Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 64, № 3 (2021)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-3

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

191-201 405
Аннотация

Используемые в микропроцессорных защитах электроустановок методы формирования ортогональных составляющих входных токов обеспечивают достоверное их выделение после изменения режима по истечении одного или нескольких периодов основной частоты. Это обусловлено инерционностью функциональных элементов, в частности цифровых частотных фильтров, а также насыщением стали магнитопроводов трансформаторов тока. Для повышения быстродействия выделения ортогональных составляющих входных токов предложено формировать их как эквивалентные по значениям косинусной и синусной составляющих, полученных с использованием цифровых фильтров Фурье, путем умножения на результирующий коэффициент. Разработанная методика определения указанного коэффициента обеспечивает компенсацию запаздывания, обусловленного инерционностью цифровых фильтров, а также насыщением стали магнитопроводов трансформаторов тока. Предложенный метод формирования ортогональных составляющих отличается высокой эффективностью в режимах сильного насыщения магнитопровода при сложном входном воздействии при наличии в нем апериодической составляющей с большой постоянной времени затухания. Оценка эффективности функционирования разработанного метода выполнялась с помощью комплексной цифровой модели, реализованной в среде динамического моделирования MatLab-Simulink. В результате исследований установлено, что при отсутствии насыщения магнитопровода трансформаторов тока, а также при незначительной и средней его степени разработанный метод формирования эквивалентных ортогональных составляющих входных токов обладает динамическими свойствами, близкими к характеристикам ранее предложенных. При сильном насыщении магнитопровода трансформаторов тока обеспечивается повышение быстродействия получения достоверных значений указанных составляющих в 1,5–2 раза.

202-218 159
Аннотация

В электротехнических комплексах промышленных предприятий, морских портов, судов более 80 % оборудования составляют асинхронные двигатели. В ряде случаев они работают с резко переменной нагрузкой, в условиях агрессивной среды, при этом получают питание от сети с отклонениями показателей качества электроэнергии от нормативных, что приводит к высокой повреждаемости. Около 40 % случаев повреждения изоляции обмоток асинхронных двигателей составляют витковые замыкания. Несвоевременное выявление начального момента появления дефектов в асинхронных двигателях или нарушения режимов работы питающей сети и токовых цепей приводит к аварийным ситуациям электротехнического комплекса, простою оборудования и ущербу. В статье рассмотрены вопросы диагностики неполнофазных режимов токовых цепей, напряжений сети и витковых замыканий в статорных обмотках асинхронных двигателей, получающих питание от сети в условиях несимметрии напряжений. Проведен анализ векторных диаграмм токов, напряжений и дополнительных фазовых углов сдвига фазных токов, возникающих при несимметрии напряжений сети и межвитковых замыканиях. Полученные результаты позволили сформулировать критерии выявления начального момента виткового замыкания и двухфазных режимов сети и токовых цепей при стационарных режимах. Разработаны способ неразрушающего контроля состояния асинхронного двигателя, а также устройство для его реализации. Способ основан на сравнении векторов измеренных фазных токов с их расчетными значениями. Приведены результаты моделирования изменения векторов фазных токов от количества замкнутых витков в обмотке асинхронного двигателя. Установлен мощностной ряд асинхронных двигателей, для которых чувствительность выявления начального момента межвиткового замыкания максимальная. Получены аналитические результаты зависимости коэффициента чувствительности при межвитковых замыканиях от абсолютного приращения модулей фазных токов и соответствующих фазовых углов.

219-227 160
Аннотация

В статье представлена система обнаружения с беспроводной зарядкой на основе катушки с крестообразной перемычкой. Обычно доступные металлоискатели продаются в виде переносных систем, которые позволяют осуществлять только постепенный, длительный и трудоемкий поиск. Важно отметить, что часть исследуемой зоны, таким образом, может быть легко пропущена, и вероятность того, что металлический объект не будет найден, существенно возрастает. Эта проблема устраняется с помощью автоматического режима отслеживания местоположения, встроенного в решение, полученное в результате наших исследований. Предлагаемая система облегчает одновременное использование катушки с крестообразной перемычкой для беспроводной зарядки и обнаружения металла с помощью импульсной индукции. Топология детектора может излучать переменную длину импульсов, что позволяет устройству обнаруживать больше типов металлов и адаптироваться к проницаемости почвы. Катушка имеет ответвление в соответствующей части обмотки, чтобы уменьшить нежелательные электромагнитные помехи во время зарядки. На передающей стороне топологии включено согласование импеданса для поддержания максимальной изменчивости пространственного зазора. При изменении положения приемной стороны изменяется выходное напряжение, поэтому используется высокоэффективный преобразователь постоянного тока в постоянный. Отдельные элементы батареи демонстрируют различные внутренние сопротивления, что требует применения нового метода для балансировки напряжения элементов. Система может быть использована на самонаводящихся транспортных средствах или беспилотных летательных аппаратах; GPS, успешно отправляющие координаты на многоканальное радио, обеспечивают точное позиционирование. При наличии многоканальной топологии возможно потенциальное сотрудничество между разнообразными системами. В установке используется одна и та же катушка для беспроводной передачи и обнаружения энергии.

228-238 177
Аннотация

Рост уровней токов короткого замыкания в энергосистеме Республики Беларусь требует исследования параметров электродинамической стойкости основных конструктивных элементов электроустановок с гибкими проводниками. В режиме короткого замыкания по проводникам электроустановок протекают токи, в сотни раз превышающие токи рабочего режима. При взаимодействии магнитных полей, образованных этими токами, возникают значительные электромагнитные усилия, оказывающие разрушающее воздействие как на сами токоведущие части, так и на конструктивные элементы электроустановок: опорные изоляторы, коммутационные аппараты, измерительную аппаратуру.  Движение проводов в режиме короткого замыкания приводит к появлению в них существенных динамических нагрузок, которые, в свою очередь, передаются на порталы, опорные изоляторы и электрические аппараты. Актуальной проблемой является возникновение в основных конструктивных элементах недопустимых механических усилий, способных вызвать их разрушение. Так, анализ физико-механических параметров и геометрических размеров гибкой ошиновки распределительных устройств показывает, что нарушение условия электродинамической стойкости по тяжению маловероятно в силу высокой механической прочности применяемых сталеалюминевых проводов большого сечения. Вместе с тем ограничивающие пролет порталы, опорные изоляторы и другие электрические аппараты имеют значительно меньшие допустимые изгибающие нагрузки. При воздействии динамических  усилий проводники изгибаются и передают нагрузку на конструктивные элементы, которые обладают определенной упругостью. Таким образом, достоверное определение динамических нагрузок с учетом действующих на опорные конструкции токоведущих частей возможно лишь при постановке динамической задачи. В статье излагаются методы математического моделирования и вычислительного эксперимента для анализа параметров электродинамической стойкости основных конструктивных элементов, которые определяются с помощью коэффициентов, зависящих от собственных частот колебаний и характера изменения динамических усилий во времени. Для решения поставленных задач составлены математические модели, сформулированы краевые задачи расчета электродинамической стойкости конструктивных элементов с учетом вероятного совпадения частот вынужденных и собственных колебаний конструктивных элементов.

239-249 177
Аннотация

Экономичность системы электроснабжения предприятия зависит от качества электрической энергии и ее потерь в электрических сетях, в значительной степени определяемых режимами регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. Зачастую на практике задачи регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий, включающих электрические сети напряжением до 1 кВ, а также 6, 10 кВ и выше, решаются раздельно. Это ведет к нерациональному использованию имеющихся устройств регулирования напряжения, недоиспользованию установленной мощности компенсирующих устройств, оказывает влияние на регулирование напряжения в электрических сетях энергоснабжающей организации. Поскольку указанные режимы нераздельно связаны, правильно их определить можно лишь с использованием комплексного подхода, основанного на технико-экономических критериях и учитывающего технические требования и местные условия. В настоящей статье анализируется взаимовлияние режимов регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий с точки зрения обеспечения качества электроэнергии и минимизации нагрузочных потерь мощности. Представлены методика и результаты расчетов (на примере конкретного промышленного объекта) по определению отклонений и потерь напряжения в электрической сети и выбору параметров регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. Вследствие тесной взаимосвязи указанных режимов, затрагивающей все уровни напряжения, эффективность мероприятий невозможно обеспечить без использования многофункциональных устройств управления оборудованием трансформаторных подстанций.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

250-258 181
Аннотация

Солнечное излучение является экологически чистым и доступным источником энергии с высокой энергоотдачей. Использование фототермоэлектрической батареи позволяет увеличить эффективность преобразования солнечного и теплового излучений в электрическую энергию как в ясные, так и в пасмурные дни. В данной работе предложена оригинальная структура батареи с фото- и термоэлектрическими преобразователями. Трехмерная модель фототермоэлектрической батареи реализована в программном обеспечении COMSOL Multiphysics с использованием модуля «Теплопередача». Моделирование проводилось для географических координат г. Минска с учетом суточного и сезонного изменений температуры окружающей среды и плотности мощности концентрированного солнечного излучения спектра AM1.5, максимальное значение которой варьировалось от 1 до 500 кВт/м2. Рассчитаны зависимости максимальных значений температуры фототермоэлектрической батареи, термоэлектрических преобразователей, а также профили распределения градиента температуры в термоэлектрических преобразователях. Получены зависимости максимальных значений градиента температуры внутри термоэлектрических преобразователей от плотности мощности солнечного излучения. Построены графики зависимостей градиентов температуры внутри термоэлектрического преобразователя фототермоэлектрической батареи при воздействии концентрированного солнечного излучения от времени суток в середине июля и января. Показано, что за счет термостабилизации тыльной стороны внешних электродов предложенного устройства удалось достичь увеличения выходного напряжения до максимальных значений 635 мВ в январе и 780 мВ в июле.

 

259-274 180
Аннотация

Эксергетический метод термодинамического анализа сложных теплоэнергетических систем в последние годы получил широкое признание, доказав свою эффективность при поиске оптимальных вариантов энергоснабжения и энергопотребления. Вместе с тем его применение сдерживается отсутствием соответствующих научно обоснованных методических подходов к теплотехнологиям, в ходе которых имеют место не только энергетические, но и материальные превращения. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий относится именно к таким технологиям. В данной статье представлены новые научные результаты, связанные с разработкой эксергетических балансов процессов приготовления бетонной смеси в смесителе и тепловой обработки бетонного изделия в теплотехнологической установке. Для каждого из этих случаев осуществлен анализ эксергетических потоков, определена структура эксергии бетонной смеси и твердеющего бетона. На основе анализа научных работ о химическом составе цементных клинкеров, цементов и продуктов гидратации предложены новые зависимости для расчета эксергии потока бетонной смеси и бетона при его тепловой обработке, включая термомеханическую, реакционную и концентрационную составляющие. Разработаны абсолютные эксергетические показатели. На конкретном примере с использованием разработанного научно-методического обеспечения выполнен расчет указанных величин. Во второй части будут опубликованы результаты исследования по определению относительных эксергетических показателей, позволяющих выполнять оценку энергетической эффективности процессов тепловой обработки бетонных изделий в теплотехнологических установках. Полученные результаты могут использоваться при выборе энергосберегающих режимов теплотехнологического оборудования для промышленной тепловой обработки бетонных изделий.

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА 

275-286 144
Аннотация

Снижение напорной характеристики погружного насоса в процессе эксплуатации происходит в результате совокупного действия ряда причин. Насосное оборудование изнашивается вследствие гидроабразивного разрушения проточных каналов. Снятие характеристик погружных насосов производится в заводских условиях на специальных стендах. На крупных групповых водозаборах подземных вод скважины оборудованы автоматизированной системой управления, позволяющей тестировать насос на рабочем месте и оперативно принимать решение о его замене при недопустимом снижении напорной характеристики. Фактическую напорную характеристику насоса H н = f(Q) с достаточной степенью точности можно построить непосредственно на скважине. Для определения степени износа насоса производится сравнение его напорных характеристик до установки и в момент снятия показаний. В статье описана схема обвязки скважины для измерения удельного дебита и напорной характеристики погружного насоса. Цель исследования – вывести зависимость для построения расходно-напорной характеристики погружного насоса на его рабочем месте и разработать методику учета его износа в процессе работы, позволяющую прогнозировать снижение производительности скважин во времени. Предложено выражение для описания напорной характеристики насоса в любой момент времени, исчисляемый от его установки в скважину. Приведен анализ снижения напорных характеристик насосов различных производителей на скважинах действующего водозабора подземных вод. Подтверждено, что интенсивность снижения напора зависит от продолжительности эксплуатации насоса на данной скважине, материала рабочих колес насоса и содержания песка в перекачиваемой воде. 



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)