Вестник Южно-Уральского государственного Университета. Серия: «Энергетика»

ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НА БАЗЕ УСТРОЙСТВ СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ВЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

А.А. Яблоков — 2023-06-30

Практическая реализация методов определения места повреждения высоковольтных линий электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений сопряжена с рядом трудностей, среди ко-торых можно выделить существенное влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания, оста-точной намагниченности измерительных преобразователей тока, а также первоначальную ориентированность технологии синхронизированных векторных измерений на фиксацию, в первую очередь, установившихся ре-жимов и медленно протекающих электромеханических переходных режимов. Вышесказанное свидетельствует о необходимости существенных изменений в организации измеритель-ных каналов для использования данных векторных измерений для локализации места повреждения. В работе анализируется эффективность использования различных способов организации каналов измерений первичных токов для целей определения места повреждения на воздушной линии электропередачи сверхвысокого напря-жения с использованием устройств синхронизированных векторных измерений. Цель работы заключается в определении оптимальной структуры измерительных каналов для расчета рас-стояния до места повреждения на основе векторных измерений, а также в исследовании возможности примене-ния цифровых преобразователей тока, выполненных на основе катушки Роговского, для исключения влияния насыщения трансформаторов тока на точность локализации повреждения. Методология проведения исследований предполагает широкое использование программно-аппаратного комплекса моделирования в реальном времени RTDS, реальных устройств синхронизированных векторных из-мерений различных производителей и усилителя сигнала. Предметом исследования являются методы повыше-ния точности определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи. В качестве тестовых ме-тодов используются хорошо известные двусторонние методы определения места повреждения, оперирующие различными составляющими синхронизированных векторов токов и напряжений. В результате проведенного исследования сделаны выводы о необходимости перехода к новой парадигме организации измерительных каналов, используемых устройствами синхронизированных векторных измерений, на основе нетрадиционных измерительных трансформаторов. Показано преимущество использования для целей определения места повреждения цифровых фильтров класса Р с обязательным условием их подключения к ре-лейным обмоткам трансформаторов тока. Проанализированы конкретные варианты организации измеритель-ных каналов для рассматриваемой задачи.

АЛГОРИТМЫ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

А.Д. Каппес — 2023-06-30

В статье приводится описание защиты, основанной на модели трансформатора. Описанная авторами защита не требует расчетов и не зависит от режима работы энергосистемы. При этом чувствительность защиты обеспечивает обнаружение внутренних витковых замыканий и замыканий на корпус в силовом трансформаторе. В статье производится сравнение предложенного алгоритма с усовершенствованной версией дифференциальной защиты, способной фиксировать большую часть внутренних замыканий трансформатора.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДУГИ ОТКЛЮЧЕНИЯ С ПОТОКОМ ЭЛЕГАЗА В АВТОКОМПРЕССИОННОМ ДУГОГАСИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ ЭЛЕГАЗОВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ 110 кВ

В.В. Поповцев — 2023-06-30

Требования к повышению коммутационной способности элегазовых выключателей, диктуемые электросетевыми компаниями вследствие увеличения расчётных токов короткого замыкания в сетях 110 кВ и выше в настоящее время является сложной технико-экономической задачей. Очевидно, что материальные затраты на такое мероприятие высоки и перед созданием прототипа нового оборудования или модернизации существующего необходимо произвести расчёт сложнейших комплексных физических процессов гашения дуги, происходящих в дугогасительном устройстве элегазового выключателя высокого напряжения при отключении токов короткого замыкания. Последнее сводится к задаче моделирования процессов взаимодействия дуги отключения с неизотермическим потоком элегаза. В статье исследуется возможность решения вышеописанной задачи в численном программном комплексе при учёте дуги в форме источника температурного нагрева на основе экспериментальных данных измерения температуры ствола дуги при отключении симметричного тока короткого замыкания 10 кА. Расчёты проводились при коммутации автокомпрессионного дугогасительного устройства элегазового выключателя 110 кВ. Приведены результаты изменения давления и массового расхода в подпоршневой области, скорости, температуры в зависимости от хода контактов. Разработанная модель взаимодействия дуги отключения с потоком элегаза также использована для моделирования процесса отключения симметричного тока короткого замыкания 25 кА в реальном автокомпрессионном дугогасительном устройстве.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И МИКРОСТРУКТУРЫ ВАРИСТОРОВ ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

А.В. Коржов — 2023-06-30

Статья посвящена изучению зависимости между электрическими характеристиками и микроструктурой варистора. Экспериментально были определены вольт-амперные характеристики варисторов десяти производителей, представленных на территории РФ. Для сравнения параметров образцов рассмотрены зависимости «напряженность электрического поля-проводимость» (E-σ), определены коэффициенты нелинейности. Исследована микроструктура металлооксидных варисторов и их химический состав. В результате статистической обработки данных сделан вывод, что размер зерна ZnO значимо влияет на напряженность поля в начале зоны проводимости. Полученные результаты предназначены для выбора варистора по способности рассеяния мощности импульсного воздействия.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ ДОРОЖНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

А.В. Прудий — 2023-06-30

На сегодняшний день мировым научным сообществом уделяется большое внимание созданию новых и совершенствованию существующих источником электрической энергии. Одним из таких источников являются дорожные энергетические установки. Данный вид устройств выполняются в виде искусственной дорожной неровности. Принцип их действия основан на том, что в момент наезда на искусственную дорожную неровность, автотранспортное средство, создавая усилие на нажимной платформе, передаёт дорожной неровности кинетическую энергию, которую можно преобразовать в электрическую энергию. Целью данного исследования является разработка концепции экспериментальных исследований дорожной энергетической установки (имитационного моделирования) для уточнения закономерностей формирования силовых и скоростных параметров системы «автотранспортное средство – дорожная энергетическая установка», и проверки рабочей гипотезы и адекватности математического описания переходных процессов при раз-гоне и выбеге дорожной энергетической установки с учетом повторно-кратковременного характера режима работы. В результате получена структурная схема и на ее основании разработана схема электрическая принципиальная электромеханического симулятора дорожной энергетической установки, который в дальнейшем планируется использовать в физическом эксперименте. Произведен расчет крутящего момента при проезде среднестатистического автомобиля массой 1600 кг, через дорожную энергетическую установку и угловой скорости коромысла, при скоростях автотранспортного средства: 20, 30, 40 км/ч. Величина крутящего момента составила 398 Н∙м; угловая скорость принимает следующие значения: при скорости автотранспортного средства 20 км/ч – 22,3 рад/с, при 30 км/ч – 33,3 рад/с, при 40 км/ч – 41,7 рад/с. Исходя из полученных значений крутящего момента и угловой определена мощность приводного двигателя электромеханического симулятора. Значение мощности составило 16,6 кВт. Разработанная электрическая схема и полученное значение расчетной мощности приводного двигателя позволят сымитировать работу дорожной энергетической установки и определить количество электрической энергии, полученной от проезда одного автомобиля массой 1600 кг.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПАРОВОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА НА БАЗЕ ЛИНЕЙНОГО АКТУАТОРА

С.В. Стельмащук — 2023-06-30

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ИЗОЛИРОВАННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА ТЕПЛОТЫ

М.С. Пурдин — 2023-06-30

В работе обоснована актуальность исследования тепловых характеристик твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты, показаны основные направления научно-технических работ в области аккумулирования теплоты. Представлена постановка и обобщенная методика численного решения задачи о распространении колебаний температуры от внутренней поверхности твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты. Проведены расчеты и анализ зависимостей средней массовой температуры, теплового потока, их амплитуд и фаз в зависимости от периода колебаний и относительного внутреннего радиуса. Даны определения аккумулятору и стабилизатору теплоты, коэффициенту аккумуляции теплоты. Проведено режимное исследование аккумуляторов теплоты и сделаны выводы об области их эффективной работы. Отмечены характерные особенности теплообмена в твердых изолированных цилиндрических аккумуляторах теплоты.

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АБСОРБЦИОННЫХ ЦИКЛОВ С ЦЕЛЬЮ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В МОДЕРНИЗИРОВАННОМ ПАРОСИЛОВОМ ЦИКЛЕ

В.В. Папин — 2023-06-30

В статье приводится принципиальная схема и принцип работы модернизированного паросилового цикла, в котором процесс конденсации отработавшего после паровой турбины пара заменен на процесс его конденсации, а также принципиальная схема абсорбционного трансформатора, в котором происходят схожие процессы и который взят за основу при разработке схемно-циклового решения модернизированного цикла. С целью разработки оптимизированных схемно-цикловых решений паросилового цикла в статье осуществляется термодинамический анализ различных схемных решений абсорбционных циклов (схема с регенерацией в термохимическом компрессоре, с регенерацией теплоты в основном процессе, схема с дефлегмацией пара). Результаты анализа показали, что наиболее оптимальной схемой абсорбционного термотрансформатора с точки зрения допустимых усложнений схемы и эффективности является схема с дефлегмацией пара и регенерацией теплоты растворов. С целью оптимизации эффективности цикла было осуществлено комбинирование данных схемных решений и также исследована эффективность схемы. По результатам определения наиболее эффективных схем абсорбционных термотрансформаторов в дальнейших исследованиях будут разрабатываться оптимизированные схемные решения для паросилового цикла, при этом будут учитываться особенности функционирования абсорбционных и паросиловых циклов.