Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/79784

Видання присвячене питанням теоретичних і практичних результатів досліджень та розробок, пов’язаних з проблемами надійності та ефективності роботи енергетичного устаткування, а також електроенергетичної системи в цілому. Також розглядаються проблеми електроспоживання, енергозбереження і підвищення якості електричної енергії.

Рік заснування: 1961. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN2224-0349 (Print)

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 29

Аналіз видів пробою полімерної ізоляції
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ніконов, Микола Сергійович; Шевченко, Сергій Юрійович
В роботі досліджено теорію утворення каналу електричного пробою в полімерних діелектриках. Процес експлуатації електричних мереж досить складний, бо діелектричні матеріали під дією напруженості електричного поля втрачають свої ізоляційні властивості, що спричинює руйнування молекулярних зв’язків. Такому явищу дали назву пробою діелектрика або порушення його електричної міцності та втрати діелектричних властивостей, з наступним утворенням каналу пробою з високою електричною провідністю. Додаткові фактори, такі як умови охолодження ізоляції, зовнішнє механічне навантаження, дія ультрафіолетового випромінювання, температура навколишнього середовища, вологість повітря, наближеність до магістральних шляхів, на яких періодично проводять обробку хімічними реагентами, ступінь забрудненості району, наявність колонії грибів на поверхні, прискорюють процес руйнування ізоляційних властивостей діелектрика. У роботі розглянуто класифікацію видів пробою полімерної ізоляції за фізичною природою виникнення, як-от електричний, електротепловий (тепловий), електромеханічний та електрохімічний пробої. Дослідження цих процесів має суттєвий вплив, адже процес діагностики неозброєним оком деяких видів пробою ускладнюється через протікання процесу всередині ізоляції та не завдає пошкодження всьому ізоляту на відміну від класичної фарфорової або скляної. Прикладом такого процесу є електротепловий пробій. Причина його виникнення зумовлена порушенням теплової рівноваги в діелектрику між процесами тепловиділення та тепловіддачі. Зростання температури діелектрика збільшує його електропровідність, збільшуються струми витоку та виділяється в ізоляції тепло. Підвищення температури впливає на збільшення електропровідності діелектрика, що також виділяє додаткове тепло та створює лавиноподібний процес розігріву діелектрика та подальшого пробою.
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.
Атомна енергетика Китаю в контексті декарбонізації світової енергетики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Назюта, Людмила Юріївна; Степаненко, Данило Вадимович
Проаналізовано глобальну структуру споживання енергетичних ресурсів. Показано, що загальне споживання енергоресурсів у 20 столітті зросло майже в 15 разів і становило у 2000 році близько 118 ПВт∙год. З них понад 80 % припадало на викопні (природні) енергоносії, 13% – на поновлювані джерела енергії і понад 6 % – на атомну енергетику. Така тенденція зберігалася протягом багатьох років. Згідно з прогнозами, відновлювальні джерела енергетики та атомна енергетика домінуватимуть у зростанні світового енергоспоживання, задовольняючи в середньому понад 90 % додаткового попиту. Китай посідає перше місце у світі за ВВП і темпами розвитку електроенергетичного комплексу, а також за обсягом виробництва і темпами розвитку атомної енергетики. Проаналізовано структуру вироблення електроенергії за видами палива в країнах (ТОП 5, 2021) з високим рівнем енергоспоживання. Показано, що основними гравцями на цьому ринку займають три країни: Китай (30 %), США (13 %) та Індія (6 %). Обсяг виробництва електричної енергії в Китаї майже втричі більший, ніж у країнах ЄС і майже в 7 разів більший, ніж у Росії. Розглянуто структуру атомної енергетики та досягнення Китаю в цій галузі. Показано, що в контексті ядерних технологій (створення реакторів четвертого покоління, розробка технологій, близьких до повного замкнутого циклу переробки ядерних відходів) Китай уже зараз готовий значно розширити масштаби застосування атомної енергетики. Особливе місце в роботі приділено безпеці експлуатації ядерних об’єктів. Основна проблема, з якою зіткнеться Китай, – це відсутність нездоланного бар’єру між цивільним і військовим застосуванням таких технологій. Це створює серйозну загрозу екології та безпеці життєдіяльності країни. У довгостроковій перспективі атомній енергетиці належить вирішити також проблему безпечної, довготривалої утилізації радіоактивних відходів. Показано, що надалі Китаю необхідно ще раз розглянути свою ядерну програму в контексті співпраці з Міжнародними організаціями з ядерної безпеки.
Визначення зусиль у енергоефективній системі електромагнітного утримання заряду
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Любарський, Борис Григорович; Кривошеєв, Сергій Юрійович; Єресько, Олександр В'ячеславович; Галиця, Віталій Іванович; Поляков, Ігор Володимирович; Любарський, Дмитро Борисович
Стаття розглядає проведення чисельного експерименту щодо визначення зусиль у системі електромагнітного утримання метального заряду газодетонаційного пускового пристрою на підставі розрахунку магнітного поля методом скінчених елементів у тривимірній постановці задачі. Для впровадження технології запуску метального заряду за допомогою газодетонаційного пускового пристрою у вітчизняне виробництво проведено дослідження та розробка системи його керування, елементом якої є електромагнітний пристрій утримання заряду. Основними параметрами, що використовуються для керування енергією запуску, є початковий тиск та об’єм стисненого газового заряду. Величина цих параметрів залежить від умов нагнітання газового заряду в пристрої, що впливає на його подальші характеристики під час ініціювання запалення. Проведено дослідження щодо визначення впливу умов нагнітання газового заряду на його стан до моменту запалення. Зокрема, аналізувалися вплив тиску нагнітання на параметри газового заряду в момент спрацьовування клапану. Результати досліджень показали, що тиск нагнітання має суттєвий вплив на кінцевий тиск газового заряду під час повного спрацювання клапану, який є важливим фактором для точного контролю дальності польоту. Проведено чисельний експеримент, при якому струм у обмотці змінюється від 0 до 12 А. За результатами розрахунків отримано розподіл магнітного поля у вигляді магнітної індукції у розрахунковій області. Розподіли індукції при різних значеннях струму мають подібний вигляд, однак індукція збільшується зі збільшенням струму, що обумовлено збільшенням напруженості поля при збільшенні сумарного струму. Визначено, що найбільше значення індукції від 2,2 до 2,7 Тл. знаходиться у п’яті метального заряду, це обумовлено тим фактом, що площа поперечного перерізу у напрямку руху загального магнітний потоку менша ніж у корпусі магніту та стакані. За результатами проведеного чисельного експерименту визначено, що зусилля утримання метального заряду 1000 Н досягається при струмі котушки 2,41 А.
Використання пристроїв компенсації реактивної потужності при впровадженні розподіленої генерації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Данильченко, Дмитро Олексійович; Кузнецов, Дмитро Сергійович
В Україні заплановано поступове скорочення вироблення електроенергії на теплових електростанціях за рахунок розбудови відновлюваних джерел електроенергії. Відновлюються малі гідравлічні електростанції, споруджуються сонячні електростанції та вітрові електростанції. Це дозволить вирішити існуючі проблеми вітчизняної енергетики щодо дефіциту паливних ресурсів, енергетичної безпеки та зниження рівня шкідливого впливу на навколишнє середовище, викликане функціонуванням традиційних джерел електроенергії. Спостерігається тенденція переходу від чисто централізованого електропостачання до комбінованого, коли зростає кількість місцевих розосереджених джерел електроенергії безпосередньо в розподільних електричних мережах. Таким чином розподільчі електричні мережі поступово перетворюються в мережу з ознаками, характерними для локальної електричної системи, яка отримує живлення як від власних розподільчих електричних мереж, так і від централізованого джерела – електроенергетичної системи. Відновлювальна енергетика має ряд переваг, порівняно з традиційною, однак є і недоліки. Серед них слід виділити ускладнення функціонування електричних мереж у разі зростання в них встановлених потужностей відновлюваних джерел електроенергії та нестабільність генерування через природну їх залежність від метеорологічних умов, якщо говорити більш конкретно про технічні недоліки то це стосується – синусоїдності напруг і струмів та відхилень напруги, забезпечення якості електроенергії яке напряму залежить від забезпечення балансу по активній та реактивній потужності в електричній системі. Звідси слідує необхідність узгодженого електропостачання від відновлюваних джерел електроенергії і підстанцій електроенергетичної системи. Одночасно здійснюється поступовий перехід від оптового ринку електроенергії єдиного покупця до балансуючого ринку електроенергії та електропостачання за двосторонніми угодами, а також впровадження ринкових методів керування. В даній статті розглянуто заходи щодо зниження втрат електричної енергії, обмеження відхилення напруги, покращення якості електричної енергії та компенсації реактивної потужності локальних навантажень завдяки впровадженню пристроїв компенсації реактивної потужності разом з відновлювальними джерелами електроенергії та полегшення їх інтеграції в електромережу.
Геніальний інженер і винахідник Гуго Штотц. До 100-річчя винаходу автоматичного відмикача
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Гречко, Олександр Михайлович
У статті наведено науково-історичний нарис про основні етапи життя видатного німецького інженера і винахідника, автора винаходу мініатюрного автоматичного відмикача Гуго Штотца. В роботі вперше узагальнено та систематизовано інформацію щодо історичних подій, які стосувались безпосередньо особи Гуго Штотца як винахідника мініатюрного автоматичного відмикача, так власне і подій, які передували, супроводжували та відбувались вже після винаходу революційного електричного апарату, який докорінно змінив життя людини. Розглянуто маловідомі цікаві факти та деталі з життя видатного винахідника, які сприятимуть кращому розумінню історичних подій, що трапились в епоху зародження автоматичних відмикачів у якості апаратів захисту. В статті проаналізована роль особистості Гуго Штотца та його компанії у винаході мініатюрного автоматичного відмикача. Наведений у статті науково-історичний нарис також спрямований на вшанування пам’яті видатного винахідника у галузі електричної інженерії Гуго Штотца. Існуюча на сьогодні на світовому ринку електротехнічного обладнання велика кількість різних модифікацій мініатюрних автоматичних відмикачів від багатьох виробників для різноманітних галузей застосування сконструйована практично за тим самим принципом, що й автоматичний відмикач Гуго Штотца, який був винайдений 100 років тому. В роботі наведено основні історичні етапи розвитку конструкцій мініатюрних автоматичних відмикачів від їх виконання у пробковому корпусі до виробництва у модульному виконанні. В роботі показано, що ринок автоматичних відмикачів є надзвичайно великим, що робить даний електричний апарат невід’ємною складовою частиною електробезпеки в житлових будинках та на промислових підприємствах.
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.
Дослідження питання покращення енергоефективності процесу трансформації електричної енергії в українських електричних мережах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Баклицький, Владислав Миколайович
В роботі наведено основні умови функціонування українських електричних мереж, серед яких відзначається: необхідність дотримання вимог євроінтеграції; функціонування в умовах дефіциту генеруючих потужностей та ринкових відносин; зміна характеру електроспоживання; зношеність електромережевого обладнання. Вказані завдання, які спричинені умовами функціонування та потребують вирішення для надійного функціонування електричних мереж та подальшої діяльності України, як члена Європейського співтовариства. До основних завдань, які наводяться в роботі відносяться: покращення надійності електропостачання; потреба в підвищенні рівня інформатизації, автоматизації та енергоефективності. Зазначено, що на шляху до вирішення поставлених завдань виконуються роботи з реконструювання електричних мереж, основою фінансування яких є інвестиційні програми. Висвітлено та проаналізовано питання покращення енергоефективності процесу трансформації електричної енергії за чинних умов функціонування українських електричних мереж. За результатами проведеного аналізу встановлено, що питання покращення енергоефективності процесу трансформації електричної енергії актуальне під час реконструювання електричних мереж. Вказано, що аналіз енергоефективності трансформації електричної енергії може виконуватись на основі техніко-економічної моделі витрат на трансформацію електричної енергії та наведені параметри, які впливають на величину витрат. Зазначено, що об’єднавши параметри, які входять до складу техніко-економічній моделі витрат на трансформацію електричної енергії в окремі складові спостерігається конкуруючий ефект між складовими за умови перегляду потужності силового трансформатору. В роботі звернено увагу на доцільність формування узагальнюючих розрахункових методів для врахування економічної складової під час перегляду номінальної потужності силових трансформаторів.
Дослідження питань підвищення ефективності передачі електричної енергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Барбашов, Ігор Володимирович; Омеляненко, Галина Вікторівна; Черкашина, Вероніка Вікторівна; Шматов, Антон Олексійович
Проведено дослідження шляхів модернізації струмопровідної частини повітряних ліній для підвищення ефективності передачі електричної енергії за рахунок застосування інноваційних типів проводів. Проаналізовані техніко-економічні характеристики проводів типу АС, ACCR, AERO-Z. За результатами аналізу виявлено, що подальшому вдосконаленню конструкції АС проводів повинні послужити нові прогресивні розробки, які б задовольняли таким технічним вимогам, як надійність, живучість та довговічність; корозійна стійкість; висока адгезійна здатність; несхильність до вібрації під час експлуатації під дією несприятливих кліматичних факторів; стійкість до температурних впливів навколишнього середовища. В якості інноваційного рішення цього питання в зарубіжних країнах розроблено високотемпературні (ACCR) і спеціальної конструкції (AERO-Z) проводи. Виконано порівняльний аналіз типів проводів, які застосовуються в українських електричних мережах, з інноваційними типами проводів, які застосовуються в електричних мережах зарубіжних країн. За результатами порівняння АС, ACCR та AERO-Z проводів слідує, що фактором, який обмежує сферу застосування ACCR проводу, навіть для прольотів з надзвичайно високими вимогами щодо характеристик передачі електричної енергії, є його вкрай висока вартість. Також під час досліджень виявлено, що найбільш доцільним для впровадження в українські електричні мережі є AERO-Z провід. Це обумовлено тим, що технічні характеристики даного проводу кращі за характеристики АС проводу і він має відносно не високу вартість в порівнянні з ACCR проводом, а його спеціальна конструкція адаптована до несприятливих кліматичних умов, які впливають на характеристики передачі електричної енергії.
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.
Дослідження усталених режимів електричної мережі 110 кВ та мінімізація втрат активної потужності
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Загайнова, Олександра Анатоліївна; Сердюкова, Галина Миколаївна
Об'єктом аналізу є розподільча електрична мережа, що являє собою фрагмент реальної діючої мережі 110 кВ. Джерела живлення представлені чотирма вузлами, а споживачами є чотирнадцять підстанцій: 9 із триобмотковими трансформаторами 110/35/10 і 5 із двообмотковими трансформаторами 110/10. Сумарна потужність, що споживається, дорівнює 51,7 МВт. Для розрахунку усталених режимів були використані нелінійні вузлові рівняння у формі балансу потужностей у полярній системі координат. Для визначення напруги у всіх вузлах електричної мережі і перетоків потужності використали відповідні математичні моделі електричної мережі. На окремих ділянках мережі виявлені значні перетоки реактивної потужності, які є небажаними для ефективної роботи мережі. Для того, щоб режим роботи електричної мережі при заданих потужностях відповідав нормам відхилення напруги у вузлах і струмові навантаження для елементів мережі були припустимі, використані заходи зниження втрат потужності в електричних мережах. Було проведено аналіз зміни втрат потужності від зміни напруги балансуючого вузла. Збільшення напруги на шинах балансуючого вузла на 5 кВ зменшили сумарні втрати активної потужності з 0,9086 МВт до 0,8305 МВт. Також після підключення батареї статичних конденсаторів у вузлах електричній розподільчої мережі значно зменшились втрати активної потужності. До підключення батареї статичних конденсаторів втрати становили 0,9086 МВт, а після підключення втрати склали 0,7890 МВт. Було проаналізовано вплив на втрати активної потужності примусова зміна потокорозподілу у мережі шляхом розмикання контурів замкнутої розподільної мережі. Розмикання контурів мережі, яку аналізували, не веде до зменшення сумарних втрат активної потужності, оскільки дана мережа 110 кВ практично однорідна. Практична значимість отриманих результатів полягає у можливості зменшення втрат потужності в мережах шляхом нормалізації режиму напруги та більш повної компенсації реактивної потужності в них.
Застосування елегазу в електротехніці. Історичне минуле, сучасний стан та майбутні перспективи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Гречко, Олександр Михайлович
Актуальним питанням сьогодення є аналіз можливостей щодо застосування елегазу та його ймовірних обмежень використання з точки зору шкідливого впливу на екологію навколишнього середовища. У статті на основі вільних джерел інформації систематизовано історичні факти щодо розвитку елегазу, основні етапи становлення елегазового середовища у якості ізоляції електротехнічного обладнання. Наведено порівняльні характеристики електричної міцності для різних ізоляційних речовин. Проведено дослідження щодо сучасних прикладів застосування елегазу у відмикачках середньої та високої напруги. Проаналізовано приклади застосування елегазу та його сумішей у якості газової ізоляції для високовольтних ліній електропередачі. Показано, що перспективним напрямком розвитку застосування елегазу є його використання у лініях електропередачі із газовою ізоляцією. Наведено конструктивні особливості та приклади практичного застосування високовольтних ліній електропередачі із газовою ізоляцією. Визначено особливості застосування елегазової ізоляції в електроустаткуванні різних класів напруги. Проаналізовані актуальні екологічні проблеми, пов’язані із використанням елегазу та встановлено ймовірні напрямки їх подолання. Розглянуто елементи продуктів розкладання елегазу, які є токсичними і являють найбільшу небезпеку. Наведено характеристики елегазу як парникового газу та показано перспективні шляхи зменшення його застосування. Встановлено, що за рахунок використання не чистого елегазу, а газових сумішей на його основі можна суттєво зменшити відсоток використання елегазу. Встановлено перспективні напрямки подальшого розвитку газового ізоляційного середовища для електрообладнання без використання елегазу.
Зниження виробничого травматизму як шлях вирішення проблеми дефіциту кадрів і зменшення ризиків в енергетиці
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кузьменко, Олена Олексіївна; Мезенцева, Ірина Олександрівна; Вамболь, Сергій Олександрович; Мезенцев, Сергій Миколайович
Енергетична безпека ‒ пріоритетний напрям розвитку економіки і вагома складова національної безпеки держави. Серед внутрішніх загроз енергетичній безпеці фахівці вказують на вади ринку, деградацію техніки і відсталість технологій, недосконалість управління, кадрові проблеми та інше. Однією з причин виникнення дефіциту кваліфікованого персоналу є виробничий травматизм. В роботі проведено порівняльний аналіз даних за період з 2015 по 2023 рік щодо рівня виробничого травматизму в різних галузях економіки і причин нещасних випадків. Встановлено факт різкого зростання загальної кількості страхових нещасних випадків у 2021–2022 роках тільки в двох галузях ‒ сфері охорони здоров’я і сфері постачання електроенергії і газу. В інших галузях економіки число випадків виробничого травматизму у порівнянні з 2015 роком зменшилося. Найбільша кількість нещасних випадків зі смертельними наслідками в енергетичній галузі припадає на ураження електричним струмом персоналу під час технічного обслуговування та ремонту електроустановок. Як показали проведені дослідження, в останні роки суттєво зросла кількість нещасних випадків не тільки з техногенних причин, що пояснювалося пандемією корона вірусної інфекції, але й з організаційних. Серед організаційних причин на перших місцях стоять порушення трудової дисципліни ‒ невиконання вимог інструкцій з охорони праці, невиконання посадових обов’язків, порушення технологічного процесу. Тому розробка пропозицій з удосконалення системи управління охороною праці і трудових взаємовідносин в енергетичній галузі є актуальною задачею. Запропоновані заходи щодо зниження рівня травматизму з організаційних причин в стресових умовах масових невиходів персоналу на роботу внаслідок хвороби чи в період воєнних дій.
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.
Методологія аналізу впливу електромобілів на розподільчу мережу: теоретичний підхід
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ноздренков, Валерій Станіславович; Дяговченко, Ілля Миколайович; Петровський, Михайло Васильович
Зростання попиту на електроенергію та стрімке поширення електромобілів створюють значні виклики для низьковольтних розподільчих електромереж, зокрема для їх критично важливих компонентів, таких як розподільчі трансформатори. Інфраструктура, спроєктована для традиційних навантажень, стикається з ризиком перевантаження через високі пікові навантаження, спричинені неконтрольованим заряджанням електромобілів. У цій статті розроблено комплексний методологічний підхід для оцінки впливу процесів заряджання на довговічність розподільчих трансформаторів із врахуванням різних рівнів проникнення електромобілів, комбінацій електричних навантажень та локальних умов експлуатації. Дослідження базується на гіпотезі, що оптимізація графіків заряджання, зокрема перенесення його на непікові години, може суттєво зменшити швидкість старіння трансформаторів і підвищити надійність електропостачання. Запропонована методологія використовує модель на основі нечіткої логіки, яка інтегрує численні фактори, що впливають на експлуатаційні характеристики трансформаторів, включаючи температуру навколишнього середовища, вплив гармонійних спотворень, рівень компенсації реактивної потужності, наявність зворотних потоків енергії від фотоелектричних установок та ризики перевантаження. У роботі розглянуто сценарії заряджання на вимогу, заряджання в непіковий час та комбінований режим із використанням технології «автомобіль-домівка» (V2H), що забезпечує інтеграцію електромобілів як резервного джерела енергії для побутових потреб. Результати дослідження демонструють, що запровадження таких підходів дозволяє мінімізувати витрати на модернізацію мережі, забезпечуючи стабільність її роботи навіть за умов високого рівня проникнення електромобілів. Представлена методологія слугує основою для розробки адаптивних стратегій управління енергетичними ресурсами, спрямованих на покращення стійкості системи розподілу, подовження терміну служби трансформаторів та підвищення економічної ефективності інфраструктури.
Модель змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Рудевіч, Наталія Валентинівна; Гапон, Дмитро Анатолійович; Лазарєв, Микола Іванович
Виявлено, що ефективне формування понятійно-аналітичного та продуктивно-синтетичного рівнів сформованості професійних знань та умінь щодо проєктування цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем можливе за системного розроблення та використання узагальненої моделі змісту навчання. На підставі вивчення інформаційних моделей технічних систем в якості базового інваріанта прийнято ознакову модель, що включає множину ознак призначення, побудови, принципу дії та параметрів технічної системи. Виявлено, що умовно процес проєктування цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем можна розбити на три етапи, а саме розроблення завдання на проєктування, безпосередньо здійснення проєктування та визначення параметрів функціонування. Визначено причинно-наслідкові ланцюги знань, які складають основу вирішення задач на цих трьох етапах. Виявлено, що методи поетапної декомпозиції та агрегації є ключовими при побудові змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Обґрунтовано узагальнену модель змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Згідно узагальненої моделі розроблено зміст навчання проєктуванню конкретних мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики енергосистем. За допомогою експериментальної перевірки доведена ефективність змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Результати дослідження можуть бути використані у навчальному процесі професійної підготовки майбутніх інженерів за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка.
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.
Обґрунтування схеми плавлення ожеледі на проводах повітряних ліній електропередачі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шматов, Антон Олексійович
У статті розглядається актуальна проблема, пов'язана з утворенням ожеледно-паморозних відкладень на проводах повітряних ліній електропередачі, що викликає значні технічні труднощі у забезпеченні надійності електропостачання, особливо в умовах зимового періоду. Нагромадження льоду та паморозі на проводах призводить до збільшення ваги проводів, що може спричинити їх провисання, пошкодження ізоляторів, руйнування опор і, як наслідок, серйозні аварії на лініях електропередачі. Проаналізовано причини аварій в електричних мережах внаслідок ожеледно-паморозних відкладень та виявлено, що їх усунення дозволить знизити ймовірність пошкодження повітряних ліній електропередачі від дії ожеледних навантажень. Однак, існуючі методи боротьби з цією проблемою мають ряд недоліків, таких як висока вартість, низька ефективність у певних умовах, а також негативний вплив на навколишнє середовище. У статті представлено схему плавлення ожеледі на проводах повітряних ліній електропередачі методом трифазного короткого замикання при живленні від джерела живлення з глухозаземленою та ізольованою нейтраллю. Дана схема дозволяє локально підвищити температуру проводів до рівня, який достатній для розтоплення льоду та паморозі, що знижує ризик аварійних ситуацій і забезпечує безперебійну роботу електричної мережі. У статті наведено теоретичні обґрунтування схеми для плавлення ожеледі струмами трифазного короткого замикання, які підтверджують її ефективність. Проведений аналіз показав, що запропонована схема є економічно доцільною, оскільки дозволяє знизити витрати на обслуговування та ремонт повітряних ліній електропередачі. Крім того, вона є екологічно безпечною, оскільки не передбачає використання хімічних речовин.
Оптимізація режиму розподільчої мережі по напрузі в сучасних умовах
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Хоменко, Ігор Васильович; Шкребела, Андрій Вячеславович; Орлов, Віктор Сергійович
У статті розглянуто фрагмент реальної розподільчої електричної мережі напругою 35–110 кВ, яка складається з замкненої конфігурації мережі 110 кВ із відгалуженнями напругою 35 кВ. Використано реальні технічні параметри трансформаторів, встановлених у вузлах навантаження, а також характеристики проводів ліній електропередач. Для аналізу було враховано актуальні значення навантажень з врахуванням роботи альтернативних джерел енергії, під'єднаних до кожного з вузлів. Під впливом цих факторів деякі вузли навантаження перетворюються на генераторні. Отримана розрахункова схема заміщення цієї мережі з урахуванням як поздовжніх, так і поперечних параметрів. Розглянуто алгоритм розрахунків, який використовується для аналізу режимів роботи електричної мережі. Проведено числові розрахунки нормальних режимів роботи мережі за допомогою розрахункової програми, що дозволило дослідити вплив регулювання напруги на втрати електричної енергії. Зокрема, було досліджено, як впливає зміна рівня напруги в базисному та балансуючому вузлі мережі напругою 110 кВ на усталений нормальний режим роботи всієї мережі. Дослідження включає порівняльний аналіз втрат електричної енергії для різних компонент: активної та реактивної складових потужності. Такий підхід дозволяє зробити висновки щодо впливу заходів регулювання напруги на втрати електричної енергії. На основі виконаних розрахунків визначено кількісний та якісний вплив підвищення рівнів напруги у базисному вузлі на зменшення втрат електроенергії у всій мережі в цілому. Таким чином, було зроблено висновок про можливість оптимізації режиму роботи електричної мережі за напругою.
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.