,  что  металличе-
ские  элементы  конструкции  опоры  ПБ-500,  преобра-
зующие  наведённую  энергию  в  тепло,  представляют 
собой три следующих контура: 
- 
верхняя  траверса  опоры;  левая  и  правая  стойки 
опоры и их заземляющие контуры; 
- 
верхняя траверса опоры; оттяжки №1 и №2 (ри-
сунок 2) и два U-образных болта крепления оттяжек с 
одной стороны опоры; 
- 
верхняя траверса опоры; оттяжки №3 и №4 (ри-
сунок 2) и два U-образных болта крепления оттяжек с 
другой стороны опоры. 
Наведённая энергия во втором и третьем контурах 
расходуется  не  только  на  нагрев,  но  и  является  со-
ставляющей электрохимической коррозии металличе-
ских  элементов  анкерного  крепления  опор,  располо-
женных под землёй. 
В  результате  экспериментальных  исследований 
установлено  наличие  замкнутых  электромагнитных 
контуров,  образуемых  конструктивными  элементами 
опоры. Эти контуры соответствуют расчетным в раз-
работанной универсальной модели
.
 
Расхождение между расчитанной величиной токов 
и  полученной  экспериментально  составило  15-20%, 
что подтверждает адекватность разработанной модели 
с точностью, достаточной для инженерных расчетов. 
Таким образом, в процессе эксперимента получе-
ны следующие результаты: 
1. 
Величины  падения  напряжений  наведенной 
энергии  обеспечивают  открытие  диодов,  размещен-
ных  в  перемычках  между  тросовыми  оттяжками,  но 
мощности наведенной энергии недостаточно для элек-
тропитания катодной защиты. В то же время, включе-
ние  в  оттяжки  перемычек  с  диодами  позволяет  сни-
жать  величины  токов  утечки  и,  следовательно, 
уменьшить  интенсивность  электрохимической  корро-
зии. 
2. 
Методами термографирования установлено, что 
металлические элементы конструкции  опоры ПБ-500, 
преобразующие  наведённую  энергию  в  тепло,  обра-
зуют три замкнутых электромагнитных контура. 
3. 
Выполненные  измерения  в  замкнутых  электро-
магнитных контурах подтвердили адекватность разра-
ботанной  универсальной  модели  токов  утечки  и  рас-
текания,  что  позволяет  ее  применять  для  анализа  и 
совершенствования конструкции опор ВЛЭП, направ-
ленного  на  снижение  интенсивности  электрохимиче-
ской коррозии. 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.  Voytkevich S., Breido I. Modeling and Experimental Studies of Leakage Currents and Currents Spreading on the Elements of a 
High-Voltage Support. Symposium Automated Systems and Technologies St. Petersburg, Russia. 25-26 May 2015., pp. 121-126. 
2.  Voytkevich S., Breido I., Kaverin V. Universal Mathematical Model of Leakage Currents  and Currents Spread on Elements of 
High-Voltage Pillar. In Annals of DAAAM for 2014& Proceedings of 25th International DAAAM Symposium. Vienna: 
DAAAM International, 2014. ISBN 978-3-901509-73-5. ISSN 1726-9679. 
120 
Труды университета 
 

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
3. 
Войткевич С.В., Вяткин В. Разработка универсальных моделей для исследования токов  утечки и токов растекания по 
элементам высоковольтных опор // Всероссийская научно-практическая конференция «Информационно-телекоммуника-
ционные системы и технологии» (ИТСиТ-2015), 16-17 октября 2015 г. 
4.  Tolstaya M.A., Ioffy E.I., Potemkinskaya I.V. Effect of AC Power Frequency on Galvanic Corrosion of Steel. Collection «Gas 
case», issue 3. TsNIIENeftegaz, 2003, pp. 3-17. 
5.  Tolstaya M.A., Ioffy E.I., Potemkinskaya I.V. Electrochemical Corrosion of Steel Underground Structures AC Power Frequency. 
Collection «Gas case», issue 3. TsNIIENeftegaz, 2004, pp. 19-26. 
6. 
Захаров А.А., Попов В.В., Николашкин С.В. Разработка математической модели и рекомендаций по надежной эксплуа-
тации ВЛ-110 кВ на участке «Якутск-Чурапча-Хандыга» // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. 
М.К. Амосова. Том 2. № 4. 2005. – С. 94-99. 
7. 
Иванова, С.Г. Теоретические основы электротехники. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: конспект лекций / С.Г. Иванова, 
В.В. Новиков. – Электрон. дан. (4 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. 
 
 
УДК 004.932 
 
Построение биометрических шаблонов лица 
с помощью применения алгоритма 
активных моделей внешнего вида 
 
ИЛЬЯСОВА А.К., магистрант,  
ЭТТЕЛЬ В.А., к.т.н., доцент, 
Карагандинский государственный технический университет, кафедра ИТБ 
 
Ключевые  слова:  резонансный  трансформатор,  импульсное  возбуждение,  индуктор,  индуктивный  резо-
натор, экспериментальные исследования. 
 
татья  посвящена  описанию  системы  идентифика-
ции  сотрудников  на  предприятии,  разрабатывае-
мой в рамках магистерской диссертации «Исследова-
ние  и  разработка  комплексной  автоматизированной 
системы  идентификации  персонала  предприятия». 
Актуальность темы заключается в повышении эффек-
тивности и безопасности пропускных систем. 
Система представляет собой комплекс взаимодей-
ствующих  между  собой  технических  и  программных 
средств.  Функционирование  системы  обеспечивают 
следующие аппаратные средства: компьютер, весовая 
платформа, видеорегистратор и устройство для чтения 
персональных  карт  сотрудников.  Программное  обес-
печение  реализовано  за  счет  непосредственно  про-
граммного  приложения  автоматизации  всего  органи-
зационного  процесса,  программного  обеспечения, 
необходимого  для  функционирования  весовой  плат-
формы, а также требуемых драйверов.  
Алгоритм  работы  системы  заключается  в  следу-
ющем: 
1) При входе на территорию предприятия сотруд-
ник  встает  на  весовую  платформу  в  определенное 
положение,  которое  обеспечит  фиксацию  изображе-
ния  его  лица  и  одновременно  вставляет  свою  персо-
нальную карту-пропуск в специальный слот. Система 
проверит  полученное  изображение  с  изображением, 
хранящимся  на  карте  сотрудника,  и  зафиксирует  вес 
сотрудника в базе данных предприятия. 
2) При выходе с территории предприятия сотрудник 
встает на весовую платформу, которая вновь фиксирует 
вес сотрудника. Система сравнивает полученный вес с 
весом сотрудника, зафиксированном при входе. 
Такой  метод  позволит  обнаружить  несанкциони-
рованный вынос с территории  объекта материальных 
ценностей,  а  также  зафиксировать  факт  оставления 
предметов на охраняемой территории.  
В  процессе  исследовательской  работы  решаются 
следующие задачи: 
- 
определение  разумных  пределов  допустимой 
разницы изменения веса в течение дня; 
- 
расчет  пропускной  способности  одной  системы 
для предприятий с разной численностью работающих; 
- 
расчет оптимального количества систем, необхо-
димых для предприятий с разной численностью рабо-
тающих; 
- 
определение  влияния  изменений  внешних  дан-
ных сотрудников (прическа, наличие головного убора 
или аксессуара, загар, макияж и т.д.) на качество био-
метрической идентификации; 
- 
определение  допустимого  порога  распознавания 
в связи с учетом факторов предыдущего пункта; 
- 
определение вероятности возникновения ошибок 
FAR/FRR (коэффициентов ложного пропуска/ложного 
отказа  в  доступе)  при  биометрической  идентифика-
ции. 
В качестве биометрической характеристики иден-
тификации  личности  сотрудников  была  выбрана  гео-
метрия  лица.  Биометрическое  распознавание  лица 
может не требовать специальной технической аппара-
туры. Изображение лица сотрудника можно получить 
с обычной WEB-камеры. Следовательно, реализация и 
внедрение данной системы не будет  сопряжено с ря-
дом технических или финансовых трудностей.  
В данной системе в основе биометрического рас-
С
 

жүктеу/скачать 9,16 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: