2024 № 1 Енергетика: надійність та енергоефективність

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/79785

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 17

Методики розрахунку вологорозрядних характеристик ізоляторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шевченко, Сергій Юрійович; Данильченко, Дмитро Олексійович; Ганус, Роман Олексійович; Варв'янська, Вікторія Віталіївна
У статті представлено детальний аналіз та порівняння методів розрахунку вологорозрядної напруги ізоляторів. Початкова частина роботи присвячена короткому огляду принципів, що лежать в основі розряду у повітрі вздовж поверхні ізоляторів, що є ключовим аспектом для розуміння вологорозрядних процесів. Розглядаються дві основні методики розрахунку вологорозрядної напруги. Перша методика базується на формулі Теплера, яка потребує використання специфічних вихідних даних, що можуть бути отримані лише експериментально. Цей підхід, хоч і є класичним, утруднює його практичне застосування через складність отримання необхідних параметрів у реальних умовах. Друга методика, описана у літературі, опирається на загальнодоступні дані, що значно спрощує процес розрахунку. На основі цієї методики було створено автоматизований інструмент для розрахунку вологорозрядних характеристик ізоляторів. Використання цього інструменту дозволяє знизити залежність від експериментальних даних, забезпечуючи точні результати з мінімальними витратами часу та ресурсів. Для ілюстрації ефективності запропонованого інструменту було проведено розрахунок вологорозрядних характеристик для ізолятора типу ЛК 70-110. За результатами аналізу, вологорозрядна напруга для цього ізолятора становить 549 кВ, а напруженість – 2,1 кВ на сантиметр довжини шляху струму витоку. Ці показники співпадають з середніми значеннями, отриманими за допомогою першої методики, що підтверджує надійність і точність нової методики. Зроблені висновки свідчать про те, що друга методика розрахунку є повністю задовільною для стандартних розрахунків ізоляторів. Вона також може бути застосована у специфічних умовах, таких як підземні підстанції, де точність і оперативність є критично важливими. Таким чином, запропонована методика розрахунку може стати ефективним інструментом для інженерів та науковців, що займаються проєктуванням та аналізом ізоляційних систем. Ця робота робить значний внесок у розробку та вдосконалення методів оцінки вологорозрядних характеристик ізоляторів, що є важливим кроком до підвищення надійності електричних мереж та безпеки їх експлуатації.
Досвід розробки та використання тренажерів для професійної підготовки фахівців у галузі електроенергетики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Панфілов, Юрій Іванович; Шуріпа, Данило Андрійович
Розглянуті питання розробки тренажерів для навчання та тестування електроенергетиків та студентів електроенергетичних спеціальностей. Вони базуються на сучасних знаннях в галузі електроенергетики. Приведено основні характеристики тренажерів та вимоги до їх комп’ютерного забезпечення. Розробки реалізують нову методику практичного навчання та тестування електроенергетиків і можуть бути використані на всіх етапах підготовки інженера-електрика. Розглянуті тренажери базуються на поєднанні практичних і теоретичних знань електроенергетичної галузі. Метою розробок є активізація та підвищення ефективності навчального процесу за рахунок впровадження нових технологій навчання. Технічні можливості програмного забезпечення реалізують як індивідуальну, так і командну роботу студентів та електроенергетичного персоналу. Відзначено, що за останні роки на кафедрі передача електричної енергії Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” розроблено та впроваджено в учбовий процес два професійні тренажери, що реалізовані у вигляді двох лабораторних практикумів. Перший допомагає студентам вивчати основні положення Нормативної документації в електроенергетичній галузі, другий – правила та послідовність оперативних перемикань в електричних мережах. Крім того, фахівці визначають високу ефективність тренажерних систем на базі прецедентно-аналітичних моделей. Розглянуто тренажерну програму за циклом Демінга. Її основою є відома концепція постійного поліпшення якості "Плануй-Виконуй-Перевіряй-Дій" (Plan, Do, Check, Act). Для електроенергетичної галузі підхід на основі циклу Демінга може складатись з циклічного планування діяльності, виконання запланованих дій, перевірки отриманих результатів та корегування невідповідності очікуванням. Детально представлений прецедентно-сценарний метод конструювання тренажерної системи на базі програмної платформи системи тренування за циклом Демінга.
Розрахунок втрат електроенергії в розподільчих мережах при електропостачанні з використанням масляних та вакуумних вимикачів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Семенов, Анатолій Олексійович; Харак, Руслан Миколайович; Арендаренко, Володимир Миколайович; Бичков, Ярослав Михайлович
Запропоновано метод приблизної оцінки розрахунку втрат навантаження в розподільчих мережах від 6 до 10 кВ, а також для мереж нижчої напруги. Основна перевага цього методу полягає в тому, що середньоквадратичний струм розраховується лише один раз для серії розрахунків. Такий підхід значно скорочує час на проведення розрахунків та підвищує їх точність, оскільки усуває необхідність багаторазового визначення середньоквадратичного струму для кожного окремого розрахунку. Запропонований підхід сприяє кращому розумінню впливу різних факторів на втрати навантаження, що дозволяє здійснювати більш ефективне планування та управління розподільчими мережами. Це особливо важливо в умовах зростання навантаження на електричні мережі та підвищення вимог до їх надійності та ефективності. При розрахунках втрат електричної енергії в розподільчих мережах від 6 до 10 кВ широко застосовуються методи, які використовують узагальнені коефіцієнти електричних схем та режимів роботи у вигляді регресійних рівнянь. Найбільш значущі та незалежні фактори, такі як вхід активної енергії, загальна довжина лінії, кількість ділянок лінії, загальна кількість трансформаторів та їх загальна встановлена потужність повинні бути враховані та входять до розрахункового рівняння. Крім того, важливу роль при втратах електричної енергії в електричних мережах відіграють використані комплектуючі та їх регулярне технічне обслуговування. Основним напрямком досліджень є оптимізація параметрів розподільчих мереж з урахуванням новітніх технологій та матеріалів, а також впровадження автоматизованих систем моніторингу та управління, які дозволять своєчасно виявляти та усувати проблеми, пов’язані з втратами електричної енергії. Запропонований метод оцінки втрат навантаження в розподільчих мережах є перспективним напрямком розвитку енергетичної галузі, який сприятиме підвищенню ефективності та надійності роботи електричних мереж, а також зниженню витрат на їх експлуатацію та обслуговування.
Інформаційна модель управління розподіленими джерелами живлення
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ноздренков, Валерій Станіславович; Петровський, Михайло Васильович; Волохін, Віталій Васильович; Павлов, Андрій Володимирович
В умовах постійного розвитку розподілених джерел електроенергії з’явилась необхідність інтегрування їх у загальну електромережу. Але процес інтегрування повинен враховувати не тільки параметри керування розподіленим джерелом живлення, а й враховувати паралельну роботу декількох таких джерел та параметри енергосистеми у цілому. На самому високому рівні керування потрібно також враховувати економічні показники, які формуються енергоринком. Для здійснення інтегрування можуть ефективно використовуватися спеціальні прилади – керовані інвертори. Найбільш складною задачею є вибір системи управління для керованих інверторів. Існує багато різноманітних систем управління, наприклад, пропорційно-інтегральні, Deadbeat регулятори тощо. Метою даної роботи є побудова інформаційної моделі управління розподіленими джерелами живлення. Для контролю активної та реактивної потужності використовується метод контролю за струмом. Перевагою контролю за струмом є стійкість до варіації параметрів інвертора та зовнішньої мережі, відмінні динамічні показники та більша точність контролю. Запропонований варіант побудови системи автоматичного керування використовує стратегію Internal model control та враховує обмеження на керуючу змінну. Перевагами системи з Internal model control регулятором у порівнянні зі звичним пропорційно-інтегральним регулятором є використання потужного методу керування на основі моделі об’єкту, можливість впливати на нечутливість системи окремим параметром налаштувань, підвищена швидкодія при майже повній відсутності перерегулювання, полегшена процедура налаштування. Така система пропонується для використання в об’єктах, де висуваються жорсткі вимоги до мінімізації перерегулювання та швидкості відпрацювання збурень і завдань. Для моделювання результатів роботи використано програмний комплекс PSCAD.
Модель оцінювання старіння розподільних трансформаторів за допомогою нечіткої логіки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ноздренков, Валерій Станіславович; Дяговченко, Ілля Миколайович; Петровський, Михайло Васильович; Волохін, Віталій Васильович
Зараз світ рухається до більш екологічних видів транспорту. Як наслідок, продажі електромобілів зростають за експоненціальним законом, а нові навантаження, пов’язані з їх заряджанням, можуть негативно впливати на роботу електромереж та їх елементів. Нерегульоване одночасне застосування великої кількості пристроїв заряджання електромобілів може викликати аварійні відключення в електричній мережі. Враховуючи стохастичний характер додаткового навантаження від електромобілів, важко передбачити таке навантаження аналітичними методами. Математичний апарат нечіткої логіки може бути використаний для формалізації задач з невизначеністю. В даній роботі у середовищі MATLAB-Simulink було розроблено блок схему алгоритму на основі нечіткої логіки, яка оцінює вплив навантаження від заряджання електромобілів на старіння масляних силових трансформаторів, а також побудована нечітка модель й оцінено вплив для різних відсотків кількості електромобілів. Модель на основі нечіткої логіки включає вплив температури навколишнього середовища, показників якості електроенергії та перевантажень трансформатора. Вона містить діагностичну частину, яка попереджає диспетчера електромережі про можливі проблеми, надаючи актуальну інформацію про стан трансформатора. Крім того, було проаналізовано ефективність застосування фотоелектричних станцій для збільшення терміну служби розподільних трансформаторів. Результати показують, що для високих рівнів використання електромобілей фотоелектричні станції не дають достатнього ефекту і потрібно використати більш просунуті стратегії.
Дослідження теплового стану трансформатора в залежності від режиму роботи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Мешков, Тимофій Денисович; Данильченко, Дмитро Олексійович; Вольтер, Мартін
Точний аналіз та передбачення теплового стану трансформатора в залежності від режиму роботи, наприклад, в холодну зиму з дефіцитом електроенергії, дозволяє ефективно планувати регулярні технічні обслуговування. В ході роботи було створено математичні моделі для аналізу теплового стану трансформатора, зокрема це моделі для знаходження температури верхніх шарів масла та найвищої температури на обмотці трансформатора. Проведено верифікацію даних математичних моделей шляхом порівняння з вже ідентифікованою моделлю-аналогом. Визначено, що розбіжність між результатами становить не більше ніж 7 %. Встановлено, що на тепловий стан трансформатора температура навколишнього середовища впливає значно більше, ніж навантаження. Це пояснюється тим, що без випадків перенавантаження та аварійних ситуацій навантаження на трансформатор, залежно від пори року, змінюється не суттєво. Визначено, що найбільше зменшення строку та найвища температура на обмотці високої та низької напруги спостерігаються в серпні, що збігається з піком температури навколишнього середовища. Найнижча температура на обмотках, а також найнижче зменшення строку служби трансформатора спостерігаються в січні, що також корелює з найнижчими показниками температури навколишнього середовища. Визначено, що за таких умов експлуатації, враховуючи, що номінальний строк служби трансформатора становить 20 років, фактичний строк служби становитиме приблизно 90 років. Також встановлено, що взимку зменшення строку служби в 5 разів менше ніж влітку. Це дозволяє прогнозувати зниження потреби у технічному обслуговуванні в холодні місяці та більш інтенсивне технічне обслуговування влітку. Крім того, такі моделі дозволяють передбачати потенційні проблеми та аварійні ситуації, що може значно знизити ризики непередбачених відключень та підвищити надійність електропостачання. Регулярний моніторинг та аналіз теплового стану трансформатора дають можливість оперативно реагувати на зміни в умовах експлуатації та приймати своєчасні рішення щодо технічного обслуговування, що сприяє оптимізації витрат та підвищенню ефективності роботи електромереж.
Формування концептуальної моделі управління технологічними витратами електроенергії в розподільчих мережах 150–0,38 кВ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Луців, Петро Денисович; Остра, Наталя Вікторівна
В роботі розроблено концептуальну модель процесу управління технологічними витратами електричної енергії в розподільчих електричних мережах 150–0,38 кВ. Проаналізована актуальність та необхідність розробки концептуальної моделі процесу управління технологічними витратами електроенергії, що здійснюється по відношенню до системи розподілу електричної енергії (або ж електророзподільчої системи) в цілому, включно із розподільчими електричними мережами 150–0,38 кВ. В роботі запропоновано концептуальну декомпозицію, розглянуто опис та формалізацію процесу управління електророзподільчою системою за критерієм зниження технологічних витрат електроенергії. Запропонована концептуальна модель описує процес управління технологічними витратами електричної енергії в електророзподільчій системі, як процес регулярного покращення (оптимізації) функціонування електророзподільчої системи та дозволяє у подальшому оптимізувати та автоматизувати процес управління технологічними витратами електроенергії в електророзподільчій системі, з метою досягнення вищих рівнів енергоефективності її функціонування. Показано, що ця модель може бути застосована для вирішення завдань не тільки стратегічного і тактичного управління (в розрізі років та місяців) при формуванні планів розвитку та поточної експлуатації систем розподілу, але і оперативної оптимізації технологічними витратами електроенергії в темпі процесу. За умови розробки відповідного програмного забезпечення (включаючи прогнозування режимів електророзподільчої системи та впливів зовнішнього середовища), система керування технологічними витратами електроенергії представлена трьома контурами керування, які відповідають етапам її розвитку. Показано процеси та інформаційні зв’язки між ними для кожного контуру управління. Кожний процес в концептуальній моделі керування технологічними витратами електроенергії має своє формальне представлення через узагальнені функціональні залежності, а інформаційні зв’язки між процесами відповідають аргументам та значенням цих функцій. Концептуальна модель описує процес управління технологічними витратами електроенергії в електророзподільчій системі як процес регулярного покращення (оптимізації) її функціонування через підвищення її енергоефективності.
Побудова структури сільських електричних мереж з урахуванням наявності відновлюваних джерел електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Заболотний, Анатолій Петрович; Федоша, Денис Володимирович; Дьяченко, Віра Вікторівна; Ліуш, Юлія Борисівна
Зазначено, що хоча частка відновлюваних джерел електричної енергії продовжує зростати і стрімко розвивається, однак галузь все ще стикається з багатьма проблемами, зокрема, як продовжувати знижувати втрати електричної енергії та річні приведені витрати, покращити ефективність експлуатації та обслуговування, підтримувати стабільність електромережі, забезпечити безпеку та надійність роботи системи електропостачання, що містять відновлювані джерела електричної енергії. Показано, що ефективне рішення зазначених проблем можливе лише на основи аналізу перспектив розвитку локальних електроенергетичних систем, які містять відновлювані джерела електричної енергії, розробки механізмів технічного та організаційного забезпечення, які сприятимуть побудові сучасних системних (схемотехнічних) рішень. Запропоновано застосувати метод потенційної поверхні для побудові оптимальної структури сільської електричної мережі при її проєктуванні та модернізації в умовах присутності в ній відновлюваних джерел електричної енергії, який дозволяє оптимізувати структуру мережі з точки зору втрат електричної енергії та зниження річних приведених витрат. Описано алгоритм формування структури систем електропостачання, який реалізує одночасне вирішення завдань визначення кількості вузлів навантаження, розподілу між ними електроприймачів, визначення конструкції джерел живлення, врахування дискретності конструкції елементів системи. Наведено результати чисельного моделювання на основі запропонованого алгоритму на прикладі розв’язання задачі реконструкції ділянки сільської електромережі.
Аналіз особливостей системи екранування полімерних ізоляційних конструкцій високовольтного обладнання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Жорняк, Людмила Борисівна; Афанасьєв, Олексій Іванович; Щусь, Віталій Миколайович
В статті авторами проведено аналіз існуючих систем екранування ізоляційних конструкцій апаратів високої напруги разом з електродами, що знаходяться під високим потенціалом. При цьому розглядаються можливості застосування тороїдальних екранів різного конструктивного виконання та умов їх встановлення в структурі газонаповненого апаратного обладнання (газонаповнені вимірювальні трансформатори струму та напруги, обмежувачі перенапруг тощо) з використанням полімерних ізоляційних матеріалів. На основі аналізу літературних джерел запропоновано найбільш ефективну методику оцінки параметрів електричного навантаження для визначення розподілу напруженості електричного поля вздовж твердої суцільної ізоляційної конструкції газонаповнених високовольтних пристроїв з аксіальною симетрією. Така конструкція являє собою опорно-ізолюючу покришку, заповнену елегазом в якості внутрішнього ізолюючого середовища. Рекомендовано методичні матеріали, що дозволяють оцінити параметри електричного навантаження (напругу та напруженість поля) в залежності від конструктивних особливостей апарату та системи екранування, що використовується для вирівнювання електричного поля. На їх основі створюється можливість здійснити оцінку ефективності впливу конструктивних чинників системи екранування газонаповненого високовольтного обладнання в процесі проектуванні та при удосконаленні окремих конструктивних рішень. Результати аналітичної оцінки такими методами добре узгоджуються з даними експериментальних досліджень та статистичною інформацією, отриманою в результаті моніторингу роботи ізоляційних конструкцій з урахуванням реальних умов експлуатації та впливу зовнішніх чинників. Впровадження отриманих матеріалів дозволяє врахувати вплив зовнішніх факторів і експлуатаційних характеристик, властивих вимірювальним трансформаторам та обмежувачам перенапруг. Для пояснення результатів проведеного в статті аналізу методичних матеріалів, як приклад, наведено результати розрахунків опорно-ізоляційної покришки газонаповненого трансформатора струму серії ТОГ, що зазнає найбільшого впливу під час експлуатації при несприятливих умовах, таких як зовнішнє забруднення, вологість та їх поєднання, а також в умовах перенапруг різного походження тощо. На основі представлених матеріалів можна більш точно визначити ефективність різних систем екранування, спрогнозувати параметри розподілу напруженості поля під впливом системи екранування з урахуванням її конструктивних особливостей. Крім того, на основі сформованих у роботі висновків можна спланувати та провести додаткову серію розрахунків та експериментальних випробувань з урахуванням конкретних особливостей ізоляційних конструкцій. Таким чином, отримані результати можуть бути використані для оцінки параметрів зовнішньої ізоляції як газонаповнених вимірювальних трансформаторів, так і аналогічного високовольтного обладнання розподільних пристроїв і трансформаторних підстанцій.
Система керування комбінованою термофотоенергетичною системою
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Євсеєнко, Олег Миколайович; Кануннікова, Надія Олександрівна; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Зайцев, Роман Валентинович; Кіріченко, Михайло Валерійович; Хрипунов, Михайло Семенович; Саприкін, Ростислав Ігорович
Протягом останніх років розробка та впровадження енергозберігаючих рішень залишається актуальним і невід’ємним завданням для реалізації шляху зменшення викидів вуглецю та зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Використання комбінованих фотоелектричних/теплових систем обмежується їх високою ціною, пов'язаною головним чином зі складністю їх систем керування, навіть беручи до уваги наявність державних програм фінансової підтримки використання альтернативної енергії. Новизна пропонованої роботи полягає в розробці математичної моделі та аналітичному дослідженні системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою для дослідження роботи керуючих і логічних елементів та їх реакції на перехідні та аварійні режими під час роботи таких систем. Метою роботи є проведення експлуатаційного аналізу, аналітичних та оптимізаційних досліджень системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою для забезпечення надійної роботи в перехідних та аварійних режимах та значного спрощення проєктування такої системи. В роботі застосовані методи математичного моделювання та використання спеціалізованого програмного забезпечення. За результатами роботи було розроблено математичну модель системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою, яка працює зі змінним набором керуючих та логічних елементів. Запропоновано структурне рішення системи керування для подальшого впровадження та натурних випробувань. Розроблено критерії реагування системи керування на перехідні та аварійні режими роботи комбінованої фотоелектричної/теплової системи. Практична цінність. Встановлено допустимі та критичні значення ряду параметрів, що характеризують роботу комбінованої фотоелектричної/теплової системи в нормальному режимі та визначено відхилення від яких свідчать про наявність аварійної ситуації. Запропоновані алгоритми системи керування дозволять підвищити надійність комбінованої фотоелектричної/теплової системи та знизити ризик виникнення аварійних ситуацій під час натурних випробувань та подальшої експлуатації.