Буряк А.Р. Резистивне заземлення нейтралі розподільної мережі 20 кВ. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертацію присвячено розв’язанню науково-прикладних задач обґрунтування, моделювання та оптимізації режимів роботи розподільних електричних мереж напругою 20 кВ із резистивним заземленням нейтралі. Актуальність роботи зумовлена переходом енергосистем України до класу напруги 20 кВ, інтеграцією відновлюваних джерел енергії та впровадженням концепції Smart Grid, що вимагає підвищення надійності та електробезпеки мереж.
У першому розділі проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку мереж 20 кВ, зокрема режими заземлення нейтралі (ізольований, компенсований, резистивний). Показано, що ізольована нейтраль спричиняє небезпечні перенапруги, компенсована – складна в реалізації та має обмежену селективність захисту. Обґрунтовано переваги резистивного заземлення як компромісного рішення за критеріями надійності, безпеки та економічності. Проаналізовано міжнародний досвід (Німеччина, Франція, Польща, скандинавські країни), який підтверджує ефективність цього підходу.
Другий розділ присвячено методології дослідження. Запропоновано комплексний підхід, що поєднує математичне моделювання післяаварійних режимів у MATLAB/Simulink і DIgSILENT PowerFactory з методами інтелектуального аналізу даних. Для обробки результатів застосовано кластеризацію (K-Means, DBSCAN, ієрархічні методи), що дозволило сформувати типові сценарії аварій та виявити закономірності зміни режимних параметрів. Обґрунтовано ефективність кластерного аналізу для визначення оптимальних діапазонів опору нейтралі.
У третьому розділі розроблено математичну модель типової розподільної мережі 20 кВ з урахуванням топології, параметрів ліній, трансформаторів, навантаження та розподіленої генерації. Проведено чисельні експерименти для різних сценаріїв однофазних замикань на землю. Встановлено, що оптимальний вибір опору резистора знижує струми замикання, обмежує перенапруги та забезпечує коректну роботу релейного захисту. Визначено, що середні значення опору забезпечують найкращий баланс між надійністю та електробезпекою. Кластерний аналіз дозволив виділити стійкі області роботи мережі та сформувати алгоритм підтримки прийняття рішень щодо вибору опору нейтралі.
У четвертому розділі розроблено практичні рекомендації для операторів систем розподілу, включаючи інтеграцію алгоритму в SCADA/ADMS та використання цифрового двійника мережі. Запропоновано підходи до адаптивного керування режимами, налаштування захисту та прогнозування аварій. Реалізація рекомендацій сприяє зниженню аварійності, покращенню якості електропостачання та безпеки експлуатації.
Наукова новизна полягає у вперше запропонованому застосуванні кластерного аналізу для оптимізації параметрів резистивного заземлення нейтралі мереж 20 кВ та розробленні алгоритму визначення оптимального діапазону опору з урахуванням характеристик конкретної мережі.
Практичне значення полягає у можливості впровадження результатів у проєктування та експлуатацію розподільних мереж України. Запропонований підхід підвищує надійність електропостачання, знижує рівень аварійності, обмежує перенапруги та сприяє інтеграції відновлюваних джерел енергії. Результати впроваджено у навчальний процес НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» та апробовано у наукових публікаціях.
Ключові слова: розподільні мережі, напруга 20 кВ, резистивне заземлення нейтралі, математичне моделювання, режимні параметри, інтелектуальні технології, нечітка кластеризація.
