Вісник № 02. Енергетика: надійність та енергоефективність

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/62388

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 16 з 16

Автоматизовані системи обліку і якості електроенергії усистемах електропостачання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гапон, Дмитро Анатолійович; Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Рудевіч, Наталія Валентинівна
В статті показано, що дані,які збирає автоматизована система комерційного обліку електричної енергії,є ансамблем добових реалізацій випадкових процесів електроспоживання системи електропостачання. Основна мета використання автоматизованихсистема комерційногота технічногообліку електричної енергії: зменшення витрат електроенергії. Але зазначається, що від операторів автоматизованих робочих місць залежить ефективність використання даних автоматизованоїсистемикомерційного обліку електричної енергії, оперативність та правильне управління енергоспоживанням. Враховуючи стрімке вдосконалення як технічних засобів, так і математичних методів, які можуть бути застосовані для вирішення питань підвищення енергоефективності, виникає необхідність перетворення систем дистанційного збору даних із лічильників електричної енергії з урахуванням якості у вимірювально-інформаційну структуру, яка здатна не лише збирати дані з лічильників електричної енергії, а й їх аналізувати. Наводиться основний метод виявлення недообліку –балансовий метод. На базі балансового методу пропонується автоматично розраховувати небаланс по кожній секції лінії 6, 10 або 110 кВ головних знижувальних підстанцій та розподільних пунктів з урахуванням кількості та класів точності приладів комерційного та технічного обліку.
Вплив клапанного ефекту на енергоефективність шарових газодинамічних систем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Крівенко, Сергій Вікторович
На енергоефективність газодинамічних процесів шарових систем істотно впливають напрямок руху газів та властивості зернистого шару, які мають бути враховані у формулі Дарсі-Вейсбаха. Складний вигляд закономірності коефіцієнта опору від частки дрібних фракцій у шарі обґрунтовується хвилеподібною формою каналів, у яких розміщуються дрібні фракції. Однак, дане явище також може бути обґрунтовано примусовою міграцією дрібних частинок усередині порожнин шару під впливом рухомих газів. Досліджено вплив рухливості частинок під час продування повітрям розділених та змішаних зернистих шарів на коефіцієнт газодинамічного опору. Для монофракційних шарів спостерігали плавне зниження величини коефіцієнта зі збільшенням витрати повітря до переходу шаруврежим псевдозрідження. Для розділених шарів виявлено злами, зумовлені формуванням малопроникної ділянки за рахунок розміщення дрібних фракцій у вузьких місцях між великими. Наявність такого зламу залежить від співвідношення розмірів частинок та їхньої шорсткості. Збільшення тиску під шаром забезпечує поступове переміщення дрібних фракцій вгору порожнечами між великими фракціями. Зверху утворювався шар із дрібних кульок та втрати тиску в усьому шарі стали приблизно вдвічі вищими, ніж для розділеного шару.
Вплив низької якості електричної енергії на роботу електрообладнання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Бедерак, Ярослав Семенович; Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Дем'яненко, Роман Ігорович; Карпалюк, Ганна Ігорівна
Розглядається один із параметрів якості електричної енергії –провали напруги. Описується вплив провалів напруги в мережах промислових підприємств і їх вплив на обладнання промислових підприємств. Саме технологічні процесидуже залежні від впливу провалів напруги, для яких короткочасні зупинки, перерви та зміни швидкості технологічних циклів призводять до незворотних втрат і тривалого часу для повторних запусків.Наведені причини провалів напруги, що зазвичай відбуваються через несправності в мережах загального доступу або електроустановках споживачів. Провали напруги є показниками якості електроенергії, що найчастіше зустрічаються, які впливаютьна роботу саме промислового обладнання. Також вразливими для провалів напруги є потужні силові напівпровідникові пристрої, забезпечені мікропроцесорами, такі як інвертори, зарядні пристрої батарей та джерела живлення, які поганопереносять короткочасні (50–200 мс) провали та відключення напруги живлення з подальшим його поверненням. Для можливості проведення дослідження впливу було проведено групування обладнання по чутливості до провалів напруги. Показано типи обладнання за максимально допустимою тривалістю провалу. За результатами проведення досліджень було запропоновано заходи, що мінімізують наслідки провалів напруг у мережах промислових підприємств. Окремо визначено, що провали напруги призводять до кидків пускового струму, що також негативно впливає на мережу живлення,приводячи до ще більших провалів напруги, що позначається на стійкості роботи інших споживачів.І як рекомендація для механізмів електродвигунів з легкими умовами пуску рекомендовано застосовувати систему імпульсно-фазового керування, що дозволяє регулювати уставки струмообмеження, а для виконавчих механізмів приводів з важкими умовами пуску рекомендовано застосовувати частотний пуск синхронних електродвигунів, здатний автоматично підтримувати необхідний момент на валу двигуна та струм споживання.
Дослідження перевантажувальної здатності силових кабелів середньої напруги із зшитою поліетиленовою ізоляцією
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Золотарьов, Володимир Михайлович; Антонець, Станіслав Юрійович; Обозний, Андрій Леонідович; Антонець, Юрій Опанасович; Гонтар, Юлія Григорівна; Щебенюк, Леся Артемівна; Кєссаєв, Олександр Геннадійович
В роботі розглянуто сучасний нормативний підхід до визначення навантажувальної здатності силових кабелів зізшитою поліетиленовою ізоляцією та запропоновано застосування моделі визначення допустимих струмових навантажень конкретного кабелю середньої напруги з ізоляцією зізшитого поліетилену для дослідження його перевантажувальної здатності в умовах виробництва, розглянуто результати її експериментальної перевірки. Силові кабелі з ізоляцією зі зшитого поліетиленумають безперечні переваги перед традиційними маслонаповненими, що зумовило їх повсюдне застосування у всіх розвинених країнах і помітне скорочення використання інших типів кабелю. Актуальність дослідження зумовлена зміною методів випробування напругою кабелівзізшитою поліетиленовою ізоляцієюв усьому світі. В стаціонарному тепловому режимі(100 % коефіцієнт навантаження) за діючими міжнародними стандартами IEC (серія 60287) навантажувальну здатність визначають як гранично допустимий (номінальний) струм, який залежить від теплофізичних параметрів конкретного кабелю і від нормованих теплофізичних параметрів навколишнього середовища. Запропоновано використання математичної моделі, яка за рахунок поєднання конструктивних і теплофізичних параметрів конкретного кабелю з умовами зовнішнього середовища при прокладанні в повітрі, дозволяє визначати параметри стаціонарного теплового режиму кабелю за будь-якого тривалого струму навантаження.
Економічні збитки від низької якості електричної енергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Бедерак, Ярослав Семенович; Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Дяченко, Олександр Васильович; Захаренко, Наталя Сергіївна
Розглядаються проблеми підтримання якісних показників електричної енергії і, зокрема, провали напруги, а також наслідки провалів напруги у електричних мережах промислових підприємств. Наведено класифікацію електроприймачів за критичними ділянками з чутливості до провалів напруги. Описані основні заходи із запобігання технічним наслідкам впливу провалів напруги. Для забезпечення прогнозованого функціонування систем захисту необхідно проводити аналіз та готувати заходи щодо покращення якості електроенергії. Для цього успішно можуть використовуватися реєстратори з високим класом точності, вимірювання мають проводитися в характерних точках мережі, в центрах живлення, в точках загального приєднання споживачів. Наслідки від провалів напруги були розподілені за економічним збитком на підприємствах. Без загального урахування збитків від низької якості електроенергії неможливо коректно підрахувати економічний ефект від підвищення надійності технічних систем як при проєктуванні, так і в експлуатації. Тому запропоновано використовувати контекстуальні фактори енергетичної ефективності. Звідси отримано підхід до вибору заходів захисту від провалів напруг, що потребує урахування перевірки економічної ефективності технічних заходів. Таким чином, для вибору будь-якого з заходів захисту від провалів напруг, спочатку необхідно проаналізувати статистичні дані, розібратися з причиною відключення обладнання, а потім прийняти технічно і економічно обґрунтоване рішення щодо підвищення надійності електропостачання. Не виключено, що найбільш просте та ефективне рішення щодо захисту від провалів напруги може виявитися не в електричній, а в технологічній частині або в системі контрольно-вимірювальних приладів.
Експериментальні дослідження факторів впливу на генерацію сонячної електростанції
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мороз, Олександр Миколайович; Мірошник, Олександр Олександрович; Павлов, Андрій Олександрович; Савченко, Олександр Анатолійович; Тоберт, Михайло Юрійович
Інтенсивний розвиток мережевих сонячних електростанцій призводить до значних проблем управління та надійності роботи електричних систем країни, внаслідок стохастичного характеру погодних явищ, таких як хмарність, інтенсивність опадів, туман та інші. Тому прогнозування генерації сонячними електростанціями є важливим питанням як підвищення надійності роботи електричної системи країни, так і підвищення економічної ефективності функціонування сонячних електростанцій за рахунок зменшення штрафів за небаланси електричної енергії. Проведено експериментальні дослідження визначення впливу природних факторів, таких як кут сонця над горизонтом, температури фотоелектричних модулів, сонячної радіації, забрудненості поверхні модулів, кількості опадів та туману на генерацію мережевої сонячної електростанції потужністю 2,4 МВт, яка розміщена в Харківській області України.
Методика оцінки ресурсу енергетичного обладнання металургійних цехів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Важинський, Антон Іванович; Жуков, Станіслав Федорович
Прогнозування займає центральне місце в управлінні виробництвом та інфраструктурою. Розробка нових методів визначення залишкового ресурсу устаткування єважливимзавданням, спрямованим напідвищення ефективності використання промислових електротехнічних комплексів. Вирішення завдання достовірного визначення стану енергетичного обладнання в гірничо-металургійному комплексі дозволяє перейти від застарілої системи планово-попереджувальних ремонтів до обслуговування за станом агрегату. Складні технічні системи характеризуються складними нелінійними взаємодіями між складовими їх елементами, складними сценаріями причинно-наслідкових зв’язків між небезпечними, імовірнісними подіями та процесами, що відбуваються під час експлуатаціїцих систем. Як наслідок, розробляються методи та інструменти для оцінки механізмів зносу та управління ними у галузях з високим рівнем ризику. У статті наведено результати, пов’язані з розробкою методики оцінки залишкового ресурсу промислового обладнання.
Облік електроенергії при низькій її якості
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гапон, Дмитро Анатолійович; Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Зуєв, Андрій Олександрович; Донецька, Тетяна Сергіївна
Розглядається питання обліку електроенергії за низької її якості. Викликає особливу увагу перевірка схеми обліку приєднання при низькійякості електричної енергії. Показано, що конкретне схемне рішенняможе впливати на точність обліку електричної енергії за умови поганої якості електричної енергії. У розподільних мережах, призначених для електропостачання промислових підприємств реактивна потужність також активна. За наявності у споживача компенсуючих пристроїв напрями активної та реактивної потужності можуть бути протилежними. Зазначається, що трансформатори струму, вибрані з урахуванням струму короткого замикання або характеристик релейного захисту, не забезпечують точність обліку через підвищений коефіцієнт трансформації, що змушує встановлювати додатковий комплект трансформаторів струму або переносити лічильники в іншу точку мережі. Таким чином справжній коефіцієнт трансформації трансформатора струму дещо відрізняється від номінального, а вектор вторинного струму утворює з вектором первинного деякий кут. Похибка по напрузі проявляється у деякому зменшенні вторинної напруги при навантаженні. Кутова похибка характеризується деяким кутом між векторами первинної тавторинної напруги. Значення похибок залежать від потужності навантаження трансформатора. Граничнодопустиме значення падіння напруги трансформатора визначає клас точності. Для кожного класу точності встановлюється номінальна потужність. Таким чином, трансформатор напруги в залежності від навантаження може працювати в різних класах точності.Зміна класів точності призводить до похибок у вимірах приладів обліку і потребує відповідної корекції.Стаття розкриває причини виникнення таких похибок, що дозволяє розробити методики, і як наслідок, створити прилади із запобігання описаних похибок приладів обліку.
Особливості технології виготовлення силових високовольтних кабелів з термопластичною полімерною ізоляцією
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гринишина, Маргарита Володимирівна
Проблема високовольтних силових кабелів пов’язана зі складними технологічними процесами при їх виготовленні. Одним із головних процесів при виготовленні кабелів є екструзія. Існує величезна кількість параметрів (відомих як параметри процесу) на стадії процесу екструзії, які безпосередньо впливають на експлуатаційні характеристики ізоляції та кабелю в цілому. Показано, що для процесу екструзії важливими параметрами процесу є температура розплаву, швидкість, тиск, швидкість шнека, тип використовуваної матриці та середовище, яке охолоджує, в екструдері. Температура та тиск розплаву є одними з найбільших важливих параметрів в процесі екструзії, які визначають продуктивність процесу. Проаналізовано вплив температури, тиску та коливання цих параметрів на комплекс механічних та електричних характеристик кабелю. Обґрунтовано, що реологічні властивості полімерів схильні до коливань, що викликає проблеми у виробництві кабелів. Складність і велика кількість параметрів процесу, задіяних у виробництві кабелів, ускладнюють процес контролю, що обумовлює появу дефектів у вигляді тріщин, повітряних порожнин і пористості у високовольтній ізоляції. Аргументовано, що застосування силових кабелів з ізоляцією на основі зшитого поліетилену, який є термореактивним ізоляційним матеріалом, обумовлює складність перероблення як на стадії виготовлення, так і в експлуатації. Розвиток технології впровадження термопластичної ізоляції забезпечує вторинну переробку для реалізації проєктів силових високовольтних кабелів змінного та постійного струму. Представлено порівняльний аналіз електричних, механічних та теплових параметрів зшитого поліетилену та термопластичних полімерів в якості альтернативи термореактивної ізоляції. В статті наводяться особливості технологічного режиму екструзії полімерної ізоляції на основі термоеластопластів, зокрема, композицій поліпропілену, що обумовлено меншими значення коефіцієнту теплопровідності таких композицій в порівнянні з поліетиленом.
Порівняльний аналіз інтенсивності старіння масла в трансформаторах напругою 110 кВ та автотрансформаторах напругою 330 кВ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Пономаренко, Сергій Григорович
Наведено результати аналізу інтенсивності старіння трансформаторних масел у трансформаторах напругою 110 кВ та автотрансформаторах напругою 330 кВ. Використовуючи математичну модель дисперсійного аналізу лінійної регресії (модель коваріаційного аналізу), стосовно результатів періодичних випробувань по 231 трансформатору напругою 110 кВ і 49 автотрансформаторам напругою 330 кВ виконана перевірка кількох статистичних гіпотез, що дозволяють оцінити інтенсивність дрейфу показників масел в процесі тривалої експлуатації трансформаторів. В якості статистичних гіпотез перевірялися: гіпотеза про наявність значущого систематичного зміщення значень показників масел у процесі тривалої експлуатації, що дозволяє оцінити наявність процесів старіння трансформаторних масел. Гіпотеза про рівність частинних кутових коефіцієнтів для регресійних моделей, побудованих за результатами випробувань для кожного з показників масел в окремих трансформаторах (лінії регресії паралельні), що дозволяє оцінити наявність відмінностей в інтенсивності старіння масел в окремих трансформаторах.
Пошук оптимального засобу моделювання електричного поля ізоляторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Шевченко, Сергій Юрійович; Данильченко, Дмитро Олексійович; Потривай, Андрій Едуардович; Дривецький, Станіслав Ігорович ; Білик, Сергій Юрійович
У статті проаналізовано програмні засоби моделювання електричного поля ізоляторів. Необхідність вирішення даного питання диктується тим, що неточність програм моделювання дозволяє стверджувати, що покращення імітаційної моделі не може бути виконане правильно через наявність похибок розрахунку в самій програмі. Розглянуто конструктивні особливості різних типів ізоляторів, в першу чергу найбільш розповсюджених та використовуваних –фарфорових та скляних. Описано зміну електричного поля в скляному та фарфоровому ізоляторі, що працюють в мережі змінного струму без забруднень. Проаналізовано чисельні методи розрахунку як-от метод граничних елементів, метод скінчених елементів, метод інтегральних рівнянь та інші. Виявлено, що з погляду функціональних можливостей та доцільності застосування для вирішення польових задач, актуальних для електроенергетики, найбільш універсальними є метод скінчених різниць та метод скінчених елементів.
Підвищення ефективності визначення параметрів тролейних шинопроводів на основі польового моделювання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Безверхня, Юлія Сергіївна; Коцур, Михайло Ігорович; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Коцур, Ігор Михайлович
Сучасні системи цехового електропостачання можуть мати значну довжину. Томуїх параметри та електричні характеристики істотно впливають на якість електроенергії, режими роботи електроприймачів та енергоефективність технологічних процесів. Існуючі в інженерній практиці методики розрахунку параметрів та характеристик шинопроводів засновані на методах схемного моделювання. Параметри схем зазвичай визначаються на основі узагальнених рівнянь. Ці рівняння отримані внаслідок низки припущень, що обмежує область їх використання. Альтернативою методикам, заснованих на емпіричних залежностях може бути застосування методів розрахунку електричних параметрів та характеристик на основі польового моделювання. Таким чином, в роботі було запропоновано математичну модель електромагнітних процесів в активних елементах тролеїв шинопровода, що враховує конструктивні параметри, нелінійність магнітних властивостей, вплив гармонійних складових струмів і напруг.
Підвищення ефективності промислових зразків кремнієвих сонячних елементів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Зайцев, Роман Валентинович; Кіріченко, Михайло Валерійович; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Дроздов, Антон Миколайович; Шкода, Дмитро Сергійович
Досліджено можливості збільшення коефіцієнта корисної дії більш ніж на 20% для кремнієвих фотоелектричних перетворювачів китайського виробництва. Методом комп’ютерного моделювання встановлено, що час життя нерівноважних носіїв заряду, який становить 520 мкс, реалізований у таких фотоелектричних перетворювачах, не обмежує можливості підвищення їх ефективності більш ніж на 20%. Показано, що збільшення щільності фотоструму до 43,1 мА/см² призводить до збільшення коефіцієнта корисної дії до 20,1%, а зниження густини струму насичення діода до 3,1∙10⁻¹⁴ А/см² призводить до збільшення коефіцієнта корисної дії до 20,4%. Одночасна зміна цих характеристик діода призводить до збільшення коефіцієнта корисної дії до 23,1%. У роботі запропоновано фізико-технологічні підходи до збільшення густини фотоструму та зменшення густини струму насичення діода у готових фотоелектричних перетворювачах.
Робота трансформатора при низькій якості електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Бедерак, Ярослав Семенович; Гриб, Олег Герасимович; Карпалюк, Ігор Тимофійович; Швець, Сергій Вікторович; Янчик, Олександр Григорович
Розглядаються зміни якісних параметрів електропостачання з точки зору пов’язаності рівня напруги,її перепадів і нерівномірності (провалів) із активною і реактивною потужностями. В роботі розглядаються статичні характеристики навантаження у вигляді поліномів другого порядку в залежності від напруги. Авторами використовуються регулюючі ефекти активного та реактивного навантаження відповідно до напруги, що показуютьна скільки відсотків змінюється вихідна потужність при відхиленні напруги. Авторами приймається обмеження на величину втрат потужності у споживача, що перерахована у регулюючих ефектах навантаження. Таким чином задається і діапазон зменшення напругидля промислового навантаження. За умови, що в електричних системах застосовуються пристрої компенсації реактивної потужності, призначені,насамперед,для розвантаження мереж від реактивних струмів, в результаті виконання компенсаціяреактивної потужності може дати негативний ефект збільшення сумарного електроспоживання. Основна мета статті–показати можливість мінімізації втрат активної і реактивної потужності у трансформаторах з регулюванням рівня напруги в мережі. Втрати потужності в силовому трансформаторі складаються із втрат холостого ходу та навантажувальних втрат. Втрати холостого ходу обумовлені втратами сталі від вихрових струмів і втратами на гістерезис. Втрати навантаження в трансформаторі пропорційні квадрату струму навантаження. В статті визначається оптимальна напруга на вході трансформатора, при якій сумарні втрати активної потужності трансформатора будуть мінімальними. Аналітично визначено втрати потужності залежно від відносного рівня напруги через прирівнення похідної втрат за напругою до нуля. Таким чином отримано співвідношення мінімізації втрат електроенергії у трансформаторі по середньому рівню напруги на вході трансформатора, який відповідає мінімуму втрат електроенергії в трансформаторі при змінному навантаженні.
Розпізнавання перегрівів у різних діапазонах температур у високовольтному маслонаповненому обладнанні за результатами аналізу розчинених у маслі газів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Кулик, Олексій Сергійович
Однією з істотних проблем, які багато в чому визначають експлуатаційну надійність силових трансформаторів і, в ряді випадків,надійність постачання споживачів електричною енергією, є старіння парку даного обладнання. Тому завдання розробки, а також удосконалення методів діагностики, що дозволяють виявляти пошкодження високовольтних силових трансформаторів на ранній стадії, є актуальним і практично значущим.Одним з найбільш поширених методів неруйнівної діагностики, який дозволяє виявити до 90% всіх можливих дефектів високовольтного маслонаповненого обладнання, є метод аналізу розчинених в маслі газів. На сьогодні, для розпізнавання перегрівів у різних діапазонах температурза результатами аналізурозчинених в маслі газів більшістю відомих стандартів і авторських методик використовується кілька діагностичних критеріїв.Проте в даних стандартахі методиках наявні суттєві відмінності в значеннях діагностичних критеріїв, що не дозволяють однозначно поставити діагноз для одних і тих же даних при використанні різних стандартів таметодик. Оскільки локальні перегріви окремих ділянок ізоляції і елементів конструкції високовольтних силових трансформаторів є одним з поширених типів дефектівітакі дефекти можуть розвиватися протягом декількох років,їх розвиток представляє серйозну небезпеку для ізоляції трансформаторів.
Розробка накопичувача енергії для високовольтного електромагнітного генератора імпульсів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Шкода, Дмитро Сергійович; Кіріченко, Михайло Валерійович; Зайцев, Роман Валентинович; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Білик, Сергій Юрійович
Останнім часом при розробці накопичувачів енергії багато уваги приділяється електромагнітній стабільності, що надає можливість підтримувати робочі параметри під час впливу електромагнітних імпульсів та наслідків від їх взаємодії. Питання забезпечення електромагнітної стабільності ектронного обладнання, пов’язане з тим, що під впливом електромагнітних імпульсівв електронних та електричних схемах виникають імпульси перенапруги, в залежності від характеру походження електромагнітних імпульсів, відстані від джерела електромагнітних імпульсівдо компонентів апаратного комплексу значення амплітуди, час наростання і тривалість імпульсів можуть змінюватися. Саме тому длясучасних досліджень залишається надзвичайно актуальним завдання створення високоенергетичних генераторів електромагнітних імпульсів. Основним напрямком використання таких генераторів є вивчення взаємодії тонкоплівкових шарів напівпровідникових матеріалів з високоенергетичними електромагнітними імпульсами та розробка елементів захисту адіоелектронного обладнання від впливу електромагнітних імпульсів.