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

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/67405

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)

Новини

Журнал включено до категорії Б «Переліку наукових фахових видань України, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукових ступенів доктора наук, кандидата наук та ступеня доктора філософії» з технічних наук

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 27

Analysis of the application of modern means of detection and measurement of carbon monoxide when using alternative sources of electricity supply during the war in Ukraine
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Khondak, Inna; Berezutska, Nataliia; Stytsenko, Tetiana
The article examines the impact of carbon monoxide on the human body, as well as the necessity of its detection and measurement. Carbon monoxide poisoning is very dangerous for human health and is accompanied by negative consequences and requires the implementation of new means of its timely detection and measurement. The article identifies the main sources of carbon monoxide, as well as assesses its impact on public health. The choice of modern means of detecting and measuring carbon monoxide is an important and necessary component of protecting people in modern realities. The work examines and analyzes the technical capabilities of modern capabilities of determining the level of carbon monoxide, defines the main models of carbon monoxide detectors, and also classifies and systematizes the peculiarities of their operation. The most convenient and practical portable carbon monoxide sensor. It does not require stationary installation. This is especially important in closed rooms, where carbon monoxide poisoning can occur instantly. The article analyzes literary sources in the field of the main types of alternative energy sources used in Ukraine during emergency and planned blackouts, as well as the dangers associated with them. The influence of dangerous and harmful factors affecting the human body during the use of these devices is considered: power banks, generators, batteries and inverters. The analysis of scientific research on ensuring safety when using alternative energy sources in domestic premises, private and multi-story buildings, factories, underground passages and storages was performed. The features of each type of modern signaling devices are analyzed. Recommendations are provided for the selection of modern means of detecting and measuring carbon monoxide.
Optimization of flexible thin-film photovoltaic converters based on CdS/CdTe heterosystem for integration with solar thermal collectors
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Shkoda, Dmytro; Zaitsev, Roman; Kirichenko, Mykhailo; Minakova, Kseniia; Leliuk, Stanislav; Khrypunov, Mykhailo
The paper introduces the concept of a photoenergy system based on film photovoltaic converters using the CdS/CdTe heterosystem. The goal is to develop a design solution for a flexible thin-film photovoltaic converter system that can be directly mounted on a heat collector plate, integrating photovoltaic converters with thermal collector systems. The paper highlights the limitations of traditional silicon-based photovoltaic converters and propose using flexible photovoltaic converters based on CdS/CdTe, which have concentrated absorption within the visible range and allow unobstructed flow of long-wave solar radiation for efficient thermal energy generation. The paper discusses the methods of obtaining samples of flexible photovoltaic converter ITO/CdS/CdTe/Cu/Au solar cells, including the deposition of layers on polyimide films, chloride treatment, and annealing processes. Analysed the impact of the “chloride” treatment on the structural and optical characteristics of the base layers and present the overall appearance of the thin-film photovoltaic converter samples. The structural analysis of the cadmium telluride films is conducted using X-ray diffractometry techniques, while the optical properties are investigated using a spectrophotometer. The light-voltage characteristics of the photovoltaic converter samples are measured under illumination conditions, and various output parameters and characteristics of the photovoltaic converter are determined. The authors emphasize the significance of optimizing the performance of the cadmium telluride layer in the flexible photovoltaic converter structure and discuss the variation of technological parameters to enhance efficiency. Paper presents the output parameters and light diode characteristics corresponding to different thickness ranges of the CdS layer. Overall, this paper provides valuable insights into the development of flexible film photovoltaic converters based on the CdS/CdTe heterosystem for integrated photovoltaic and thermal collector systems. The experimental methods and results contribute to the understanding of optimizing the performance of the photovoltaic converters and offer potential applications for autonomous heat supply systems.
Аналіз алгоритмів роботи диференційного релейного захисту та їх моделювання у середовищі MATLAB
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черкашина, Вероніка Вікторівна; Цюпа, Владислав Миколайович
Робота присвячена виявленню перспектив програмної реалізації диференційного релейного захисту. Метою статті був аналіз алгоритмів роботи пристроїв, що дозволило створити математичну модель в програмному середовищі MATLAB з перспективою інтеграції у вигляді єдиного регіонального серверу релейного захисту до об’єднаної енергетичної системи України. Встановлено що віртуальні моделі мають як переваги, так і недоліки порівняно з цифро-аналоговими пристроями. Їхня позитивна властивість – завдяки блоковому принципу побудови можна легко змінювати не тільки параметри, але й конфігурацію первинної мережі. Недолік – налаштування віртуальних захистів відрізняється від налаштування їхніх прототипів – реальних реле і терміналів. Оцінено існуючу широко застосовану методику, розглянуто актуальні алгоритми двоступеневого диференційного релейного захисту. Встановлено, що диференційний захист має два ступені – швидкодіючу диференціальну струмову відсічку та чутливий диференційний струмовий захист із гальмуванням від наскрізного струму і відбудовою від кидків струму намагнічування. Розроблено та наведено спрощену схему фрагмента електричної системи та диференціальний релейний захист трансформатора в середовищі MATLAB. Детально розглянуто алгоритми та встановлено, що за їх допомогою та допомогою розглянутих принципів диференціального захисту в пакеті Simulink реалізовано логіку роботи моделі аналогічно логіці мікропроцесорних захистів трансформаторів «РС-83ДТ2» ТОВ «РЗА СІСТЕМЗ» і SPAD 346 C фірми ABB. За результатами моделювання отримано осцилограми первинних струмів нормального режиму й аварійних режимів із зовнішнім та внутрішнім короткими замиканнями. Встановлено перспективність використання даної моделі та алгоритмів для розробки програмного рішення для сервера релейного захисту та для майбутньої інтеграції в об’єднану енергосистему.
Аналіз основних підходів, методів вибору і обгрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Сегеда, Михайло Станкович; Дудурич, Олександра Борисівна; Романів, Станіслав Ігорович; Остра, Наталя Вікторівна
Одним з пріоритетних напрямків розвитку електроенергетики для України є освоєння та використання альтернативних і відновлюваних джерел енергії, що веде до зменшення залежності від імпорту електричної енергії. Велика частина територій України характеризується сприятливими умовами для виробництва електроенергії за допомогою сучасних вітрових електричних станцій. Розглянуто інтеграцію вітрових електричних станцій, не враховуючи інші відновлювані джерела енергії. Порівняно з іншими джерелами відновлювальної енергії, процеси функціонування вітрових електричних станцій мають випадковий характер виробництва електроенергії, оскільки генерована потужність може значно змінюватись протягом доби. Це потребує врахування певних вимог до електроенергетичної системи під час приєднання та спільного функціонування з вітровою електричною станцією. У зв'язку з цим, у дослідженнях вітрові електричні станції розглядаються окремо від інших джерел відновлювальної енергії, оскільки вони мають свої особливості та можуть впливати на функціонування електроенергетичної системи. Підключення значної кількості відновлюваних джерел енергії, зокрема вітрових електричних станцій, до електроенергетичної системи вимагає вирішення різних завдань, пов'язаних з характеристиками та функціональністю таких станцій, а також зі структурою генерувальних джерел електроенергетичної системи. Серед цих завдань можна виділити забезпечення необхідної резервної потужності для своєчасного компенсування змін під час генерації електроенергії, підтримання надійності функціонування електроенергетичної системи та виконання заходів для компенсації можливого зменшення якості електричної енергії. Насправді, процеси змінювання потужності генерованої енергії у вітрових електричних станціях відбуваються досить швидко, особливо в разі різкого погіршення погодних умов, що є досить частим явищем. Проаналізовано методи вибору та обґрунтування параметрів і режимів роботи вітрових електричних станцій під час підключення до електроенергетичної системи. У роботі описуються різні підходи до вибору параметрів та режимів вітроенергетичних установок, зосереджуючись на методах, що забезпечують балансову надійність або адекватність системи генерування. Сформовано методи вибору та обґрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи на основі балансу потужності та енергії. У роботі визначено ключові показники, що враховують відповідність попиту на електроенергію, а також підходи до забезпечення балансу між виробництвом та споживанням енергії. Виконано оцінку ефективності вітроенергетичних установок в різних режимах інтеграції в роботу електроенергетичної системи з урахуванням економічних аспектів. Досліджено, як різні режими впливають на раціональне використання виробленої енергії, зокрема, при недостатньому та надлишковому генеруванні, а також розглянуто економічні показники, пов'язані з цими режимами. Досліджено аналіз режиму точної відповідності (нульового небалансу) вітроенергетичних установок в контексті інтеграції в роботу електроенергетичної системи. Визначено, як використання акумулюючих та допоміжних маневрових потужностей може впливати на тривалість режиму точної відповідності та рівень нульового небалансу.
Аналіз показників якості послуг з постачання електричної енергії на прикладі оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черкашина, Вероніка Вікторівна; Яковенко, Олег Валерійович
Постановою Національної комісії у 2021 року для оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", який здійснює свою діяльність на території міста Харкова та Харківської області, було встановлено тариф на послуги з розподілу електричної енергії із застосуванням стимулюючого регулювання, яке передбачає тарифоутворення на основі довгострокового регулювання тарифів та коригування необхідного доходу Товариства за даними виконання завдання щодо досягнення цільових значень показників якості електричної енергії та дотримання гарантованих стандартів. Відповідно до даної Постанови проаналізовані показники якості послуг з постачання електричної енергії System Average Interruption Duration Index (SAIDI) та System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) на прикладі оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго". Показник якості SAIDI характеризується тривалістю довгих перерв в електропостачанні в розподільчій системі АТ "Харківобленерго". Показник якості SAIFI надає інформацію про частоту довгих перерв в електропостачанні в розподільчій системі АТ "Харківобленерго". Аналіз показників SAIDI та SAIFI виконано для короткострокового періоду роботи оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", а саме за грудень 2021 року. За результатами аналізу показників SAIDI та SAIFI слідує, що досягнення цільових значень показників якості дозволяє коригувати необхідну норму доходу для оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", а також формує сприятливий інвестиційний клімат, що забезпечує модернізацію, реконструкцію та будівництво задля оновлення енергетичної інфраструктури з метою покращення якості надання послуг з постачання електричної енергії споживачам. Також аналіз зазначених показників дозволив оцінити роботу АТ "Харківобленерго" в частині виконання встановлених показників якості, визначити проблемні місця в діяльності Товариства стосовно надання гарантованих стандартів якості, сформувати та практично виконати інвестиційну програму, визначити яким чином показники якості відображаються на тарифоутворенні в стимулюючому регулюванні.
Аналіз помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Лебедь, Денис Юрійович; Бурбело, Михайло Йосипович
Ця стаття присвячена аналізу помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії. У контексті зростаючої важливості надійного та якісного електропостачання, регулятори якості електроенергії стають ключовими пристроями для забезпечення стабільності мереж та задоволення потреб побутових споживачів. В роботі пропонується комплексний підхід до аналізу помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії, основним призначенням якого є компенсація впливу швидкозмінних навантажень на якість електроенергії. При цьому аналізуються показники загального гармонічного спотворення якості електроенергії, а також враховуються фактори, такі як величина і тривалість навантажень. Значна частина статті присвячена дослідженню джерел помилок в уніфікованому регуляторі якості електроенергії. Виконується порівняння паралельно-послідовної та послідовно-паралельної топології уніфікованого регулятора якості електроенергії. Проаналізовано вплив алгоритму керування уніфікованого регулятора якості електроенергії на формування помилок кожної топології. Використовуючи засоби комп'ютерного моделювання Matlab/Simulink, у статті запропоновано структуру кількісного визначення помилок, яка дозволяє точно оцінювати помилки на різних етапах роботи уніфікованого регулятора якості електроенергії. Ця структура охоплює перетворення напруги та потужності в ряд Фур'є для комплексної оцінки величин помилок. Для підтвердження ефективності запропонованого аналізу помилок і стратегій компенсації, у статті представлено графіки результатів моделювання в часовій та частотній області. Описано помилки генерації активної, реактивної потужності та помилки заданого значення напруги. Ці висновки підкреслюють здатність уніфікованого регулятора якості електроенергії підвищувати якість електроенергії, незважаючи на похибки вимірювань. Основні результати включають аналіз відхилень показників якості напруги, встановлення зв'язку між помилками компенсації і недоліками у функціонуванні системи, а також розробку рекомендацій щодо поліпшення ефективності компенсаційних пристроїв.
Аналіз режимів роботи електричних мереж з урахуванням впливу зубцевих гармонік
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Шелест , Дмитро Андрійович
Проведено гармонійний аналіз магнітного поля асинхронного двигуна з обліком двосторонньої зубчастості й магнітної асиметрії повітряного зазору. Отримано спектр у вигляді нескінченних рядів просторово-часових гармонічних складових. Магнітна асиметрія асинхронного двигуна враховує статичний і динамічний ексцентриситети, магнітну асиметрію сталі. Отримано 27 різних просторових гармонік поля в повітряному зазорі асинхронного двигуна. Розглянутий спектр гармонік магнітного поля буде наводити в обмотках статора електрорушійну силу із відповідними частотами. Поля з γр ± κ парами полюсів обертаються асинхронно з ротором і демпфіруються полями, створеними струмами білячої клітки ротора. Таким чином, магнітна асиметрія впливає на просторові гармоніки магнітного поля, змінюючи кутові швидкості їхнього обертання у повітряному зазорі. Поява магнітної асиметрії викликає перерозподіл просторово-часового розподілу гармонік магнітного поля зубцевої частоти, що приводить до зміни амплітудних і фазових співвідношень між величинами. Це обумовлює появу несиметричної системи електрорушійної сили зубцевої частоти в статорних обмотках, а, отже, і різний вплив асиметрії повітряного зазору на рівні симетричних складових. Приведено формули для визначення симетричних складових. У загальному випадку на рівні симетричних складових електрорушійної сили зубцевої частоти впливають дві групи факторів, що визначають несиметричні або відмінні від номінальних режими роботи асинхронного двигуна одного типорозміру. Збільшення магнітної асиметрії повітряного зазору викликає нелінійний, близький до параболічного характер зростання існуючих симетричних складових. Симетричні складові електрорушійної сили зубцевої частоти викликають протікання струмів відповідних складових по замкнутих контурах обмоток статора асинхронного двигуна та всієї системи електропостачання. Приведена розрахункова схема заміщення трифазної мережі для зубцевої гармоніки електрорушійної сили. Фазні опори обмоток обертових електричних машин для несиметричних трифазних мереж неоднакові для різних послідовностей. Основним методом розрахунку розглянутої мережі є метод симетричних складових. Розрахунок зроблено для однієї основної фази за схемами заміщення, що відповідає симетричним складовим електрорушійної сили зубцевої частоти. У результаті теоретичних досліджень отримані функціональні залежності впливу магнітної асиметрії на рівні й розподіл фазних струмів зубцевої частоти. Характер впливу на рівні симетричних складових близький до параболічного, причому найбільш чутливою до зміни магнітної асиметрії є неосновна симетрична складова нульової послідовності. Розроблена методика розрахунку струмів та напруг зубцевих частот асинхронного двигуна в умовах електроспоживання. Теоретичні положення підтверджуються експериментальними дослідженнями. Встановлено, що рівні зубцевих гармонік в системах електропостачання, як правило, не перевищують 10–15 % від рівня основної частоти. Це призводить до зниження надійності функціонування електричних мереж та скорочення строку служби основного енергетичного обладнання на підприємстві. Однак, найбільшу загрозу для електрогосподарств промислових підприємств викликає частотно-амплітудний резонанс на зубцевих частотах. Це обумовлено специфічною природою зубцевих гармонік асинхронного двигуна (парність, залежність від навантаження та різноманітних технологічних факторів). Найбільша загроза виникає у разі використання однотипних асинхронних двигунів зі схожими режимами їх експлуатації. Приведено осцилограми експериментальних досліджень.
Аналіз результатів профілактичних випробувань вводів за допомогою елементів теорії перевірки статистичних гіпотез
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Загайнова, Олександра Анатоліївна; Сердюкова, Галина Миколаївна
У статті наведено результати дослідження залежностей показників ізоляції від тривалості експлуатації високовольтних маслонаповнених вводів, як герметичної, так і негерметичної конструкції. В якості вихідних даних використовувалися результати періодичних випробувань маслонаповнених вводів, напругою 110 кВ герметичного виконання з паперово-масляною ізоляцією конденсаторного типу, а також негерметичної конструкції. Для формування статистично однорідних масивів даних були використані три статистичних критерію: ранговій критерій Вілкоксона, Z–критерій, критерій Фішера–Снедекора. Були отримані значення вибіркового середнього, вибіркової дисперсії, а також коефіцієнтів асиметрії та ексцесу показників ізоляції високовольтних вводів для масиву вихідних даних і масивів, отриманих в ході статистичної обробки. Значення вибіркових середніх для масивів, отриманих в результаті процедури статистичної обробки, істотно розрізняються. Має місце суттєве зниження значень вибіркової дисперсії для tg1 в порівнянні з вихідними масивами. Для перевірки однорідності даних в отриманих масивах використовується модель однофакторного дисперсійного аналізу. Практичне використання цього алгоритму дозволило істотно знизити неоднорідність результатів періодичних випробувань стану ізоляції високовольтних вводів. Виконаний аналіз складу масивів з однорідними значеннями показників дозволив встановити, що в однорідні масиви даних потрапили значення показників вводів з різних областей України, різного типу і виготовлені з різних номерах заводських креслень. Зазначено, що для високовольтних вводів, які не мають дефектів ізоляції, значення математичного очікування одного й того самого показника для різних масивів профілактичних випробувань ізоляції конденсаторного типу мають зсув відносно один одного. З цього випливає, що коефіцієнт завантаження та час експлуатації трансформатора істотно впливають на визначення гранично допустимого значення показника ізоляції вводу.
Вплив імпульсного опромінення водневою та гелієвою плазмою на формування твердих розчинів у тонкоплівковій гетеросистемі CdTe/CdS
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хрипунов, Геннадій Семенович; Меріуц, Андрій Володимирович; Харченко, Микола Михайлович; Геращенко, Станіслав Сергійович; Колодій, Ігор Вікторович; Пудов, Олексій Олегович; Храмова, Тетяна Іванівна; Шелест, Тетяна Миколаївна; Кузякін, Олександр Олександрович
Рентгендифрактометричним методом проведено дослідження впливу опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми на характер міжфазової взаємодії плівкових шарів сульфіду та телуриду кадмію, які були отримані методом гарячої стінки на скляних підкладках з прозорим електродом FTO. Під час осадження шарів CdS товщиною 0,3–0,32 мкм температура зони випарника становила 590 °C, а температура підкладки – 395 °C. Шари CdTe товщиною 3,8–4,0 мкм наносилися при температурі зони випаровування 520 °C і температурі підкладки 497 °C. Після нанесення проводилася «хлоридна» обробка гетеросистеми. Для цього на поверхню плівки телуриду кадмію без нагрівання підкладки методом термічного випаровування наносився шар хлориду кадмію товщиною 0,7 мкм. Потім проводився відпал на повітрі при температурі 410–415 °C протягом 20 хв. Склад твердих розчинів визначався за періодом кристалічної решітки у відповідності до правила Вегарда. У вихідному стані разом з кубічною фазою телуриду кадмію спостерігається наявність твердих розчинів CdTe1-xSx з концентрацією сірки 3 % та 8,2 %. Після опромінення гетеросистеми CdS/CdTe імпульсами водневої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 3 %. При цьому спостерігаються ще дві фази твердих розчинів CdTe1-xSx з концентрацією сірки 6 % та 11,5 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію у вихідному стані складала 84 %, після опромінення імпульсами водневої плазми – 82 %. В той час як фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % у вихідному стані були у відносній концентрації 7 % і 9 %, відповідно, після опромінення їх відносна концентрація стала 15 % і 3 %, відповідно. Після опромінення гетеросистем CdS/CdTe імпульсами гелієвої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 1,5 %. При цьому спостерігаються ще дві фази з концентрацією сірки 3,7 % та 7,9 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію після опромінення імпульсами водневої плазми зменшується до 79 %. В той час як відносна концентрація фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % після опромінення збільшується до 17 % і 12 %, відповідно. Різниця в еволюції фазового складу плівкової гетеросистеми CdS/CdTe під впливом опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми, яка спостерігається експериментально, може бути пов’язана з тим, що опромінення більш масивними атомами гелію призводить до більшого теплового впливу, що обумовлює плавлення.
Дослідження зарубіжного досвіду боротьби з ожеледно-паморозевими відкладеннями на проводах повітряних лініях електропередачі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Омеляненко, Галина Вікторівна; Черкашина, Вероніка Вікторівна; Шматов, Антон Олексійович
Представлено засоби та технології прогнозування і запобігання ожеледно-паморозевих відкладень на проводах повітряних ліній електропередачі в електричних мережах зарубіжних країн. Акцентовано увагу на таких системах, як «Meteo», динамічний тепловий рейтинг, онлайн моніторинг China Southern Power Grid, Variable resistance cable de-icing system та мобільних установках плавлення ожеледі. Проаналізовано переваги і недоліки цих систем та виявлено, що такі підходи вимагають витрат енергії і є актуальним тільки для відповідного регіону електричних мереж залежно від погодних умов та відстані передачі електричної енергії. Розглянуто механічний, електромеханічний, електротермічний та фізико-хімічний методи запобігання ожеледно-паморозевих відкладень на проводах повітряних ліній електропередачі. Виявлено, що розгляд динамічних процесів є суттєвим і ефективним у дослідженнях електричних мереж в екстремальних погодних умовах, а дані про ожеледно-паморозеві відкладення на проводах повітряних ліній характеризуються високою розмірністю, нелінійністю, мультимодальністю та неоднорідністю, що унеможливлює створення точної моделі прогнозування за допомогою традиційних методів оцінювання й прийняття рішень. Для вирішення цього завдання запропоновано використовувати метод аналізу часових рядів та метод Ensemble Empirical Mode Decomposition. В основі цих методів лежить максимізація використання властивих закономірностей, які представлені частотно-часовими характеристиками для ефективного аналізу даних і створення основи для наступних моделей та підвищення точності їх прогнозування. На основі виконаних досліджень запропоновано шляхи адаптації та інтегрування досвіду зарубіжних країн в електричні мережі України. Обґрунтовано необхідність створення комплексних інформаційних систем моніторингу метеопараметрів та режимів роботи електричних мереж з використанням спеціалізованих прогнозних моделей та ІТ-систем, що дозволить автоматизувати процес оцінювання поточного стану повітряних лінії електропередачі на основі метеорологічних даних з метою своєчасного прийняття рішення щодо аварійних ситуацій в електричних мережах, спровокованих ожеледно-паморозевими відкладеннями.
Дослідження зміни струмів витоку за забрудненої і зволоженої поверхні ізоляторів типу ПС-6Б, ПС-120А, ПСД-70Е повітряних ліній електропередавання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шевченко, Сергій Юрійович; Борзенков, Ігор Іванович
В процесі експлуатації ізолятори піддаються багаторазовим забрудненням та атмосферним впливам. Це обумовлюється винесенням забруднень з промислових металургійних підприємств, хімічних комбінатів тощо та осадженням їх на поверхні ізоляторів поблизу ліній електропередачі. У нормальному режимі роботи, коли ізолятори забруднені, але їхня поверхня не піддається зволоженню, активною складовою повного струму витоку можна знехтувати. Інша справа, коли поверхня забрудненого ізолятора інтенсивно зволожується від атмосферних впливів, наприклад, дощ, туман, роса, відповідно і величина активної складової струму витоку також збільшується пропорційно провідності утвореного електроліту, шару забруднення на поверхні ізолюючої поверхні ізолятора. У статті розглянуто спосіб вимірювання струмів витоку по забрудненій поверхні різних типів скляних тарілчастих ізоляторів в лабораторних умовах зі штучним та природним забрудненням. У сухому стані забрудненими ізоляторами протікає струм витоку, який в основному залежить від електричної ємності ізолятора. Запропоновано метод обчислення активної складової струму витоку, оскільки активна складова струму витоку є основним параметром визначення втрат енергії за рахунок її розсіяння в довкілля. Наведено результати зміни величини струмів витоку в часових характеристиках після зволоження поверхневого шару забруднення до струму витоку в сухому стані поверхні ізолятора. Наведено спостереження процесів підсушування забрудненої та зволоженої поверхні від впливу струмів витоку. Досліджено утворення підсушених зон на поверхні забрудненої ізоляції тарілчастих ізоляторів повітряних ліній електропередачі за дії струмів витоку. Проведено аналіз отриманих результатів, зроблено висновки.
Дослідження можливості підвищення ефективності автоматичної компенсації змінного магнітного моменту струмів трифазного електроустаткування
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Середа, Олександр Григорійович; Середа, Олена Геннадіївна; Крюкова, Наталія Валеріївна
Проведений аналіз та огляд відомих параметричних систем автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля електроустаткування. З’ясовано, що відомі параметричні системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля електроустаткування не враховують зміну порядку чергування фаз живлення при зміни рівня зовнішнього магнітного поля, що знижує ефективність компенсації магнітного поля трифазного електроустаткування у 2–3 рази. Удосконалено параметричну систему автоматичної компенсації магнітного моменту синусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз, відмінними ознаками функціонування якої є попереднє визначення порядку чергування фаз в силовому колі трифазного електроустаткування і формування струмів електромагнітів компенсаторів з урахуванням цього порядку, що дозволяє підвищити ефективність компенсації магнітного моменту струмів трифазного електроустаткування та використовувати таку систему в трифазному розподільному пристрої, що містить множину трифазних фідерів. Удосконалено спосіб стендового налаштування параметрів системи автоматичної компенсації магнітного моменту синусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз, що відрізняється від використовуваних раніше тим, що попередньо визначається порядок чергування фаз у силовому колі та формуються струми електромагнітів компенсаторів з урахуванням цього порядку і тільки потім подається живлення по черзі в кожен незалежний контур силового кола електроустаткування, одночасно з чим включається електромагніт компенсатор, орієнтований вздовж обраної осі, вимірюється компонента сумарного магнітного моменту вздовж цієї ж осі і залежно від її величини регулюються за величиною та фазою сигнали струмів компенсації, потім змінюється порядок чергування фаз і решта операцій повторюється. Рекомендовано удосконалити системи автоматичної компенсації магнітного моменту несинусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз з метою забезпечення високої ефективності компенсації магнітного моменту та зовнішнього магнітного поля незалежно від порядку чергування фаз живлення трифазного електроустаткування.
Експериментальна апробація робочих режимів імітатора сонця Sunbrick
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Кіріченко, Михайло Валерійович; Зайцев, Роман Валентинович; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Воробйов, Богдан Віталійович; Шкода, Дмитро Сергійович; Лелюк, Станіслав Юрійович
Проведено введення в експлуатацію та експериментальна апробація технічних можливостей і режимів роботи та здійснені тестові вимірювання світлових вольт-амперних характеристик сонячних елементів за допомогою сучасного вимірювального комплексу на основі імітатора сонця Sunbrick. Реалізовано автоматизоване вимірювання світлових вольт-амперних характеристик сонячних елементів компенсаційним методом за допомогою вимірювального приладу Keithley 2400. В ході апробації вимірювального комплексу на основі імітатора сонця Sunbrick протестовано можливість відтворення різних режимів роботи імітатора та перевірено можливості керування випромінюванням як за енергетикою в діапазоні від 100 до 1100 Вт/м² так і за спектральним складом. Встановлено, що просторова нерівномірність освітлення для дослідженого приладу становить менше 2 % при площі освітлення понад 400 см² . Показано, що апробований вимірювальний комплекс дозволяє проводити автоматизовані дослідження сонячних елементів в режимах опромінення, що відповідають як наземним умовам опромінення так і в умовах заатмосферного сонячного випромінювання. Апробовано можливість індивідуального налаштування кожного з 36 каналів випромінюючого елементу в діапазоні від 400 до 1100 нм, що додає гнучкості в використанні імітатора сонця Sunbrick під час дослідження як сонячних елементів в цілому так і властивостей функціональних напівпровідникових матеріалів шляхом опромінення монохроматичним або змішаним освітленням. Показано, що за рахунок експресності проведення досліджень та можливості одразу візуалізувати виміряну вольт-амперну характеристику на екрані комп'ютера можна суттєво пришвидшити процес дослідження сонячних елементів. Так можна відразу проводити розподіл досліджених сонячних елементів за групами відносно їх ефективності та визначати присутність можливих дефектів або пошкоджень у їх структурі.
Енергоефективність та екологічність атомних електростанцій та вітроенергетичних установок
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Тарасенко, Микола Григорович; Козак, Катерина Миколаївна; Лукман, Ахмед Омейза
У статті проаналізовано енергоефективність та екологічність атомних електростанцій та вітроенергетичних установок в умовах інтенсивного зростання населення і, як наслідок, зростання потреб в електроенергії з урахуванням негативного впливу на оточуюче середовище не тільки в процесі будівництва енергетичних об’єктів, але й експлуатації та утилізації після закінчення терміну експлуатації. Підкреслено, що в процесі розвитку суспільства вітрогенератори спочатку використовувалися лише для помелу зерна, відкачування води, осушування боліт, розширення сільськогосподарських угідь тощо і лише потім, у зв’язку з дефіцитом енергоресурсів, їх почали використовувати для вироблення електроенергії. Паралельно з цим такі вчені як Петро Капіца, Сергій Вавілов, Ігор Курчатов, Микола Доллежаль та інші займалися становленням ядерної енергетики. В результаті в 1954 році в місті Обнінськ була побудована перша в світі атомна електростанція потужністю 5 МВт. Це був настільки революційний прорив в електроенергетиці, що від вітроенергетики відмовились. З цього моменту кількість реакторів почала стрімко зростати, досягнувши у 2002 році цифри 438. Але починаючи з 1969 року на атомних електростанціях стали відбуватися аварії. На теперішній час сталося 22 знакових аварії, включаючи Чорнобильську в Україні у 1986 році. Не менш руйнівною була аварія у 2011 році на атомних електростанціях Оганава і Фукусіма-1 в Японії. Після Чорнобильської аварії 1986 року людство знову згадало про вітрогенератори, які здавалися абсолютно екологічними. Але в процесі експлуатації з’ясувалося, що і вони мають свої недоліки. Проте, як показав час, більшість з них можна усунути шляхом удосконаленням власне вітрогенераторів та оптимального розташування їх у вітропарках. Незважаючи на те, що всі аварії на атомних електростанціях сталися з вини обслуговуючого персоналу, атомна енергетика здатна стати безаварійною при впровадженні сучасних смарт технологій. Таким чином, як атомні, так і вітрові електростанції повинні розвиватися, доповнюючи одна одну на перекір військовій агресії росії.
Каскадне керування електроприводами насосної станції на основі астатичного нечіткого регулятора
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Босак, Алла Василівна; Торопов, Антон Валерійович; Дубовик, Володимир Григорович; Торопова, Лілія Володимирівна; Боднарук, Олексій Юрійович
В статті розглянуті основні особливості каскадного керування тиском в системі водопостачання із регульованим і додатковим нерегульованим насосом. Сформульовані недоліки існуючих систем керування і запропоновано здійснювати керування електроприводами насосної станції із корекцією швидкості обертання регульованого насосу в залежності від режиму роботи нерегульованого. Розроблена спрощена математична модель контуру регулювання тиску із представленням вмикання додаткового насосу у вигляді збурюючого впливу аперіодичного характеру. При цьому закон керування додатковим насосом, описується у вигляді однозначних нелінійностей на основі одиничної ступінчастої і сигнатурної функцій, що дозволяє значно спростити його реалізацію у випадку використання мікропроцесорних пристроїв керування. Для зменшення впливу збурень в перехідних режимах роботи, а саме при вмиканні додаткового насосу, запропоновано використовувати в алгоритмі керування складову корекції швидкості для основного насосу. Для уникнення формування статичної похибки в роботі запропоновано використовувати регулятор тиску і інтегральною складовою. Далі розроблена уточнена математична модель в середовищі MATLAB і проведено дослідження роботи системи із пропорціонально-інтегрально-диференціальним регулятором тиску для регулювання швидкості основного насосу. Визначено, що використання складової корекції дозволяє підвищити точність регулювання тиску, однак не дозволяє скомпенсувати наявність транспортного запізнювання і нелінійностей системи. Тому, в якості регулятора тиску на виході гідравлічної системи використовується комбінований астатичний нечіткий регулятор на основі пропорційно-інтегрального алгоритму керування. Головна відмінність такого регулятора полягає у автоматичній зміні коефіцієнта підсилення при зміни помилки, що запобігає виникненню нестійких режимів при великих коефіцієнтах розімкнутої системи. Розроблена нечітка система керування дає низку переваг, таких як підвищення надійності водопровідної мережі, покращення робочих характеристик системи водопостачання для споживачів, зменшення зносу насосного обладнання та зниження споживання електроенергії, що підтверджується результатами цифрового моделювання.
Керування та управління мікромережевими кластерами: розвиток та майбутні дослідження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Федосеєнко, Олена Миколаївна
Робота досліджує потенціал кластерної технології мікромереж та її вплив на вирішення проблем, пов'язаних з енергетикою та довкіллям. За останні десятиліття суттєво зросло зацікавлення у використанні мікромереж для забезпечення стійкості та надійності енергетичних систем, особливо з урахуванням зростаючого використання відновлювальних джерел енергії. Кластери мікромереж координують розподіл потужності між мікромережами та основною мережею, ефективно розв’язуючи проблеми, такі як підвищення напруги, гармоніки, низький коефіцієнт потужності, зворотні потоки потужності та недоліки в схемах захисту. Однак перед впровадженням кластеризації мікромереж потрібно подолати деякі виклики, особливо з точки зору проектування. У статті критично оглядаються проблеми проектування кластеризації мікромереж. Розглядаються переваги та виклики, що виникають у процесі розвитку мікромереж, зокрема проблема недостатньої адаптації до великомасштабних джерел відновлювальної енергії. У дослідженні аналізуються різні архітектури мікромережових кластерів та методи їх взаємодії. Класифікація кластера мікромережі проведена за різними архітектурами на основі розташування з'єднань. Також проводиться порівняння різних технологій передачі електроенергії в межах мікромережевих кластерів, зокрема систем змінного струму та постійного струму, з оцінкою переваг і недоліків кожної технології. Значну увагу приділяється контролю та керуванню мікромережевими кластерами, висвітлюються можливості ієрархічних та розподілених структур управління для забезпечення оптимального розподілу потужності та регулювання напруги та частоти. На завершення статті розглядаються перспективні напрями подальших досліджень, спрямованих на поліпшення інтеграції великомасштабних джерел відновлювальної енергії, розробку інтелектуальних систем управління та енергоменеджменту, а також створення надійних систем контролю та керування мікромережевими кластерами.
Моніторинг електричних мереж з використанням безпілотних літальних апаратів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ніконов, Микола Сергійович; Шевченко, Сергій Юрійович
В статті окреслено основні існуючі проблеми моніторингу об’єктів електросистеми, адже регулярний огляд приладів та пристроїв електричної енергосистеми дозволяє оцінити їх технічний стан та виявити наявність дефектів та попередити аварійні режими. Проведено аналіз перспективних рішень в процесі інспекції технічного стану об’єктів або аварійних ділянок електричних мереж з використанням безпілотних літальних апаратів. Розглянуто класифікацію, переваги та недоліки безпілотних літальних апаратів, наведено перелік завдань, які вони здатні виконувати враховуючи власну конструкцію, технічні параметри. Окреслено основні частини структурної схеми керування безпілотного літального апарату та можливості розширення, удосконалення та усунення існуючих недоліків. Розглянуто існуючі технології автоматичного керування, виявлення та слідування електричної повітряної лінії та пристроїв безпілотником. Проведено аналіз базового принципу роботи датчиків вимірювання теплового поля та електромагнітного поля, як найбільш перспективних на сьогоднішній день у визначенні порушення правильної роботи пристроїв. По-перше, при несправності, об’єкти здатні випромінювати теплову енергію і часткові розряди, датчик якого здатний вимірювати її на відстані та перетворювати в температуру. По-друге, при тих самих пошкодженнях змінюється електромагнітне поле навколо об’єктів, вимір та аналіз значення цього параметра спеціальним датчиком дозволяє знаходити пошкоджені ділянки. Розглянуті питання забезпечення захисту каналу зв’язку наземної частини з безпілотником від зловмисників і інформаційного захисту обміну даних. Розглянуто можливості розвитку існуючих технологій з метою удосконалення процесу моніторингу загального технічного стану електричної мережі, пошуку пошкоджених електричних ділянок та пристрої, автоматизації процесу керування та зменшення собівартості пристрою.
Перспективи створення уточненої моделі втрат на струми витоку по забрудненням на поверхнях ізоляторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Шевченко, Сергій Юрійович; Ганус, Роман Олексійович
Робота присвячена виявленню перспектив створення моделі втрат на струми витоку по забрудненням на поверхнях ізолятору. Метою був пошук математичних моделей, що достатньо точно опишуть втрати на струми витоку для оцінки їх значення для об’єднаної енергетичної системи України. Оцінено існуючу широко застосовану методику розрахунку втрат на струми витоку. Встановлено, що вона не є доречною, оскільки в її основі закладено використання виключно опору ізолятора з незмінним його значенням, що не відображає дійсної картини. Тому з метою покращення існуючої моделі, запропоновано іншу, в якій враховуються усі атмосферні явища, що впливають на провідність по поверхні ізолятору, серед яких тумани, мряка, дощі та роса, що фіксуються за допомогою градацій. Встановлено, що значний вплив зумовлює швидкість вітру та вологість шару забруднення на поверхні ізолятора. Наведено графіки середньої за одноразове зволоження потужності втрат електроенергії у гірлянді ізоляторів за різних кліматичних умов. Методику використано для розрахунку потужності втрат в мережі змінного струму напругою 35 кВ та наведено в таблиці. За результатами дослідження встановлено, що таким чином можна динамічно визначати втрати залежно від кліматичних умов на ізоляторах в будь-якій точці, залежно від наявних метеорологічних даних. Переглянуто методику визначення провідності шару забруднення на поверхні ізолятору. Показано яким чином представляється опір забруднення та методику його розрахунку, що дозволяє в подальшому визначити провідність забруднення, розглянуто вплив опадів на очищення поверхні ізолятора від забруднень. Встановлено, що під прямими опадами очищення ізоляторів є незначним, а вологість шару забруднення збільшується, що збільшує і його провідність. У висновках встановлено, що модель має високий потенціал та необхідність урахування діелектричних втрат.
Розрахунок режимів електричних мереж за допомогою програмного комплексу "Режим"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Іглін, Сергій Петрович; Шелест, Дмитро Андрійович; Данилейко, Олег Валентинович
В статті представлений програмний комплекс для розрахунку режимів електричної мережі. Представленні теоретичні основи розрахунку, загальна інформація про програмний комплекс, рекомендації по роботі з ним. Показано, що теоретичною основою програмного комплексу є вузлові рівняння та модифікації методу Ньютона. За допомогою вузлових рівнянь модулюються різноманітні режими електричних мереж (сталі, післяаварійні, обтяжливі). За допомогою нелінійних рівняння вузлових напруг описують сталий режим електричної системи при завданні нелінійних джерел струму. Рівняння вузлових напруг представлені в формі балансу потужності та матричному запису. В якості змінних при вирішенні рівнянь сталого режиму використовуються модуль і фази напруги у вузлах U і δ. Розкривається, як нелінійна систему рівнянь сталого режиму вирішується за методом Ньютона, де на кожному кроці ітераційного процесу вирішується лінеаризована система рівнянь. При цьому, контроль збіжності здійснюється по вектору небалансів. Алгоритм комп'ютерної програми реалізується за допомогою модуля вхідних масивів, базового модуля, модуля виводу результатів. Розглянуто основні умови виконання програми, що мають мінімальний склад технічних та програмних засобів. До складу технічних засобів повинен входити персональний комп'ютер. Системні програмні засоби, використовувані програмою, повинні бути представлені версією операційної системи починаючи з Windows 95 і вище. Оператор, що використовує програму, повинен мати практичні навички роботи із графічним інтерфейсом операційної системи. Базовий модуль є головним і складається з процедури обробки початкових даних та виводу інформації за бажанням користувача. Базовий модуль дозволяє оперативно виконувати зміну значень початкових даних та виконувати розрахунок з новими значеннями. Програмний комплекс дозволяє проводити розрахунки в режимі реального часу. Програма розроблена та модернізована на кафедрі передачі електричної енергії Національного технічного університету "Харківський політехнічний університет". Програмний комплекс впроваджено в учбовий процес та наукову діяльність кафедри.
Розробка моделей складних схем релейного захисту в програмному комплексі MATLAB
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Петровський, Михайло Васильович; Крамський, Ігор Олександрович; Дяговченко, Ілля Миколайович; Лебедка, Сергій Миколайович; Борзенков, Ігор Іванович
У сучасному навчальному процесі активно застосовуються інформаційні технології, які дозволяють реалізувати процес набуття знань на якісно новому рівні, що є особливо важливим для дистанційної форми навчання. Рівень їх розвитку дозволяє розробляти математичні моделі будь-яких процесів та явищ. В якості предмета дослідження обрано схеми релейного захисту. На основі їх роботи в програмному комплексі MATLAB розроблено віртуальні стенди, що дозволяють користувачеві наблизитись до реальних умов проведення лабораторних робіт. Програма «Дослідження максимального струмового захисту» дозволяє досліджувати роботу елементів схеми у результаті виникнення двофазного короткого замикання в електричній мережі, що складається з генератору, лінії електропередавання та навантаження. Для створення математичної моделі короткого замикання використано метод симетричних складових. При запуску моделі автоматично з’являються вікна, в яких у вигляді анімації будуються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі та стан елементів від часу. На основі попередньо розроблених алгоритмів роботи реле струму РТ-40 та реле напрямку потужності РБМ-178 розроблено схему «Дослідження максимального спрямованого струмового захисту». У віртуальному стенді розглядається мережа з двостороннім живленням, до якої входять симетричні трифазні джерела змінної напруги, лінії електропередавання, високовольтні вимикачі, споживачі та направлений струмовий захист. Для забезпечення більшої функціональності передбачено введення необхідних параметрів елементів. За допомогою групи вимикачів можна в схемі промоделювати дво- та трифазне коротке замикання. При запуску моделі розраховуються струми, які протікають в лінії у нормальному, аварійному та післяаварійному режимах. Після закінчення моделювання з’являються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі, та стан елементів від часу. Програма «Дослідження дистанційного захисту» використовує алгоритми розрахунків струмів дво- та трифазних коротких замикань, що розроблені у попередніх стендах. Під час моделювання для спостереження за результатами та їх фіксування передбачено панель, де вказано основні характеристики реле. На стенді присутній графік, де відображаються кутові характеристики та значення опорів в різних точках короткого замикання. На стендах присутня світлова індикація – колір ламп – та візуальна – стан контактів.