· 2012-11-29 · “Проблеми енергоефективності та енергозбереження”, 2012 902 НАУКОВЕ ВИДАННЯ ЗБІРНИК ТЕЗ

“Проблеми енергоефективності та енергозбереження”, 2012

900

Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих учених

901

ВСЕУКРАЇНСЬКА НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ СТУДЕНТІВ, АСПІРАНТІВ ТА

МОЛОДИХ УЧЕНИХ

ППРРООББЛЛЕЕММИИ ЕЕННЕЕРРГГООЕЕФФЕЕККТТИИВВННООССТТІІ ТТАА

ЕЕННЕЕРРГГООЗЗББЕЕРРЕЕЖЖЕЕННННЯЯ

Збірник тез доповідей


902

НАУКОВЕ ВИДАННЯ

ЗБІРНИК ТЕЗ ДОПОВІДЕЙ

ВСЕУКРАЇНСЬКОЇ НАУКОВО-ПРАКТИЧНОЇ КОНФЕРЕНЦІЇ СТУДЕНТІВ, АСПІРАНТІВ ТА МОЛОДИХ УЧЕНИХ

“ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ”

14-16 листопада 2012 року

Тези доповідей надруковано у авторській редакції.

Відповідальна за випуск: Кава Т.В.

_______________________________________________________________________________ Підписано до друку 12.11.2012

Ум друк.арк. 9,125. Тираж 100 прим.

©МОВ КНТУ, м.Кіровоград, пр.Університетський, 8. Тел. 55-10-49

_______________________________________________________________________________


2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КІРОВОГРАДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ ТА ЕНЕРГЕТИКИ

КАФЕДРА ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

ЗБІРНИК ТЕЗ ДОПОВІДЕЙ

ВСЕУКРАЇНСЬКОЇ НАУКОВО-ПРАКТИЧНОЇ КОНФЕРЕНЦІЇ СТУДЕНТІВ, АСПІРАНТІВ ТА МОЛОДИХ УЧЕНИХ

“ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ТА ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ”

14-16 листопада 2012 року

м. Кіровоград


3

Збірник тез доповідей Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих учених “Проблеми енергоефективності та енергозбереження”. – Кіровоград: КНТУ, 2012. – 146 с. Рекомендовано до друку рішенням науково-технічної ради КНТУ (протокол 9 від 25.10.12 р.). Затверджено рішенням засідання кафедри ЕТС (протокол 5 від 25.10.12 р.). ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ КОМІТЕТ КОНФЕРЕНЦІЇ Голова – Кропівний В.М., канд. техн. наук, проф., проректор з наукової роботи Кіровоградського національного технічного університету; Заступник голови – Плєшков П.Г., канд. техн. наук, доц., зав. кафедри електротехнічних систем Кіровоградського національного технічного університету. Відповідальний секретар – Величко Т.В., асист. кафедри електротехнічних систем Кіровоградського національного технічного університету. Члени оргкомітету: Віхрова Л.Г., канд. техн. наук, проф., декан факультету автоматики та енергетики Кіровоградського національного технічного університету; Сінчук О.М., д-р техн. наук, проф., зав. кафедри промислового електроспоживання та електротранспорту Криворізького технічного університету; Горпинич О.В., канд. техн. наук, доц. кафедри електропостачання промислових підприємств Приазовського державного технічного університету; Некрасов А.В., канд. техн. наук, доц., заст. зав. кафедри електричних машин Кременчуцького національного технічного університету ім. М. Остроградського; Янішевський М.П., технічний директор ПАТ “Кіровоградобленерго”; Неділько В.М., канд. техн. наук, доц., зав. кафедри інформаційних технологій Кіровоградської льотної академії Національного авіаційного університету, директор науково-виробничого інституту аеронавігації, чл.-кор. Транспортної академії України; Рева О.М., д-р техн. наук, проф. кафедри автоматизації виробничих процесів Кіровоградського національного технічного університету; Осадчий С.І., канд. техн. наук, доц., зав. кафедри автоматизації виробничих процесів Кіровоградського національного технічного університету; Котиш А.І., канд. техн. наук, доц., заст. зав. кафедри електротехнічних систем Кіровоградського національного технічного університету; Ішуніна Н.М., керівник МОВ Кіровоградського національного технічного університету; Кава Т.В., фахівець І категорії відділу МОВ Кіровоградського національного технічного університету; Дóренський О.П., викл. кафедри програмного забезпечення, науковий керівник СНТ Кіровоградського національного технічного університету; Даркіна В.О., голова СНТ Кіровоградського національного технічного університету. Відповідальна за випуск: Кава Т.В. Збірник містить тези доповідей за матеріалами Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих учених “Проблеми енергоефективності та енергозбереження”, що відбувся 14-16 листопада 2012 року на базі кафедри електротехнічних систем Кіровоградського національного технічного університету. Матеріали збірника опубліковано у авторській редакції.

© Колектив авторів, 2012 © СНТ КНТУ, 2012


4

ЗМІСТ

В.С. Савич, С.М. Радімов АНАЛІЗ РЕЖИМІВ РОБОТИ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ НА КОТЕЛЬНІ “ПІВДЕННА-1” МІСТА ОДЕСА…………………………………………………………… 8 А.О. Бондар, А.С. Бондарчук ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕРАКТИВНОЇ СИСТЕМИ ГАРАНТОВАНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ В ОДЕСЬКОМУ РЕГІОНІ………………………………………………………………………………………… 10 А.С. Нікішева, А.С. Бондарчук ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ НА ДИНАМІКУ ВТРАТ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЛІНІЇ ТА ТРАНСФОРМАТОРІ ТП-10/04 КВ……………………………………………………………………………………. 12 М.А. Просяник, С.М. Ткаченко ПЕРСПЕКТИВИ ІНТЕГРАЦІЇ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ ПІДПРИЄМСТВ ЗБЕРІГАННЯ І ПЕРЕРОБКИ ЗЕРНА………………………………. 15 С.О. Тульвінський, Ю.О. Ляшенко, Л.І. Гладка РОЗРОБКА ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА ЕЛЕМЕНТАХ ПЕЛЬТЬЄ…………………………………………………………………….. 18 О.О. Галіченко, О.В. Аніськов АНАЛІЗ СХЕМ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ З ДОЗОВАНОЮ ПЕРЕДАЧЕЮ ЕНЕРГІЇ В НАВАНТАЖЕННЯ…………………………………………… 20 А.В. Омельченко АНАЛИЗ ФОРМ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ДВУХФАЗНОГО ТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ФОРМИРУЕМЫХ МЕТОДАМИ ШИМ НАПРЯЖЕНИЯ……………………………………………………………………………….. 24 Р.А. Пархоменко ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ШАХТ………………………………………………………… 27 Р.А. Пархоменко О ПОТЕНЦИАЛЕ ПОВЫШЕНИЯ РЕЖИМНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ШАХТНЫХ СЕТЯХ………………………………………. 29 І.О. Сінчук, А.О. Ялова, К.П. Богодист ДО РОЗБУДОВИ СТРУКТУРИ СЛУЖБИ ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ ПІДЗЕМНОГО ГІРНИЧОРУДНОГО КОМБІНАТУ……………………………………. 32 И.О. Синчук, Е.И. Скапа, Л.В. Семенова АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТНО-АККУМУЛЯТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОВОЗАМИ В УСЛОВИЯХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ШАХТ…………………….. 36 Н.М. Ляхова, О.Є. Мельник, О.О. Харитонов ПРОБЛЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ В УМОВАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР'ЄРІВ 38 О.О. Ляхович, О.Є. Мельник, О.О. Харитонов РЕЖИМИ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ В УМОВАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР’ЄРІВ 40


5

Є.В. Воронов АНАЛІЗ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ НА ГОЛОВНІЙ ПІДЙОМНІЙ УСТАНОВЦІ ШАХТИ ІМЕНІ ЛЕНІНА…………………. 42

И.О. Синчук К ВОПРОСУ УПРАВЛЕНИЯ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ АСИНХРОННЫМ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ…………………………… 43А.Г. Ликаренко, А.А. Петриченко ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТА ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ШАХТНЫХ РУДНИЧНЫХ КОМБИНИРОВАНЫХ СЕТЯХ ТИПА БАЗУК-380/220……………. 46И.О. Синчук, В.О. Черная, Л.М. Сменова ПСЕВДОАВАРИЙНЫЕ И АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ В ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ КОНТАКТНО-АКУМУЛЯТОРНЫХ ДВУХОСНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ……………………….. 48А.М. Сокіл, Є.П. Карлик АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ОПТИМІЗАЦІЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ДІЛЯНКИ КАР’ЄРУ ПОЛТАВСЬКОГО ГІРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ………………………………………………………………………………….. 51А.А. Мосюндз АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВ ТА ІСНУЮЧИХ ПРОБЛЕМ ЗАСТОСУВАННЯ СУПЕРМАХОВИКІВ…………………………………………………………………………. 53В.В. Шило, О.О. Кукса МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ СИСТЕМИ МАГНІТНОГО ПІДВІСУ…………………. 56Є.Є. Волканін, А.В. Некрасов, В.М. Будников РІВНЯННЯ РУХУ НАНОЧАСТИНОК В РОБОЧОМУ ПРОМІЖКУ ВИСОКОГРАДІЄНТНОГО МАГНІТНОГО СЕПАРАТОРА………………………….. 59Д.А. Михайличенко, О.М. Синчук ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО IGB ТРАНЗИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ…………….. 62І.А. Кущ, В.О. Некрасов, А.С Гарбузенко РОЗРОБКА ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ДПС…………………………………………………………………. 65А.В. Калініченко ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУР НАГРІВАННЯ СТАТОРА ВЕНТИЛЬНО-ІНДУКТОРНОГО ДВИГУНА ПРИ ЗМІНІ СТАНУ СЕРДЕЧНИКА………………… 67О.В. Кушніренко, Є.П. Карлик ОЦІНКА РОЗПОДІЛУ НАВАНТАЖЕНЬ ВУЗЛІВ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ ДІЛЯНКИ КАР’ЄРУ ПОЛТАВСЬКОГО ГІРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ………………………………………………………………………………….. 69В.В. Ромашина, Д.Л. Пирогов ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССА СТАРЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЧАСТЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА……………………………………………………………………… 73


6

Р.В. Власенко, О.Ю. Давидов КОМП’ЮТЕРИЗОВАНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЛЬТРУЮЧИХ КІЛ ДЛЯ СПОЖИВАЧІВ З НЕЛІНІЙНИМ НАВАНТАЖЕННЯМ………………………………………………………………………….

75 С.М. Бойко, О.М. Сінчук, М.А. Щербак ДО ПИТАННЯ БЕЗПЕРЕБІЙНОСТІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖ ПІДЗЕМНИХ ВИРОБОК РУДНИХ ШАХТ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК……………………… 78 І.В. Шипунова, О.В. Бялобржеський СПОСІБ ГАЛЬМУВАННЯ ТА РОЗГОНУ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ… 79 В.О. Чорна, С.М. Якимець АСПЕКТИ ОРГАНІЗАЦІЇ КАНАЛІВ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ТА УПРАВЛІННЯ РУДНИКОВИХ ЕЛЕКТРОВОЗІВ В УМОВАХ ШАХТ………………………………………………………………………………. 83 С.М. Якимець, Л.М. Сменова ДО ПИТАННЯ РОЗБУДОВИ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СТРУКТУРІ МОНІТОРИНГУ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ РУДНИКОВИХ ЕЛЕКТРОВОЗІВ……………………………………… 86 В.В. Зінзура СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ ПРИСТРОЄМ РПН СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА……………………………………………………….. 89 В.С. Жерлигіна, М.В. Мінченко, С.В. Серебренніков, І.В. Савеленко ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ МІСЦЕВОГО ОПАЛЕННЯ В УМОВАХ НЕСТАБІЛЬНОГО РЕЖИМУ РОБОТИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ……………………………………………………………………… 93 Л.О. Михайлюта, О.І. Сіріков, І.В. Савеленко ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ РОБОТИ КОТЛІВ ПРИ НИЗЬКИХ ТЕПЛОВИХ НАВАНТАЖЕННЯХ………………………………………………………….. 96 К.Г. Петрова ДВОРІВНЕВА НЕЙРО-НЕЧІТКА ЕКСПЕРТНА СИСТЕМА ДЛЯ ОБҐРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ЦІН НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЮ………………… 98 В.Б. Бондаренко, С.В. Серебренніков МОДЕРНІЗАЦІЯ АВТОНОМНИХ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ………………………………………………………………………. 101 І.В. Савеленко, С.В. Серебренніков, О.С. Корень ПОРІВНЯЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ОСВІТЛЕННЯ ВІД СВІТЛОДІОДНИХ І ТРАДИЦІЙНИХ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА…………………………….. 104 А.В. Чуйкова, А.І. Котиш ЗЕЛЕНИЙ ТАРИФ ЯК АЛЬТЕРНАТИВНЕ МАЙБУТНЄ УКРАЇНИ………………. 107 А.О. Мірончук, О.А. Козловський РОЗРОБКА ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА СИГНАЛІЗАТОРА ОБЛЕДЕНІННЯ ПРОВОДІВ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ РОЗПОДІЛЬЧИХ МЕРЕЖ 6-10 КВ…………………………………………………………………………………………….. 109


7

В.В. Спориш, А.Ю. Орлович ЗАСТОСУВАННЯ АЛГОРИТМІВ З ДИФУЗІЄЮ ПОХИБКИ ДЛЯ ІМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОПЕЧЕЙ ОПОРУ 110

Д.В. Тлуста, В.І. Кравченко ПЕРЕДУМОВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ТРИГЕНЕРАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НА ПІДПРИЄМСТВАХ УКРАЇНИ……………………………………………………………… 112І.В. Биченко, А.П. Свірідов АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВИ ПІДВИЩЕННЯ ПРОПУСКНОЇ СПРОМОЖНОСТІ І КЕРОВАНОСТІ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ ЗМІННОГО СТРУМУ………………………. 114Д.В. Делюрман, А.І. Котиш СЕЛЕКТИВНИЙ ЗАХИСТ ВІД НЕБЕЗПЕЧНИХ З ТОЧКИ ЗОРУ УРАЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ ЗАМИКАНЬ ФАЗИ НА ЗЕМЛЮ В МЕРЕЖАХ 6-10 КВ………………………………………………………………………………………………… 117І.С. Грищук МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ОПОРУ ОЖЕЛЕДНО-ПАМОРОЗЕВИХ ВІДКЛАДЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ОСЦИЛОГРАФА………………………………….. 121І.В. Болтян, Н.Ю. Гарасьова, Т.В. Величко ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ КОНВЕЄРНИХ ЛІНІЙ………………. 123О.В. Співак, А.І. Котиш ДІАГНОСТУВАННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ МІКРОКЛІМАТУ РОЗПОДІЛЬЧОГО ПРИСТРОЮ НАПРУГОЮ 10 КВ………………………………… 125О.Ю. Кравченко, І.О. Переверзєв ВИКОРИСТАННЯ КОМПЛЕКСНИХ СХЕМ ЗАМІЩЕННЯ ПРИ АНАЛІЗІ СКЛАДНИХ НЕСИМЕТРИЧНИХ ПОШКОДЖЕНЬ…………………………………… 127П.Г. Плешков, П.Г. Стець МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАСОБІВ УПРАВЛІННЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯМ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ПРОЕКТІВ З ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ……………………………………………………………………… 129С.І. Кабак, О.І.Сіріков СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ З НЕТРАДИЦІЙНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ЖИВЛЕННЯ…………………………………………………………………………………… 132А.С. Семенченко, А.Ю. Орлович РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ В ХЛЕБОПЕКАРНЫХ И КОНДИТЕРСКИХ ТУННЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ…………………… 135Ю.И. Казанцев, Д.С. Безай НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОМ ВЫПУСКЕ ПРОДУКЦИИ………………………….. 137Т. Мельстер ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРИ ПОМОЩИ УСТАНОВКИ СТАТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ НА ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ СТАТКОМ…………………………………………………………………. 139М.М. Мельніченко ФОРМАЛІЗАЦІЯ УПРАВЛІННЯ ПОЛОЖЕННЯМ РОБОЧОГО ОРГАНУ МЕХАНІЗМУ С ПАРАЛЕЛЬНОЮ КІНЕМАТИКОЮ…………………………………. 140Е.П. Фомичев, С.В. Швацкий УСТАНОВКА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 142


8

АНАЛІЗ РЕЖИМІВ РОБОТИ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ НА КОТЕЛЬНІ “ПІВДЕННА-1” МІСТА ОДЕСА

В.С. Савич, ст. гр. МЕ-061, С.М. Радімов, проф., д-р техн. наук

Одеський національний політехнічний університет

Всесвітня фінансова криза болюче вдарила по економіці нашої країни. Ціни на викопні палива і електроенергію неупинно ростуть. Саме тому наш уряд все більше звертає увагу на питання енергозбереження та використання альтернативних джерел енергії і ініціював цілу програму в цьому напрямі. В рамках цієї програми на котельні «Південна-1» в місті Одеса була встановлена когенераційна установка чеської фірми TEDOM.

Когенераційні установки TEDOM серії Quanto є агрегатами середньої і вищої потужності (від 190 кBт), на базі промислових газових двигунів всесвітньо відомих марок. Когенераційна установка Quanto C1500 (рис.1) відповідно до специфікації призначена для спалювання природного газу. Обладнання розміщене в контейнері і призначене для роботи під відкритим небом. B комплект оснащення входить агрегат двигун-генератора, комплектне теплотехнічне обладнання установки, включаючи глушник. Електричні розподільники розміщені в шафах, установлених у контейнері за перегородкою. Установка призначена для роботи паралельно з мережею з напругою 400 B, при температурному градієнті 90/70 ° C. Основні технічні данні наведені нижче у таблиці 1.

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд когенераційної установки контейнерного виконання

Основна задача яка лежить на когенераційній установці – це забезпечення котельні електричною енергією, і паралельне вироблення теплової енергії. Основною проблемою в роботі когенераційної установки є вибір режиму роботи при якому підприємство матиме найбільший економічний ефект. Тобто знайти такий режим роботи установки, при якому її коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) буде найбільшим. У роботі розглядається різні варіанти її роботи, з пошуком найбільш ефективного запираючись на фінансово-економічні показники.


9

Таблиця 1 – Основні технічні дані когенераційної установки

Номінальна електрична потужність 1460 кBт

Максимальна теплова потужність 1852 кBт

Паливна потужність 3812 кBт

К.к.д. електричний 38,3 %

К.к.д. тепловий 48,5 %

К.к.д. паливний 86,8 %

Витрати газу при 100% потужності 404 м3\год



За основу узято режим при якому когенераційна установка працювала перший рік своєї роботи під час опалювального сезону. Проаналізувавши її роботу було виявлено, що середня витрата газу скала близько 60% від максимально можливого, при цьому вироблення електричної енергії склало також 60%, а теплової лише 40% від максимального. Установка працювала лише 2653 години з 3365 можливих. Вирішити ці проблеми можливо, якщо вибрати такий режим роботи при якому когенераційна установка працюватиме максимально можливу кількість годин і вироблення теплової енергії буде відповідним до витрат газу.

Основними завданнями даної роботи є: 1. Розробка організаційних заходів, щодо підвищення ефективності роботи

когенераційної установки; 2. Аналіз можливих режимів роботи когенераційної установки; 3. Вибір найбільш ефективного режиму роботи і шляхів його досягнення. 4. Розгляд питання електромагнітної сумісності генератора і частотних

перетворювачів встановлених на двигунах насосів.

Список літератури

1. Праховник А.В., Малая энергетика: распределенная генерация в системах энергоснабжения. – К.: «Освита Украины», 2007. – 464 с.

2. Прокопенко В.В., Закладний О.М., Кльбачний П.В., Енегетичний аудит з прикладами і ілюстраціями. – К.: «Освита Украины», 2008. – 438 с..


10

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕРАКТИВНОЇ СИСТЕМИ ГАРАНТОВАНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ІЗ

ЗАСТОСУВАННЯМ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ В ОДЕСЬКОМУ РЕГІОНІ

А.О. Бондар, студ., А.С. Бондарчук, доц., канд. техн. наук


Прискорений розвиток і застосування електронно-обчислювальної техніки в різних сферах життєдіяльності країни ставить високі вимоги до якості електроенергії та надійності й економічності систем гарантованого електропостачання (СГЕ). Особлива увага приділяється відновлювальним джерелам енергії (ВДЕ) таких, як сонячні електростанції (СЕС) та вітрові електростанції (ВЕС), котрі в поєднанні з агрегатами безперервного живлення (АБЖ) з акумуляторними батареями (АКБ), дизельними електростанціями (ДЕС), можуть створити енергресурсозаощаджувальні, екологічно безпечні інтерактивні СГЕ об’єктів, до складу яких можуть входити електроприймачі критичної групи (ЕКГ). Це аеропорти, морські порти, залізничні вокзали, які забезпечують безаварійну роботу літаків, морських суден, потягів, а також електронні мережі пошти, банків тощо.

Протягом року щомісячна інтенсивність енергії світлового потоку Фс.п змінюється у широкому діапазоні, динаміка якої в Одеському регіоні наведена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Динаміка інтенсивності сонячної енергії протягом року в Одеському регіоні

В схемах інтерактивних СГЕ знаходять застосування вітрові електростанції, які екологічно чисті за виробленням електроенергії. Оскільки швидкість вітрових потоків нерівномірна за часом, то і величина виробленої електричної потужності ВЕС нестабільна, тому вони, як правило, використовуються для накопичення електроенергії шляхом зарядження АКБ або для електроприймачів, що не потребують постійного живлення [1-3].

Середня щомісячна швидкість вітру в Одеському регіоні змінюється протягом року, динаміка якої наведена на рисунку 2.

Вітросонячні гібридні системи у поєднанні з АБЖ можуть використовуватись для максимального використання відновлювальної сонячної та вітрової енергії, які накопичують та зберігають цю енергію за допомогою приєднаних до них АКБ. До їх складу входять ВЕС та сонячні СЕС, що дозволяє у похмурі і дощові дні та продовж темного часу доби застосовувати енергію вітру, у сонячні дні – використовувати енергію сонця [5-7].

Поєднання всіх цих джерел енергії створює можливість оптимізації їх режиму роботи з метою досягнення максимальної економії енергоресурсів, здешевлення електроенергії та мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище за рахунок максимально можливого заміщення ними централізованої електроенергії.


11

Рисунок 2 – Динаміка зміни швидкості вітру протягом року в Одеському регіоні

Структурна схема такої інтерактивної СГЕ з приєднанням централізованого та відновлювальних джерел енергії наведена на рисунку 3.

Рисунок 3 – Структурна схема інтерактивної СГЕ з приєднанням централізованого та відновлювальних джерел

енергії

Розглядається приклад СГЕ ЕКГ обладнання локальної обчислювальної мережі (ЛОМ), яка складається з 8 робочих місць та 2 серверів.

За схемотехнічними варіантами СГЕ вибирається схема розподіленого живлення ЕКГ, яка застосовується у випадках невеликої кількості робочих місць ЛОМ.

Припускаючи, що споживання ЕКГ електроенергії та її вироблення СЕС та ВЕС протягом року відбувається за наведеними графіками, можна визначити ефективність їх використання (рисунок 7).

За результатами дослідження визначено електричне навантаження ЕКГ із обмеженим режимом роботи, яке становить 5 кВА. Прийняте схемотехнічне рішення розподіленої СГЕ. Вибрано АБЖ типу Enpower 33 із серії D потужністю 6 кВА та 40 свинцево-кислотних акумуляторних батарей, кожна ємністю 200 А·год, які забезпечать електроенергією ЕКГ на час переходу на живлення від ДЕС протягом 5 хв.

Вибрано ДЕС типу Green Power із двигуном Volvo потужністю 16 кВА для одночасного забезпечення електроенергією ЕКГ на час знеструмлення централізованого живлення та постійного зарядження АКБ.

Приділено особливу увагу використанню відновлюваних джерел енергії ураховуючи річний енергетичний потенціал енергії сонячної за 2-ю зоною та вітрової за 3-ю зоною (Одеський регіон). Вибрано СЕС із 112 паралельно-послідовно з’єднаних панелей та ВЕС серії ANE потужністю 10 кВт.

Графіки потужності, що комплексно генерують протягом року джерела живлення наведено на рисунку 4. Кількість електроенергії виробленої протягом року ВЕС та СЕС, обчисленої за цими графіками в середовищі MathCad [4] становитиме

87603( ) 35756кВт год.ВЕС+СЕС

0W p t dt= = ⋅∫


12

1 – вітрова; 2 – сонячна; 3 – підсумкова сонячна та вітрова;

4 – розрахункова потужність, що споживається ЕКГ; 5 – область споживаної ЕКГ централізованої електроенергії;

6 – область виробленої електроенергії СЕС та ВЕС

Рисунок 4 – Графіки потужності, що генерують протягом року електростанції

За попередніми розрахунками ефективність застосування відновлювальних джерел СЕС та ВЕС в СГЕ становитиме близько 152,9 тис. грн щорічно, при цьому зменшаться викиди парникових газів біля 37,4 т.

Список літератури 1. ДБН В. 2.5-23:2010. Проектування електрообладнання об’єктів цивільного призначення. 2. ДСТУ IEC 62040-3 1: 2005. Технічні вимоги до проектування систем гарантованого електропостачання

електроприймачів критичної групи. 3. Правила улаштування електроустановок ПУЕ-2009. − Х.: Форт, 2009. − 700 с. 4. Гурский Д.А. Вычисления в MathCAD / Д.А. Гурский. – Минск: Новое знание, 2003. – 804 с. 5. http://dizelek.com.ua/xantrex-xw4024-230-50.html [Електронний ресурс]. 6. http://sinapse.ua [Електронний ресурс]. 7. www.astoneng.com.ua, e-mail: [email protected][Електронний ресурс].

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ

НА ДИНАМІКУ ВТРАТ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ЛІНІЇ ТА ТРАНСФОРМАТОРІ ТП-10/04 КВ

А.С. Нікішева, студ., А.С. Бондарчук, доц., канд. техн. наук


Метою дослідження є досягнення економії електроенергії та зменшення шкідливих викидів у довкілля за рахунок оптимальної компенсації реактивної потужності у внутрішньоквартальній електромережі.


13

В роботі досліджувалася динаміка підсумкових річних втрат електроенергії в трансформаторі типу ТМ-630 кВА внутрішньоквартальної ТП напругою 10/0,4 кВ і в кабелі АAШв 10(3 50)− × довжиною 200 м за яким ТП живиться від РП-10 кВ, після поступового приєднання ККУ типу УКРП-0,4 кВ потужністю 100, 200, 300, 400, 500, 600 квар до шин НН ТП за схемою, що наведена на рисунку 1.

Навантаження

ККУ0,4 кВРП- кВ10

ААШв-10(3х50)

Рисунок 1 – Розрахункова схема

Величину розрахункового електричного навантаження ТП – 10 / 0,4 кВ прийнято 450 кВт, 700 квар,р.ТП p.ТПP Q= = річну кількість годин максимальних втрат до

компенсації прийнято год,1τ = 2000 після – 1500 год2 .τ = Потужність втрат КЗ

7, 6 кВтк .Р∆ = Обчислення виконувалося на ПК в середовищі MathCad. Застосування компенсації реактивної потужності зі сторони НН внутрішньоквар-

тальної ТП забезпечує зменшення втрат активної електроенергії в силовому трансформаторі і в мережі зі сторони ВН ТП, яке визначається так:

1) у трансформаторі внутрішньоквартальної ТП

( )22 222 2

p р к.уp p,а.т к 1 к 2

ном.т ном.т

P Q QP QW Р Р

S S

+ −+∆ = ∆ τ − ∆ τ

(1)

де Рк∆ – втрати активної потужності КЗ в трансформаторі; ,р p.Р Q – розрахункове активне

та реактивне навантаження трансформатора; ,1 2τ τ – кількість годин максимальних втрат до

і після компенсації реактивної потужності відповідно; НКУQ – потужність компенсувальних пристроїв, які приєднані до шин НН ТП;

2) в електричній мережі зі сторони ВН ТП

( )222 2р р к.ур p 33 10 ,а.м 1 2 м2 2

ном ном

Р Q QР QW R

U U

+ −+ −∆ = τ − τ ⋅

(2)

де мR – активний опір електричної мережі зі сторони ВН ТП;

3) підсумкове річне зменшення втрат активної електроенергії в СЕП після приєднання компенсувальних пристроїв до шин НН ТП

.а. а.т а.мW W W∆ = ∆ + ∆Σ (3)


14

Результат обчислення в середовищі MathCAD зменшення втрат електричної енергії в силовому трансформаторі 630 кВА за компенсації реактивної потужності х = 100, 200, 300, 400, 500, 600 квар зі сторони НН ТП за формулою (1)

Зменшення втрат електричної енергії в кабельній лінії ААШв-10(3х50) довжиною 200

м за компенсації реактивної потужності х = 100, 200, 300, 400, 500, 600 квар зі сторони НН ТП за формулою (2)

Підсумкове зменшення втрат в трансформаторі та лінії за компенсації реактивної

потужності х = 100, 200, 300, 400, 500, 600 квар зі сторони 0,4 кВ за формулою (1)

Будуються в середовищі MathCad графіки втрат електроенергії в трансформаторі, в

кабельній лінії і підсумкових втрат та вартості компенсувальних пристроїв для кожного випадку поступового застосування компенсації реактивної потужності величиною 100, 200, 300, 400, 500, 600 квар.


15

1 – ККУ; 2 – зменшення втрат електроенергії підсумкових; 3 – в трансформаторі; 4 – в кабельній лінії

Рисунок 2 – Графіки вартості

За отриманими графіками можна визначити за значенням потужності приєднаних до шин НН ТП компенсувальних пристроїв орієнтовні строки їх окупності за рахунок зменшення втрат електроенергії в силовому трансформаторі та живильній кабельній лінії напругою 10 кВ.

Список літератури 1. ДБН В. 2.5-23:2010. Проектування електрообладнання об’єктів цивільного призначення. 2. Правила улаштування електроустановок ПУЕ-2009. − Х.: Форт, 2009. − 700 с. 3. Гурский Д.А. Вычисления в MathCAD / Д.А. Гурский. – Минск: Новое знание, 2003. – 804 с.

ПЕРСПЕКТИВИ ІНТЕГРАЦІЇ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ

ПІДПРИЄМСТВ ЗБЕРІГАННЯ І ПЕРЕРОБКИ ЗЕРНА

М.А. Просяник, асп., С.М. Ткаченко, доц., канд. техн. наук Дніпропетровський вищий навчальний заклад “Національний гірничий університет”

Україна за валовим збором зерна входить до першої десятки світових виробників. Галузь зберігання і переробки зерна формують, перш за все, великі компанії, що містять десятки елеваторів, комбінатів хлібопродуктів, млинів, маслоекстракційних заводів.

Основною структурною одиницею галузі зберігання та переробки зерна є комбінат хлібопродуктів, тому з точки зору дослідження систем керування та автоматизації у галузі актуальним об'єктом є елеватор.

Аналітичний огляд питань керування елеватором дозволяє виділити наступні організаційні структури: лінійна, лінійно-функціональна та дивізіональна.

Лінійна структура передбачає чітку ієрархічну організацію з субординаційними зв’язками. Є єдиний директор, керівники підрозділів і виконувачі, обмежені за функціями у рамках функцій лінійних підрозділів.


16

Переваги лінійної структури: простота застосування, чіткий розподіл обов'язків і відповідальності, сприятливі умови для ухвалення оперативних рішень і підтримки дисципліни.

Недоліки: жорсткість керування, непристосованість до розвитку, обмеження ініціативи працівників.

Для лінійно-функціональної структури керування елеватором характерне те, що зберігається єдиний голова, але за функціями керування формуються відповідні підрозділи, які діляться на виробничий і фінансово-комерційний блоки. Основне призначення функціональних підрозділів – підготовка звітів, проектів, планів, пропозицій, які служать початковою аналітичною інформацією для підготовки ухвалення рішень особою, що приймає рішення (ОПР).

Переваги структури: професійна спеціалізація, стимулювання ініціативи працівників, оптимізація матеріальних витрат.

Недоліки: функціональні підрозділи ускладнюють координацію рішень з керування через конфлікти інтересів підрозділів, що не завжди відповідають загальній меті і задачам організації. Це призводить до подовження ланцюга реалізації рішень та розмитості зворотних зв'язків у контурах керування.

Дивізіональна структура орієнтована на кінцевий продукт. Координаційні зв'язки між напрямами з продукції відсутні.

Найчастіше дивізіональна структура закрита для систематизації, тому профільна АС для такої структури тиражуванню не підлягає. Компанії додатково утримують підрозділи з розробки автоматизованих інформаційних систем (АІС), де першочергова увага надається інтеграції даних з орієнтацією на конкретну ОПР.

В рамках АІС, без урахування виробничої інформації складно або неможливо побудувати адекватні інфологічні моделі. Ефективність АІС вичерпала свої потенційні можливості і не може бути підвищена без урахування фінансово-комерційної та виробничої інформації.

Зменшити вплив недоліків розглянутих структур можна шляхом створення проблемно-орієнтованих комплексів (ПОК) для підтримки прийняття рішень ОПР. Уся необхідна інформація для цього найчастіше вже є в локальних АС. Задача полягає у виділенні та наданні необхідної проблемно-орієнтованої інформації ОПР з визначенням її значущості та оцінкою. В АС елеватора автоматизації підлягають задачі, що реалізуються за допомогою стандартних та нестандартних засобів.

Задачі, які реалізуються в АС, як правило, за допомогою 1С: − типові задачі бухгалтерського, податкового, виробничого обліку; а також такі

задачі як: кадри, зарплата, склад, торгівля і ін.; − специфічні задачі: кількісно-якісний аналіз зерна, облік руху зерна і т.п. Зазначені системи функціонують локально. Інфологічна модель для вирішення

проблемних задач підтримки прийняття рішень відсутня. Крім вищезгаданих, є не вирішена низка задач. Деякі з них успішно вирішуються в

рамках автономних підсистем за допомогою типових проектних рішень (перший клас задач) або об'єктно-орієнтованих нестандартних засобів (другий клас).

До першого класу належать задачі АС, які реалізуються з використанням комплексу 1С, а також ті, що реалізуються за допомогою систем SCADA і їм подібних.

До другого класу задач належать задачі, які що не вирішуються за допомогою стандартних засобів і потребують урахування галузевої специфіки. До таких задач відносять: кількісно-якісний аналіз та облік зерна; вимір вологості зерна в потоці; вимірювання температурного поля масиву зберігання; безперервне вимірювання рівня в силосах зберігання; облік руху зерна; системи підтримки прийняття рішень та інші.


17

Системи, реалізовані з використанням серійних та нестандартних засобів, сьогодні функціонують локально і не взаємодіють між собою. Об'єднання систем, що добре зарекомендували себе, в інтегровану АС дасть можливість, за рахунок загальносистемних факторів, мінімізувати недоліки кожного з підходів, максимально ефективно використовувати переваги кожного з них, а також дозволить вирішити задачі, вирішення яких в рамках локальних підсистем складне або неможливе:

1. Сушка зерна в автоматичному режимі. На даний час судити про хід технологічного процесу сушіння зерна можна лише завдяки поточному значенню температури і, можливо, вологості зерна. А вплинути на нього – шляхом задання часу циклу сушіння та режиму роботи пальника. Автоматичне керування пальником без адекватної моделі неможливе.

Вирішення цієї задачі пов'язане з визначенням взаємозв'язку і значущості зв'язків між спостережуваними параметрами технологічного процесу і показниками якості зерна, що контролюються в АРМ лаборанта лабораторії якості. Перспективною є побудова моделі знань з використанням апарату нечіткої логіки, що забезпечує ув'язку контрольованих технологічних параметрів з якісними характеристиками зерна, що визначаються в лабораторних умовах. Своєчасне включення в модель сушіння зерна якісних характеристик зерна на вході сушарки спрощує задачу побудови моделі знань і дозволяє вирішувати основну задачу сушки зерна – отримання якісних характеристик зерна із заданими значеннями.

2. Зменшення енерговитрат. Осередки самозігрівання зерна, про наявність яких судять за показниками системи термометрії, руйнують за допомогою переміщення зерна з однієї ємності зберігання в іншу з одночасним охолодженням. Безвідповідальність працівників, в ряді випадків, призводить до несвоєчасного виявлення осередків самозігрівання та прийняття відповідних заходів.

Інтегрування підсистем термометрії; переміщення зерна, обліку руху зерна, вентиляції та підсистеми обліку електроенергії дозволить в автоматичному режимі: виявити осередки самозігрівання, визначити наявність вільних ємностей, знайти оптимальний маршрут переміщення. Це мінімізує вплив людського фактора, що призведе до виключення невиправданих втрат, як якості зерна, так і енерговитрат.

3. Виконання операцій прийому-відвантаження зерна із заданою продуктивністю. Під час переміщення зерна можливе виникнення до заторів (завалів) на проблемних ділянках. Крім того, виникає потреба в знаходженні оптимального маршруту приймання-відвантаження зерна. Виконання операцій прийому-відвантаження без даних підсистеми обліку і руху зерна призводить до плутанини, зумовленої впливом людського фактору. Ефективність вирішення вищезгаданої задачі значно підвищується при застосуванні моделі управління з використанням даних підсистем обліку переміщення зерна і безперервного вимірювання рівня зерна в силосах зберігання. Інтегрування підсистеми обліку руху зерна і підсистеми керування маршрутами дозволяє виконувати технологічні операції з оптимального маршруту, за критерієм мінімізації енерговитрат та з урахуванням стану технологічного обладнання, можливості обходу обладнання, що вийшло з ладу, шляхом створення альтернативного маршруту.

4. Скорочення або виключення втрат, обумовлених розкраданням. Ефективно вирішити цю задачу неможливо без створення: інтегрованих систем, що базуються на єдиній інформаційній базі; логічних моделей перевірки переміщення зерна від операції приймання до операції відвантаження, з урахуванням виявлених вузьких місць і прийняття відповідних заходів, що забезпечують взаємоконтроль працівників, відповідальних за виробничий облік і технологічні процеси зберігання.

5. Створення систем підтримки прийняття рішень (СППР). Прийняття рішень з керування в сучасних умовах вимагає творчого підходу. Тому ігнорування обліку індивідуальних особливостей і специфіки індивідуальних якостей ОПР у процесі прийняття


18

рішень знижує ефективність або робить марними СППР, оскільки сучасні СППР обмежуються можливістю оперативного доступу до всієї бази даних інтегрованої АС і, в кращому випадку, враховують індивідуальні особливості сприйняття інформації конкретної ОПР, що реалізуються через людино-машинний інтерфейс. Створення систем підтримки прийняття рішень в умовах, що склалися, за допомогою типових проблемно-орієнтованих комплексів, що базуються на інтегрованих АС з використанням інфологічних моделей, є актуальною задачею для ряду відповідальних працівників великих компаній.

Таким чином, включення до складу типових АС сертифікованих об'єктно-орієнтованих нестандартних засобів та створення проблемно-орієнтованих комплексів ОПР на базі інтегрованої АС – найбільш раціональний шлях подальшого підвищення ефективності АСУ галузі, який дозволяє спростити вирішення низки актуальних задач автоматизації.

Список літератури 1. Сафронов Н.А. Экономика предприятия: Учебник.- М.: Юристъ, 1998. - 584 с. 2. Карпов В.И., Мышенков К.С., Новицкий В.О. Типовая отраслевая система управления для предприятий

агропромышленного комплекса//Пищевые продукты XXI века: Сб. докл. Юбил. междунар. науч.-практ. конф./МГУПП: В 2 т.- М.: Изд. комплекс МГУПП, 2001.- Т.2.- С.211-214.

3. Иванчиков А.В. Автоматизация учета на элеваторе//Хранение и переработка зерна.- 2011.- 11(149).- С. 35-37.

РОЗРОБКА ГЕНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА

ЕЛЕМЕНТАХ ПЕЛЬТЬЄ

С.О. Тульвінський, ст. гр. 5В, Ю.О. Ляшенко, канд. фіз.-мат. наук,

Л.І. Гладка, канд. фіз.-мат. наук Черкаський національний університет ім. Б. Хмельницького

З кожним днем поліпшуються наші побутові умови. Все менше і менше в побуті використовується ручної праці. Це тому що, нас оточує різного роду побутова техніка. З одного боку вона нам допомагає, а з іншого - населення все більше споживає електроенергію. Виділяють традиційні і альтернативні джерела електроенергії. Використання традиційних джерел енергії має серйозні негативні наслідки: вичерпуваність, забруднення повітря під час їх використання. Людству потрібні альтернативні джерела! Альтернативні джерела енергії - відновлювані джерела енергії, до яких належать енергія сонячна, вітрова, геотермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів та ін. [1, 2].

Мета дослідження. Дослідницька робота спрямована на створення автоматичної установки перетворення енергії сонячного випромінювання в теплову та електричну з використанням ефекту Пельтьє.

Елементи Пельтье товаровиробники вже використовують в якості холодильників: для охолодження мікропроцесора на материнських платах, на переносних сумках - холодильниках. Елемент охолоджується при підключенні на його контакти, напруги живлення. А зворотного ефекту, тобто, вироблення електроенергії, можна домогтися, нагріваючи одну зі сторін елемента. Цю властивість почали застосовувати в своїй продукції


19

деякі фірми. Наприклад: фірма «Термофор», спільно з компанією «Криотерм», налагодила випуск «Электрогенерирующей дровяной отопительно-варочной печи», аналогів якої ні в Росії, ні в інших країнах світу не помічено. Така піч під час роботи за прямим призначенням, здатна генерувати напругу в номіналі 12 Вольт [3].

Опис установки. Розроблена у роботі дослідна автоматична установка перетворення енергії сонячного випромінювання в теплову та електричну має доволі просту будову (на рис.1). Вода в системі постійно циркулює по трубопроводу за рахунок гідростатичного тиску, охолоджуючи елемент Пельте. Тобто, гаряча вода має меншу густину, тому піднімається вгору, а холодна, відповідно, переміщується вниз.

1 – розширювальний бачок; 2 – водний радіатор разом з елементом Пельтьє;

3 – електронний термометр; 4 – кран

Рисунок 1 – Дослідна модель установки

Обговорення експериментальних результатів. Нами проведено тестові випробування розробленої установки при різних різницях температур. Експериментальні результати представлено в таблиці 1. Один елемент має низьку потужність, але їх можна складати в матрицю. Залежно від типу з'єднань (послідовного чи паралельного) можна підвищувати напругу та силу струму.

Таблиця 1 – Результати експериментальних досліджень розробленої установки

Сила струму, А Напруга, В Різниця температур, оС

0.06 0.6 40

0.07 0.65 45

0.07 0.7 55

0.07 0.8 60


20

Для того, щоб отримати напругу в 220 В, треба з'єднати послідовно 275 елементів Пельтьє (ТЕС1-12709). Для забезпечення потужності в один кіловат при напрузі в 220 В сила струму має бути рівна 4.55 А. Для досягнення сили струму 4.55 А відповідно до результатів експерименту необхідно з'єднати 65 елементів паралельно. Отже, для виробництва одного кіловату електроенергії потрібно 17.875 елементів. Один елемент коштує близько 60 гривень. Вся установка коштуватиме близько 1.072.500 гривень.

Значимість отриманих результатів. Ми пропонуємо дві основні сфери використання розробленої установки. Одна з них орієнтована на задоволення промислових потреб, а - побутових.

Перша сфера застосування. В Черкасах є декілька зовнішніх теплотрас. За рахунок того, що вони знаходяться над землею, йде велика втрата теплової енергії взимку. Ми пропонуємо ізолювати теплотрасу матрицею з елементів Пельтьє. Оскільки елемент Пельтьє являє собою напівпровідник в керамічному корпусі, то він буде добре ізолювати теплотрасу від навколишнього середовища. Різниця температур гарячої води в теплотрасі в опалювальний період і температури навколишнього середовища близько 60оС, і є достатньою для генерування напруги елементами Пельтьє. Влітку опалення вимикають і в теплотрасі циркулює холодна вода. Різниця температур холодної води і навколишнього середовища в літній період близько 40оС. Тобто, протягом цілого року буде вироблятись електроенергія.

Друга сфера застосування. Оскільки розроблена установка може не тільки виробляти електроенергію, а ще й нагрівати воду, ми пропонуємо її використовувати людям, які мають власну земельну ділянку. Вироблену електроенергію можна акумулювати і використовувати для живлення побутових приладів, освітлення та для інших побутових цілей.

Список літератури 1. Поновлювальні джерела енергії: // Режим доступу:

http://ostriv.in.ua/index.php?option=com_content&task=view&id=2175&Itemid=582 2. Использование и перспективы энергоэффективных технологий: // Режим доступу:

http://fiz.1september.ru/article.php?ID=200601113 3. Электрогенерирующая дровяная печь: // Режим доступу: http://www.termofor.ru/prod1.php?id=27 4. Генератор на элементе Пельтье: // Режим доступу:

http://inerton.ucoz.ru/publ/ehlektronika/dc_dc_preobrazovateli/generator_na_ehlemente_pelte/16-1-0-30

АНАЛІЗ СХЕМ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ З ДОЗОВАНОЮ ПЕРЕДАЧЕЮ ЕНЕРГІЇ В НАВАНТАЖЕННЯ

О.О. Галіченко, ст. гр. ЕЕ 09-1, О.В. Аніськов, ст. викл. ДНВЗ “Криворізький національний університет”

Багато споживачів електроенергії в області електротехнології та електроприводу потребують швидкодіючих джерел живлення з струмовими зовнішніми характеристиками. Такі джерела живлення створюються на базі перетворювачів постійної напруги (ППН), природна зовнішня характеристика яких не має струмового характеру, а струмова зовнішня характеристика формується за рахунок роботи системи управління, тобто є штучною.

При дозованої передачі енергії в навантаження перетворювач постійної напруги містить реактивний накопичувальний елемент (конденсатор або реактор), який на


21

міжкомутаційному інтервалі запасає певну порцію (дозу) енергії від джерела живлення і протягом цього такту передає цю енергію в навантаження.

Дозатори можуть бути ємнісні і індуктивні [1]. Розглянемо процес передачі енергії від джерела живлення Е в дозатор (рис. 1). При ємнісному дозаторі (рис. 1, а-ж) конденсатор С може підключатися до джерела е.р.с. тільки через струмообмежуючий ланцюг. Виключивши з розгляду струмообмежуючі ланцюги зі споживанням активної потужності, розглянемо індуктивні струмообмежуючі ланцюга (рис. 1, а і д).

У схемі (рис. 1, а) дозатор С підключається до джерела живлення через тиристор. При цьому починається коливальний процес. Струм тиристора змінюється за синусоїдальним законом (рис. 1, б) поки через півперіоду резонансної частоти LC-контуру не спаде до нуля. Напруга на конденсаторі за цей час змінюється від 0 до 2Е, якщо конденсатор передньо розряджений (рис. 1, в) або від -Е до + Е, якщо конденсатор попередньо був заряджений напругою зворотної полярності. Комутація тиристора здійснюється за рахунок коливального процесу в контурі. Напруга на конденсаторі обмежується жорстко, тобто визначається тільки ходом коливального процесу і не залежить від роботи ланцюгів управління.

Схеми поділяються також за ознакою обмеження заряду дозатора. У схемах з ємнісним накопичувачем (рис. 1, а) завершення процесу передачі енергії (обмеження дози енергії) здійснюється жорстко ("жорстке обмеження дозатора"), незалежно від роботи ланцюга управління при заряді дозуючого конденсатора до певної величини (наприклад, напруга джерела живлення).

В інших схемах (як з індуктивним, так і з ємнісним накопичувачем) обмеження дози здійснюється по ланцюгу управління при переключенні силових вентилів. На рис. 1, д) показана схема передачі енергії в дозатор на повністю керованому вентилі. При замиканні транзистора струм індуктивності замикається через діод. На рис. 1, е і ж показані сигнали в схемі (вважаємо пульсації струму дроселя несуттєвими). У момент t* транзистор закривається. Після цього енергія дозатора може бути передана в навантаження. Доза енергії визначається роботою системи управління, тому жорсткого обмеження дозатора в цій схемі немає.

У схемах з індуктивним дозатором енергія джерела живлення може передаватися в накопичувач при їх безпосередньому зв'язку (рис, 1, з).

Рисунок 1 – Варіанти схем дозаторів (накопичувачів енергії) і їх тимчасові діаграми


22

При розмиканні транзисторного ключа ланцюг протікання струму дозатора обривається, тому в схемі повинен існувати ланцюг, по якому замкнеться струм дозатора (на малюнку не показаний) [2]. Тому тимчасова діаграма струму накопичувача визначена лише до моменту вимикання транзистора. Схеми ППН можуть бути виконані на одноопераційних вентилях (це схеми з ємнісним накопичувачем і жорстким обмеженням дозатора) або на повністю керованих вентилях різних типів.

Індуктивний дозатор не може підключатися до навантаження індуктивного характеру без ємнісного фільтра. При ємнісному дозаторі наявність фільтра в навантажувальному ланцюзі необов'язкова.

Процес передачі енергії в навантаження може здійснюватися одночасно з отриманням її від джерела ("передача енергії в імпульсі") або розподілений в часі ("передача енергії у паузі"). Перший варіант передачі енергії відповідає послідовному з'єднанню джерела живлення дозатора (накопичувача) та навантаження.

На рис. 2 показані схеми ППН з різними способами передачі енергії у навантаження. У схемах рис. 2, а) і б) біт 5 має нульове значення - енергія передається в паузі. На схемі рис. 2, а) передача енергії від джерела живлення до дозатору відповідає рис. 1, а), б), в). Після замикання тиристора VI може бути включений тиристор V2 і енергія з ємнісного накопичувача буде віддаватися в навантаження. Після розряду накопичувача тиристор V2 закриється, а індуктивний струм навантаження замкнуться через діод. Процес може бути повторений знову.

Схема на рис. 2, б) являє собою регулятор напруги 3-го роду (інвертується ППН). Передача енергії від джерела в індуктивний дозатор відповідає рис. 1, з), і). Після замикання транзистора VI, струм накопичувача замикається через діод і енергія віддається в навантаження. Для повної віддачі енергії накопичувачем, ППН повинен працювати в режимі переривчастого струму, тільки при цьому він має властивість дозованої передачі енергії в навантаження.

ППН рис. 2, в) передає енергію в імпульсі. При включенні пари тиристорів V1-V2 конденсатор попередньо заряджений зворотною напругою. Через конденсатор протікає струм навантаження до тих пір, поки конденсатор не зарядиться до напруги Е. Далі струм навантаження замикається через діод, а тиристори замикаються зворотною напругою. В другій половині періоду працюють тиристори V3 V4. Припинення заряду (перезаряду) конденсатора означає завершення передачі дози енергії від джерела в навантаження. Строго кажучи, розглянута схема є певною мірою двотактною, тобто в ній передача енергії від джерела живлення відбувається в обох тактах. Однак у строгому сенсі двотактними називаємо тільки ППН, що містять два накопичувача.


23

Рисунок 2 – Схеми ППН з передачею енергії в навантаження "у паузі" (а і б), діаграми напруги і струму на

навантаженні (в), зовнішні характеристики (г), і схема ППН з передачею енергії в навантаження "в імпульсі" (д)

Регулювання потужності в навантаження може здійснюватися або частотним способом (при зміні частоти комутації), або широтним способом. Можливо одночасне поєднання широтного і частотного керування.

Процес передачі енергії в дозатор може бути ускладнений, в [3] запропоновані схеми з рекуперацією енергії в джерело, що володіють рядом додаткових переваг. При індуктивному дозаторі схеми з рекуперацією енергії в джерело (рис. 3, е - схема з ланкою фазового управління) також дозволяють домогтися ряду переваг. Однак ускладнення процесу енергообміну з джерелом порушує гіперболічну форму зовнішньої характеристики, тому подібні схеми являють перетворювачами з дозованим зарядом лише з відомими уточненнями.


1. Булатов О.Г., Олещук В.И. Автономные тиристорные инверторы с улучшенной Формой выходного напряжения. Кишинев, Штиннца, 1988.

2. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И.Мелешин. – М.: Техносфера, 2006. – 632 с.2005. – 528 с.

3. Попков, О.З. Основы преобразовательной техники: учеб. пособие для вузов / О.З. Попков. – М.: Изд. дом МЭИ, 2007, 200 с.


24

АНАЛИЗ ФОРМ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ДВУХФАЗНОГО ТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ФОРМИРУЕМЫХ МЕТОДАМИ ШИМ

НАПРЯЖЕНИЯ

А.В. Омельченко, ассист. ГВУЗ “Криворожский национальный университет”

Применение IGBT-инверторов в тяговом электроприводе позволяет решить комплекс задач, связанных с преобразованием электроэнергии для питания тягового асинхронного двигателя. Однако остается проблема качества преобразованной электроэнергии.

В практике создания электротехнических комплексов типа «IGBT-преобразователь – асинхронный двигатель» имеется ряд решений для улучшения форм кривых тока и напряжения – от фильтров до алгоритмов управления. Вместе с тем, надежного и комплексного по структуре для условий рудных электровозов нет. Поэтому автором предпринята попытка еще раз оценить эту проблему, в частности проанализировать один из авторских подходов к этой проблеме.

Предварительно оценив способы формирования кривых тока были выбраны для сравнивания методы прямой и векторной ШИМ по закону синусоиды, и по закону трапеции [1].

Для анализа способов управления было проведено сравнение форм кривых напряжений тяговых асинхронных двигателей. Сравнивались линейные напряжения: трехфазного инверторного моста; однофазного моста и трапецеидальной формы:

а) Прямоугольная форма напряжения трехфазного инвертора при разложении в ряд Фурье.

Анализ метода векторной ШИМ напряжения синусоидальной формы выполнен на основе трехфазного инверторного моста и тягового асинхронного двигателя, обмотки которого соединены в звезду (рис. 1).

( )

ω⋅⋅−++ω−ω

π= tv

vttUu S

kSSa sin11...5sin

51sin32 , (1)

где ...3,2,1,0,16 =±= kkv ;

aam UUU 1,1321 =

π= - амплитуда первой гармоники;

aam UU

UU 78,06

2~ 1

1 =π

== - действующее значение первой гармоники;

aa UUU 816,032~ ==Σ - действующее значение полной прямоугольной кривой;

955,03~~

1 =π

==ΣU

UK и - коэффициент искажения;

1,11 ==a

ma U

UK - коэффициент использования питающего напряжения.


25

Рисунок 1 – Расчетная схема для метода векторной ШИМ напряжения

б) Прямоугольная форма напряжения однофазного инвертора при разложении в ряд Фурье.

Анализ метода прямой ШИМ напряжения синусоидальной формы выполнен на основе однофазного инверторного моста, питающего одну из фаз двухфазного тягового асинхронного двигателя (рис. 2).

Рисунок 2 – Расчетная схема для метода прямой ШИМ напряжения и по закону трапеции.

ω⋅++ω−ω

π= tv

vttUu SSSa sin1...3sin

31sin4 (2)

где ...3,2,1,12 =±= kkv ;

aam UUU 273,141 =

π= ; aa

m UUU

U 9,0222

~ 11 =

π== ; aUU =Σ

~ ; 9,0=иK ; 273,1=aK .

в) Разложение в ряд Фурье трапеции. Принцип формирования трапециевидной кривой тока двигателя развит в приложении

к двухфазному преобразователю с учетом тяговой специфики. Для определения угла α, при котором гармонический состав оптимален, был проведен

анализ разложения трапециевидной кривой тока в ряд Фурье:


26

...)5sin25

5sin3sin9

3sinsinsin(4

sinsin14)(1

2

+ω⋅αα

+ω⋅αα

+ω⋅αα

π=

=ω⋅ααπ

=ω ∑=

tttI

tvvv

Iti

T

n

vT

. (3)

Наибольшее приближение к синусоиде дает трапециевидная кривая с α=π/3, которая и принята за основу.

ω⋅

αα

++ωαα

+ω⋅αα

π= tv

vvttUu SSSa sinsin...3sin

93sinsinsin4

2 (4)

где ...3,2,1,12 =−= kkv ;

aaam UUUU 053,13

sin12sin421 =⋅

ππ

=αα

⋅π

= ; am UUU 745,02

~ 11 == ;

aa UUU 745,0341~ =πα

−=Σ ; ( )

0,19989,0sin43

62→=

αα

⋅α−ππ

=иK ;

053,1sin4=

αα

⋅π

=aK

Результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты сравнения линейных напряжений

Вариант Схема. Форма напряжения иK aK Примечание

а Трехфазный мост. Прямоугольная 0,955 1,1 Нет 3-й

гармоники

б Однофазный мост. Прямоугольная 0,9 1,273 Есть 3-а

гармоника

в Однофазный мост. Трапецеидальная 1,0 1,053 Нет 3-й

гармоники

Сравнение показателей форм кривых напряжений и токов инверторов позволило выявить оптимальную форму фазного напряжения – трапецеидальная.

Список литературы 1. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов. Пер. с англ. Под ред. И.В. Антика, М. «Энергия»,

1969, - 280с.


27

ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ШАХТ

Р.А. Пархоменко, ст. преподаватель ГВУЗ “Криворожский национальный университет”

Одним из действенных резервов повышения эффективности электроснабжения шахт и в конечном итоге роста производительности выемочно-погрузочного оборудования является улучшение режимных показателей качества электроэнергии.

Современное состояние, как показал проведенный анализ режимов напряжения, характеризуется тенденцией к снижению качественных показателей, связанных функциональной зависимостью с параметрами электрической нагрузки. Дальнейшая интенсификация добычи железной руды, осуществляемая в соответствии с основным направлением технического прогресса в горнорудной промышленности, влечет за собой увеличения числа блоков, а следовательно и числа технологического оборудования, потребного для обеспечения заданной производственной мощности шахт. Особенностью ведения технологического процесса добычи железной руды подземным способом является отсутствие жестких технологических связей при работе электроприводов шахтного оборудования: горные машины работают обособленно и независимо друг от друга, что обусловливает создание специфических условий, оказывающих воздействие на режимы электропотребления.

Для определения фактических значений потерь напряжения ∆Ui вдоль наиболее протяженных загруженных ЛЭП измерения произведены в начале сети на шинах ЦПП1, в качестве промежуточного узла нагрузки предусмотрена регистрация δUi ; на п/ст. "Тяговая-Совмещенная" как правило в месте соединения крыльев шахтного поля, и в конце непосредственно на добычных участках.

Как видно из анализа гистрограмм распределения δUi при отсутствии средств централизованного и местного регулирования напряжения в сети, ∆Ui в конце ЛЭП может быть снижена применением средств компенсации реактивной мощности. При этом определяется диапазон возможных значений относительного уровня напряжения.

ном

iUi U

UК = , или 0,9 < КUi < 1,15 (1)

где КUi – коэффициент кратности действующего значения напряжения к номинальному. Выполненные исследования по оценке качества напряжения, результаты которых

представлены в таблице 1, позволяют установить необходимые ограничения при разработке мероприятий и средств, повышающих качественные показатели в характерных узлах нагрузки до нормируемых пределов. К результатам проведенных исследований следует отнести основные положения, касающиеся фактического режима напряжения в системах электроснабжения шахт.

Анализ эмпирических рядов распределения указывает на отклонения исследуемой величины от нормативных требований. С интегральной вероятностью Р>>0,95 уровень напряжения превышает верхний предел ГОСТ 13109-67 (шахта "Саксагань"), допустимый из требований экономичности и обеспечения нормальных условий электрической изоляции электрооборудования.


28

Таблица 1 − Результаты обработки экспериментальных измерений и основные числовые характеристики распределения отклонений напряжения в распределительных сетях железорудных шахт

Место производства измерений

Математическое

ожидание

Стандартное

отклонение

Дисперсия

Неодинаковость

напряжения

Отклонение

напряжения

Присоединение Рудник δUі, В σ, В D, B2 N, B2 δUі, % 1 2 3 4 5 6 7

1. п/ст.Тяговая, ввод 2 ш.Родина гор.-1015 м

0,66 2,18 4,74 5,19 -2,28

2. ГПП - 6 кВ ш.Родина -5,2 1,79 3,21 30,4 -5,53

3. п/ст."кв.160", 0,4 кВ ш.Родина -4,75 5,12 26,2 48,84 -6,95

4. уч. 1, кв.178 ш.Родина -9,76 2,17 4,73 100,1 -10

5. уч. 17, 0РТ-229, гор.-605 м ш.Саксагань -1,61 2,37 5,64 8,24 -2,88

6. уч. 21, ОРТ-205, хоз.орт -620м ш.Саксагань -2,26 1,97 3,88 9,0 -3

7. ШПП 11, ЩРДУ- 0,4 кВ гор.-630 м ш.Саксагань 10,3 2,06 4,25 110,6 10,5

8. ШПП 10, гор.-630 м ш.Саксагань 9,52 2,27 5,18 95,96 9,8 9. ЦРП-6 главная ш.Саксагань 2,76 1,25 1,56 9,19 3 10. ШПП 11, осв,сев.полев.штрека, 127 В ш.Саксагань -3,73 2,65 7,06 21,0 -4,59

11. п/ст "Южносаксаганская" поверхность 0,4 кВ, ш.В-4 ш.Саксагань 6,07 1,59 2,53 39,4 6,25

12. п/ст "Южносакеаганская" поверхность 6кВ, ш.В-4 ш.Саксагань 1,19 2,63 6,91 8,35 2,89

13. п/ст. "Саксагань" поверхность 6кВ ш.Саксагань 7,43 0,98 0,97 56,1 7,5

Режим электроснабжения шахт характеризуется изменениями напряжения на зажимах ЭП в пределах δUмакс = 10,5% от Uном, что диктуется необходимостью поддержания удовлетворительного напряжения для успешной работы электроприводов горных машин. Как видно из анализа полученных результатов, представленных в таблице 1, закон изменения напряжения в контролируемых узлах нагрузки определяется доминирующим влиянии составляющей математического ожидания δUі, что обусловлено эксплуатацией силовых трансформаторов на рабочих ответвлениях, соответствующих нижнему положению анцапф с повышенным уровнем напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Это приводит к смещению кривой напряжения от оси Uном без существенного искажения или деформации его характера во времени; при этом рассеяние напряжения от среднего отклоняется


29

незначительно δ2макс = 26,2 В2 в самой удаленной точке сети на подстанции квершлага "160" гор. -1015 м ш. "Родина". Подобное положение обусловлено отсутствием средств централизованного и местного регулирования напряжения, в том числе встречного регулирования в соответствии с режимами наибольших и наименьших нагрузок.

На выбор способов улучшения качественных показателей электроснабжения оказывают воздействие результаты исследований возможной ширины диапазона изменений напряжения в функции времени, которые служат основой при разработке технических требований на изготовление местных средств регулирования.

Следует отметить, что узкий диапазон изменений напряжения (ввиду малого рассеяния δі 2 ) упрощает требования к созданию, выбору средств регулирования, позволяет удешевить конструкцию, так как отпадает необходимость в осуществлении глубокого регулирования с широким спектром изменения исследуемых параметров,

В силовых сетях железорудных шахт основным фактором, влияющим на снижение показателей эффективности электроснабжения, является дефицит реактивной мощности, обусловленный отсутствием, либо слабым использованием источников реактивной мощности в узлах нагрузки, что приводит к невозможности обеспечения нужного режима напряжения и вызывает нарушения устойчивости работы шахтных ЭП. Средства компенсации реактивной мощности, обеспечивающие снижение потери напряжения в сети направлены на уменьшение величины народнохозяйственного ущерба и продление ресурса работоспособности электродвигателей путем обеспечения их работы в более экономичном режиме.

О ПОТЕНЦИАЛЕ ПОВЫШЕНИЯ РЕЖИМНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ШАХТНЫХ СЕТЯХ

Р.А. Пархоменко, ст. преподаватель ГВУЗ “Криворожский национальный университет”

При постановке вопроса повышения качества напряжения в шахтных сетях исходной информацией служат результаты проведенной комплексной оценки, а также существующие средства и способы обеспечения благоприятного уровня напряжения на зажимах шахтных ЭП. Для конкретных условий электроснабжения шахт оптимизация качественных показателей достигается путем выбора наиболее приемлемых решений и разработки рациональных устройств по технико-экономическим соображениям. Из произведенного анализа соответствия показателей качества электроэнергии ГОСТ 13189-67 очевидна целесообразность проведения мероприятий в направлениях:

− обеспечения централизованного встречного регулирования напряжения в соответствии с режимом электропотребления;

− местного регулирования напряжения с целью сокращения диапазона отклонений напряжения;

− компенсации реактивной мощности и потерь напряжения во всех узлах; − совершенствования систем электроснабжения с выбором рациональных

повышенных уровней напряжения на всех ступенях трансформации; − регулирование (с целью ограничения) напряжения в осветительных сетях.


30

Выражением для комплексного решения вопросов регулирования напряжения служит обобщенная зависимость U = f(t) баланса значений напряжения у потребителей и в центре питания,

ном

ciкмiмдобЦПЭП U

XXQQRРUUU ))(( −−+−+= , (1)

где добU – добавочное напряжение, создаваемое регулирующими устройствами; QK – реактивная компенсирующая мощность, вырабатываемая синхронными двигателями и компенсационными преобразователями; Хі – индуктивное сопротивление элементов сети; Хс – емкостное сопротивление установок продольной компенсации. Слагаемые данного уравнения определяют эффективность применения и степень

воздействия устройств регулирования напряжения на исследуемую функцию δUi . В общем виде качество напряжения соответствует произведению нагрузки на

сопротивление. Однако, повышение качественных показателей не сводится к определению потерь в сетях и во многих случаях является вопросом технологическим. Действительно, воздействие на результирующую нагрузку возможно путем упорядочения организационных мероприятий и рационального использования электроприводов горных машин оптимизацией технологического процесса добычи руды. Снижение же сопротивления элементов сети зависит от выбора соответствующей схемы электроснабжения горизонта.

Результаты исследований показывают, что групповая стабилизация для ЭП с различными требованиями нецелесообразна, так как приводит к излишнему ужесточению условий и, следовательно, не эффективному удорожанию системы электроснабжения. Согласно выполненному анализу изменение производительности (скорости) в зоне экстремального значения имеет столь пологий характер, что значительному отступлению от оптимальных параметров δU соответствует небольшое изменение производительности выемочно-погрузочного оборудования.

Наиболее эффективным представляется регулирование реактивной мощности, которое позволяет одновременно снизить потери напряжения в сети и поддержать величину напряжения. Возможности компенсации реактивной мощности вытекали из выражения для потери напряжения:

kkpka XIIrIU )( ++=∆ , (2)

где 1а, 1р - активная и реактивная составляющие тока нагрузки; 1к - ток компенсации; Хк, rк - сопротивления короткого замыкания в рассматриваемом узле нагрузки. Считая, что U0 в ближайшем узле сети отклоняется на величину δUi независимо от

рассматриваемой нагрузки, напряжение в данной точке:

UUUU i ∆−±= δ0 . (3)

В этом случае ток компенсации, необходимый для поддержания напряжения на заданном уровне:

kk

kapk X

UUXr

III δ2−∆−+=

. (4) Целесообразность и экономичность реализации этого способа повышается с

увеличением Хk снижением rk. Одним из наиболее перспективных способов ограничения влияния

быстроизменяющейся нагрузки на напряжение является компенсация реактивной мощности,


31

осуществляемая посредством установок статических конденсаторов, синхронных двигателей и компенсаторов, а также компенсационных преобразователей.

Применение технических средств компенсации реактивной мощности сейчас гораздо выгоднее, чем удорожание сетей за счет реконструкции. Весьма перспективно внедрение статических источников реактивной мощности (ИРМ), у которых выпрямленным током тиристорного преобразователя индуктивность (реактор или дроссель с железом) заряжается магнитной энергией с последующим её инвертированием в сеть переменного тока при опережающем коэффициенте мощности. Преобразователи, разработанные по схеме с искусственной коммутацией, где в качестве устройства коммутации используются конденсаторы, наряду со своими активными функциями выполняют задачу генерирования реактивной мощности в сеть, существенно снижают колебания напряжения при резкопеременных и толчковых нагрузках.

Для повышения уровней напряжения на зажимах удаленных ЭП железорудных шахт приемлемым вариантом является обеспечение централизованного регулирования изменением коэффициента трансформации трансформаторов ЦРП в соответствии с режимом суточного графика нагрузки. Однако следует отметить недостаточность проектных надежных способов централизованного встречного регулирования напряжения ввиду несовершенства и низкой надежности устройств РПН регулирования под нагрузкой трансформаторов. Кроме того, опыт эксплуатации трансформаторов с РПН показывает на частоту переключения анцапф трансформаторов несколько раз в течение года, в основном для сглаживания сезонных колебаний нагрузки.

Наиболее приемлемым и технически возможным направлением повышения качественных показателей в системах электроснабжения шахт является перевод подземных участковых сетей на повышенные напряжения. Это позволит не только снизить потери электроэнергии и расход цветных металлов в сетях низкого напряжения, но и в ряде случаев увеличить радиус действия участковых подстанций и единичную мощность трансформаторов или обеспечить наиболее полную их загрузку. Это значительно упрощает схему электроснабжения предприятия, сокращает необходимое количество электрооборудования напряжением выше 1000 В, капитальные вложения и потери электроэнергии.

Напряжение 660 В в первую очередь рекомендуется для предприятий с более высокой средней единичной мощностью электроприемников, а также для тех предприятий, в которых по условиям генплана, технологии или окружающей среды не могут быть использованы дробление подстанций и приближение трансформаторов к центрам питаемых ими нагрузок.

Экономичность напряжения 660 В определяется тем, что стоимость трехфазных электродвигателей 660/380 В практически одинакова со стоимостью электродвигателей - 380/220 В. Если же стоимость отдельных новых типов электродвигателей в связи с улучшением изоляции и показателей надежности несколько увеличивается, то это удорожание можно не учитывать. Стоимость трансформаторов с вторичным напряжением 0,4 и 0,69 кВ одинакова. По сравнению с напряжением 380 В пропускная способность сети при напряжении 660 В возрастает в 3 раза, а потери электроэнергии уменьшаются, в 3 раза при одинаковом расходе цветных металлов и примерно в 2 - 1,8 раза, если сечения токопроводящих жил, выбранные при напряжении 380 В, снизить на одну-две ступени.

При технико-экономических расчетах часто ограничиваются сравнением электроустановок напряжением до 1000 В, не меняя технических решений по предприятию в целом. При этом, выгода от применения напряжения 660 В оказывается заниженной. Наряду с уменьшением потерь в электрических сетях до 1000 В, напряжение 660В обладает двумя существенными преимуществами:


32

а) верхний предел номинальной мощности трехфазных электродвигателей 380 В в особенности синхронных при напряжении 660 В может быть повышен, по крайней мере, в

3 раз, т.е. до 630 кВт, а в отдельных случаях еще выше; б) экономический радиус действия подстанций увеличивается почти в 2 раза; в

отдельных случаях за счет небольшого увеличения длины питающей сети до 1000 В допустимо повысить единичную мощность трансформаторов, сократить число подстанций, линий и аппаратуры напряжением, выше 1000 В; одновременно снижается примерно в 2 раза расход цветных металлов.

Во многих случаях достаточно ограничиться сравнением технико-экономических показателей для основных элементов электроустановки при напряжениях 380 и 660 В. Кроме того, должны учитываться не только экономические, но и технические преимущества, которые дает применение напряжения 660 В - улучшение качества напряжения, упрощение схемы, надежность электроснабжения. Необходимо также учесть, что при выборе варианта следует отдавать предпочтение варианту с более высоким напряжением, даже при экономических преимуществах варианта с низким из сравниваемых напряжений в пределах до 5-10% приведенных затрат.

Использование напряжения 660/380 В обеспечивает неоспоримые экономические преимущества по сравнению с напряжением 380/220 В. При этом обеспечивается снижение потерь мощности и затрат на пропускную способность сети. В среднем экономический эффект по зависимой части приведенных затрат составит 73%. Не менее существенны и технические преимущества, даваемые напряжением 660В. Они заключаются в обеспечении экономии цветного металла, снижении потерь и режимов напряжения, снижении номинальных потоков нагрузки, возможности укрупнения единиц трансформаторной мощности и мощности токоприемников, а также возможности полного исключения напряжения 6 кВ и замены его напряжением 10 кВ.

ДО РОЗБУДОВИ СТРУКТУРИ СЛУЖБИ ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ ПІДЗЕМНОГО ГІРНИЧОРУДНОГО КОМБІНАТУ

І.О. Сінчук, доц., канд. техн. наук, А.О. Ялова, асп. Криворізький національний університет

К.П. Богодист, асист. Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Більше 70 % промислового потенціалу України та фінансових надходжень до держбюджету – це металургійна промисловість та гірничодобувна її галузь [1].

Проблема енергоефективного використання всіх видів енергії гірничорудними підприємствами України, незважаючи на низку об’єктивних, в основному, людських факторів, все ж полягає у відсутності реальних ефективних методів управління цим процесом [2, 3]. На теперішній час функції контролю за ефективністю використання енергоресурсів на більшості гірничодобувних підприємств України, як правило, виконують відділи головного енергетика комбінату (шахти, кар’єру). Відповідно до скудності своїх повноважень, штатів та способів впливу на виробничий процес енергоефективного використання електричної енергії, ці функції в потрібних обсягах структурами служб


33

головних енергетиків не виконуються або носять необов’язковий деклараційний характер. У тому числі, в силу відсутності реального контролю, а точніше – відсутності керованості процесом енерговикористання та відсутності системи диференційованого заохочення всіх без винятку працівників комбінатів, можна констатувати факт щорічного одіозного непропорціональновідповідного енергоспоживання з об’ємами випуску продукції гірничорудними підприємствами (табл. 1, рис. 1).

Зміна виробничої собівартості добутої руди та споживаної при цьому енергії не носить явного кореляційного зв’язку. Для якісного аналізу такого факту необхідно проведення досліджень за усіма напрямками та складовими технологічного циклу підприємства. Це задача як існуючих служб головних технологів, так і очікуваних свого створення служб енергоменеджменту гірничорудних підприємств.

У відомих роботах, у тому числі стосовно вугільних підприємств, рекомендуються структури контролю та керування процесом енергоспоживання [2]. Між тим, як свідчить аналіз, досягнення очікуваного ефекту ефективного використання енергоресурсів може бути досягнено за умови постійного моніторингу та адресного керування цим процесом на кожній ділянці технологічного циклу видобутих корисних копалин.

Реальні (рис. 1, 2) показники вітчизняних шахт (рудників) значно перевищують відповідні рекомендовані норми [3].

Рисунок 1 – Зміна виробничої собівартості сирої руди в період із 2005 по 2010 рр.

(з простим прогнозом на 2 роки)


34

Рисунок 2 – Основні складові собівартості руди за 5 років

При створенні служби енергетичного менеджменту її головними функціями повині стати:

– планування; – облік і звітність; − нормування; − контроль; − аналіз і прийняття рішень; − регулювання; − організація; − мотивація. Для цього підприємство повинно розробити політику енергозбереження – публічно

декларовані принципи та обов’язки, які пов’язані з аспектами енергозбереження діяльності підприємства й забезпечують основу для встановлення його цілей і задач енергозбереження.


35

Рисунок 3 – Спрощена схема організаційної структури ВАТ “Криворізький залізорудний комбінат”

Основними завданнями даної роботи є впровадження енергетичного менеджменту на підприємстві дозволить:

− постійно аналізувати стан енергозабезпечення й енерговикористання; − організувати об'єктивний облік і контроль за станом витрат усіх видів ПЕР; − критично оцінити енергетичну ефективність основних і допоміжних

(загальнопромислових) технологій; − визначити резерви енергозбереження і запропонувати комплексні енергозберігаючі

заходи ефективного використання ПЕР; − активізувати та об'єднати вже наявні на підприємстві численні можливості та

засоби для практичного вирішення пріоритетних проблем раціонального використання енергоресурсів.


1. Комплекс ресурсо- і енергозберігаючих геотехнологій видобутку та переробки мінеральної сировини, технічних засобів їх моніторингу із системою управління і оптимізації гірничорудних виробництв / А.А. Азарян, Ю.Г. Вілкул, Ю.П. Капленко та ін. – Кривий Ріг: Мінерал, 2006. – 219 с.

2. Шидловський А.К., Півняк Г.Г., Рогоза М.В., Випанасенко С.І. Геоекономіка та геополітика України: Навч. посібник. – Д.: Національний гірничий університет, 2007. – 282 с.

3. Випанасенко С.І. Системи енергоменеджменту вугільних шахт: Монографія. – Д.: Національний гірничий університет, 2008. – 106 с.


36

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТНО-АККУМУЛЯТОРНЫМИ ЭЛЕКТРОВОЗАМИ В УСЛОВИЯХ

ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ШАХТ

И.О. Синчук, канд. техн. наук Криворожский национальный университет

Е.И. Скапа, асп. Кременчугский национальный университет

Л.В. Семенова, студ. Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

Сырьевая слагаемая горнометаллургического комплекса Украины, горнорудная подотрасль, являясь основным источником пополнения валютных запасов страны, требует решения ряда задач для повышения до требуемого уровня эффективности добычи полезных ископаемых на всех этапах этого сложного и многозвенного процесса [1].

Около 40 % трудовых затрат по добыче руды подземным способом составляет трудоемкость транспортных работ с учетом погрузки и вспомогательных процессов, поэтому значительное место в общем комплексе мер, направленных на снижение трудоемкости добычи полезных ископаемых, отводится электровозному транспорту, основному виду транспорта отечественных шахт [1].

Вместе с тем большую тревогу вызывает безопасность горнорабочих отечественных шахт, которая желает быть улучшена (рис. 1). Значительное количество травм в подземных выработках рудных шахт (более 50 % от общего количества) происходит на внутришахтном электровозном транспорте (ВШТ). В свою очередь, более 60 % из них происходит при касании контактного провода в ортах (местах погрузки электровозосоставов) [2].

Рисунок 1 – Количество травм с летальным исходом на шахтах Украины

Радикальным техническим решением задачи повышения эффективности и безопасности работ ВШТ является разработка и внедрение откатки на базе контактно-аккумуляторных электровозов, работающих в ортах-заездах в автономном режиме, что позволит не устанавливать в этих выработках контактные сети и тем самым решить комплекс задач по безопасности работ.


37

Эффективность работы контактно-аккумуляторных электровозов при погрузке и разгрузке руды не может быть полной без замены ручного управления ими на дистанционное (автоматическое).

Известные системы дистанционного управления рудничными электровозами разрабатывалась в основе своей применительно к контактным тяговым комплексам, хотя попытки создать такие системы для контактно-аккумуляторных типов электровозов тоже были [2].

Отсутствие контактного провода в ортах-заездах при работе контактно-аккумуляторных электровозов делает невозможным применение ранее разработанных и эксплуатируемых в течение многих лет на ряде рудников Кривбасса и других бассейнов страны систем, использующих в качестве канала для передачи сигналов управления контактный провод. В данном случае могут быть использованы лишь беспроводные способы передачи управляющих команд на электровоз.

Анализ беспроводных систем управления, а также проведенные исследования в подземных условиях позволили установить, что для передачи команд могут быть использованы радио- или индуктивный каналы.

Сопоставление характеристик этих двух каналов показало преимущества индуктивного канала связи, основным из которых является взаимозаменяемость комплектов аппаратуры, что особенно важно при большом количестве электровозов, работающих на горизонте шахты. Следует также учитывать большую устойчивость работы индуктивного канала.

Схема системы управления электровозом при погрузочных операциях с передачей команд по индуктивному каналу показана на рис. 2–4.

Рисунок 2 – Принципиальная схема дистанционного управления электровозом

Порядок управления погрузкой следующий. Машинист, приведя состав в орт-заезд для погрузки, переключает режим работы электровоза на дистанционное управление, затем, выйдя из кабины, подключает переносной передатчик к штепсельной коробке, находящейся у пункта (пунктов) погрузки. Управление движением электровоза производится нажатием кнопок «Вперед» или «Назад» на передатчике сигналов управления.

Система универсальна, и может быть использована с контактными, аккумуляторными и контактно-аккумуляторными электровозами. Данная система успешно прошла испытания, проводившиеся в жестких условиях шахт ОАА «Криворожский железорудный комбинат» (г. Кривой Рог).


38

Таблица 1 – Технические данные системы автоматического управления электровозами при погрузочно-разгрузочных операциях в шахтах.

Способ передачи команд Частотный по индуктивному каналу Число команд 2 (ход вперед, ход назад)

Дальность действия, м 200 Передаваемые частоты, кГц 55, 70

Напряжение питания передатчика, В 36 Мощность передатчика, Вт 3

Сила тока в передающем шлейфе, мА Не менее 100 Напряжение питания приемника 24 Чувствительность приемника, мВ 10

Входное сопротивление приемника, кОм Не менее 4 Полоса пропускания фильтра, кГц 3 (на частоте 55 кГц), 4 (на частоте 70 кГц)

Антенна Рамочная, двухконтурная Исполнение аппаратуры Рудничное нормальное

Испытания позволили подтвердить ряд положительных моментов, влияющих на процесс транспортирования полезного ископаемого. Так, существенно сократилось время погрузочных операций, причем погрузку выполняет теперь сам машинист электровоза; снизился расход электроэнергии на 10–15 %.

Дистанционное управление позволяет решить ряд проблем, возникающих в системе шахтного электровозного транспорта, но для широкого применения дистанционного управления необходимо совершенствование систем управления выпускаемых электровозов.

Список литературы 1. Комплекс ресурсо- і енергозберігаючих геотехнологій видобутку та переробки мінеральної сировини,

технічних засобів їх моніторингу із системою управління і оптимізації гірничорудних виробництв / А.А. Азарян, Ю.Г. Вілкун, Ю.П. та інші. – Кривий Ріг: Мінерал, 2006. – 219 с.

2. Синчук О.Н., Юрченко Н.Н., Чернышев А.А. і ін. Комбинаторика преобразователей напряжения современных тяговых электроприводов рудничных электровозов/ Под ред. д. т. н. О.Н. Синчука. – К.: Научное издание НАН Украины. Институт электродинамики, 2006. – 250 с.

ПРОБЛЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ В УМОВАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР'ЄРІВ

Н.М. Ляхова, ст. гр. ЕЕ 09, О.Є. Мельник, доц., канд. техн. наук,

О.О. Харитонов, ст. викл. Криворізький національний університет

Подальший розвиток гірничорудної промисловості та задача підвищення продуктивності праці вимагають концентрації та інтенсифікації відкритих гірських робіт, застосування потужнішого й продуктивнішого видобувного устаткування і, як наслідок, підвищення енергоємності залізорудних кар'єрів.


39

Наприклад, у Криворізькому басейні відкриті гірські роботи характеризуються наявністю великих високомеханізованих підприємств із річною великою продуктивністю гірської маси. Технологія видобутку залізної рудій ґрунтується на використанні гірських машин з електроприводами значної потужності.

Однією з основних умов ефективного застосування кар'єрного устаткування є наявність гнучкої й надійної системи електропостачання. У зв'язку з тим, що електропостачання кар'єрів – складова частина структури систем електропостачання гірничозбагачувальних комбінатів (ГЗК), подача електроенергії здійснюється від мереж районних енергосистем через головні знижувальні підстанції (ГЗП) ГЗК напругою 150/35 кВ по повітряних лініях електропередач (ЛЕП) напругою 35 кВ.

Для розподілу електричної енергії на території кар'єру за межею небезпечної зони ведення підривних робіт споруджуються центральні розподільні підстанції (ЦРП) напругою 35/6 кВ.

По стаціонарним ЛЕП-6 кВ електроенергія надходить на пересувні кар'єрні розподільні пристрої (КРУН-6 кВ), які установлені на бортах і уступах кар'єру. Місце підключення КРУН-6 кВ вибирається поблизу зосередження групи електроприймачів (ЕП), відповідно до програм й графіків ведення гірських робіт.

Від КРУН-6 кВ електроенергія до силових ЕП і установкам освітлення кар'єру надходить по пересувним ЛЕП-6 кВ. Живлення кар'єрних споживачів від стаціонарних і пересувних ЛЕП-6 кВ проводитися через під’єднувальні пункти (ПП) або комплектні трансформаторні підстанції (КТП).

Дослідження в області електрифікації відкритих гірських робіт (удосконалювання схем розподілу електричної енергії, підвищення їх надійності, аналіз електричних навантажень і т.д.) були проведені С.А.Алаторвецким, С.А.Волотковским, Л.В.Гладіліним, В.І.Щуцьким, Б.П.Бєлих, Б.Ф.Туршевим та ін.. Подальший розв'язок проблемних питань знайшов відбиття в дослідженнях Ю.Я. Єпімахова А.А.Сироватко,

І.С. Самойловича, Б.І.Заславца й ін. Аналіз цих робіт показує, що якщо розглядалися питання оптимізації систем

електропостачання по фактах підвищення надійності, економічності й удосконалювання конструктивних елементів, то явно недостатня увага приділялася аналізу систем електропостачання за критеріями якості електроенергії на затискачах кар'єрних споживачів.

Схеми, які в даний час експлуатуються, а саме при електропостачанні кар'єрів із застосуванням проміжних КРУН-6 кВ, поряд з певними перевагами, зокрема забезпечення максимального струмового захисту і захисту від однофазних замикань на землю, зниження непрямих простоїв кар'єрного встаткування, скорочення кількості й довжини, що відходять від ЦРП-35/6 кВ лінії електропередач, мають ряд недоліків:

− зниження рівня електробезпечності через наявність проміжних ланок (КРПН-6) без постійного чергового персоналу, в яких необхідні відповідні оперативні перемикання;

− наявність електричного зв'язку між окремими ЕП, що негативно впливає на надійність і стійкість усієї електрично зв'язаної системи;

− значні втрати напруги в розподільній мережі, що приводить до значних відхилень і коливань напруги, які перевищують нормативні вимоги.

На ефективність експлуатації систем електропостачання залізорудних кар'єрів, у тому числі й на якість електроенергії, у основному впливають електричні навантаження споживачів. Дослідженням закономірностей зміни електроспоживання на гірничих підприємствах приділяється велика увага, тому що параметри електричного навантаження, його динаміка визначають вибір усіх елементів системи електропостачання. Результати багатьох досліджень стали основою для створення керівних матеріалів по визначенню електричних навантажень.


40

Список літератури 1. Маліновський А.А., Хохулін Б.К. Основи електроенергетики та електропостачання.

– Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2009. – 348 С. 2. Шестеренко Е.В. Системи електроспоживання та електропостачання промислових підприємств. – В.:

Видавництво „Нова книга”, 2004. – 654 с.

РЕЖИМИ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ В УМОВАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР’ЄРІВ

О.О. Ляхович, ст. гр. ЕЕ 09, О.Є. Мельник, доц., канд. техн. наук,

О.О. Харитонов, ст. викл. Криворізький національний університет

При розрахунках електроспоживання найбільш прийнятним є метод, заснований на аналізі графіків навантажень. Формування сумарного графіка навантаження здійснюється в результаті спільного впливу ряду випадкових факторів - це означає, що розрахункове навантаження стає функцією великої кількості змінних ознак. Шляхом узагальнення результатів теоретичних і експериментальних досліджень установлено, що навіть при обмеженому числі ЕП зміна сумарного навантаження на шинах 6 кВ кар'єрної підстанції підпорядковується закону нормального розподілу. Стосовно до умов Новокриворізького ГЗК приведено характерний графік електричного навантаження ЦРП (рис.1). Аналіз кривої напруги показує, що відхилення напруги можуть бути повільними й тривалими, пов'язаними з поступовою зміною навантажень за графіком з абсолютними значеннями, що перевищують номінальне на +7÷13%.

Рисунок 1 – Добові графіки навантажень та напруги на шинах 6 кВ кар’єрної підстанції


41

Виконаний аналіз кривих напруги на шинах підстанцій у системах електропостачання кар'єрів показав, що, як правило, не спостерігається різкої зміни рівнів напруги внаслідок великої потужності енергосистеми, яка живить споживачі.

Графік по типу рис.1 дозволяє визначити основні параметри, необхідні для розрахунків електропостачання кар'єрів. Зокрема, якщо відомі ni – число інтервалів, на які розбитий графік, і tц – тривалість навантаження в інтервалі, у цьому випадку не складно визначити середню активну споживану потужність Pср.

Графіки навантаження окремих ЕП або груп однотипних споживачів у сукупності формують сумарний графік Кф. Методи визначення Кф докладно викладені в роботах.

Аналіз режиму навантажень підстанцій ряду кар'єрів Кривбассу дозволив зробити нижченаведені висновки:

Розподіл поточних значень потужності досить близько до нормальних; Для графіків навантаження значення Кф коливається в наступних межах: − Кф = 1,06÷1,12 – на шинах 0,4 кВ; − Кф = 1,04÷1,13 – на секції шин трансформатора 6/0,4 кВ. Незначний діапазон зміни й більша частота повторень значень Кф, рівних або

близьких до середнього дозволяє прийняти коефіцієнт Кфі = 1,09. На зміну напруги в електричних мережах впливає режим активних потужностей.

Графіки активних та реактивних навантажень ідентичні, однак реактивна потужність змінюється у меншій мірі, чим активна. Параметри добових групових і індивідуальних графіків навантажень дозволяють визначити розрахункову потужність трансформаторів ЦРП, пересувних КТП для живлення бурових верстатів і установок висвітлення кар'єрів ксеноновими лампами ДКсТ.

Електричні характеристики по типу представлених на рис.2 дають можливість по плановій продуктивності визначити середню споживану потужність і використовувати отримані значення в подальших дослідженнях по підвищенню ефективності систем електропостачання залізорудних кар'єрів.

Ефективність електропостачання кар'єрних ЕП залежить від динаміки електроспоживання. Кількісним заходом, який характеризує режим зміни електричних навантажень, є приріст розходу електроенергії, викликаний збільшенням глибини гірських робіт і технічним прогресом.

1 – залежність розходу електроенергії від продуктивності;

2 – зміна навантаження з урахуванням продуктивності

Рисунок 2 – Енергетичні характеристики кар’єру


42

Список літератури 1. Маліновський А.А., Хохулін Б.К. Основи електроенергетики та електропостачання.

– Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2009. – 348 С. 2. Шестеренко Е.В. Системи електроспоживання та електропостачання промислових підприємств. – В.:

Видавництво „Нова книга”, 2004. – 654 с.

АНАЛІЗ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ НА ГОЛОВНІЙ ПІДЙОМНІЙ УСТАНОВЦІ ШАХТИ ІМЕНІ ЛЕНІНА

Є.В. Воронов, студ. ГЕМТ ДВНЗ “Криворізький національний університет”

У сучасних умовах зростання вартості і навіть дефіциту паливно-енергетичних ресурсів особливу актуальність набуває оцінка енергетичної ефективності промислових технологій. Витрата енергії є універсальним показником, який визначає, в кінцевому підсумку, ефективність усього виробництва.

Об’єктом дослідження в роботі являється головна підйомна установка на шахті імені Леніна.

Мета дослідження полягає в доведенні енергоефективності нового електроприводу на головній підйомній установці на шахті імені Леніна та запропонуванні до встановлення такого ж обладнання на шахті «Гвардійська».

У 2010 році на шахті імені Леніна започатковано впровадження високопродуктивного імпортного гірницького обладнання. Нині тут працює фінський комбайн з безлюдної проходки висхідних виробок.Електропривод на головному підйомі складається з тиристорного перетворювача та синхронного двигуна. Встановлення нового електроприводу обумовлює цілий ряд переваг:

− велика потенційна надійність та зниження експлуатаційних витрат у порівнянні з електроприводом Г-Д за рахунок меншого числа електричних машин;

− ефективна реакція швидкодіючого регулятора ТП; − завдяки високій керованості просте здійснення автоматизації руху підйому

установки, розширення можливостей задоволення вимог у зв’язку з технологічними особливостями різного виду підйомних установок;

− являється можливість отримання оптимального режиму по реактивній енергії; − синхронні двигуни менш чутливі до коливань напруги в мережі, ніж асинхронні

електродвигуни; − синхронні електродвигуни мають високу перевантажувальну здібність; − швидкість обертання синхронного двигуна залишається незмінною при любому

навантаженні на валу в межах його перевантажувальної здібності; В роботі були проведені математичні розрахунки споживання енергії до та після

встановлення нового обладнання. Це вдалося зробити завдяки графікам електричного навантаження на скіповій підйомній установці.Після встановлення нового обладнання на шахті імені Леніна вдалося зменшити витрату електроенергії на 17-20%, що дозволило наростити продуктивність підйому гірничої маси на 20% (вантажопідйомність скіпа підвищилась з 25 до 35 т) і збільшити глибину підйому до 1860 м.Користуючись програмами


43

MatCad та MatLab вдалось змоделювати в тривимірній площині модель трьох змінних (P,t,h) (потужності, часу, глибини).

Після розрахунків електричного навантаження на шахті «Гвардійська» за допомогою графіків з підприємства можна стверджувати, що середня добова витрата енергії на шахті «Гвардійська » становить 1207 кВт, що в 2,5 рази перевищує витрати енергії на шахті імені Леніна. Ми пропонуємо встановити нове обладнання, таке ж як і на шахті імені Леніна, яке дозволить:

− зробити процес підйому енергоефективніше мінімум в 2 рази; − дозволить збільшити глибину вантажопідйому; − збільшити вантажопідйомність підйомних судин; − заміна нової установки дасть змогу зменшити аварійні ситуації через людський

фактор. Головний напрям в економії електроенергії - вдосконалення технологічних процесів і

операцій, визначення оптимальних по продуктивності і раціональних по вжитку електроенергії, тобто енергетики, ефективних режимів роботи технологічного устаткування. Це може бути зроблено лише на основі глибокого і всебічного вивчення закономірностей вжитку електроенергії технологічними процесами і механізмами з врахуванням зміни різних технологічних чинників, що характеризують гірничо-збагачувальне виробництво. В даний час багато з цих закономірностей вивчені ще недостатньо чітко або взагалі не встановлені. Тому виявлення і аналіз вказаних закономірностей стає первинним в рішенні задачі економії і підвищення ефективності використання електроенергії шахтами. К ВОПРОСУ УПРАВЛЕНИЯ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ АСИНХРОННЫМ

ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ

И.О. Синчук, доц., канд. техн. наук Криворожский национальный университет

Проблема необходимости создания синергетических структур тяговых электротехнических комплексов (ТЭТК) для комбинированных видов подвижных единиц промышленного, магистрального, а также транспорта социального назначения при питании их как от контактной сети (КС) так и от тяговых аккумуляторных батарей (ТАБ), по-прежнему актуальна [1]. Однако, создание такой структуры ТЭТК и выбор вида тягового привода (ТЭП) для достижения требуемой эффективности функционирования всего тягового комплекса при разных уровнях питания ТАД (от тяговой батареи и контактной сети) является вопросом не таким уж «прозрачным» для получения однозначно правильного ответа на него. Однозначно здесь лишь то, что на данном этапе развития техники эффективным направлением следует считать структуры типа: IGBT-инвертор – тяговый асинхронный электрический двигатель [2].

Априорная оценка качественных показателей асинхронных ТЭТК по сравнению с существующими видами на основе тяговых электрических двигателей (ТЭД) постоянного тока показывает следующие преимущества первого варианта:

− повышение в 4-5 раз надежности тяговых асинхронных двигателей (ТАД) и безопасности их эксплуатации в условиях повышенной опасности, каковыми являются шахты и рудники;


44

− возможность ожидаемого снижения габаритов тяговых двигателей и увеличения их мощности на 20% в рамках существующих массогабаритных показателей;

− снижение стоимости ТАД по сравнению с ТЭД постоянного тока при тех же мощностях;

− исключение частот вращения тяговых двигателей превышающих допустимые (разносные);

− получение боле высокого к.п.д. всей тяговой системы на 2-4%; − значительное снижение (в 2-3 раза) затрат на обслуживание и ремонт ТАД; − плавное бесступенчатое регулирование тягового и тормозного усилия электровоза; − возможность функционирования в синергетическом варианте – контактно-

аккумуляторный электровоз. При участии автора, научными коллективами Криворожского национального

университета и Кременчугского национального университета им. М. Остроградского разработана пилотная структура ТЭТК для двоосного электровоза с комбинированной системой питания: контактная сеть – ТАБ [2].

К сожалению выпуск и внедрение в практику отечественного электровозостроения таких ТЭТК задерживается, что не способствует решению острых вопросов энергосбережения на данных видах транспорта.

Одной из определяющих причин такого несоответствия является необходимость практического решения проблемы минимизации весьма весомого для условий тяги недостатка ТАД – жесткость электромеханической характеристики [2].

Очевидно, что для достижения цели – создания электроэнергоэффективной структуры ТЭТК, необходимо тактику строения систем управления тяговых электротехнических комплексов рассматривать в увязке с совершенствованием характеристик электровозов и добавлением новых тяговых возможностей, т.е. решать задачу комплексно.

В данной статье предлагается для новых электровозов, при сохранении тех же параметров привода, увеличить массу электровозосостава приблизительно на 20% путем реализации закона оптимального управления ТЭТК. Обозначим этот тип электровоза К16А – контактный (контактно - аккумуляторный), массой 16 тонн, с асинхронным тяговым приводом.

В частности, при выборе параметров ТАД необходимо конечно учитывать тот факт, что естественные механические характеристики асинхронных двигателей очень жесткие и малопригодные для условий электрической тяги. Но современные способы и средства регулирования ТЭТК позволяют получить более совершенные ожидаемые тяговые характеристики.

Академиком М.П. Костенко в своё время был обоснован и предложен закон оптимального регулирования, в соответствии с которым получаются наилучшие к.п.д. и коэффициент мощности [2]. Согласно этому закону соотношение между вращающим моментом, частотой и напряжением на двигателе:

н

нн

MM

ff

uu

= , (1)

где u и нu – действительное и номинальное значение напряжения, В; f и нf – действительное и номинальное значение частоты, Гц; M и нM – действительное и номинальное значение вращающего момента, Н·м. Преобразуя уравнение (3) путем подстановки вместо моментов силу тяги, получим:

н

нн

FF

ff

uu

= . (2)


45

Если в процессе регулирования задавать напряжение u, а тяговое усилие F будет определяться условиями движения, то частота f должна быть:

FF

uuff н

нн= , Гц. (3)

В соответствии рассмотренным законам оптимального регулирования построены (рис. 1) рабочие тяговые характеристики электровоза К16А (сплошная линия) при работе в режиме питания от контактной сети (UC=275B) и при питании от аккумуляторной батареи (Uб=80B).

Получены характеристики, напоминающие характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения (пунктирные линии).

Как видим, формы тяговых характеристик обоих электровозов (предлагаемого К16А и существующего К14) с различными типами двигателей (постоянного тока и асинхронных) оказались весьма близки.

Применение закона оптимального регулирования электротехническим комплексом на базе IGBT-инверторов и ТАД в том числе для синергетических тяговых комплексов с двумя видами питания напряжения ТАД позволит:

− получить требуемые «мягкие» характеристики тягового комплекса; − увеличить тяговое усилие электровоза на 20%, при сохранении мощности, за счет

увеличения сцепной массы и понижения скорости движения локомотива; − повысить, за счет увеличения массы электровоза и плавного бесступенчатого

регулирования частоты вращения ТАД производительность электровозов на 20%.

Рисунок 1 – Тяговые характеристики электровозов К14 и К16А при напряжениях питания 250 и 80В (ψ = 0,25)

Список литературы 1. Системы управления шахтным электровозным транспортом / О.Н. Синчук, Э.С. Гузов, Н.И. Шулин,

П.К. Саворский/ - К.: Техніка, 1985, - 198 с. 2. 2.Осипов С.И. Основы электрической и тепловозной тяги. – М.: Транспорт, 1985, - 408 с. 3. Ющенко А.И. Справочник машиниста рудничного локомотива/ А.И. Ющенко, В.П. Гудалов. – М.:

Недра, 1981, - 200 с.


46

ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТА ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ШАХТНЫХ РУДНИЧНЫХ КОМБИНИРОВАНЫХ СЕТЯХ ТИПА БАЗУК-

380/220

А.Г. Ликаренко, канд. техн. наук Криворожский национальный университет

А.А. Петриченко, асп. Криворожский национальный университет

Бесконтактный аппарат защиты от токов утечки типа БАЗУК предназначен для защиты человека в рудничных комбинированных электрических сетях 380/220, содержащих участки напряжения промышленной частоты 50Гц, регулируемого постоянного (выпрямленного) напряжения 0÷520В и переменного регулируемого напряжения изменяемой частоты 0÷70 Гц, и для отключения электроустановок при снижении сопротивления изоляции сети ниже допустимого (критического) значения.

Основные свойства аппарата защиты от утечек определяются его защитными характеристиками, являющимися зависимостью отключающих сопротивлений однофазной или однополюсной утечки от дестабилизирующих факторов. В простых электрических сетях переменного или постоянного токов основными дестабилизирующими факторами являются параметры изоляции сети – активное сопротивление Rиз и емкость Сиз. В комбинированной же сети при наличии преобразователей энергии установлена зависимость токов утечки еще и от режимов их работы, переходных процессов при коммутации тиристоров, ассиметрии в каналах управления и динамики процессов управления. Все это определяет импульсный колебательный характер токов утечки в сетях преобразования энергии с изменяющейся амплитудой, которая является случайной величиной при фиксированном значении угла управления преобразователей.

В результате, ток утечки в комбинированной сети имеет гармонические и субгармонические составляющие. Гармонические образуются в сети при коммутации тиристоров и оказывают дестабилизирующее влияние на чувствительность и быстродействие защиты от утечек. Субгармонические составляющие возникают за счет асимметрии в каналах управления и динамики процессов управления преобразователя и оказывают влияние на устойчивость работы аппарата защиты.

Таким образом, в комбинированной сети токи утечки носят случайный характер и для их измерения и оценки необходимо руководствоваться методами теории вероятности и математической статистики.

Использованная авторами методика проведения исследований для определения токов утечки, имеющих случайный характер, основывается на следующих положениях:

− Защитной характеристикой аппарата является зависимость наибольшего длительного тока, измеренного при предельном отключаемом сопротивлении однофазной утечки в зависимости от возможных дестабилизирующих факторов и выраженная в относительных единицах по базовой величине – длительно допустимому току 25 мА;

− Защитной характеристикой аппарата защиты от утечек является еще и зависимость кратковременного тока от дестабилизирующих факторов, выраженная в относительных единицах по базовой величине – значению допустимого кратковременного тока 100 мА. Кратковременным током утечки является установившейся ток, протекающий через сопротивление утечки равное минимальному расчетному сопротивлению тела человека, при сопротивлении изоляции не менее сопротивления срабатывания, и емкости в пределах рабочего диапазона в течении времени отключения сети защитой и действия ЭДС выбега отключенных электродвигателей.


47

− Длительные и кратковременные токи находили при прямых измерениях их значений на физической модели электрической сети, где моделировались однофазные утечки в масштабе 1:1. В качестве источника питания модели электрической сети использовался трехфазный трансформатор, выходное напряжение которого переключателем отпаек устанавливалось в пределах (0,85÷1,1)Uном. Параметры изоляции сети моделировались с помощью резисторов и конденсаторов. Регулируемый электропривод постоянного тока был собран на базе серийного агрегата ТЕ4-200/460. Испытания выполнялись методом активного эксперимента. На время испытаний аппарат защиты изолировался от земли с целью создания искусственной нулевой точки (земли).

− Защитная характеристика для длительных токов при однофазной утечке определялась при включенном и отключенном преобразователе.

При отключенном преобразователе отключающие сопротивления однофазной утечки определялись при номинальном напряжении сети 380В, в диапазоне емкости изоляции сети от 0,0 до 3,0 мкФ и активном сопротивлении изоляции сети от бесконечности до отключающего ( критического) значения Rи.кр для каждой фазы сети в отдельности.

При подключении преобразователя испытания выполнялись при Uном сети 380 В и диапазоне емкости 0÷3,0 мкФ. Напряжение преобразователя устанавливалось 0, 200, 400 В, а емкость изоляции на стороне выпрямленного напряжения – 0;0,25; 0,5 мкФ. Сопротивление изоляции сети принималось равным бесконечности. Испытания проводились для фазы А.

Выборка для определения защитной характеристики по длительному току однополюсной утечки определялась испытаниями на участке сети постоянного напряжения при следующих условиях. Испытания проводились при номинальном напряжении питания 380 В, в диапазоне емкости изоляции сети 0÷3,0 мкФ. Напряжение преобразователя установилось 200 В, 460 В. Емкость изоляции участка выпрямленного напряжения установилась 0, 0,25, 0,5 мкФ, а сопротивление изоляции – бесконечность. Измерения тока утечки проводились для каждого полюса раздельно.

Так как экспериментальные выборки длительного тока на участках переменного и выпрямленного напряжения являются не равноточными и принадлежат к различным генеральным совокупностям, то результат измерений для всей комбинированной сети определялся как взвешенные средние значения токов утечки с учетом статистических весов выборок на участках сети.

Для определения установившихся кратковременных токов однофазной и однополюсной утечки производились испытания по определению выборок этих токов на участках переменного и выпрямленного напряжений отдельно.

В табл. 1, 2 приведены результаты проведенных исследований на основе вышепредставленой методики.

Таблица 1 – Защитная характеристика по длительному току утечки на участках напряжений промышленной частоты, выпрямленного тока и всей комбинированной сети.

Значения длительного тока однофазной и однополюсной

утечек по уравнениям Наименование

выборки

Уровнение линейной регрессии связи

длительного тока и емкости изоляции сети

Дисперсия точек

регрессии I*дл ξ± I*

дл.в I*дл.н nизм

Однофазная утечка İ*~

дл = 46,8 – 5Сиз(мкФ) 2,88 39,1 ±1,4 40,5 37,7 140

Однополюсная утечка

İ*=дл = 51,9 +

2,98Сиз(мкФ) 1,26 56,2 ±0,92

57,08 55,24 80

Сложение выборок по

сети

İ* (с)дл = 48,4 –

2,16Сиз(мкФ) 1,5 45,4 ±0,54

45,94 44,86 220


48

Таблица 2 – Защитная характеристика по кратковременному току утечки на участках промышленной частоты, выпрямленного тока и всей комбинированной сети.

Значения кратковременного тока однофазной и

однополюсной утечек по уравнениям

Наименование выборки

Управление линейной регрессии связи

кратковременного тока и емкости изоляции сети

Дисперсия точек

регрессииI*дл ξ± I*

дл.в I*дл.н

nизм

Однофазная утечка

İ*~кр = 61,97 +

4,58Сиз(мкФ) 18,36 69,6 ±3,6 73,2 66,0 90

Однополюсная утечка İ*=

кр = 59,4 + 20,9Сиз(мкФ) 8,23 90,7 ±6,2 96,9 84,51 72

Сложение выборок по

сети

İ* (с)кр = 54,64 +

13,08Сиз(мкФ) 16,4 78,6 ±2,4 80,9 76,26 162

Примечание: I*кр– кратковременный ток в относительных единицах по базовой величине – допустимом

значении 100 мА.

Полученые параметры защитных характеристик обеспечивают нормативы электробезопасности по длительному и кратковременному токам в любой точке сети и положены в основу выбора уставок реле утечки типа БАЗУК-380/220.

ПСЕВДОАВАРИЙНЫЕ И АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ В ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ КОНТАКТНО-АКУМУЛЯТОРНЫХ ДВУХОСНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ИХ

МОДЕЛИРОВАНИЕ

И.О. Синчук, доц., канд. техн. наук Криворожский национальный университет

В.О. Черная, асист. Крименчугский нацианальный университет шимени Михаила Остроградского

Л.М. Сменова, соискатель Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

Анормальные состояния в тяговых электроприводах вызываются различными факторами, в основном это: короткое замыкание электрической цепи; разрыв электрической цепи; исчезновение или снижение уровня напряжения в контактной сети ниже допустимого; отклонение параметров слагаемых элементов электропривода от допустимых; импульсные перенапряжения на токоприемнике электровоза; отказ элементов и блоков электропривода; нарушение алгоритма работы и др. [1,2].

Причем факторы, провоцирующие как псевдо-, так и аварийные режимы тяговых электрических комплексов (ТЭТК), взаимосвязаны и взаимозависимы друг от друга, а их проявления многообразны и не ограничиваются приведенным перечнем.


49

В силу значительного количества таких “возбудителей” нештатных режимов и стохастическому характеру их поведения для создания модели подсистемы защиты от соответствующих явлений была выбрана теория сетей Петли [3].

Обобщенная СП защитного комплекса системы управления ТЭТК электровоза (рис. 1), построенная путем сочетания базовых моделей СП, не выявила функционально избыточных операций и нестыковок позиций, что позволяет принять ее за основу дальнейших исследований системы защиты тягового электропривода переменного тока.

На рис. 2 представлена обоснованная и сконструированная на основе анализа базовой СП функциональная схема системы защиты тягового электропривода рудничного контактно-аккумуляторного электровоза, реализующая необходимый комплекс защитных мер.

Обобщая необходимые направления действия системы защиты ТЭТК электровозов при возникновении внештатных ситуаций, формализуем их следующим образом.

1. При автономном срабатывании автомата QF при питании или от контактной сети (КС) или от аккумуляторной батареи (ТАК) (по состоянию его блок-контактов), при сигналах датчиков тока BQ и BM, превышающих предельно допустимые значения

Рисунок 1 – Обобщенная сеть Петри системы защиты от анормальных ситуаций тягового

электроприводапеременного тока рудничного контактного электровоза

Рисунок 2 – Функциональная схема системы защиты тягового электропривода переменного тока


50

IQ>max, Im>max, при наличии сигналов от внутренних датчиков тока IGB транзисторных модулей I1>0, при срабатывании датчиков тока BS снабберов IS>0, при сигнале датчика температуры BT более максимально возможного T>max, при недопустимом разбросе сигналов датчиков тока BM ∆ Im>max и, наконец, при неудачном автоматическом повторном включении АПВ электропривода в работу блок аварии AF в системе защиты выдает операционный сигнал Ik на отключение инвертора UM и автомата QF, на включение тормозного чоппера UQ для разряда фильтра, запрещает автоматическое повторное включение электропривода в работу, выдает световой аварийный сигнал HF.

2. При сигнале датчика напряжения BD, превышающем предельно допустимый максимальный уровень Ud>max, при недопустимой длительности сигнала датчика тока BU tu>max система защиты выдает операционный сигнал IB на отключение автомата QF и включение тормозного чоппера UQ; затем при сигнале датчика напряжения BD менее допустимого максимального уровня отключает чоппер UQ и по истечении контрольного времени tk разрешает автоматическое повторное включение автомата QF и работу электропривода, сигнал IE, и сигнализирует об этом, сигнал HB.

3. При сигнале датчика напряжения BD менее допустимого минимального уровня вплоть до нуля Ud<min, при разности мгновенных значений наибольшего и наименьшего сигналов датчика напряжения BD, превышающей заданное значение ∆ Ud>max, при разбросе сигналов датчиков тока BM между собой более заданного уровня, но в пределах дозволенного ∆ lim<∆ im<∆ max непродолжительно t<tB, при превышении сигнала датчика температуры BT выше заданного, но кратковременно допустимого уровня lim<T<max, при достижении предельного значения количества сигналов датчика тока BU N>lim система защиты выдает предупредительный сигнал HH.

Система управления и автоматического регулирования АR тягового комплекса, помимо штатных (нормальных) режимов, может находиться или в псевдоаварийном, или в аварийном режиме работы.

В аварийном режиме система АR отключает тяговой электропривод и не разрешает его повторного включения до устранения одиозных факторов и до вмешательства машиниста электровоза.

В псевдоаварийном режиме система АR кратковременно отключает тяговой электромеханический комплекс, то есть на заданное время tk сбрасывает программированный режим электропривода, а затем вновь автоматически повторно включает его в функционирование после устранения факторов, возбуждающих данный режим работы.

Анализ системы защиты тягового электропривода по методу СП позволил разработать модели СП отдельных каналов системы защиты, а также синтезировать обобщенную СП системы защиты тягового электропривода и программу ее реализации при микропроцессорном управлении.

Список литературы 1. Перспективы развития шахтных (рудничных) электровозов с энергосберегающими видами тяговых

электроприводов / О.Н. Синчук, С.В. Лебедкин, И.О. Синчук, О.А. Удовенко, О.В. Пасько // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – Луганськ: СНУ ім. В. Даля. – 2006. – 8 (102). – С. 83–92.

2. Синчук И.О. Исследование аварийных и псевдоаварийных ситуаций в тяговых электроприводах переменного тока с помощью базовых сетей Петри // Техническая электродинамика. – Киев: ИЕД НАН Украины. – 2008. – Тематический вып. – Ч. 4. – С. 76–78.

3. Котов В.Е. Сети Петри. – М.: Наука, 1984.-158 с.


51

АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ОПТИМІЗАЦІЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ДІЛЯНКИ КАР’ЄРУ ПОЛТАВСЬКОГО

ГІРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ

А.М. Сокіл, ст. гр. ЕТ 12-2М, Є.П. Карлик, асп. Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського

Полтавський гірничо – збагачувальний комбінат є енергетичним підприємством, що включає у себе весь ланцюг технологічного процесу. Важливим напрямком на підприємстві є енергозбереження, реалізація якого можлива при впровадженні відповідних заходів.[1]

Оптимізація внутрішньокар’єрної системи електропостачання може проводитись у двох напрямках: оптимізація структури системи електропостачання та оптимізація режиму системи електропостачання.

Оптимізації структури системи електропостачання являє собою розв’язок наступних задач:[2]

– проектування та обґрунтування економічно вигідної і технічно оптимальної структури системи електропостачання;

– використання нового надійного (з найменшими експлуатаційними затратами) електрообладнання та сучасних засобів захисту;

– використання сучасних систем обліку тауправління енергосистемою. Розв’язок цих задач надає можливість формувати нові розподільчі мережі на момент

проектування з мінімальними комутаційними втратами, а також оцінити потенціал вже існуючих мереж та визначити ефективність їх роботи.

Оптимізація режиму системи електропостачання – це знаходження такого режиму, який задовольняє умови надійності й якості електроенергії, при якій забезпечується мінімум витрат при заданому в кожен момент часу навантаженні споживачів.[3]

Обєктом дослідження даної роботи є обрана ділянка кар’єру яка представлена на (рис. 1).

Рисунок 1 – Однолінійна схема електричних з’єднань ГПП 4/1

Основні задачі роботи: – аналіз основних причин низької ефективності підприємтва;


52

– побудова задачі з мінімальними сумарними втратами; – обґрунтування економічної доцільності реалізації оптимізаційних заходів. Для розв’язку оптимізаційних задач необхідно враховувати критерії оптимальності

(табл.1)

Таблиця 1 – Критерії оптимальності, які необхідно враховувати при оптимізації внутрішньокар’єрної системи електропостачання

Енергетична Задана Вихідна Кліматична Об’єм спожитої електроенергії Об’єми втрат електричної

енергії Рівні активної, реактивної та коефіцієнта потужності

Якість спожитої електроенергії Потужність основного

обладнання Час роботи основного

обладнання

Міцність породи Процент

утримування загального заліза у добутій руді Технологія виробництва

Планова продуктивність Об’єм вийнятої

руди Об’єм

розкривного матеріалу

Температура повітря Вологість повітря Рівень

атмосферних опадів

У найбільш загальній постановці завдання оптимізації режиму виконується за напругою U, реактивною потужністю Q та коефіцієнтом трансформації регульованих трансформаторів і автотрансформаторів n, що відповідає визначенню мінімуму активної потужності балансувальної станції Pб і втрат споживачів від неякісної напруги

1 2

1 1

( ) minN N

б Н Гji i

P P U P P= =

∆ = + ∆ − →∑ ∑ (1)

де N1 - число вузлів навантажень; N2 - число генераторних вузлів, в яких PГ =const; ∆P - втрати активної потужності в мережі; PH(U) -статичні характеристики навантаження по напрузі.

Функція, що мінімізується, при оптимізації режиму електричної мережі має вигляд:

1 1 1

n k l

б Ui Qi ni i i

P Ш Ш Ш= = =

Ψ = ∆ + + +∑ ∑ ∑ (2)

де ШUi, ШQi, Шn - штрафні функції, що вводяться при порушенні обмежень. Штрафна функція

2( )j j прjШ K f f= −∑ (3)

де Kj – ваговий коефіціент; fj – контрольована велечина; fпрj - граничне значення контрольованої величини.

Список літератури 1. В.И. Гордиенко Горный журнал. – 2000 – ~4 Энергозбережение комбината; – с.5 – 8. 138с. 2. А.П. Заболотний, Д.В. Федоша, « Побудова оптимальної структури мережі електропостачання АПК»,

2011. – 3с. 3. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.— М.: Энергоатомиздат, 1989, —

592 с


53

АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВ ТА ІСНУЮЧИХ ПРОБЛЕМ ЗАСТОСУВАННЯ СУПЕРМАХОВИКІВ

А.А. Мосюндз, ст. гр. ЕМХ 09-2 Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Супермаховик – це різновид маховика, призначений для накопичення механічної енергії. Маховик розкручується до великої швидкості та завдяки інерційності одержує кінетичну енергію, яка може бути використана у будь-який момент, коли це знадобиться Використання такого пристрою у поєднанні з електричною машиною бере початок з першої половини ХХ століття [1]. Але, перспективи застосування супермаховиків значно виросли саме останнім часом. Здебільшого це викликано удосконаленням магнітних підшипників, появою надміцних вуглецевих композитів та збільшення масштабів виробництва і споживання електроенергії.

Сучасний супермаховик являє собою барабан, виконаний із композитних матеріалів, наприклад, намотаний із тонких витків стальної, або пластичної стрічки, скловолокна, чи вуглецевих композитів (рис.1а).

а) б)

а – супермаховик (ілюстрація Volvo) [2]; б – система із супермаховиком (ілюстрація Beacon Power) [3]

Рисунок 1 – Система супермаховика

Масивний маховик із двигуном-генератором розміщені на одному валу, статором двигуна являється барабан, а ротором – вісь, навколо якої він обертається. Для підвищення надійності системи та коефіцієнту корисної дії (ККД) маховик поміщений у герметичний кожух, в якому підтримується вакуум, а замість підшипників кочення використовуються магнітні підшипники (рис.1б). Таким чином вдається запобігти будь-якому тертю при обертанні.

Принцип дії системи полягає у тому що двигун розкручує маховик, який у свою чергу накопичує за рахунок своєї маси і швидкості кінетичну енергію

, (1)

, (2)

, (3)


54

де J – момент інерції маховика, ; – кутова швидкість на зовнішній поверхні маховика, ; – критична сила натягу матеріалу; – щільність матеріалу, ; R та r – відповідно зовнішній та внутрішній радіуси маховика.

Тобто, максимальна кінетична енергія, яка може бути накопичена маховиком,

. (4)

Дана формула слугує для оцінки енергоємності маховиків, використання яких часто обмежується їх масою (наприклад, в автотранспорті). Для випадків, коли обмеження стосуються об’єму конструкції, можна використати формули:

, (5)

або

(6)

де h – висота маховика, м; V – його об’єм, . У разі потреби електричну машину переводять у генераторний режим. Таким чином

кінетична енергія маховика перетворюється в електричну і віддається у мережу, або на навантаження. ККД такої системи може досягати 98% [1].

Із рівнянь (4), (5) та (6) видно, що якщо порівнювати маховики однакової геометричної форми, то найбільш енергоємним буде маховик, виготовлений з матеріалу, що має найбільшу критичну силу натягу.

У таблиці 1 наведені найпоширеніші види матеріалів, із яких може бути виконаний маховик, їх критична сила натягу, щільність, максимальна допустима швидкість на зовнішній поверхні маховика та енергія, яка може бути накопичена на один кілограм його маси.

Таблиця 1 – Порівняння властивостей матеріалів, із яких виконуються супермаховики [4].

Матеріал Критична сила натягу , МПа

Щільність ,

Швидкість на зовнішній поверхні

маховика v, м/с

Енергетична щільність ,

Сталь 1300 7830 415 106 Титан 1200 5100 575 143

Скловолокно 1300 1900 680 335 Вуглецеве волокно 6300 1546 1570 1570

На сьогодні, такі системи із супермаховиком можуть мати досить широкий спектр застосування:

1) системи забезпечення частотного регулювання в електромережах; 2) вирівнювання перепадів потужності в системах з альтернативними генераторами

електроенергії (сонячні батареї, вітро-, дизель-генератори, ін.); 3) заміна системи «акумулятор-електродвигун» в автотранспорті на систему із

супермаховиком; 4) енергобуфер для газових турбін у складі ТЕЦ;


55

5) резервна підтримка частоти мережі при раптовій зупинці одної з електростанцій енергосистеми;

6) забезпечення пікових потужностей; 7) підтримка стабільності напруги у залізничній мережі електропостачання, та

рекуперація енергії при гальмуванні потягів; 8) системи забезпечення безперебійного живлення; 9) гасіння низькочастотних сигналів у мережі шляхом кутового регулювання; 10) компенсація реактивної потужності в мережі. У ході аналізу систем із застосуванням технології супермаховика були виявлені

наступні проблеми, та методи їх вирішення: 1. Велика вартість композитного матеріалу, із якого виготовляються супермаховики

(нанотрубки). Шляхом вирішення цієї проблеми може стати винахід більш дешевого матеріалу, який по своїм властивостям подібний до нанотрубок, або здешевлення технології виробництва останніх.

2. Відсутність відпрацьованої простої трансмісії, яка б дозволила використовувати систему в автотранспорті. На даний момент проблема вирішується використанням варіатора на принципі планетарного редуктора.

3. Складність реалізації системи з використанням магнітних підшипників. Для забезпечення статичного положення системи у вертикальній вісі координат, маховик підвішують між системами магнітного підвісу (зверху) та магнітної левітації (знизу), які потрібно чітко узгоджувати між собою. Також, для забезпечення статичного положення по інших напрямках, встановлюють магнітні підшипники на вал маховика. При застосуванні такої системи задачу регулювання положення значно ускладнюють ряд наступних факторів: виникнення вібрацій, динамічні режими роботи маховика, сила Коріоліса, інші.

Зважаючи на вищесказане, можна стверджувати, що у найближчому майбутньому пристрої на основі технології супермаховика можуть стати невід’ємними складовими систем генерування, постачання, накопичення та рекуперації енергії.

Список літератури 1. Супермаховик [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://ru.wikipedia.org/wiki/Супермаховик. 2. Volvo car corporation developing flywheel kinetic energy recovery system [Електронний ресурс]. Режим

доступу: http://www.greencarcongress.com/2011/05/vcc-20110526.html. 3. Супермаховичные накопители – теория и практика [Електронний ресурс]. Режим доступу:

http://smartsys.com.ua/Супермаховичные-накопители/. 4. Frank Werfel. Superaleitung und innovationen in der Energietechnik [Електронний ресурс]. Режим доступу:

http://www.atz-gmbh.com/. 5. Frequency regulation and other flywheel applications [Електронний ресурс]. Режим доступу:

http://www.beaconpower.com/solutions/frequency-regulation.asp.


56

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ СИСТЕМИ МАГНІТНОГО ПІДВІСУ

В.В. Шило, ст. гр. ЕМХ–12−1сп, О.О. Кукса, ст. гр. ЕМХ–09−2

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Магнітна левітація являє собою процес левітації об'єкта за рахунок використання магнітного поля. Якщо при цьому використовується магнітна сила притягання, то такий процес називають магнітним підвісом (magnetic suspension), а якщо система працює за рахунок магнітного відштовхування – магнітна левітація (magnetic levitation).

У системах магнітного підвісу положення вантажу визначає, яка сила струму буде подана на електромагніт. Такі системи також називають активними (АМП).

В даний час розробкою та виробництвом АМП займається цілий ряд фірм. Однак, основна увага приділяється системам контролю і автоматики, конструкціям електромагнітних підшипників електричних машин, транспорту, і практично відсутні публікації по розрахунку оптимальної конструкції електромагніту для левітаційних магнітних підвісів вантажу. В таких системах, в основному, розробляється алгоритм керування, який є доволі складним, так як для гасіння збуджених коливань потрібно, окрім абсолютного положення, також враховувати швидкість його зміни. При цьому так же швидко повинен змінюватися струм. Однак, останнє накладає певні вимоги і на параметри самого електромагніту:

– мінімальний активний опір (менші втрати потужності, нагрівання); – мінімальна індуктивність електромагніту (для швидкої зміни сили струму); – максимальна магнітна сила. Очевидно, що забезпечити виконання усіх умов одночасно неможливо, а, отже,

актуальним є завдання оптимального проектування електромагніту для систем магнітного підвісу.

Для подальшого розгляду вибрана система (рис. 1а), яка досить поширена за кордоном і використовується при створенні рекламних табличок, сувенірів, настільних статуеток, а також як поширений об’єкт для вивчення різних систем і законів керування у закордонних університетах.

а) б) в)

а – приклад системи (з Internet), б – структура системи, в – функціональна схема Рисунок 1 – Система АМП


57

Особливість системи – її простота. Однак, при цьому вона зберігає всі особливості систем активних магнітних підвісів. Загальна структура та функціональна схема системи наведені на рис. 1б та рис. 1в.

Феромагнітний об’єкт масою m повинен утримуватися на відстані д від полюса електромагніту. Миттєве значення відстані y(t) між об’єктом і полюсом електромагніту

( ) ( )tyty ′−δ= , (1)

де ( )ty′ – зміщення об’єкта із заданого положення. На об’єкт (металевий шар) діють дві сили: сила гравітації mgFg = (постійна), і

електромагнітна сила притягання emF , створена магнітною системою. До обмотки електромагніту, яка має N витків, опір r і струм i, прикладена напруга u.

Струм i викликає магнітний потік Ц, тому потокозчеплення Ш = NЦ. Як і будь-яка електромеханічна система, АМП описується рівняннями

електромагнітної та механічної рівноваги. Механічний рух об’єкта за другим законом Ньютона описується рівнянням:

2 2( ) em gm d y t dt F F= − . (2)

Магнітна сила може бути отримана при аналізі електромагнітних процесів. Згідно з другим законом Кірхгофа, ці процеси описуються диференційним рівнянням:

d dt ri uΨ + = . (3)

Якщо знехтувати вихровими струмами та гістерезисом, то для опису електромагнітних процесів можна використати або пару змінних y та Ш, або пару y та i.

В електромеханіці зі змінними y та Ш пов’язують поняття магнітної енергії emW , а зі змінними y та i – поняття коенергії W [4]. При чому, магнітна енергія та коенергія взаємопов’язані:

iWWem Ψ+= . (4)

Для знаходження сили emF , помножимо обидві частини рівняння (3) на idt:

Ψ+= iddtriuidt 2. (5)

Ліва частина рівняння являє собою енергію, отриману з джерела за час dt, а у правій частині: ri2dt – енергія, що йде на нагрів обмотки, idШ – енергія, що йде на механічну роботу сили emF на елементарному переміщенні dy і на приріст магнітної енергії emW :

emem dWdyFid +=Ψ . (6)

Використовуючи (4) та (6), для сили маємо: yWyWF emem ∂∂=∂∂−= . (7)

Насичення в магнітному колі АМП відсутнє, тому потокозчеплення і струм пов’язані лінійною залежністю iyL )(=Ψ , де L(y) – індуктивність електромагніту.

Для систем, подібних до представленої на рис. 1, у літературі індуктивність виражають різними нелінійними функціями [4, 6, 7]:

( )2010)( yyeLLyL −+= , (8)

yKLyL 2)( 0 += , (9)


58

( )ayLLyL ++= 1)( 10 , (10)

де L0 – індуктивність котушки при відсутньому об’єкті левітації; L1 – приріст індуктивності котушки при максимально близькому положенні об’єкта; y0, K, a – конструктивні коефіцієнти. Для з’ясування степені адекватності наведених формул була створена тестова модель

АМП у програмному пакеті «ANSOFT Maxwell 2D», та за допомогою метода скінченних елементів, для різних відстаней до об’єкта розрахована індуктивність котушки. Отримані дані були апроксимовані запропонованими формулами (рис. 2).

Рисунок 2 – Результати апроксимації

Як видно з рисунків, найбільш точно описує зміну індуктивності формула (10). З урахуванням (10), із (7) маємо рівняння для сили:

( )2+⋅=

∂∂

=ya

iaLy

WFem

212 . (11)

Отже, математична модель системи «електромагніт – рухомий об’єкт» матиме вигляд:

( )

( )

=+

++

+

+

−+

⋅= 2

.1

;2

)(

211

0

21

2

2

uridtdy

yaaiL

dtdi

ayLL

mgya

iaLdt

tydm

(12)

Перше рівняння системи описує механічний рух і містить у собі магнітну силу, залежну від квадрату струму, а друге рівняння описує електромагнітні процеси і містить змінні величини переміщення і швидкості рухомого елемента.

У ході проведених досліджень отримані наступні результати: 1. Проведено аналіз публікацій, стосовно використання та розрахунку АМП. 2. Досліджено залежність індуктивності електромагніту від відстані до об’єкта. 3. Отримано математичну модель системи АМП. У подальшому буде досліджений вплив параметрів електромагніту АМП на його

характеристики, і розроблені рекомендації по оптимальному проектуванні АМП.


1. Philip Gibbs and Andre Geim. Мagnetic levitation. Режим доступу: http://math.ucr.edu/home/ baez/physics/General/Levitation/levitation.html.

2. Simon, M. D.; Heflinger, L. O.; Geim, A. K. Diamagnetically stabilized magnet levitation // American Journal of Physics. – 2001. – Vol. 69, Iss. 6, PP. 702–713.

3. Meissner, W., Ochsenfeld, R. Ein neuer Effekt bei Eintritt der Supraleitfдhigkeit // Die Naturwissen-schaften. – 1933. – Vol. 21, Iss. 44, PP.787–788.

4. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. – СПб.: Политехника, 2003. – 206 с.


59

5. Вейнберг Д.М., Верещагин В.П., Данилов-Нитусов H.Н. Системы магнитного подвеса в исполнительных органах управления ориентацией космических аппаратов. // Изв. АН СССР. МТТ. – 1981. – 3. – С. 152–157.

6. Shiao Y.S. Design and Implementation of a Controller for a Magnetic Levitation System. Proc. Natl. Sci. Counc. – 2001. – Vol. 11, no. 2, PP. 88–94.

7. Valer Dolga, Lia Dolga. Modelling and simulation of a magnetic levitation system. Fascicle of Management and Technological Engineering. Annals of the Oradea University. – 2007. – Т. VI (XVI), PP. 1118–1124.

РІВНЯННЯ РУХУ НАНОЧАСТИНОК В РОБОЧОМУ ПРОМІЖКУ ВИСОКОГРАДІЄНТНОГО МАГНІТНОГО СЕПАРАТОРА

Є.Є. Волканін, асп., А.В. Некрасов, доц., канд. техн. наук Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

В.М. Будніков, канд. техн. наук Кременчуцький інститут Дніпропетровського університету імені А. Нобеля

Однією з проблем, що заважає широкому застосуванню магнітних наночастинок, є їх великий розподіл за розмірами. В даний час основним методом отримання монодисперсної фракції є метод центрифугування. В наслідок малої різниці мас частинок різних фракцій цей процес може тривати навіть декілька діб.

Магнітні наночастинки різного розміру значно розрізняються магнітними властивостями, а саме магнітним моментом. Цей факт дозволяє припустити можливість розділення наночастинок за фракціями методами магнітної сепарації. Відповідно до рекомендацій наведених в [1] частинки мікронного розміру і менше можуть бути розділені з допомогою технології високоградієнтної магнітної сепарації (ВГМС).

ВГМС відома як метод для захвату магнітних та парамагнітних частинок мікронного розміру в потоці рідини. Захват наночастинок в матриці ВГМС досліджувався в [2], де в якості матриці застосовувалась сталева “вовна”. Але така конструкція захоплює всі фракції наночастинок і навіть немагнітні залишки ліпіду. Вказаного недоліку позбавлена конструкція сепаратора з осьовою конфігурацією матриці, що описана в [3].

Для визначення факторів, які дозволять здійснити сепарацію наночастинок по фракціях, необхідно вивести рівняння траєкторій. Отримавши рівняння траєкторій можна досліджувати вплив діаметра і довжини стрижня матриці високоградієнтного сепаратора на процес поділу фракцій нанокомпозиту.

Рівняння балансу сил, що визначає рух магнітної наночастинки в потоці рідини поблизу намагніченого стрижня матриці (рис.1):

0=++ dvm FFF , (1)

де Fm – магнітна сила; Fv – гідродинамічна сила; Fd – сила дифузії. Складові сили магнітного поля в циліндричних координатах [3]:


60

=

−=

+−=

,0

;2sin3

4

;2cos23

4

3

30

20

20

2

3

30

20

mz

частстm

стчастстmr

F

rbaMMF

rHaM

rbaMMF

θπµ

θπµ

θ

(2)

де Мст – намагніченість стрижня (елемента матриці); Mчаст – намагніченість наночастинки; b0 - радіус наночастинки без ліпідної оболонки; H0 – напруженість зовнішнього магнітного поля.

Гідродинамічна сила отримана з рівняння Стокса і складові цієї сили:

−=

−=

−=

,6

;6

;6

1

1

1

dtdzvbF

dtdrvbF

dtdrvbF

zvz

v

rvr

πη

θπη

πη

θθ

(3) де vr, vθ і vz – компоненти швидкості потоку рідини; b1 – радіус наночастинки в ліпідній оболонці; η – динамічна в’язкість рідини.

Рисунок 1 – Локація наночастинки щодо стрижня (дві проекції)

Для ламінарного потоку при осьової конфігурації матриці:


61

===

,;0

0vvvv

z

r θ

(4)

де v0 – середня швидкість потоку рідини в робочому проміжку сепаратора. В роботі [4] дифузійні сили визначалися за наближеною формулою

1bkTFd ≈

(5)

де k – стала Больцмана; Т – абсолютна температура. Для циліндричних координат

1bkTFFF dzddr ≈≈≈ θ

(6) Об'єднавши (1-3, 6) і враховуючи (4):

=+

−

=−+

−

=

+−+

−

.06

;02sin3

46

;02cos23

46

101

3

30

20

11

20

2

3

30

20

11

bkT

dtdzvb

rbaMM

bkT

dtdrb

rHaM

rbaMM

bkT

dtdrb

частст

стчастст

πη

θπµθπη

θπµπη

(7) Одержимо рівняння руху наночастинки в циліндричних координатах:

+=

−=

+−=

.6

;2sin5.46

;2cos25.46

21

0

41

30

20

21

20

2

31

30

20

21

bkTv

dtdz

rbbaMM

rbkT

dtd

rHaM

rbbaMM

bkT

dtdr

частст

стчастст

πη

θη

µπη

θ

θη

µπη

(8) Усунемо час з (8):

−

+=

−

+−

=

.2sin

5.46

6

;2sin

5.46

2cos25.46

41

30

20

21

21

0

41

30

20

21

20

2

31

30

20

21

θη

µπη

πηθ

θη

µπη

θη

µπη

θ

rbbaMM

rbkT

bkTv

ddz

rbbaMM

rbkT

rHaM

rbbaMM

bkT

ddr

частст

частст

стчастст

(9) Таким чином за допомогою (9) можна аналітично визначити траєкторії наночастинок.

В подальшому будуть проведені дослідження траєкторій частинок різного магнітного моменту в полях стрижнів різного діаметру і довжини. У свою чергу ці дослідження стануть основою для сепарації наночастинок по фракціях.


1. Svoboda J. Magnetic Techniques for the Treatment of Materials // Kluwer Academic Publishers. – 2004. 2. Moeser G.D. Hatton High-Gradient Magnetic Separation of Coated Magnetic Nanoparticles / Kaitlin A.

Roach, William H. Green, Alan T. // American Institute of Chemical Engineers. – 2004. – 50. – C. 2835–2848.


62

3. Кондратенко И.П., Некрасов А.В., Волканин Е.Е. Электротехническая система с составными стержнями для высокоградиентной магнитной сепарации // Електротехніка і електромеханіка. – 2012. –2. –С.38-41.

4. Cafer T. Yavuz, J. T. Mayo, William W. Yu // Low-Field Magnetic Separation of Monodisperse Fe3O4 Nanocrystals// SCIENCE. -2006.- N314.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО IGB ТРАНЗИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Д.А. Михайличенко, ст. преподаватель О. М. Синчук, проф., д-р техн. наук

Кременчугский национальный университет им. Михаила Остроградского

Использовать синхронный электродвигатель в качестве приводного весьма заманчиво во многих механизмах. Синхронный электродвигатель имеет перед асинхронным важное преимущество – возможность работать с опережающим коэффициентом мощности. Кроме того, в случае потребности, не сложно реализовать ускоренное торможение синхронного двигателя.

Однако, ряд недостатков сдерживает применение синхронного электропривода. Одной из проблем является пуск и втягивание в синхронизм двигателя.

Отмеченные недостатки снимает применение плавного частотного регулирования синхронного двигателя при пуске. Это дорого, поскольку необходим высоковольтный IGB транзисторный преобразователь частоты. Но, когда требуется плавное изменение момента и скорости вращения приводимого механизма в процессе эксплуатации, такое решение является единственно возможным [1].

В работе рассматриваются возможные пути повышения энергетических показателей высоковольтного IGB транзисторного преобразователя частоты в системе питания синхронной машины.

Для высоковольтных электроприводов применяют преобразователь частоты структурная схема которого приведена на (рис.1). Схема преобразовательного блока Un приведена на (рис.2).


63

Т – трансформатор; U – блоки преобразователя частоты; LZ, CZ – выходной фильтр

Рисунок 1 – IGB транзисторный преобразователь частоты

UD – диодный выпрямитель; C – фильтр; UI – IGB транзисторный инвертор

Рисунок 2 – Схема преобразовательного блока nU

Инвертор по схеме однофазного моста позволяет посредством широтно – импульсной модуляции (ШИМ) формировать кривую выходного напряжения различной конфигурации, из которых наиболее употребимы прямоугольная, синосуидальная, трапецеидальная.

а – прямоугольная форма напряжения; б – трапецеидальная форма напряжения

Рисунок 3 – Максимальные кривые выходных напряжения и тока однофазного моста инвертора


64

На (рис.3а) приведена прямоугольная кривая напряжения. Промежуточные значения напряжения от нуля до максимума формируют посредством ШИМ.

Приложение прямоугольного напряжения к двигателю вызывает ток, форма которого показана на (рис.3а). Характерной особенностью кривой тока является наличие пика 1mI , который больше амплитуды первой гармоники тока из-за чего необходимо принимать в инверторе IGB транзисторы более высокого класса по току. Для устранения пика тока в конце полуволны напряжения и для симметрии в начале следующей полуволны можно ввести ШИМ напряжения по линейному закону, (рис.3б). Таким образом, намечается тенденция стремления к формированию трапецеидальной формы выходного напряжения. Особенностью трапецеидальной формы выходного сигнала является отсутствие ШИМ на интервале 3

2...3ππ , что позволяет снизить динамические потери в транзисторах инвертора.

При формировании интегральной кривой по синусоидальному закону ШИМ напряжения питания Ud в отличие от трапецеидального как на максимуме, так и во всем диапазоне изменения напряжения, требуется модуляция.

В действующих многоблочных преобразователях частоты в ШИМ формировании выходного напряжения участвуют все блоки одновременно. Поэтому модулированные импульсы блоков суммируются и на выходе имеют амплитуду равную nUd , где n – число блоков фазы высоковольтного инвертора.

Поскольку частота модуляции высока импульсы напряжения из статора практически беспрепятственно, независимо от скорости вращения двигателя, трансформируются в ротор. Таким образом, в обмотке возбуждения наводятся импульсы значительно опасной величины.

Для борьбы с описанным явлением необходимо устанавливать фильтры. Вследствие высокого напряжения и необходимости глубокого затухания высокочастотной составляющей фильтр получается мощным и громоздким [2].

Одним из возможных путей решения задачи повышения энергетических показателей многоблочного высоковольтного преобразователя частоты является разработка рациональных алгоритмов управления блоками преобразователя.

Предлагается ШИМ напряжения осуществлять только одним блоком преобразователя на всем протяжении процесса. Он формирует модулирующие импульсы Ud таким образом, что интегральная кривая суммарного выходного напряжения преобразователя имеет форму трапеции. Максимальная амплитуда выходного напряжения ΣUd разбита на п ступеней по числу блоков, максимум каждой ступени Ud = nUdΣ . Поскольку ШИМ напряжения будет осуществлять только один блок, то к нему и следует подключить фильтр модулирующей частоты. При этом, по сравнению со стандартным решением, в п раз снижается напряжение, прикладываемое к дросселю и конденсатору фильтра, что существенно сказывается на снижении массы и объема самого фильтрующего устройства.

Также следует рассмотреть применение в цепи питания синхронного двигателя циклоконвертора (непосредственного преобразователя частоты) и способы управления вентильными группами с возможностью раздельного изменения величины напряжения и его частоты.

Циклоконвертор формирует выходное напряжение набором полуволн (циклов) входного напряжения. Изменение частоты выходного напряжения происходит ступенчато.

В синхронном электроприводе циклоконвертор может работать на фиксированных по частоте промежуточных позициях, если технологический процесс допускает работу приводимого механизма на пониженных скоростях. Если по технологии предусматривается длительная работа синхронного электропривода на номинальной скорости, то возможен перевод двигателя на прямое питание от сети и отключением циклоконвертора в результате чего исключаются электрические потери в тиристорах.


65

Однако, процесс перевода двигателя на прямое питание от сети требует весьма точного согласования фазировки напряжений сети и двигателя для обеспечения надежного втягивания двигателя в синхронизм [1].

Список литературы

1. Синчук О.Н. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии в структурах электроприводов. Схемотехника и принципы управления. Учебное пособие / О.Н. Синчук, А.А. Чернышев, О.В. Пасько, И.И. Киба, А.С. Ключка, О.Е. Мельник – Кременчук: ПП Щербатых О.В., 2008. – 88 с.

2. Романихин Б.Я. Электрические фильтры. Высшая школа, Минск, 1965. 285 с.

РОЗРОБКА ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ДПС

І.А. Кущ, асп., В.О. Некрасов, проф., канд. техн. наук, А.С. Гарбузенко, асп.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Відомо, що параметри електричних двигунів змінюються у процесі тривалої експлуатації та після ремонту. Враховуючи необхідність визначення відповідності параметрів двигуна вимогам технологічного об’єкту, на якому його встановлено, проводять поточний та післяремонтний контроль стану електричних двигунів. Визначати поточний стан двигунів постійного струму (ДПС) можливо декількома підходами: визначати характер струму в колі якоря (форму, викривлення), досліджувати характеристики вібраційних процесів, вимірювати теплові режими роботи, проводити контроль магнітної системи з подальшою побудовою коло-польової моделі та визначенням електромагнітних параметрів двигуна.

Розвиток та значне поширення використання методу скінченних елементів (МСЕ) з усіма його перевагами та можливостями дає можливість визначення параметрів та характеристик ДПС після ремонту та у випадку достатньо великого часу наробітку на відмову.

Шляхом вимірювання параметрів магнітної системи двигунів постійного струму (ДПС) можна знайти вихідні дані для побудови коло-польової моделі. Такий метод дозволяє отримати робочі параметри ДПТ, використовуючи постулати Максвела. Визначаючи магнітну провідність окремих частин магнітної системи ми можемо врахувати вплив її дефектів на електромагнітні параметри ДПС.

Магнітна система двигунів постійного струму складається з: полюсів, станини статора, якоря та повітряного проміжку між полюсами та якорем. Оскільки, складові частини магнітної системи конструктивно утворені з пакетом з листів електротехнічної сталі, частини якого в процесі ремонту та експлуатації закорочуються, розпушуються, послаблюється пресування сердечника якоря та полюса, то змінюються локальні магнітні провідності, що впливає на параметри ДПС [1]. Аналіз стану ДПС коло-польовим методом, дає змогу врахувати нерівномірність розподілу індукції в активній частині сталі машини. На рисунку 1 зображено коло-польову модель чотириполюсного двигуна постійного струму, яку побудовано МСЕ.


66

Рисунок 1 – Вигляд магнітної системи двигуна постійного струму

Вихідними параметрами для розрахунку магнітного поля ДПС мають бути: − струми в обмотках якоря та збудження; − комплексні провідності обмоток якоря та збудження; − криві намагнічування (магнітної проникності) для кожного елемента магнітної

системи. Оскільки електричні провідності та номінальні струми обмоток ми можемо виміряти

безпосередньо та обчислити аналітично, то магнітну проникність необхідно вимірювати спеціальними датчиками в складі вимірювальної системи. Структура вимірювальної системи магнітних параметрів є стандартною (рисунок 2) і задовольняє основним вимогам щодо вимірювання магнітних параметрів.

ДІ – датчик магнітної індукції; БЖ – блок живлення; АЦП – аналогово-цифровий перетворювач;

МП – мікропроцесорний модуль; ПК – персональний комп’ютер

Рисунок 2 – Структурна схема вимірювального комплексу параметрів магнітної системи ДПС

Вибір датчиків вимірювальної системи має визначальне значення у створенні вимірювального комплексу. Більшість методів визначення параметрів магнітного поля базується на різних принципах, тому достатня їхня не є досить точними, або мають недостатню швидкодію. Зважаючи на це найбільш доцільним методом буде метод вбудованих датчиків. Окрім названих вище критеріїв вибору вимірювальних елементів, визначальними є габаритні параметри детекторів через невеликі розміри повітряного проміжку між полюсами та якорем. Всім цим вимогам задовольняють датчики Холла, які мають невеликий час затримки, достатню лінійність зовнішньої характеристики та невеликі габаритні показники.

В роботі поставлено проблему вимірювання поточних параметрів магнітного поля двигунів постійного струму для подальшого аналізу МСЕ. Визначено критерії вибору


67

датчиків магнітного поля та пояснено доцільність використання датчиків Хола у вимірювальній системі.

Список літератури 1. Прус В.В. Старение электрических машин в ходе продолжительной эксплуатации и ремонта//Вісник

КДПУ імені Михайла Остроградського. – Кременчук: КДПУ, 2007. – Вип. 4/2009 (57) частина 1 – С. 74-77. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУР НАГРІВАННЯ СТАТОРА ВЕНТИЛЬНО-

ІНДУКТОРНОГО ДВИГУНА ПРИ ЗМІНІ СТАНУ СЕРДЕЧНИКА

А.В. Калініченко, аспір. Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського

Вентильно-індукторний двигун (ВІД) має високу надійність, яка обумовлена відсутністю електромеханічних контактів та обмотки на роторі. Проте, у процесі тривалої експлуатації і ремонту, у сердечнику статора ВІД відбуваються незворотні зміни, які проявляються у виникненні електричних закорочень між окремими листами електротехнічної сталі (ЕТС) та розпушенні листів. Найчастіше такі дефекти виникають у процесі видалення обмотки при капітальному ремонті.

Дослідження [1] показали, що втрати у магнітопроводі після заміни обмотки розподілені нерівномірно. У об’ємі пакета виникають місця локальних контурів, що призводять до місцевих перегрівів. Температура у місці локального перегріву значно перевищує середню температуру сердечника. В такому випадку буде порушено тепловий стан обмотки через перевищення виділення теплоти над тепловіддачею, відбудеться недопустимо високе нагрівання пазової та міжвиткової ізоляції обмотки, що призведе до її теплового руйнування та відмови ВІД. Звідси випливає необхідність урахування теплового стану у пошкоджених ділянках магнітопровода при прогнозуванні післяремонтного ресурсу машини.

Визначення фактичного стану магнітопровода можливо одним із способів локальної діагностики [2]. Крім того, такими методами визначаються величини втрат у локальних контурах.

Для розрахунку температур нагрівання статора ВІД скористаємось методом теплових схем, тому, що він є простим і дозволяє розраховувати системи тепловіддачі будь-якої складності з достатнім рівнем точності. Точність такого методу можна підвищити за рахунок розділення машини на більш дрібні елементи [3]. За таких умов статор ВІД можна розбити на N+2 елементів, де N – число цілих і ушкоджених ділянок вздовж сердечника полюса, число 2 враховує лобові частини обмотки.

При проведенні теплового розрахунку визначаються джерела втрат (виділення теплоти), які на тепловій схемі представлені у вигляді джерел електрорушійних сил (ЕРС). Для статора ВІД такими джерелами є втрати в пазовій Рпо (питоме або миттєве значення) та лобовій Рло частині обмотки, втрати в полюсах статора Рz та втрати в ярмі статора Ру. Значення цих величини можна визначити за допомогою методики [4]. Проте, при розбиванні статора ВІД на число ділянок N, необхідно визначити втрати у кожній окремій ділянці, залежно від її геометричних розмірів та джерел втрат, оскільки втрати у ділянках, які мають пошкодження статора будуть перевищувати втрати у неушкоджених ділянках.


68

При закороченні листів ЕТС буде змінюватись величина питомих втрат у сторону їх збільшення. Це пов’язано з підвищенням втрат на вихрові струми та частковим зниженням втрат на перемагнічуваня. Для визначення цих втрат приймемо допущення, що індукція у полюсах статора змінюється синусоїдально у часі. При їх розрахунку необхідно враховувати коефіцієнти реактивної дії від вихрових струмів.

Коефіцієнт, який враховує зміну втрат від вихрових струмів, визначиться як:

sinh sincosh cosmk ξ − ξ

=ξ − ξ

, (1)

та коефіцієнт, який враховує зміну втрат від перемагнічування, дорівнює:

sinh sincosh cosmгk ξ + ξ

=ξ − ξ

, (2)

де ξ - приведена товщина листа, яка визначається наступним чином:

kd=ξ , 2

fk ωµγ π µ= =

ρ, (3)

де ω=2πf – кругова частота, γ=1/ρ – питома електрична провідність сталі, ρ – питомий електричний опір сталі, d – довжина пошкодженої ділянки (впоперек листів ЕТС); µ – магнітна проникність ЕТС; f – частота однополярного фазного імпульса.

Тоді втрати на вихрові струми по об’єму ушкодженої ділянки, враховуючи (1), визначаться як:

2 2. 4в m cp mP B lh kω

= ξµ

, (4)

де l і h – ширина та глибина ушкодженої ділянки; Bm.cp – середнє значення індукції по перерізу ушкодженої ділянки.

Втрати на перемагнічування по об’єму ушкодженої ділянки, враховуючи (2), визначаться наступним чином:

2.г г m cp тгP fB lh k= σ ξ , (5)

де σг – коефіцієнт, який залежить від властивостей феромагнітної речовини. При розпушенні листів ЕТС у сердечнику спостерігається з одного боку, підвищення

питомих втрат у листах сталі через їх деформацію, а з іншого – зниження втрат у сердечнику статора через збільшення його електричного опору та зниження рівня магнітної індукції через виникнення значних потоків розсіювання.

Після визначення величин втрат необхідно побудувати теплову схему заміщення. На цій схемі теплові потоки рухаються від джерела виділення теплоти до інших джерел та до охолоджуючого середовища (опорного вузла теплової схеми). На своєму шляху тепловий потік проходить через різні середовища, які перешкоджають його руху. На схемі вплив таких середовищ на рух теплоти виражається через теплові опори, які розраховуються за наступною схемою:

1еквRbh bhδ

= +λ α

, (6)

де δекв/(λbh) – тепловий опір окремого конструктивного елемента електричної машини; 1/(αbh) – тепловий опір конвекції; δекв – еквівалентна товщина конструктивного елемента, яка визначається згідно з [5]; λ – коефіцієнт теплопровідності (КТП); α – коефіцієнт


69

тепловіддачі; b і h – геометричні розміри елемента конструкції, через який проходить тепловий потік.

Для ушкоджених ділянок статора, в залежності від кількості закорочених або розпушених листів, будуть змінюватись КТП. Їхні значення можна визначити експериментально способом контактного контролю температури за допомогою вмонтованих у сердечник термоіндикаторів, які встановлюються на лобові та пазові частини обмоток, між листами активної сталі та ін. Сутність даного способу, згідно з [6], полягає у створенні теплового потоку, який проходить через досліджувану ділянку певної товщини, визначенні його густини та температури на протилежній стороні ділянки.

Використовуючи даний підхід, можна отримати систему рівнянь за кількістю джерел або вузлів, виключаючи опорний. Розв’язок такої системи дасть значення температур окремих частин сердечника статора та обмотки, які дозволять спрогнозувати подальший термін експлуатації пазової та міжвиткової ізоляції обмотки ВІД.

Список літератури 1. Луговой А.В., Максимов М.Н., Родькин Д.И. и др. Эксплуатационная надёжность электрических

двигателей переменного тока и пути её повышения, труды КГПИ «Проблемы создания нових машин и технологий». – 2000. – Вып. 1. – С. 40-47.

2. Патент України 932461, Україна, МПК G01N 21/00, G01R 31/00, H05B 6/02 Спосіб локального контролю зубців статорів електричних машин змінного струму та пристрій для його реалізації / Прус В.В., Суторміна А.О., Смирнова О.В. Опубл. 25.01.2011. Бюл. 2.

3. Сипайлов Г.А. и др. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчёты в электрических машинах: Учеб. для вузов по спец. «Электромеханика» / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. – М.: Высш. шк., 1989. – 239 с.

4. Praveen Vijayraghavan. Design of switched reluctance motors and development of a universal controller for switched reluctance and permanent magnet brushless DC motor drives. Prof. Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2001.

5. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр отд-ние, 1986. – 256 с.

6. ГОСТ 7076-99. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Дата введення 01.04.2000 р.

ОЦІНКА РОЗПОДІЛУ НАВАНТАЖЕНЬ ВУЗЛІВ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ ДІЛЯНКИ КАР’ЄРУ ПОЛТАВСЬКОГО ГІРНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНОГО

КОМПЛЕКСУ

О.В. Кушніренко, ст. гр. ЕТ 12-2М, Є.П. Карлик, асп. Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського

Металургійна промисловість України була та залишається джерелом поповнення валютних запасів країни. Одночасно з цим, вона є найбільш енерговитратною галуззю народного господарства. Значну частину виробленої електричної енергії та видобутих і експортованих енергоносіїв споживають саме підприємства видобувної промисловості. Одним з найбільших підприємств цієї галузі в Україні є Полтавський гірничо-збагачувальний комбінат (ПолГЗК).

Одним з прерогативних напрямків розвитку Полтавського ГЗК є підвищення ефективності енергозбереження, адже при високій ціні на енергоносії, зниження витрат


70

електричної енергії на одну одиницю продукції зміцнить конкурентну спроможність підприємства на світовому ринку.

Кар’єр будь-якого гірничо-збагачувального підприємства є однією з динамічних енергетичних систем внутрішньокар’єрної системи електропостачання (ВКСЕ) і перебуває у постійній зміні [1]:

– зміна навантаження; – точки під’єднання електротехнологічного обладнання (зміна потокорозподілу); – режими роботи; – постійне віддалення споживачів від центру енергетичних навантажень. Основними завданнями даної роботи є: 1. Дослідження добового графіка навантажень; 2. Аналіз досліджуваної ділянки ГПП – 4/1; 3. Оцінка розподілу ймовірності ділянки схеми електропостачання ГПП –4/1; 4. Рекомендації щодо обраної подальшої експлуатації системи електропостачання

кар’єру; 5. Обрахунок зміни навантаження на ГПП – 4/1 для визначеного числа

електротехнологічного обладнання. Тому для розв’язання цих завдань, в застосуванні до ПолГЗК, необхідні відповідні

методи виділення випадкових складових втрат потужності в електричних мережах систем його електропостачання, у тому числі викликаних взаємними і транзитними перетоками, та розподілу їх між учасниками енергообміну з метою подальшого аналізу і прийняття оптимальних рішень щодо їх зменшення. Оскільки навантаження у системі електропостачання носить змінний характер, доцільно використовувати систематичний апарат для визначення очікуваного навантаження (рис 1).

Рисунок – 1 – Добовий графік навантаження знятий на нижній стороні трансформатора ГПП – 4/1

Добовий графік представлений для того, щоб наочно упевнитись у тому що навантаження носить змінний характер і, що його прогнозування доцільне.

Схема заміщення ГПП для якої проведено оцінку розподілу навантажень, приведена на рисунку 2.


71

Рисунок 2 – Схема заміщення ГПП – 4/1

Розглянемо ділянку кар’єру виділену на схемі. Від трансформаторної підстанції отримують електроенергію п’ять споживачів,

навантаження яких є випадковими величинами, які підпорядковуються нормальним законам розподілу з параметрами [2]:

[ 1] 630M P = кВт; 1 250Pσ = кВт; [ 2] 400M P = кВт; 2 300Pσ = кВт; [ 3] 750M P = кВт; 3 250Pσ = кВт; [ 4] 400M P = кВт; 4 350Pσ = кВт; [ 5] 750M P = кВт; 5 200Pσ = кВт.

де σ – середньоквадратичне відхилення; М[P] – математичне очікування навантаження.

P PDσ = ; (1)

Кореляційна матриця (матриця коефіцієнтів кореляції) для цих випадкових величин Розрахуємо коефіцієнти кореляції Спірмена: [3]

21

2

61

( 1)

n

iij

Dr

n n== −−

∑; (2)

де 2

1

n

iD

=∑ – сума квадратів різниці рангів; n – число спостережень.


72

Таблиця 1 – Таблиця потужностей з урахуванням середньоквадратичного відхилення.

Номер експерименту Потужності 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Р1 3,8 4,3 5 5,5 6 6,5 7 7,3 8,8 Р2 1 1,5 2 3 4 4,3 5,4 6 7 Р3 5 5,8 6,2 7 8 8,5 9 9,4 10 Р4 0,5 1 2,3 3 4 5 5,4 6 7,5 Р5 5,5 6 6,4 6,9 7 7,6 8 9 9,5

Кореляційна матриця (матриця коефіцієнтів кореляції) для цих випадкових величин прийме вигляд:

1 0.6 0.8 0.6 0.91 0,13 0,98 0,03

1 0,12 0,71 0,02

1

r

− = − −

;

Визначаємо математичне очікування:

[ ] 1

ni ii

M P P p=

=∑ ; [ ] 2930M P = кВт. (3)

Дисперсія випадкової величини навантаження: Використовуючи імовірність рi=0,1 того, що величина Р приймає значення Рі,

отримаємо:

[ ]1( )

nP i ii

D P M P p=

= − ⋅∑ ; 2429960PD = . (4)

Середньоквадратичне відхилення навантаження обраної ділянки: 1558Pσ = кВт.

У роботі було досліджено та проаналізовано енергетичні параметри ВКСЕ при роботі електротехнологічного навантаження, та розраховано основні завдання математичної статистики, що дає змогу зпрогнозувати зміну навантаження і зменшити втрати електричної енергії.

Список літератури 1. Є.П.Карлик, А.В Горденко, В Луганець, « Аналіз енергетичних параметрів системи енергопостачання

головної понижувальної підстанції 4/1 Полтавського ГЗК», 2012. – 6с. 2. Долгов А.П., Лыкин А.В., Чебан В.М. Режимы электроэнергетических систем: Сборник задач –

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.– 68с. 3. http://planetcalc.ru/987/.


73

ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССА СТАРЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЧАСТЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

В.В. Ромашина, асп., Д.Л. Пирогов, доц., канд. техн. наук Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского

Срок службы любой электрической машины (ЭМ) определяется промежутком времени, в течение которого обеспечивается ее безотказная работа, с учетом соблюдении предписанных условий эксплуатации и профилактических ремонтов. Этот срок зависит от нагрузки отдельных конструктивных частей машины. Та часть машины, которая испытывает наибольшую удельную нагрузку, выйдет из строя раньше других и, таким образом, ее срок службы определяет срок службы всей ЭМ [1,2,3,4].

В научной литературе приведены теоретические и практические исследования в области прогнозирования вероятности безотказной работы ЭМ, которые базируются на применении системной методологии к анализу процессов старения и восстановления конструктивных элементов, начиная с момента ввода в эксплуатацию и заканчивая списанием. Проведя системный анализ исследований столь сложных явлений как процессы дефектообразования и тепломассопереноса в узлах, а также сведя их в единое целое, можно сделать вывод, что обобщенной математической модели, которая подходила под разные типы машин и давала ответ на любой вопрос, пока не существует[4,5,6,7].

Обобщая результаты анализа различных исследований и выделив комплекс основных задач для повышения эксплуатационной надежности ЭМ, с учетом технического обслуживания и ремонта, был сделан вывод, что для своевременного обнаружения неисправностей нужен поиск научных решений моделирования новых испытательных комплексов, которые включали в себя оценку степени влияния различных факторов на процессы старения и восстановления узлов машин постоянного тока (МПТ) [1,2].

Выявления неисправностей задолго до полного отказа МПТ дает возможность повысить время безотказной работы, а также существенно снизить издержки, вызванные её простоем.

В работе предложен процесс оценки старение всех конструктивных частей МПТ (рис. 1), а с учетом их влияния на рабочие параметры выделены те, выходом из строя которых обусловлена основная часть отказов.

При запуске МПТ с помощью измерительных приборов делается первая запись показаний, которые включают в себя данные с датчиков тока, напряжения, температуры (ЭМ и окружающей среды), а также вибрации. После проведения контрольных снятий показаний и их записи в базу данных, система отключается, периодичность следующих тестовых замеров зависит от частоты запуска и остановки МПТ.

В ходе проведения тестовых снятий данных они обрабатываются системой и сравниваются с базой данных предыдущих показаний. Если рабочие характеристики не изменились, то через некоторое время будут проводиться следующие замеры. В случае их ухудшения на основе снятых данных определяется дефект. В дальнейшем МПТ осматривает обслуживающий персонал и делает вывод о её работоспособности.


74

Датчик Uя

Датчик Uв

Датчик Uс

Датчики to C

Датчики вибрации

Запись в базу данных измерений при разных условиях работы

Машина постоянного тока

Комплекс измерительной апаратуры

Во время проведения анализа полученных данных, поиск ухудшения рабочих характеристик электрической машины

Вывод о возможном старении конструктивных частей машины постоянного тока

Рисунок 1 – Блок-схема изучения старения конструктивных частей машин постоянного тока

Таким образом, исследуя рабочие характеристики МПТ и выявляя их ухудшения, можно определить узел, который нужно заменить, чтоб машина не вышла из строя.

Список литературы 1. Хомутов С.О., Кобозев Е.В. Прогнозирование вероятности безотказной работы электродвигателей на

основе количественной оценки степени влияния воздействующих факторов // Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова. – 2006. – 2. – с. 4-8.

2. Прус В.В. Старение электрических машин в ходе продолжительной эксплуатации и ремонта // Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. – 2009. – 4 : Ч. 1. – С. 74-77. \

3. Разгонов А.П., Руденко А.Б., Скалозубов В.В., Швец О.М. Автоматизация процессов диагностики электродвигателей стрелочных переводов в условиях эксплуатации // Залізничний транспорт України. – 2009. – 6. – с. 20-22.

4. Кушпіль А.А., Прус В.В., Кіяшко С.С. Визначення енергетичних параметрів, паспортних даних та робочих характеристик електричних машин за наявності та розвитку пошкоджень конструктивних вузлів та елементів // Проблеми енергозбереження в електротехнічних системах. Наука, освіта і практика. – 2011. – 1 : Ч. 1. – с. 282-283.

5. Diako Azizi, Ahmad Gholami, Abolfazl Vahedi Analysis of the Deterioration Effects of Stator Insulation on the its Electro-Thermal Property // International Journal of Electrical and Electronics Engineering. – 2009. – 3:11. –p. 697-701.

6. Кушпіль А.А., Прус В.В. Засоби забезпечення точності вимірювань контрольованих параметрів у складі комплексу для дослідження процесів старіння електричних машин // Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. Випуск 4/2010 (63). Частина 2 – с. 121-125.

7. Донченко Р.М. Аналіз проблем контролю та прогнозування технічного стану синхронних машин на максимально можливому інтервалі їх життєвого циклу // Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць VΙΙІ Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених спеціалістів. – Кременчук: КДУ імені Михайла Остроградського, 2010. – С. 348.


75

КОМП’ЮТЕРИЗОВАНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЛЬТРУЮЧИХ КІЛ ДЛЯ СПОЖИВАЧІВ З НЕЛІНІЙНИМ

НАВАНТАЖЕННЯМ

Р.В. Власенко, ст. гр. ЕТ 12-2м, О.Ю. Давидов, асп. Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

В даний час актуальним є завдання електромагнітної сумісності - здатність технічних засобів одночасно функціонувати в реальних умовах експлуатації з необхідною якістю при дії на них перешкод і не створювати недопустимих перешкод іншим технічним засобам. Постійне зростання насиченості виробничих, учбових, житлових приміщень електричними та електронними технічними засобами потребує постійного удосконалення організаційно-технічних і санітарно-гігієнічних заходів щодо підвищення рівня електромагнітної безпеки та надійності функціонування технічних засобів. Останнє значною мірою визначається електромагнітною сумісністю обладнання, тобто ступенем взаємного впливу приладів через генеровані ними електромагнітні поля. Забезпечення нормальної роботи спільно працюючих технічних засобів є метою електромагнітної сумісності як наукової проблеми. Режими роботи електротехнологічних установок характеризуються нерівномірним споживанням реактивної потужності впродовж роботи, а також її коливаннями, які викликають коливання напруги. Унаслідок нерівномірності споживання потужності по фазах і нелінійної вольт-амперної характеристики навантаження вони викликають несиметрію і несинусоїдальність живлячої напруги, а також появу струмів зворотної послідовності.

Вивчення та дослідження вказаних процесів та режимів передбачено програмою підготовки бакалаврів напрямку 6.050701 – «Електротехніка та електротехнології» в курсі «Електромагнітна сумісність в системах електроспоживання». Тому на кафедрі систем електроспоживання та енергетичного менеджменту розроблений відповідний лабораторний комплекс.

Дослідження режимів роботи тиристорного перетворювача і тиристорного регулятора напруги вимагає поглибленого розуміння їх режимів роботи, а також забезпечення сучасного методичного та лабораторного устаткування. Застосовані в даний час лабораторні стенди, що включають в свій склад електротехнічні системи, контроль параметрів яких здійснюється аналоговими приладами, низько інформативні. Вимірювання параметрів традиційними приладами дозволяє досліджувати і аналізувати статичні режими роботи системи електроспоживання. Наявність складних пристроїв управління і комп'ютеризованих вимірювальних систем розширює функціональність лабораторного обладнання. Присутність комп'ютеризованої системи і наявність вимірювальних датчиків дозволяють реалізувати складні системи вимірювання та управління.

Регулювання напруги виконується за рахунок зміни фазового кута регулювання силових тиристорів. У зв’язку з неможливістю існуючого лабораторного обладнання повністю відображати електроенергетичні процеси, які проходять в електричній мережі ставляться завдання створення комплексів, впровадження яких дозволить більш глибоко вивчити процеси, що відбуваються в електротехнологічних установках та в системі електропостачання, а також допомогти організовувати навчальний процес та розширити спектр питань, що вивчаються.

Основними задачами комп’ютеризованого лабораторного стенду є: дослідження процесів споживання електричної енергії в трифазній мережі змінного струму тиристорним перетворювачем та тиристорним регулятором напруги; дослідження їх режимів роботи; дослідження споживання електричної енергії та показників якості електричної енергії


76

(відповідно до ГОСТ 13109-97), та впровадження пристрою для зниження впливу їх режимів роботи.

Для визначення всього переліку робіт, що виконуються на лабораторному комплексі, слід розглянути схемне рішення – рис. 1.

QF2 К1.2-4

QF1

SB1 SB2

К1.1

К1

SB3 SB4 К2

SB5 SB6 К3

SB7 SB8 К4

SB9К5

SB10

SB11К6

SB12

SB13 SB14К7

SB15 SB16К8

LA2

LA3

LA1

LV1-

3

mDAQ

K11.2-4

SC2

QF5Rn Ln

K9.2

K9.3

K9.4

K4.2-4

K3.2-4 K5.2-4

SB17 SB18К9

QF3

K7.2-4

K10.2-4

QF6

QF4

K2.2-4

K6.2-4K8.2-4

A

A

A

V

V

V

SB19 SB20К10

SB21 SB22 К11

TV1

SC1

К3.2

К7.2

К2.2

К5.2

К8.2

К6.2

К10.2

К9.2

Рисунок 1 – Функціональна схема лабораторного комплексу

Функціональна схема складається з таких основних вузлів: − тиристорний перетворювач SC2; − тиристорний регулятор напруги SC1; − вимірювальна система: датчики напруги LV1-3, датчики струму LA1-3, електронна

обчислювальна машина, аналого-цифровий перетворювач mDAQ, вольтметр, амперметр; − промисловий фільтр типу ЕФ-32; − набір RLC-елементів для створення фільтру різних типів; − комутаційна апаратура K1-11; − стопи та пускові кнопки SB1-11. Завдяки такій структурі стенду відкривається можливість дослідження наступних

питань: − розрахунок гармонійного складу функції з перетворенням ряду Фур’є; − визначення електромагнітної сумісності за коефіцієнтом спотворення

синусоїдальної напруги в електричній мережі; − визначення електромагнітної сумісності за властивістю несиметрії напруги

електричної мережі, яка живить електротехнологічні установки; − визначення електромагнітної сумісності за властивістю несинусоїдальності

напруги електричної мережі, яка живить електротехнологічні установки; − визначення параметрів фільтрокомпенсуючих та симетруючих пристроїв для

підвищення електромагнітної обстановки електричної мережі, що живить електротехнологічні установки;

− визначення параметрів фільтрів для електричних мереж постійного струму;


77

− побудова амплітудо-частотної та фазочастотної характеристик простих та складних фільтрів, що використовуються в електричних мережах електроенергетики;

− розрахунок фільтрів по заданим якісним параметрам; − проектування мережевих перешкодо подавляючих фільтрів.

Рисунок 2 – Струми вищих гармонік тиристорного перетворювача при зміні фазового кута регулювання

Рисунок 3 – Струми вищих гармонік тиристорного регулятора напруги при зміні фазового кута регулювання

Наприклад, в результаті досліджень були отримані графіки розподілу гармонік струму тиристорного перетворювача і тиристорного регулятора напруги при зміні фазового кута регулювання α , приведених на рис. 2 і рис.3.

Крім дослідження впливу, режимів роботи тиристорного перетворювача і тиристорного регулятора напруги, показників якості електричної енергії лабораторний комплекс допоможе в проведенні наукових досліджень, а також організувати навчальний процес.


1. Руденко В.С. Основы преобразовательной техники. – К.: Техніка, 1978. – 376 с. 2. ГОСТ 13109-97 Норми якості електричної енергії. 3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники – М.: Высшая школа, 1964. – 752 с. 4. Жежеленко И. В., Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – М: Энергия,

1974. – 184 с.

,I A

,I A

0,α

0,α

1I

1I

3I

5I7I

9I

5I


78

ДО ПИТАННЯ БЕЗПЕРЕБІЙНОСТІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖ ПІДЗЕМНИХ ВИРОБОК РУДНИХ ШАХТ З

ВИКОРИСТАННЯМ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

С.М. Бойко, асп., О.М. Сінчук, проф., д-р техн. наук,

М.А. Щербак, ст. гр. ЕТ 12-2м Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Електропостачання підземних гірничих робіт обумовлено рядом специфічних факторів, основними з яких є: прийнята технологія ведення гірничих розробок, гірничо-геологічні умови залягання корисних копалин, а також існуючі умови навколишнього середовища [1].

Система електропостачання підземних гірничих робіт повинна відповідати наступним вимогам [2]:

− забезпечувати безперебійне живлення електроенергією основних електроприймачів;

− бути безпечною у відношенні пожеж, вибухів рудникової атмосфери та ураження людей електричним струмом;

− забезпечувати високу якість електроенергії в умовах безперервної зміни технологічних параметрів гірських розробок і розвитку підземних електричних мереж;

− бути економічною при дотриманні вимог, перелічених вище. Враховуючи викладені вимоги, яким повинна відповідати система електропостачання

підземних гірничих робіт та те, що яскраве постійне електричне освітлення в підземних умовах стало потужним чинником підвищення безпеки та ефективності гірничих робіт, освітлення в підземних виробках шахт має велике значення для забезпечення безпечного проведення технологічних робіт.

Світильники розташовуються уздовж відкатних виробок, штреків і квершлагів, а також в приствольних дворах та інших постійно працюючих об'єктах. Також гірники зазвичай екіпіруються індивідуальними електричними головними лампами, працюючими від акумуляторних батарей.

В залежності від роду джерела енергії для живлення рудникових світильників останні діляться на:

– мережеві світильники, що приєднуються до електричної мережі (мережеве освітлення);

– ручні акумуляторні світильники, що живляться від переносного акумулятора (акумуляторне освітлення).

Світильники рудничні призначені для стаціонарного мережевого освітлення підземних виробок шахт, небезпечних щодо газу або пилу, освітлення підземних виробок шахт, освітлення вибоїв, освітлення та світлової сигналізації в очисних вибоях шахт, а також при проведенні горизонтальних виробок.

Для живлення мереж освітлення використовуються освітлювальні трансформатори і апарати, а також пускові агрегати.

Для стаціонарного мережевого освітлення головних відкатних виробок шахт і рудників застосовуються електроосвітлювальні установки на напругу до 220 В.

Незважаючи переважне застосування мережного освітлення гірничих виробок, акумуляторні світильники є основними освітлювальними приладами, що забезпечують не лише ведення робіт, але і безпечне перебування персоналу в підземних гірничих виробках шахт і рудників.


79

Для зарядки акумуляторних батарей головних світильників при постійній стабілізованій напрузі 4,5 або 5,0 В, а також для зберігання світильників і саморятівників в лампових по системі самообслуговування використовується автоматична зарядна станція.

Всі розглянуті види освітлення живляться від загальної електричної мережі. Між тим швидкість висхідного потоку вентиляції в підземних виробках шахт достатня для генерації певного обсягу електричної енергії вітроустановкою. Таким чином, розробка і реалізація в практику роботи шахт та рудників вітроенергетичних установок (ВЕУ) дозволить здійснювати живлення від них низки споживачів електричної енергії.

Зважаючи на те, що в умовах залізорудних шахт є можливість використання ВЕУ, то є доцільним використання їх як додаткового джерела живлення освітлювальних пристроїв [3]. Для накопичення згенерованої енергії ВЕУ можна використовувати автоматичні зарядні станції.

Необхідна електрична енергія для освітлення підземних виробок шахт коливається в діапазоні 1,6 – 32 кВА, в залежності від протяжності виробок шахти та потужностей освітлювальних пристроїв [3]. Таким чином згенеровану електричну енергію можна використати для живлення освітлювальних мереж.

Основними завданнями даної роботи є: 1. Розглянути особливості та вимоги до системи електропостачання шахт; 2. Обґрунтування можливості використання ВЕУ в умовах рудних шахт, як

додаткового джерела живлення; 3. Вирішення питання накопичення згенерованої електричної енергії. Виходячи з вище сказаного можна зробити висновок про те, що використання ВЕУ в

умовах рудних шахт як додаткового джерела живлення є актуальним для забезпечення умови безперебійності систем електропостачання освітлювальних мереж підземних виробок рудних шахт.


1. Комплекс ресурсо- і енергозберігаючих геотехнологій видобутку та переробки мінеральної сировини, технічних засобів їх моніторингу із системою управління і оптимізації гірничорудних виробництв / А.А. Азарян, Ю.Г. Вілкул, Ю.П. Капленко та ін. – Кривий Ріг: Мінерал, 2006. – 219 с.

2. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надёжность систем энергетики. – М.: Наука, 1986. – 100 с. 3. Сінчук О.М., Бойко С.М. Вибір потужностей вітрогенераторних міні електростанцій з урахуванням

їх характеристик для виробіток шахт / Журнал електромеханічні і енергозберігаючі системи 1 (17) – м. Кременчук, 2012. – 130 с.

СПОСІБ ГАЛЬМУВАННЯ ТА РОЗГОНУ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

І.В. Шипунова, ст. гр. ЕТ-12-2м, О.В. Бялобржеський, доц., канд. техн. наук

Кременчуцький національний університет ім. Михайла Остроградського

У даній роботі створено модель (рис.2) в основу якої поставлено задачу зменшення втрат потужності за умов розгону та гальмування двигуна постійного струму шляхом методичної комутації якоря двигуна до індуктивного накопичувача та подальшої передачі енергії на конденсаторний накопичувач. Також дана модель забезпечує необхідну


80

інтенсивність гальмування, виключення додаткових втрат та підвищення ефективності гальмування з можливістю наступного розгону за рахунок гальмівної енергії.

Модель відноситься до галузі електротехніки, зокрема до систем електричного гальмування двигунів постійного струму та може бути використаним для реалізації енергоефективних систем електричного гальмування електричних машин без передачі гальмівної енергії по мережі живлення, зокрема контактній мережі, для засобів електротранспорту.

МПС – двигун постійного струму; VT1 – перший керований вентиль; Lн – індуктивний накопичувач; DH1 –

перший блок виміру струму; SV – блок виміру напруги; VT2 – другий керований вентиль; Сн – конденсаторний накопичувач; DH2 – другий блок виміру напруги

Рисунок 1 – еквівалентна електрична схема силової частини пристрою розгону та гальмування двигуна постійного струму

Дана модель реалізує спосіб гальмування та розгону двигуна постійного струму при якому на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна. Задатьюся параметри: режим гальмування, струм індуктивного накопичувача, розраховують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача та вимірюють поточне значення струму. Для визначення поточного значення струму розраховують його модуль та порівнюють із заданим мінімальним значенням. Для визначення напруги керування першим силовим вентилем, формують напругу керування, вимірюють напругу якоря двигуна, порівнюють з нульовим значенням та встановлюють напругу контролю якоря. Підключення проміжного індуктивного накопичувача до якоря двигуна необхідно для передачі імпульсу енергії від нього до накопичувача. Цикл повторювати необхідно до тих пір, поки напруга якоря двигуна не зменшиться до нуля.

Реалізації режиму розгону двигуна проводяться з визначенням аналогічних параметрів. Визначають рівень напруги керування другим силовим вентилем. Цикл повторювати необхідно до тих пір, поки напруга конденсаторного накопичувача не зменшиться до нуля.


81

Рисунок 2 – Модель системи силової частини пристрою компенсації

Рисунок 3 – Часові залежності параметрів режиму при реалізації способу

Спосіб реалізується зарядом (рис.4) та розрядом (рис.5) індуктивності.

Рисунок 4 – Схема заміщення роботи першого такту – заряду індуктивності


82

Рисунок 5 – Схема заміщення роботи другого такту – розряду індуктивності

Рисунок 6 – Графіки напруги та струму першого та другого такту

У загальному випадку для кожного такту маємо складові:

− заряд індуктивності: , , , , , , , ;н поч н я сум поч кін яC U L L L I I R

− розряд індуктивності , , , , , ;н поч н поч кін еквC U L I I R Для визначення миттєвих значень часу і-го такту, що показує заряд або розряд

індуктивності маємо характеристичне рівняння, яке у загальному виді має вигляд:

2 1 0,rp pL L C

+ ⋅ + =⋅

(1)

звідси корені характеристичного рівняння дорівнюють 2

1 2

12 4

r rpL L L C−

= + −⋅

, 2

2 2

12 4

r rpL L L C−

= − −⋅

(2)

Залежність струму від часу визначається з виразу де

1 21 2( ) ,p t p ti t A e A e= ⋅ + ⋅ (3)

Степеневу функцію (3) можна представити рядом Маклорена до другого степеня

1

2 21 11

1! 2!p t p t p te = + +

(4)

Для отримання кінцевого результату та спрощення виразу була окремо визначена кожна складова виразу. В результаті отримано вираз для визначення миттєвого значення часу і-го такту, що має вигляд:


83

2 2 2 2 2

2

2

2 2 2 2( )поч поч кін кін поч поч поч поч кінпоч поч

поч поч поч

C U C r i i С i r U C r i L i L i iС L U L i rC L

tC r i C r U L i

⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅⋅ ⋅ + + ⋅

⋅=

⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅

Список літератури 1. Черных В.И. – Моделирование электротехнических устройств в Mathlab, SimPower Systems, Simulink.

М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008г.- с. 243-247. 2. Бут Д.А. – Накопичувачі енергії. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – с. 397. 3. Дунаєвський С.Я., Крилов О.А., Мазія Л.В. Моделирование элементов электромеханических систем. –

М.: Энергия, 1982. – с. 288 АСПЕКТИ ОРГАНІЗАЦІЇ КАНАЛІВ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ТА УПРАВЛІННЯ РУДНИКОВИХ ЕЛЕКТРОВОЗІВ В

УМОВАХ ШАХТ

В.О. Чорна, асист., С.М. Якимець, канд. техн. наук Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Прогрес електронних технологій минулого десятиліття привів до прориву в галузі виробництва масових процесорів. Використання новітніх методів зниження швидкості цифрового потоку на основі нового сучасного обладнання приблизило впровадження в практику цифрових систем передачі інформації в тих галузях, які були до цього недосяжними для них. Розробка та реалізація цифрових методів показали можливість значного збільшення об’ємів передаваної інформації існуючими каналами з якістю, яка значно перевищує якість традиційних аналогових систем передачі.

Впровадження подібних систем особливо актуальне в умовах підземних підприємств, коли погіршення стану гірничо-геологічних рівнів видобутку корисних копалин підземним способом призводить до підвищення вимог щодо рівня безпеки роботи персоналу. Крім цього необхідно враховувати, що очікуваний необхідний рівень ефективності рудникових електровозів, ведених різними типами електровозів в рудникових шахтах не може бути досягнений без реалізації системи автоматичного управління їх рухом. В свою чергу, впровадження цифрових систем висуває ряд вимог, які стосуються, в першу чергу, пропускної здатності каналів, що використовуються в підземних умовах.

Як свідчить розвиток шахтного зв’язку, що частотний діапазон систем, які застосовуються, розширюється [1]. Як видно з таблиці 1, наразі він охоплює область від сотень герц до декількох гігагерц.


84

Таблиця 1 – Види шахтного зв’язку.

Вид зв’язку Діапазон частот, МГц

Дальність зв’язку, км

Впливові чинники Галузь застосування

Через гірничу породу 0,001 0,2…0,3 Властивості масиву Альтернативний

зв’язок Телефонний провідний 0,034 15,0 Провідна мережа Телефон, гірниче

обладнання Індуктивний

зв’язок 1,0 5,0 3…5 м від хвилеводу Місцевий зв’язок

Випромінюючий кабель 500 100,0 50 м від хвилеводу Інформаційна мережа

зв’язку Точкова антена 1800 3,0 1000 м від бази Оперативний зв’язок

Пеленгатор 0,01 0,003 Індивідуальний засіб Пошук потерпілого

Аналіз даних таблиці показує, що в умовах підземних гірничих виробіток не можна однозначно сформулювати універсальний принцип по організації безпровідної системи на базі певної визначеної апаратури. Окремі капітальні виробітки (ствол, відкаточний штрек тощо), які мають достатній поперечний переріз та значні прямолінійні ділянки, утворюють хвилеводи, заповнені слабопровідним середовищем та обмежені провідним середовищем гірничого масиву. Це створює умови для поширення хвиль гіпервисоких частот з модами вищих порядків. Головними чинниками, які впливають на поширення хвиль цього діапазону є наявність силового електричного обладнання, поперечні перерізи виробіток та насичення їх металоконструкціями, які можуть обмежувати зону прямої видимості для радіоканалу. З іншого боку, для систем індуктивного зв’язку металоконструкції є хвилеводами, які дозволяють збільшити дальність розповсюдження радіохвиль у підземних виробітках [2]. У зв’язку з цим раціональним бачиться створення комбінованої аналогово-цифрової структури безпровідного зв’язку, яка здатна розв’язувати локальну виробничу задачу та мати доступ до пульту диспетчера або на АТС. При цьому виникає задача забезпечення можливості передачі аналоговими каналами декаметрового діапазону всього обсягу інформації, який можливо передавати цифровими каналами з більшою смугою пропускання. Розв’язання поставленої задачі можливе за умови використання в аналогових системах методів розділення каналів. В силу особливостей роботи в підземних умовах використання частотного та часового розподілу ускладнене в силу обмеженості діапазону та необхідністю одночасного функціонування визначеної кількості абонентів.

Одночасно з цим технологія розділення каналів за формою передбачає можливість одночасної роботи радіозасобів в загальній смузі частот F∆ . При цьому сигнали

радіозасобів ( )tSi утворюють сумарний (груповий) сигнал ( ) ( )∑

=∑ =

N

ii tStS

1 . Взаємна

ортогональність сигналів ( ) tSi забезпечує кореляційному приймачу виділення необхідного

сигналу ( )tSi з ( )tS∑ . Таким чином, сигнали всіх абонентів передаються в загальній смузі частот а канали не синхронізовані між собою у часі. В таких системах з вільним доступом кожному каналу (абоненту) привласнюють визначену форму сигналу, яка є відмінною ознакою, «адресою» даного абонента. Адреса абонента може кодуватись у вигляді псевдовипадкових (шумоподібних) сигналів або у вигляді частотно-часової матриці, коли адреси відрізняються як інтервалами часу між радіоімпульсами, так і частотами їх


85

заповнення. Принцип роботи такої асинхронно адресної системи зв’язку (ААСЗ) приведено на рис. 1 [3].

Рисунок 1 – Структурна схема ААСЗ

Повідомлення, які надходять від джерел ДС1– ДСN зазнають імпульсної модуляції (фазоімпульсної, або різновидів дельта-модуляції). Кожний з цих імпульсів, отриманих у результаті первинної модуляції, перетворюється адресну послідовність з n імпульсів, які розділено паузами. Формування адресних послідовностей здійснюється за допомогою лінії затримки з l відгалуженнями, як показано на рис. 2. Для формування адреси використовують лише n з l імпульсів, причому для іншої адреси використовують іншу комбінацію з n відгалужень. Ці n імпульсів відрізняються частотою свого заповнення (всього таких частот у системі ущільнення m ) та можуть займати різні позиції у часі. На рис. 2 представлено варіант побудови таких адресних послідовностей для системи з n=m=3 та l=5.

Рисунок 2 – Адресні послідовності ААСЗ

Таким чином, імпульс, який отримано в результаті первинної імпульсної модуляції повідомленням, розділяється лінією затримки на n імпульсів може займати одне з l положень в часі та передається на своїй частоті. Комбінуючи положенням імпульсів у часі щодо першого імпульсу а також частотою заповнення імпульсів, можна отримати велику кількість адресних (кодових комбінацій, що забезпечує велику кратність ущільнення каналу.


86

Використання запропонованого методу ущільнення каналу дозволяє встановлювати зв’язок з визначеною кількістю абонентів у відповідності з положенням індивідуальної лінії затримки на передавачі згідно з адресною кодовою комбінацією. Система не потребує частотних перелаштувань, що зменшує вартість апаратури та забезпечує її надійність.

Крім цього, вона дозволяє використовувати широкосмугові частотні канали, що необхідно для забезпечення передачі не лише колосових повідомлень, а також систем автоматичного управління рухом внутрішньо шахтового транспорту, систем моніторингу стану електровозоскладів тощо.

Список літератури 1. Давыдов В. В. Шахтная беспроводная связь / Горный информационно-аналитический бюллетень

(научно-технический журнал) 11, МГГУ, 2010. С. 221 – 228. 2. Капаев А.В. Радиосвязь под землей. Проблемы и пути решения / А.Е Капаев, А.Е. Котова. // Горная

промышленность. – 2004. – 1. – С.49-52. 3. Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г.

Нестеренко; под общ. ред. К.К. Васильева. – Ульяновск: УлГТУ, 2008. – 452 с.

ДО ПИТАННЯ РОЗБУДОВИ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СТРУКТУРІ МОНІТОРИНГУ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ

КОМПЛЕКСІВ РУДНИКОВИХ ЕЛЕКТРОВОЗІВ

С.М. Якимець, канд. техн. наук Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Л.М. Сменова, здобувач Українська державна академія залізничного транспорту

В умовах сучасних виробництв з підземними видами робіт в експлуатації знаходиться значна кількість технологічного обладнання з можливістю та необхідністю підключення до цифрових мереж передачі даних. Значні капіталовкладення в розвиток автоматизації та зв’язку в цілому виправдані: завдяки цим засобам раціоналізується процес видобування та переробки корисних копалин, забезпечується оперативний зв’язок з філіалами, периферійними офісами та шахтами, забезпечується контроль над роботою персоналу.

Для ефективності розбудови таких систем передачі інформації необхідна оцінка стану та визначення тактики побудови структур моніторингу та управління транспортом в умовах залізорудних шахт.

Проведені в умовах шахти «Батьківщина» (м. Кривий Ріг) дослідження показують, що при потужності випромінювання 0,3 Вт максимальна відстань, на яку може бути переданий сигнал величиною 1 мкВ/м у виробітках без направляючих, які пройдено в рудному масиві, складає на частотах 1б5 МГц – 75 м, 10 МГц – 40 м, 20 МГц – 26 м, 28 МГц – 27 м. Для виробіток, пройдених по непровідним породам, за тієї ж потужності випромінювання на відстані 100 м від передавача напруженість поля дорівнює на частоті 1,5 МГц – 100 мкВ/м, 10 МГц – 50 мкВ/м, 20 МГц – 20 мкВ/м, 28 МГц – 1 мкВ/м. Таким чином, умови поширення сигналу в умовах залізорудних шахт дозволяють використовувати для управління електровозним транспортом хвилі декаметрового діапазону з рекомендованим інтервалом частот 27-28 МГц.


87

Сучасні стандарти цифрового транкового радіозв’язку, на основі яких розгортаються комунікаційні системи, дозволяють створювати різноманітні конфігурації мереж зв’язку: від найпростіших локальних однозонових до складних багатозонових систем регіонального або національного рівня. Прикладом може слугувати система гірничо-підземного радіозв’язку (рис.1), розгорнута на основі стандарту МРТ 1327 в умовах ВАТ «ГМК «Норильський нікель».

Система призначена для створення зони радіопокриття в умовах підземних виробіток та побудовано на основі радіовипромінюючого кабелю (РВК), який виступає в якості розосередженої приймально-передавальної антени. Роботу випромінювальної кабельної мережі забезпечують лінійні підсилювачі (ЛП), лінійні зчитувачі (ЛЗ) та термінальне прикінцеве обладнання (ТО).

Рисунок 1 – Варіант побудови системи гірничопідземного радіозв’язку та автоматизації управління на основі

комплексу обладнання Талнах

Як показує аналіз характеристик сучасних транкових систем, приведених у таблиці 1, жодна з них не забезпечує передачу сигналів вказаного декаметрового діапазону.

Таблиця 1 – Характеристики цифрових транкових систем

Протокол Статус стандарту

Дуплексне рознесення частот, кГц

Діапазон частот, МГц

МРТ 1327 відкритий ≥ 200 136-174; 240-270; 300-540; 800-870

TETRA відкритий 8 380-400; 410-430; 450-470; 806-825; 851-870; 871-876; 915-921

EDACS корпоративний 30; 25; 12,5 138-174; 403-423, 450-470; 806-870 APCO 25 відкритий 12,5; 6,25; 25 138–174; 406–512 746–869 Tetrapol корпоративний 12,5; 10 70–520

iDEN корпоративний з

відкритою архітектурою

25 805-821/855-866


88

У зв’язку з викладеним раціональним бачиться побудова системи на основі оптичноволоконних ліній зв’язку, приведеної на рисунку 2, яка задовольняє умовам вибухонебезпечності та умовам поширення коротких хвиль в горизонтах шахт.

Внутрішньошахтове обладнання складається з волоконнооптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ), які сполучають підсилювально-випромінювальні пристрої, що виконують функцію зчитувачів інформації про розташування абонентів мережі (як людського персоналу так і обладнання). Узгоджувальні пристрої (УП) призначені для перетворення частоти, яка використовується в наземному радіозв’язку в підземні хвилі декаметрового діапазону та узгоджують наземне обладнання базових станцій (БС) з абонентським обладнанням. Магістральні лінії зв’язку МЛЗ сполучають БС з центром комутації, який в свою чергу, сполучено з АТС та сервером з можливістю виходу через них у корпоративну мережу зв’язку.

Рисунок 2 – Варіант побудови системи гірничопідземного радіозв’язку та автоматизації управління на основі

оптичноволоконних ліній зв’язку

В результаті досліджень проаналізовано існуючі методи та канали передачі інформації, обґрунтовано доцільність побудови системи з використанням оптичноволоконних ліній зв’язку, запропоновано структуру системи моніторингу розташування персоналу та управління станом електротехнічного обладнання електровоза з можливістю виведення інформації в центр комутації на поверхні шахти.


89

СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ ПРИСТРОЄМ РПН СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В.В. Зінзура, аспір. Кіровоградський національний технічний університет

На сучасному етапі розвитку систем електропостачання досить актуальним є питання якості електроенергії (ПЯЕ). Як відомо, завищені показники якості електричної енергії, негативно впливають на роботу електричних споживачів, викликають додаткові втрати в елементах електричних мереж та ін. Існуючі методи зменшення рівнів відхилення та несиметрії напруги не завжди є ефективними з точки зору техніко-економічних показників

Задача розробки нових методів та засобів зниження рівня цих ПЯЕ які, з одного боку, були б досить ефективними, а з іншого – не вимагали б значних капіталовкладень є досить актуальною. Одним із шляхів вирішення даної задачі є удосконалення систем автоматичного управління (САУ) пристроєм РПН силового трансформатора.

В роботі [1] сформульовано математичну модель управління безконтактним пристроєм РПН силового трансформатора, що працює в мережі з ізольованою нейтраллю:

1 1 1 ном

2 2

( ) ( ) ( ) min;( ) ( ) min;

;

Q U U UQ U = ∆ = − →

= → ∈Ω

K K KK K

K (1)

де ( )1 2 3( ) ( ), ( ), ( )Q Q Q=Q K K K K – вектор критеріїв управління; ( , , )A B Ck k k=K – вектор коефіцієнтів трансформації трансформатора у фазах А, В, С (вектор управління); 1( )U K – напруга прямої послідовності; 1( )U∆ K – різниця значень модуля напруги прямої послідовності та номінальної напруги (пропорційний відхиленню напруги); номU – номінальна напруга мережі ( ном 1U = ); 2 ( )U K – напруга зворотної послідовності;

3min maxR , , ,i i ik k k i A B CΩ = ∈ ≤ ≤ =K

– область допустимих значеньK , яка визначається глибиною регулювання коефіцієнта трансформації (допустимий простір управління);

min max, , , ,i ik k i A B C= – відповідно мінімальне та максимальне значення коефіцієнту трансформації для кожної з фаз.

Значення напруг та значення коефіцієнтів трансформації в рівняння (1) підставляються у відносних одиницях, віднесених до номінальних значень.

Як показано в роботі [2], найбільш доцільним способом розв’язку задачі багатокритеріальної оптимізації (1) є розв’язок її шляхом наближення до утопічної точки в просторі критеріїв, який проводиться в два етапи:

1 етап. Оптимізацією окремих критеріїв визначаються координати утопічної точки ут 1ут 2ут( , )Q U U= ∆ в просторі критеріїв 2R⊂Q .

2 етап. Шляхом розв’язку задачі скалярної оптимізації відстані ρ від утопічної точки до парето-оптимальної множини розв’язків в просторі критеріїв знаходяться координати розв’язку задачі багатокритеріальної оптимізації ∗K в просторі управління 3RΩ⊂ .

Задача знаходження аналітичних виразів для визначення координат утопічної точки утQ детально описана в роботі [1]. Метод знаходження кінцевого розв’язку задачі (1)

описаний в роботі [2].


90

Структурна схема САУ, що реалізує математичну модель управління (1) представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Структурна схема САУ пристроєм РПН силового трансформатора

На рис. 1: 1 – блок розрахунку комплексів напруг , ,A B CU U U на стороні високої напруги (ВН) по відомим діючим значенням міжфазних напруг , ,ab bc caU U U на стороні низької напруги (НН) та значенню optK на попередньому кроці розрахунку (для трансформатора із схемою з’єднання обмоток «зірка/трикутник»); 2 – блок визначення

1утU∆ ; 3 – блок визначення 2утU ; 4 – блок визначення кінцевого розв’язку задачі (1); 5 – блок затримки сигналу на один крок розрахунку.

САУ, структурна схема якої зображена на рис. 1, працює наступним чином. Виміряні діючі значення , ,ab bc caU U U міжфазних напруг на стороні низької напруги силового трансформатора разом із значенням коефіцієнтів трансформації 'optK , прийнятих на попередньому кроці розрахунку надходить до блоку 1, в якому відбувається розрахунок

комплексів напруг , ,A B CU U U на стороні ВН силового трансформатора. Далі значення , ,A B CU U U надходять до блоків 2 і 3, в яких відбувається розрахунок 1утU∆ і 2утU

відповідно. Після чого дані з блоків 1, 2, 3 надходять до блоку 4, в якому визначається кінцевий розв’язок задачі (1) optK . Значення вектора optK з блоку 4 надходить до керуючого органу РПН, який виконує перемикання відпайок обмоток трансформатора, а також блоку затримки сигналу 5, з якого на наступному кроці розрахунку надходить до блоку 1. Розрахунок optK проводиться в дискретні моменти часу, проміжки між якими обмежуються лише часом перехідного процесу в мережі.

Для дослідження якості роботи запропонованої САУ було проведено математичне моделювання в середовищі Simulink. Узанальнена модель Simulink регулювання напруги приведена на рис. 2.


91

U_ABC

K

U_ab_bc_ca

Трансформатор

U_ABC

Система

U_ab_bc_caKopt

САУ РПН

U_ABC

U_ABC_abs

DU1

K2

Вимірювач НН

U_ABC

Kopt

K2

DU1

Рисунок 2 – Модель Simulink системи регулювання напруги

На рис. 2: "Трансформатор" – модель силового трансформатора ТМН-400/35, оснащеного безконтактним пристроєм РПН з діапазоном регулювання напруги ±6×1,5 %; "Вимірювач НН" – модель вимірювача діючих значень напруг , ,ab bc caU U U , відхилення напруги δU1 та коефіцієнту несиметрії напруги по зворотній послідовності K2 на стороні НН силового трансформатора; "Система" – модель електричної системи; "САУ РПН" − модель САУ пристроєм РПН.

На рис. 3 наведено графіки зміни δU1 та K2 на стороні ВН силового трансформатора. Як можна бачити, значення відхилення напруги досить тривалий проміжок часу перевищують нормально допустимі межі 1 5 %ндUδ = ± ; значення K2 також практично весь період спостереження лежать за межами нормально допустимого значення 2 2 %ндК = .

На рис. 4 наведено графіки зміни δU1 та K2 при використанні класичної САУ пристроєм РПН силового трансформатора. З рис. 4 видно, що хоча значення δU1 і не виходять за межі 1ндUδ , значення K2 залишилися на тому ж рівні, що і на стороні ВН.

На рис. 5 наведено графіки зміни δU1 та K2 при використанні запропонованої САУ пристроєм РПН. Як видно з рис. 5, як значення δU1, так і значення K2 не перевищують нормально допустимих меж.

Статистичні показники δU1 та K2 для описаних вище трьох варіантів моделювання, наведені в табл. 1.

Рисунок 3 – Графіки зміни δU1, K2 без регулювання напруги

0 200 400 600 800 1000 1200 1400-8

-6

-4

-2

0

, хв .t

1 , %Uδ

2 , %K

0 200 400 600 800 1000 1200 14001

2

3

4

, хв .t


92

Рисунок 4 – Графіки зміни δU1, K2 при класичному регулюванні напруги

Рисунок 5 – Графіки зміни δU1, K2 при оптимальному регулюванні напруги

Таблиця 1 − Статистичні показники δU1 та K2.

з/п

Показник якості електроенергії

Математичне очікування, М, %

Середньо-квадратичне

відхилення, 2σ , %

Інтегральна ймовірність,

Р, % Сторона ВН силового трансформатора

1. δU1 -3,88 1,10 87,0 2. K2 2,38 0,30 11,2

Сторона НН силового трансформатора (класичне регулювання) 3. δU1 0,04 0,67 100 4. K2 2,44 0,32 5,9

Сторона НН силового трансформатора (оптимальне регулювання) 5. δU1 0,004 0,46 100 6. K2 0,40 0,21 100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400-2

-1

0

1

2

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

0.5

1

1.5

2

, хв.t

1, %Uδ

2 , %K

, хв.t

, хв.t

1, %Uδ

2 , %K

, хв.t

0 200 400 600 800 1000 1200 1400-4

-2

0

2

4

0 200 400 600 800 1000 1200 14001

2

3

4


93

Висновки. На основі математичної моделі управління пристроєм РПН силового трансформатора, в основу роботи якої покладено математичний апарат багатокритеріальної оптимізації, розроблено структурну схему САУ, досліджено якість її роботи шляхомматематичного моделювання в середовищі Simulink. Результати математичного моделювання показали, що запропонована САУ пристроєм РПН силового трансформатора має перевагу над класичною САУ РПН за рахунок зниження не лише рівня відхилення напруги U1, а й рівня несиметрії напруги по зворотній послідовності K2.


1. Плєшков П. Г. Теоретичні засади оптимального керування пристроєм РПН силового трансформатора за векторним критерієм. / П. Г. Плєшков, В.В. Зінзура, М. В. Кубкін // Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету / Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. / – Вип. 24.Ч.2 – Кіровоград: КНТУ, 2011. С. 164-173.

2. Зінзура В.В. Методи розв’язку задачі багатокритеріальної оптимізації регулювання напруги в електричних мережах. // Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету / Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація /. – Вип. 25.Ч.1 – Кіровоград: КНТУ, 2012. С. 350-360.

ІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ МІСЦЕВОГО ОПАЛЕННЯ В УМОВАХ НЕСТАБІЛЬНОГО РЕЖИМУ РОБОТИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО

ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

В.С. Жерлигіна, ст. гр. ЕЕ-10, М.В. Мінченко, ст. гр. ЕЕ-10, С.В. Серебренніков, доц., канд. техн. наук, І.В. Савеленко, асист.

Кіровоградський національний технічний університет

В централізованих системах водяного теплопостачання максимальна температура теплоносія при подачі до теплообмінників обмежується значеннями 70 - 95°С залежно від температури навколишнього середовища. Оскільки при регулюванні неможливо врахувати індивідуальні особливості огороджуючих конструкцій всіх приєднаних споживачів, то в системах теплопостачання неминуче виникає проблема «перепалів» та «недопалів».

Для зниження температури мережної води зазвичай використовують елеватор, який вирізняється надійністю, простотою конструкції й невисокою вартістю. Основним недоліком елеватора є неможливість забезпечити пропорційне регулювання температури теплоносія згідно опалювального графіку.

За результатами енергетичних аудитів ряду навчальних закладів бюджетної сфери, проведених спеціалізованої групою енергодосліджень та енергозбереження, виявлено значні «недопали» та «перепали» протягом опалювального періоду, характер яких, показаний на рис. 1. На рисунку 2 представлений розкид температури теплоносія відносно нормативного графіка


94

Рисунок 1 – Динаміка температур теплоносія на протязі опалювального сезону 2010-2011 року за показами теп-

лолічильника (крива 1) та згідно нормативного графіку (крива 2)

Рисунок 2 – Розкид температур теплоносія (точки ×), апроксимований прямою 1, відносно нормативних значень

на вводі (крива 2)

Виявлено, що температура теплоносія часто не відповідає температурному графіку (рис. 1), що призводить до неефективного використання теплової енергії.

Аналіз даних з рис. 2 показав, що за від’ємних температур від -17°С до -3°С спостерігаються «недопали», при цьому, чим нижча температура повітря, тим більший «недопал». Натомість, в усьому діапазоні додатних температур зовнішнього повітря в системі опалення виникають «перепали». Лінійна апроксимація розкидів температур на рис. 2 дала можливість оцінити діапазон розходжень між реальними та нормативними параметрами теплоносія.

Наприклад, на початку опалювального сезону 2010 року при температурі зовнішнього повітря tзовн=10°C – температура теплоносія в подаючому трубопроводі мала б бути t1норм=38,3°C [2], проте реальна температура теплоносія становила t1=48,7°C. Внаслідок цього споживач витрачає додаткові кошти на непотрібний «перепал», відновлюючи комфортну температуру у приміщеннях за допомогою відкриття вікон.

Для економії коштів на оплату теплопостачання за рахунок усунення «перепалів» нами пропонується модернізація елеваторного вузла - автоматизованою системою керування теплоносієм з терморегулятором та додатковим насосом в перемичці замість елеватора, схема якої приведена на рис. 3б.


95

а)

1 – регулятор перепаду тиску; 2 – регулятор пропусків; 3 - контроллер

Рисунок 3 – Схема елеваторного вузла з регулятором перепаду тиску і регулятором пропусків

б)

1 – регулятор перепада давления; 2 – контроллер; 3 – центробежный регулируемый насос

Рисунок 3 – Схема теплового пункта системы отопления с элеватором и центробежным регулируемым насосом на перемычке

«Перепали» можна виключити і при зміні коефіцієнту змішування елеватора. При використанні звичайного елеватора це здійснються шляхом використання регульованого насоса змішувача на перемичці елеваторного вузла (рис 3б.), що дозволить змінювати коефіцієнт змішення і забезпечити подачу мережевої води в систему опалювання з температурою, відповідною опалювальному графіку.

Для забезпечення необхідної температури мережевої води, що поступає в систему опалювання необхідно також визначити необхідний коефіцієнт змішування для дотримання нормативних параметрів теплоносія. Для температурного графіку котельної 125 – 70°С розрахунковий коефіцієнт змішення складає 1,2.

Таким чином, дослідження температур теплоносія та режимів роботи централізованого теплопостачання дозволяє обґрунтувати економічну доцільність встановлення автоматичного регулятора температури (АРТ) та його структуру.

Розрахунковий строк окупності впровадження АРТ становить близько 5 років. Найменші втрати тепла при перепалах за рахунок меншої тривалості періоду непропорційного регулювання в елеваторних схемах систем опалення відповідають відкритій системі теплопостачання. Таким чином, запропонована система АРТ крім економії коштів на оплату «перепалів», створює умови для комфортної і продуктивної праці

Список літератури 1. Методика інспекторських перевірок ЖКС та стану дотримання вимог нормативів енергозбереження у

житловому фонді незалежно від їх форми власності та підпорядкованості.Наказ Держкоменергозбереження 20.12.2002 138


96

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ РОБОТИ КОТЛІВ ПРИ НИЗЬКИХ ТЕПЛОВИХ НАВАНТАЖЕННЯХ

Л.О. Михайлюта, ст. гр. ЕНМ-12М, О.І. Сіріков, доц., канд. техн. наук, І.В. Савеленко, асист. Кіровоградський національний технічний університет

Сезонне навантаження систем теплопостачання змінюється в залежності від температури навколишнього середовища. Теплове навантаження котельних може змінюватися в широких межах, що приводить до неефективного використання котлів та зниження їх енергетичних характеристик. При мінімальному навантаженні котла основну роль грають втрати теплоти в навколишнє середовище. Із зростанням навантаження збільшуються втрати теплоти з димовими газами, а також втрати від хімічної і механічної неповноти згорання палива [1]. Дослідження теплових навантажень шкіл Компаніївського району Кіровоградської області [2] показали, що середній коефіцієнт завантаження котлів коливається в межах 14-62% від їх номінального навантаження. Графік навантаження котельних на протязі опалювального сезону є тотожним у більшості досліджених об’єктів, як і проблема неефективного використання теплової потужності котлів. На прикладі ЗОШ в с. Голубієвичі проведений аналіз теплових втрат будівлі школи який показав, що максимальні теплові втрати об’єкту складають 237 кВт/год. Тому, є виправданим використання двох котлів потужністю по 120 кВт. На рис. 1 приведена динаміка споживання теплової енергії по школі на протязі опалювального сезону.

Статистичні середньомісячні температури по Кіровоградській області рідко перевищують значення -5°С, що обумовлює низький рівень завантаження котельної. Зміна завантаження котельної при роботі одного або декількох котлів на протязі опалювального сезону приведена на рис. 2.

Рисунок 1 – Динаміка споживання теплової енергії на протязі опалювального сезону


97

1 – працюють два котла; 2 – працює один котел;

3 – лінія 100 % завантаження котлів

Рисунок 2 – Завантаження котлів на протязі опалювального сезону

Аналіз графіків на рис. 1 вказує, що теплове навантаження восени та весною вдвічі менше на за навантаження в зимові місяці, це говорить про значну нерівномірність споживання теплової енергії на протязі опалювального сезону. Криві 1, 2 на рис. 2 характеризують завантаженість двох котлів, і відповідно одного котла, на протязі обпалювального сезону. З отриманих графіків видно, що теплове навантаження в декількох місяцях перевищує максимальну теплові можливості одного котла (крива 2). Виникнення таких ситуацій вимагає переходити на режим роботи двох котлів (крива 1).

Дослідження оптимальних режимів роботи котельної за критерієм мінімуму сумарної витрати палива [3] показали, що при малих навантаженнях ККД декількох котлів є більшим

ніж ККД одного котла, що працює з більшим завантаженням. Оптимальний розподіл навантаження між двома котлами відповідає 30 % навантаженню від загального наван-

таження котельної. На рис. 3 приведений графік навантаження котельної ЗОШ Голубієвичі

Рисунок 3 – Завантаження котельної на протязі опалювального сезону

Аналіз графіку приведеного на рис. 3 вказує на необхідність застосування каскадної системи керування [3] котлами даної котельної.Застосування каскадного принципу можливе при використанні двох систем керування. У першій системі використовуються два котла, з баготоступінчатими пальниками, кожен з яких здатний забезпечити 50% розрахункового


98

навантаження. У другій системі використовуються чотири котла з одноступінчатими пальниками, кожен з них може забезпечити 25% розрахункового навантаження. Зрозуміло, що система з чотирьох котлів здатна ефективніше забезпечувати умови розрахункових теплових навантажень. Виходячи з цього можна припустити, що чим більше щаблів в каскадній системі, тим краще вона задовольнить потреби навантаження. Проте, із збільшенням кількості щаблів керування збільшується площа поверхні тепловіддачі системи (огороджуючі конструкції котлів), через яку відбувається втрата тепла, що може звести нанівець переваги підвищеного ККД даної системи.

Теплові системи, що використовують каскадний принцип ефективніші у порівнянні з системами, в яких забезпечення теплового навантаження виконується традиційним способом. Дані системи є сенс впроваджувати при модернізації теплових систем котельних. Можливість використання такого принципу з метою формування оптимального режиму теплопостачання, з точку зору економії палива і підвищення ККД, потребує подальшого дослідження щодо оптимальної кількості котлів.


1. Нагрузка котла и ее влияние на КПД: [Електронный ресурс]/ ООО Котельный завод "РОСЭНЕРГОПРОМ"//статья – 2012 - Режим доступу до веб-сторінки: http://www.kvzr.ru/loading-boiler-impect-efficiency.html

2. Плєшков П.Г. Звіт з енергетичного аудиту закладів освіти бюджетної сфери Компаніївського району Кіровоградської області, /Плєшков П.Г., Серебреннікова С.В., Савеленка І.В., Співак О.В. - СГЕЕ КНТУ, Кіровоград, 2012 р. – 31 с.

3. Экономия топлива в котельных при работе с частичной нагрузкой: [Електронный ресурс]/, Каменецкий Б.Я // Электронный журнал - «Новости Теплоснабжения» - 2008 г - 6 – С. 94 - Режим доступу до журн: http://www.energosovet.ru/stat743.html

ДВОРІВНЕВА НЕЙРО-НЕЧІТКА ЕКСПЕРТНА СИСТЕМА ДЛЯ ОБҐРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ЦІН НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЮ

К.Г. Петрова, асп. Кіровоградський національний технічний університет

Постановка проблеми. Діюча на сьогодні в Україні система тарифів вже застаріла і не сприяє покращенню стану енергетики країни. Дослідження, проведені в [1], показали, що споживачі, котрі розраховуються за диференційованим тарифом знижують нерівномірність графіка електронавантаження (ГЕН) об’єднаної енергосистеми (ОЕС) лише на 10…13 %, а також довели некоректність існуючого тарифного зонування, внаслідок суттєвої зміни конфігурації ГЕН ОЕС за останні 17 років.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Питанням ціноутворення на електроенергетичному ринку, аналізу існуючих цінових систем та їх удосконаленню присвячено значну кількість робіт, в яких обґрунтовується техніко-економічна доцільність застосування диференційованих цін (ДЦ) як найбільш дієвого інструменту управління режимами електроспоживання. Однак, більшість з них базується на витратному принципі ціноутворення і не враховує економічної зацікавленості, особливостей та техніко-технологічних можливостей споживачів в регулюванні попиту на електроенергію (ЕЕ).


99

Тому, актуальним є формування динамічних цін на електроенергію на роздрібному ринку, зокрема, пошук економічного підґрунтя для визначення таких елементів цінових систем: граничних значень диференційованих цін, кількості цінових зон та характеру зміни ціни з урахуванням попиту споживачів в часі.

Метою даної роботи є розроблення цінової системи, яка б враховувала особливості індивідуального режиму електроспоживання, технічні можливості регулювання режиму електроспоживання в часі та фінансово-економічний стан споживача.

Основні матеріали дослідження. Застосування методів нечіткої логіки та нейронних мереж для розбиття на сегменти споживачів роздрібного ринку [2] дозволить забезпечити експерта точною інформацією, підвищити впевненість в прийнятті рішень в умовах лінгвістичної невизначеності, покращить якість логічного висновку за рахунок навчання моделі на існуючому статистичному матеріалі.

Проте, в межах одного сегменту хоча й знаходяться подібні за визначеними критеріями споживачі, але вони все одно відрізняються один від одного. Отже, доцільним є побудова нейро-нечіткої системи, яка не тільки відносить споживача до того чи іншого сегменту, а й визначає для нього розмір максимальної та мінімальної ставки на оплату за ЕЕ.

Використаємо фактори та критерії, запропоновані у [2]. Для реалізації процесу

нечіткого моделювання відносної ціни ( )54321 ;;;; XXXXXfСС MIDі = застосуємо середовище MATLAB та його спеціальний пакет розширення Fuzzy Logic Toolbox.

Система містить 13 проміжних (показники), 5 основних вхідних змінних (фактори) та 1 вихідну змінну. Основні вхідні змінні: кількісні показники електроспоживання ( 1X ), характер режиму споживання ЕЕ протягом доби ( 2X ), вплив споживачів на режим роботи

ЕК (ОЕС) ( 3X ), технічні можливості регулювання режиму електроспоживання у часі ( 4X ) та

фінансово-економічний стан споживача ( 5X ). Вихідна змінна – значення максимальної ставки на ЕЕ (Y ). Структура нейро-нечіткої мережі зображена на рис.1.

Рисунок 1 – Структура вхідних Х1-Х5 та вихідної Y змінних моделі

Опис вхідних Х1-Х5 та вихідної Y змінних будемо здійснювати з використанням квазідзвоноподібної (гаусівської) функції належності, яка має прості часткові похідні і зручна для налаштування моделі, типу:

( ) 21

1X

X bc

µ =− +

, (1)

де −c коефіцієнт концентрації-розтягування функції; −b координата максимуму функції.


100

Графічне представлення функцій належності типу (1) для 5 нечітких термів ω1- ω5 наведені на рис.2а та 2б для вхідної Х1 та вихідної змінних відповідно.

а) б)

Рисунок 2 – Функції належності вхідної змінної «Х1» (а) та вихідної змінної «Y» (б) в діалоговому вікні редактора «FIS Membership Function Editor»

Система нечіткого висновку ґрунтується на певній базі знань можливих станів вхідних змінних Х1-Х5, що являє собою набір правил логічного висновку. База правил містить комбінації сполучень вхідних факторів Х1-Х5 і відповідні їм висновки щодо необхідної ціни на ЕЕ на виході. Кожен з показників Х1-Х5 набуває значень [0;1], що відповідає поняттям «0» - несуттєвий вплив фактора, «1» - дуже високий вплив. Фактори Х1-

Х5 визначаються із залежностей типу (1) [2]. Коефіцієнт на виході MIDі СС=Y варіюється в межах [0;2], що відповідає принципу центрально симетричності надбавок та знижок для ціни на ЕЕ [3].

Правила формуються, наприклад, за схемою «If (Х1 is ω1) and (Х2 is ω1) and (Х3 is ω1) and (Х4 is ω1) and (Х5 is ω1) then (Y is ω1) (1)». У дужках вказано ваговий коефіцієнт, який відображатиме впевненість експерта у справедливості цього правила, нечіткий висновок формується за алгоритмом Мамдані.

На рис. 3а наведено приклад розрахунку Y для споживача з незначним за спожитою потужністю нерівномірним режимом електроспоживання. Для вхідних значень Х1=0,1, Х2=0,92, Х3=0,79, Х4=0,85, Х5=0,7 вихідний ціновий коефіцієнт Y=1,74.

Рис. 3б ілюструє 5–рівневу поверхню нечіткого висновку Y в залежності від вхідних значень «Х1» та «Х2», що, на відміну від 3-ставкового тарифу, є більш дієвим.

а) б)

Рисунок 3 – а) Вид програми перегляду правил нечіткого висновку для вхідних значень Х1=0,1, Х2=0,92, Х3=0,79, Х4=0,85, Х5=0,7;

б) візуалізація поверхні нечіткого висновку Y для системи в залежності від «Х1» та «Х2»


101

Висновки. Розроблена нейро-нечітка експертна система дозволяє проводити

розрахунки MIDі СС з врахуванням характеру режиму споживання ЕЕ протягом доби, впливу споживачів на режим роботи ЕК, фінансово-економічного стану споживача, технічних можливостей регулювання режиму електроспоживання в часі та кількісних показників електроспоживання.


1. Находов В.Ф. Методологія аналізу та корегування впливу диференційованих тарифів на конфігурацію графіків навантаження енергосистеми України / В.Ф. Находов, Т.В. Яроцька, А.О. Горбоненко // Вісник Вінницького політехнічного університету. – Вінниця: ВНТУ, 2011. – 6. – С. 72 – 75.

2. Петрова К.Г. Нейро-нечітке сегментування роздрібного ринку електроенергії / К.Г. Петрова, С.В. Серебренніков, О.І. Сіріков // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. праць КНТУ. Вип. 25, Ч. ІІ. – Кіровоград: КНТУ, 2012. – С. 134 – 141.

3. Серебренніков Б.С. Моделювання диференційованих в часі цін на електроенергію // Наукові вісті НТУУ "КПІ", – 2007. – 4. – С. 24 – 31.

МОДЕРНІЗАЦІЯ АВТОНОМНИХ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ

В.Б. Бондаренко, магістр., С.В. Серебренніков, доц., канд. техн. наук


Одним з ефективних енергозберігаючих способів, що дають можливість економити паливно-енергетичні ресурси та знижувати забруднення навколишнього середовища, є застосування теплових насосів (ТН) як альтернативних джерел при виробництві тепла.

Попередні дослідження показали ефективність застосування ТН на об’єктах де, достатню кількість тепла можна отримувати від ґрунту і каналізаційних стоків, розташованих безпосередньо під будівлями [1, 2].

Проведені на каналізаційних системах лікарні температурні вимірювання показали, що характер зміни температури стоків (рис.1) дозволяє використати їх як джерело низькопотенційної енергії для ТН [3].


102

1

2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Години

Темпе

рату

ра, С

Нижня каналізаційна система Верхня каналізаційна система

1 – нижня каналізаційна система; 2 – верхня каналізаційна система

Рисунок 1 – Залежність температури стічних вод каналізаційних систем від часу доби (09.02.2012р.)

Коливання температур стічної рідини носять закономірний характер. Найтепліші стоки відмічені під час пікових навантажень технологічного процесу. По кривих, що графічно відображають показники температурних коливань в стічній системі, можна відтворити динаміку процесів: робота автоклава супроводжується скидом пари t = 120°С (3х1,5 год, з 7.30 до 12.00 год), робота дистиляторів (вода зливається у каналізацію постійно при t = 54°С, (з 6.00 год до 12.30 год), прання (зливається з машин при t = 65°С, з 8.30 год до 12.30 год) тощо.

Водночас, малі коливання температури стоків уночі (рис. 1), викликані діями чергового медичного персоналу та пацієнтів (близько 280 осіб).

Температура стічної рідини, яку зазвичай зливають в каналізацію, досягає взимку 38°С, і її тепловий потенціал слід використовувати. В той же час, нерівномірність витрати стічної рідини протягом доби припускає необхідність залучення додаткових джерел низкопотенціального тепла. Такими джерелами можуть слугувати маса ґрунту, на якому стоїть будівля.

Енергетичний потенціал ґрунту залежить від геології місцевості, типу ґрунту і глибини залягання ґрунтових вод [3]. Кількісною характеристикою енергетичного потенціалу ґрунту (тепла, що відбереться) є залежність розподілу температури ґрунтів від глибини. Динаміка зміни температури ґрунту на різних глибинах, дозволяють визначити запаси енергії і в наступному сформулювати вимоги до ТН.

Тепло, яке піднімається на гору з більш глибоких прошарків землі, практично не залежить від коливань температури на зовні. Корисна кількість тепла і площа необхідної поверхні теплообміну в істотній мірі залежать від теплофізичних властивостей ґрунту.

Проведені нами дослідження залежності змін температури зовнішнього повітря від температури ґрунту із зовні та під лікувальними корпусами (підвальні приміщення) показали характер зміни температури ґрунту впродовж з 09.02.2012р. по 11.02.2012р. (рис.2).


103

1

2

3

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Години

Темпе

рату

ра, С

Температура зовнішнього повітря Температура грунта на зовні Температура грунта під фундаментом

1 – температура повітря назовні; 2 – температура ґрунту назовні при глибині 0,8 м;

3 – температура ґрунту у підвальному приміщенні при глибині 0,8 м від рівня підлоги, та 6,8 м від поверхні землі

Рисунок 2 – Графік залежності температури ґрунту назовні і у підвальному приміщенні від температури повітря назовні

На глибині 0,8м (від рівня підлоги підвалу) зафіксована зміна температури ґрунту в діапазоні близько 10,6…11,1 °С, що є фактично стабільною. Це пов'язано з впливом теплових потоків від глибших шарів ґрунту і неможливості впливати зовнішніх температур повітря [1]. Сезонні коливання температури повітря практично не впливають на температуру ґрунту на глибинах, більших за 8,6 м. На цій глибині сезонні зміни температури ґрунту лежать в межах від +10 до +12°С.

На глибинах, більших за 8,6 м знаходяться горизонти залягання ґрунтових вод, що є досить потужним акумулятором низкопотенциальной енергії і чинить істотний вплив на температурне поле у вищерозміщених шарах ґрунту.

В даному місцевому регіоні (біля р. Інгул) на глибині 12…18 м за даними геодезії існує водоносний прошарок, а це – додаткове низкопотенціальне джерело енергії для ТН.

Попередні розрахунки необхідної кількості тепла на опалювання приміщення площею 250 м2 показують, що при використанні теплового насоса вистачає 10 м3/ч води з початковою температурою 10°С.

Спільна робота стічного і ґрунтового теплообмінників в єдиному контурі циркуляції, що працює безупинно, запобігатиме переохолодженню ґрунту, який при непрацюючому компресорі теплового насоса прогрівається теплотою стоків, сприяючи ефективнішому виробленню теплової енергії [6].

Наукова інформація, отримана в результаті експериментальних досліджень температур, достатня для того, щоб на її основі проектувати ТН для інших закладах того ж типу, що ефективно використовують енергію каналізаційних стоків і ґрунту.

Попередні розрахунки показали, що величина сумарного теплового потоку від ґрунтового та стічно-каналізаційного теплообмінників становить:

Q∑ == Qст + Qгр= 25,44…55,68 + 198,9 = 224,34…254,58 кВт. Вартість ТН складає 68985 Є, потужність (спожита/що віддається) 55,9 кВт/243,6 кВт. Економія покупної теплової енергії становить: ∆Q = Qср· 0,86 · Т = 0,24МВт · 0,86 · 24год · 30діб = 144 Гкал/міс


104

Економія в оплаті теплової енергії становить 21408 грн/міс. Термін окупності ТН (без вартості робіт та ін.): Враховуючи, що опалювальний сезон триває 185 діб, отримуємо: Т = вартість котла / економія = ((68985Є · 11грн/Є) / 21408) · 365/185 = 69,9 міс. = 5,8

років. Висновки 1. Температура стічної рідини, яку зазвичай зливають в каналізацію, досягає взимку

31°С. Використання потенціалу стічних теплообмінників забезпечує близько половини теплової потужності ТН. Величина питомого теплового потоку від поверхні стічного теплообмінника знаходиться в інтервалі значень 0,53-1,16 кВт/м, а загальна величина теплового потоку теплообмінників коливається в діапазоні 25,44…55,68 кВт.

2. Спільна робота стічного і ґрунтового теплообмінників в єдиному контурі циркуляції, що працює безупинно, запобігатиме переохолодженню ґрунту, який при непрацюючому компресорі ТН прогрівається теплотою стоків, сприяючи ефективнішому виробленню теплової енергії.


1. Везиришвили О. Ш. Тепловые насосы и экономия топливно-энергетических ресурсов / О. Ш. Везиришвили // Изв. высш. учеб. завед. Энергетика. – 1984. – 7.

2. Плєшков П.Г., Серебренніков С.В., Бондаренко В.Б. Енергозаощадження в регульованих електроприводах з перетворювачами частоти на IGBT-транзисторах// Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. Технічні науки. Вип.101 – Харків: ХНТУСГ, 2010. – С.88-89.

3. Теплові помпи для опалення і кондиціонування будинків в кліматичних умовах України / Л. С. Богданович, О. С. Клепанда, А. М. Мурач та ін.// Ринок інсталяційний. – 2000. – 6.

ПОРІВНЯЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ОСВІТЛЕННЯ ВІД СВІТЛОДІОДНИХ І ТРАДИЦІЙНИХ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

І.В. Савеленко, асист., С.В. Серебренніков, доц, канд. техн. наук,

О.С. Корень, ст, гр. ЕНМ-12М Кіровоградський національний технічний університет

У навчальних закладах найбільшу частку електронавантаження складає освітлення, тому проведення енергоаудиту на таких об’єктах ускладнюється необхідністю вирішення двох антагоністичних завдань – з одного боку, забезпечення високої освітленості у навчальних приміщеннях (згідно СНіП 23-05-95 “Природне і штучне освітлення” рівень освітленості робочої поверхні має становити Е=400 лк), а з іншого – максимально можливе електроощадження.

Світловий потік природного освітлення залежить від розмірів і стану оскління вікон, а також від географічного та часового чинників, на які не можливо вплинути. Тому для підтримки необхідного рівня освітленості, особливо у вечірній час, використовують штучне світло.

Метою розрахунку систем штучного освітлення є визначення потужності та розміщення джерел, необхідних для створення на робочих місцях нормованої освітленості.


105

Результати енергоаудиту закладів освіти свідчать, що встановлене освітлення не завжди задовольняє основним вимогам: забезпечити відповідний до характеру виконуваної роботи нормативний рівень освітленості; бути рівномірним, забезпечувати правильний спектр випромінювання і оптимальний напрям світлового потоку; бути безпечним та чинити сприятливу біологічну дію.

Системи комбінованого освітлення дозволяють вирішити проблему недостатньої освітленості і формування необхідного спектру світлового потоку. Cистема комбінованого освітлення може бути реалізована за наявності одночасно двох груп світильників – загального і місцевого освітлення. Освітленість робочої поверхні, що створюється світильниками загального освітлення в системі комбінованого, повинна складати не менше 10% від рівня комбінованого освітлення, але не менше 150 лк при використанні газорозрядних ламп і 50 лк – при використанні ламп розжарювання [1]. Цю умову необхідно виконувати, щоб уникати світлових контрастів між робочою поверхнею і навколишнім простором.

При високих значеннях нормованої освітленості витрата електроенергії в умовах системи комбінованого освітлення менша, ніж в умовах загального освітлення.

У роботі розглянуті питання оптимізації комбінованого освітлення при використанні ламп, закріплених на стелі, різних типів: ламп розжарювання, люмінесцентних і світлодіодних ламп.

Для аналізу рівня освітленості на робочій поверхні проводилися вимірювання за допомогою люксометру LX1010BS в навчальній аудиторії площею 6х6 м, висотою у 3,1 м. В якості контрольного об’єкту обрано робочу поверхню парт (0,7 м від підлоги) найвіддаленішого на відстань 4,5 м від вікон ряду.

На рис.1 представлені результати сумісних експериментальних досліджень розподілу освітленості робочої поверхні навчальної аудиторії при використанні різних джерел світла.

1 – лампи розжарювання (розташовані по центру в один ряд); 2 – лампи розжарювання, розташовані у два ряди;

3 – люмінесцентні лампи, розташовані у два ряди; 4 – комбіноване освітлення за схемами 1 та 3; 5 – світлодіодні лампи у два ряди

Рисунок 1 – Освітленість робочої поверхні парт при використанні різних типів ламп


106

Дослідження проводилося при закритих жалюзях. Для нівелювання похибки, викликаної залишковим природнім освітленням через нещільності жалюзей, була визначена освітленість при вимкнених лампах, яка склала 8 лк. Похибка від нещільності жалюзей враховувалась за принципом суперпозицій двох світлових полів – при включених світильниках і при вимкненому освітленні. В результаті відмінність між експериментальними та розрахунковими даними освітленості не перевищила 7%.

З рис. 1 видно, що освітленість від лампи розжарювання, розташованої по центру робочої поверхні має не тільки мале значення (Еmax1< 50 лк), а і вкрай нерівномірне поле з розкидом освітленості ∆Еmax1 відносно середнього значення:

∆Еmax1 = 2·ЕмінЕмахЕмінЕмах

+− ·100%= 78,8%.

Розташування ламп розжарювання у два ряди дещо покращує ситуацію (див. рис.2, криву 2), ∆Еmax2=32,1%, проте рівень освітленості залишається недостатнім (Еmax2≤ 70 лк). Це пояснюється забороною на виробництво і використання енерговитратних ламп розжарювання потужністю понад Р=100 Вт та тим, що лише 4…5% від Р йде на освітлення, а решта 95% – на нагрів.

Ситуація докорінно покращується при використанні люмінесцентних ламп, розташованих у два ряди (див. рис.2 криву 3), при цьому середній рівень освітленості робочої поверхні має практично нормативне значення Е=390 лк. Нерівномірність освітленості ∆Еmax3=12,8% майже в двічі менша від ∆Еmax1, що пояснюється видовженою по координаті L геометрією люмінесцентних ламп з довжиною 1,2 м.

Проте, недоліком люмінесцентного освітлення є мерехтіння світла з частотою 100 Гц. Цікаво, що світлодіодні лампи аналогічної геометрії і довжини мають більш

рівномірне поле ∆Еmax5 =7,4% (див. рис.1, криву 5), що обумовлене наявністю лінз розсіювання, які формують кутову діаграму сили світла (див. рис.2б).

а) б)

а – світильник з люмінесцентною лампою (ЛЛ); б – світильник з світлодіодною лампою (СДЛ)

Рисунок 2 – Розподіл сили світла в залежності від кута падіння світлового потоку вздовж осі лампи (криві 1,3) та впоперек осі (криві 2,4)

З рис.2а,б видно, що кутові характеристики світлових потоків від ЛЛ та СДЛ схожі за конфігурацією, але сила світлового потоку світлодіодної лампи (130…260 кД) перевищує потік люмінесцентної лампи (80…155 кД) майже вдвічі. Особливістю СДЛ є і те, що її світловий конус є ширшим у порівнянні з ЛЛ.


107

Основним недоліком світлодіодних ламп є наявність у відбитому розсіяному світлі блакитної складової, яка є небезпечною для сітківки ока, особливо молоді до 20 років [2]. Крім того, на сьогодні світлодіодні лампи на порядок дорожчі за люмінесцентні.

Тому нами запропоновано: за рахунок комбінованого освітлення вирівняти поле освітленості, зменшити мерехтіння світла і сформувати необхідний спектр світлового потоку, розташувавши посередині між двома рядами люмінесцентних ламп один ряд ламп розжарювання. При цьому суттєво підвищилась рівномірність освітлення ∆Еmax4 =7,5% (крива 4 на рис.1) внаслідок суперпозиції розподілів 1 та 3 на рис.1. Мерехтіння стало менш помітним внаслідок більшої інерційності ламп розжарювання. Крім того, лампи розжарювання мають спектр світлового потоку найбільш близький до сонячного, що поліпшує передачу кольорів.

Таким чином, запропонований варіант комбінованого освітлення дозволив вирішити означені проблеми, притаманні окремим видам джерел світла, при мінімальних витратах коштів.


1. СНіП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». 2. Зак П.П., Островский М.А. Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и

подростков / Светотехника: науч.-техн. жур. - 3 – 2012. – С. 4 – 7. 3. http://www.ngpedia.ru/id426176p4.html

ЗЕЛЕНИЙ ТАРИФ ЯК АЛЬТЕРНАТИВНЕ МАЙБУТНЄ УКРАЇНИ

А.В. Чуйкова, ст. гр. ЕЕ 12-М, А.І. Котиш, доц., канд. техн. наук


Зелений тариф – економічний механізм, спрямований на заохочення генерації електроенергії відновлюваною енергетикою. Застосування зеленого тарифу зазвичай включає використання наступних інструментів:

− Гарантований доступ до енергомережі; − Довгострокові контракти на придбання електроенергії; − Встановлення відносно високих закупівельних цін, які враховують вартість

відновлюваних джерел енергії. Регіональні або національні електропостачальники зазвичай зобов'язані купувати

електроенергію, вироблену з відновлюваних джерел. У багатьох країнах гарантується придбання електроенергії, що отримується з поновлюваних джерел енергії в рамках довгострокових (15-25 років) контрактів.

Зараз використання відновлюваної енергії в Україні, за виключенням великої системи гідроенергії, складає менше 0,5% від загальних потреб енергії, стверджує ЄБРР (Європейський банк реконструкції та розвитку).

Відновлювана енергія вітру, сонця та біомас складає менше ніж 1% від енергоринку України. В наступні 5 років цей показник можна збільшити до 10%. І гідроенергія може також зрости від 7 до 10%.Уряд України планує підняти рівень альтернативної енергетики до 30% за наступні 4 роки.


108

Хоча проекти з використання сонячної енергії та енергії вітру з’являються то тут то там в Україні, цього все ще не достатньо для запуску цілого ринку.

Південно-східні регіони України, особливо Крим, мають найбільший потенціал сонячної енергії, річний об’єм енергії, що отримує Україна, складає 1200 кВт*г/м2

У червні Україна завершила будівництво першої сонячної електростанції в Криму, що здатна задовольнити енергопотреби 5000 будинків [1].

Рисунок 1 – Сонячна електростанція в Криму

В звіті ЄБРР сказано, що вітрові електростанції можуть задовольнити від 20 до 30% енергопотреб України. Найбільший потенціал України щодо роботи вітрових електростанцій знаходиться на узбережжях Чорного та Азовського морів, а також в Карпатах, на Прикарпатті та Закарпатті.

Щодо біомас, то Україна зараз отримує 1,5% енергії, використовуючи такі ресурси. Однак не використаного біопалива в країні значно більше, зважаючи на досить великий сільськогосподарський сектор, який постачає величезну кількість перегною. ЄБРР стверджує, що Україна могла б виробляти в 10 разів більше енергії, застосовуючи цю технологію, ніж зараз.

Станом на 5 січня 2012 р. величини зеленого тарифу на електричну енергію, вироблену з альтернативних джерел енергії, складають:

Таблиця 1 – Ставки зеленого тарифу в Україні.

Тип генеруючи потужностей Тариф, коп./кВт-год

Сонячна енергія 505,09

Біомаса 134,46

Вітроелектростанція 122,77

Малі ГЕС 84,18

Експерти енергетичного ринку відзначають, що зелений тариф в Україні досить високий. Наприклад, у Німеччині діапазон зелених тарифів діє, починаючи з 39 коп./кВт-год (об'єкти гідроенергетики понад 50 мВт) і закінчуючи максимальним 448,15 коп./кВт (сонячні


109

системи до 30 кВт). Більш високі тарифи в Україні пов'язані з підвищеним економічним ризиком, з яким може зіткнутися інвестор [2].

У січні 2012 року, як зазначено на сайті Національної комісії, що здійснює державне регулювання у сфері енергетики (НКРЕ), зелений тариф використовує 60 енергогенеруючих компаній: 8 - з енергії вітру, 2 - з біомаси; 18 - з енергії сонячного випромінювання і 32 - з енергії води (малі ГЕС)

За оцінками експертів, розвиток українського ринку альтернативної енергетики сприяє розвитку науково-технічного потенціалу держави.

Певний оптимізм у плані перспективи викликає і нова енергетична стратегія, яка була схвалена урядом ще на початку 2006 року. Цей стратегічний документ передбачає збільшення використання нетрадиційних джерел енергії до 2030 року до 40,4 млн т н.е. (тонн нафтового еквіваленту). При цьому найбільше зростання очікується у використанні сонячної енергії і вітряних електростанцій. У 2030 році загальна потужність електростанцій з виробництва електроенергії з альтернативних джерел енергії (за винятком біопалива та малих ГЕС) має зрости до 2,1 ГВт.

Список літератури 1. Інтернет-ресурс. - Режим доступу: http://www.kyivpost.ua/business/article/energetika-ukrayini-zeleni-

tehnologiyi-abo-bankrutstvo-26088.html 2. Інтернет-ресурс. - Режим доступу: http://finance.obozrevatel.com/economy/34615-sekretyi-zelenogo-

tarifa.htm. РОЗРОБКА ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА СИГНАЛІЗАТОРА ОБЛЕДЕНІННЯ ПРОВОДІВ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ РОЗПОДІЛЬЧИХ

МЕРЕЖ 6-10 КВ

А.О. Мірончук, ст. гр. ЕЕ11, О.А. Козловський, асист. Кіровоградський національний технічний університет

Ожледно-паморозеві відкладення (ОПВ) становлять найбільшу небезпеку для повітряних ліній розподільчих мереж 6-10 кВ, які мають відносно низьку механічну міцність та вичерпали проектний термін експлуатації. Підвищити надійність таких повітряних ліній електропередачі (ПЛЕ) можливо застосовуючи електротепловий метод захисту від ОПВ – плавку ожеледі (ПО).

Ефективність ПО залежить від часу її проведення, якщо плавка рання або запізніла, то вона буде неуспішна. Для завчасного проведення ПО необхідно використовувати прогноз часу можливого початку обледеніння проводу ПЛЕ.

В останній час отримали широке застосування інструментальні методи, прогнозування появи ожеледі. Ці методи базуються на використанні пристроїв, які контролюють метеорологічні параметри атмосфери та термодинамічні параметри поверхні, що має обледеніти.

Найбільш доцільним є метод згідно якого відрізок проводу контрольованої ПЛЕ охолоджують зі сталою швидкістю, до появи на ньому штучного ОПВ, при цьому фіксують проміжок часу від початку охолодження до появи штучних відкладень. Прогнозований час


110

обледеніння проводу визначається на основі тривалості паузи між вимірюваннями та значеннями часу охолодження на і-му та і+1-му проміжках.

Для реалізації представленого способу розроблено вимірювальний перетворювач (ВП) основою якого є провід типу А (АС). Для контролю появи ОПВ на ВП одна із його дротин електрично ізолюється від інших, внаслідок чого за значенням електричного опору між утвореними електродами можливо судити про наявність ОПВ. Охолодження/нагрів вимірювальної частини перетворювача, що рівна довжині одного кроку повиву проводу, здійснюється за допомогою термоелектричного модуля (ТЕМ).

Розрахунок ПВП проводився у два етапи: 1) визначення необхідної потужності охолодження при якій температура на кінці ПВП рівна -1°С, при температурі навколишнього повітря та дощу +2°С; 2) моделювання режимів роботи ТЕМ.

Із-за складної геометричної форми розрахунок ВП проведено за допомогою модуля CFX програмного середовища ANSYS. Рух текучого середовища моделювався за допомогою системи рівнянь Навье-Стокса з урахуванням турбулентності. При моделюванні ВП вважалося: повітря – ідеальний газ; тепловий опір між окремими дротинами вимірювальної частини рівний нулю; не розглядалась ізоляційна прокладка між дротинами; фазовий перехід плівки води на поверхні враховано через граничну умову Boundary Source.

Моделювання виявило, що холодопродуктивність ТЕМ для ВП, виготовлених із проводів марок А-50, АС-50, лежить у межах від 20 до 50 Вт в залежності від довжини кроку повиву конкретного проводу.

Використання удосконаленого прогнозу часу появи ОПВ та розробленого ВП дозволить своєчасно проводити плавку ожеледі у розподільчих мережах 6-10 кВ, а отже, підвищити надійність електропостачання споживачів.

ЗАСТОСУВАННЯ АЛГОРИТМІВ З ДИФУЗІЄЮ ПОХИБКИ ДЛЯ ІМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОПЕЧЕЙ

ОПОРУ

В.В. Спориш, асп., А.Ю. Орлович, проф., канд. техн. наук Кіровоградський національний технічний університет

Найпоширенішими серед усіх електротермічних установок (ЕТУ) є електричні печі опору (ЕПО). За кількістю вони складають близько 90% всіх діючих ЕТУ, і їх сумарна споживана потужність становить до 75% потужностей ЕТУ. Таким чином пошук нових способів регулювання потужності ЕПО, що дозволяють поліпшити енергетичні показники є актуальним завданням.

Найбільш поширеними способами імпульсного регулювання потужності є фазо-імпульсне та широтно-імпульсне регулювання. Проте обидва способи мають недоліки: так при фазо-імпульсному регулюванні в спектрі споживаного струму містяться вищі гармонійні складові частот, кратних мережевій, а при широтно-імпульсному регулюванні знижується плавність регулювання та в спектрі струму замість вищих гармонійних складових виникають субгармонійні. Але вважається що їх вплив на живильну мережу в порівнянні з виникаючими при фазо-імпульсному регулюванні вищими гармонійними складовими виражено слабше.


111

Для підвищення плавності регулювання та зменшення впливу субгармонійних складових за рахунок підвищення частоти комутацій, найбільш доцільно використовувати метод з застосуванням модуляції щільності імпульсів. При цьому ввімкнені імпульси на заданому проміжку (кадрі) рівномірно розподіляються таким чином, щоб відношення ввімкнених та вимкнених імпульсів відповідало відсотку заданої потужності. Приклад розподілу ввімкнених імпульсів для різної потужності наведений на рисунку 1.

Для розподілення імпульсів можливо застосовувати алгоритми які використовують шаблони. Шаблон задається на деякій кількості тактів (кадрі). Кількість тактів в кадрі (довжина кадру) визначає роздільну здатність, з яким задається щільність імпульсів. Проте при необхідності регулювати потужність з високою точністю, виникає проблема, пов’язана з необхідністю зберігати велику кількість довгих шаблонів. Тому доцільно використовувати алгоритми з дифузією похибки, тобто алгоритми які перерозподіляють похибку, викликану квантуванням. Найбільш доцільно використовувати алгоритми, які мають варіанти з цілочисельними розрахунками, наприклад алгоритм Брезенхема. Зазвичай цей алгоритм використовується для побудови відрізків на дискретному (растровому) екрані. Він достатньо легкий в реалізації та дає хороший кінцевий результат. При застосуванні такого алгоритму з дискретністю регулювання в 1% достатньо довжини кадру в 100 імпульсів (напівперіодів), при цьому відносна похибка середнього швидко затухає і після 10 кроків стає менш ніж 10%, а після 50-60 кроків не перевищує декількох процентів.

Рисунок 1 – Варіант набору шаблонів

Проте при застосуванні такого принципу в мережах змінного струму, якщо в якості імпульсу використовувати ввімкнення напівперіоду синусоїди, виникає постійна складова. Постійний струм виникає за рахунок розбіжності в кількості позитивних і негативних напівперіодів, і досягає максимуму при значенні потужності 50%, коли фактично відбувається випрямлення змінного струму.

Для боротьби з постійною складовою необхідно в якості імпульсу використовувати повний період синусоїди, або в алгоритм добавити додаткову умову: кожен наступний ввімкнений полуперіод може бути тільки протилежної полярності від попереднього ввімкненого. Останній метод дає в більшості випадків вищу частоту модуляції вихідного сигналу, що зменшує вплив на живлячу мережу.

Таким чином при регулюванні потужності за допомогою методу з застосуванням модуляції щільності імпульсів підвищується плавність регулювання, зменшується вплив


112

субгармонійних складових на мережу, а за рахунок застосування цілочисельних алгоритмів з дифузією похибки значно спрощується реалізація даного методу при застосуванні мікроконтролерної бази.


1. Буре А.Б. Разработка систем питания электротехнологических установок с улучшенными показателями качества электрической энергии: Автореф. дис. канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 1998, - 20 с.

2. Погребисский М.Я. Разработка способов и систем регулирования температуры электропечей сопротивления с улучшенными энергетическими показателями : Автореф. дис. канд. техн. наук – Москва: ЭТУ, 2001.- 18 с.

3. Ильгачев А.Н. Оптимальное широтно-импульсное управление электрическим режимом группы электротехнологических установок. - Тр./ Академия электротехнических наук Чувашской республики. Чебоксары: 1999, вып. 1 - 2, - с. 103 -109

ПЕРЕДУМОВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ТРИГЕНЕРАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

НА ПІДПРИЄМСТВАХ УКРАЇНИ

Д.В. Тлуста, ст. гр. ЕНМ-12М, В.І. Кравченко, доц., канд. техн. наук


Складний економічний стан енергетичної галузі, а також зростання цін на енергоресурси потребує економічного і раціонального їх використання, пошуку альтернативних джерел вироблення електричної і теплової енергії та модернізації більшості промислових підприємств.

Підвищення ефективності використання енергії та палива на підприємствах – це беззаперечний шлях до підвищення їх конкурентоспроможності та рентабельності. Заходи по підвищенню енергоефективності виробництва можна диференціювати на наступні:

− організаційні заходи, тобто удосконалення менеджменту виробничими процесами, в основному без потреби у додаткових інвестиціях;

− впровадження додаткового обладнання для підвищення енергоефективності (наприклад, утилізаторів теплоти, теплоізоляції тощо);

− заміна обладнання на більш енергоефективне в процесі реконструкції підприємств; − впровадження нових технологій, які змінюють технологічний процес на менш

енерговитратний. В ситуації, яка склалася для українських підприємств, необхідно впроваджувати

енергозберігаючі технології та альтернативні джерела енергії, але якщо друге завжди було занадто дорогим, то енергозберігаючі технології є доступніше. Щоб як менше залежати від зовнішніх факторів підприємствам доцільно впроваджувати власні автономні джерела електро та теплопостачання. Одним із варіантів є використання установок комбінованого виробництва електричної і теплової енергії (когенераційні установки). Такі агрегати встановлюють у безпосередній близькості до споживача, що значно скорочує втрати енергії при її передачі і транспортуванні. Крім того, одержуючи автономне джерело електроенергії і теплоти, споживач стає незалежним від монопольних постачальників теплової і електричної енергії. В Україні вже існує перший досвід впровадження когенераційних установок.


113

Вочевидь, що при реалізації проектів когенерації на українських підприємствах у майбутньому ставку потрібно робити на вибір когенераційного обладнання, що має максимальну ефективність. Тим більш, що вітчизняне машинобудівництво має потужності по випуску газотурбінних двигунів («Мотор-Січ», «Сумське машинобудівне НВО»), а також серійно перероблених у газопоршневі дизельних установок («Первомайськдизельмаш»).

Термін тригенерація було одержано як логічне продовження когенерації. Під ним розуміється перетворення палива одночасно у три корисних енергетичних продукти: електроенергію, теплоту (гарячу воду або пару) і холод (охолоджену воду). Комбіноване виробництво цих видів енергії на сьогодні є одним з найбільш сучасних технологічних рішень в плані і підвищення енергетичної ефективності, і рішення екологічних проблем. По суті тригенераційна система являє собою когенераційну систему, в якій частина теплоти використовується для охолодження води за допомогою абсорбційної холодильної системи. Цей спосіб вигідний передусім з точки зору експлуатації когенераційної установки, тобто дає можливість використовувати теплоту і влітку, поза терміну опалювального сезону і забезпечувати тим цілорічний термін роботи установки. Холод, що одержується в абсорбційному холодильнику, крім застосування для технологічних процесів на підприємствах, може застосовуватися всюди, де потрібне кондиціювання повітря – в адміністративних будинках, лікарнях, готелях, тощо.

Однією з найважливіших переваг впровадження технології тригенерації є підвищення надійності енергопостачання. Ціна надійного електропостачання достатньо висока: відсутність або раптове відключення енергопостачання несе за собою недоодержання прибутку, а можливо збитки та втрату ділової репутації. Аварійні відключення можуть бути причиною виходу з ладу дорогоцінного обладнання, втрат сировини і псування продукції. Крім того, при наявність власної міні-ТЕЦ усуваються організаційні, фінансові та технічні


114

проблеми при реконструкції і зростанні потужностей підприємства, оскільки не потрібне прокладання нових ліній електропередач, будівництво нових трансформаторних підстанцій, перекладення теплотрас. Також важливо, що в такій ситуації власник підприємства захищений від монопольного підвищення тарифів на енергопостачання.

Список літератури 1. Фирсова, Е.В. Возможность тригенерации энергии при эксплуатации мини-ТЭЦ / IX Международная

научно-практическая конференция «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» Министерство промышленности и науки Свердловской области / Екатеринбург 2010. С.9-13.

2. Орехов И.И., Тимофеевский Л.С. Абсорбционные преобразователи теплоты. Л.: «Химия» Ленинградское отделение 1989.

АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВИ ПІДВИЩЕННЯ ПРОПУСКНОЇ СПРОМОЖНОСТІ І КЕРОВАНОСТІ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ ЗМІННОГО

СТРУМУ

І.В. Биченко, ст. гр. ЕЕ 11скт, А.П. Свірідов, доц., канд. техн. наук


Враховуючи нестабільну економічну ситуацію в Україні (зростання цін на окремі види палива та електроенергетичне обладнання, матеріали та будівельно-монтажні роботи, дефіцит фінансових коштів для закупівлі обладнання), до 2020 року намічається мінімальний обсяг введення нових електромережних об'єктів. При цьому необхідно обов'язкове забезпечення:

− нормативних умов видачі потужності електростанцій; − надійного енергопостачання споживачів; − планованих поставок експорту електроенергії; − подальшого розвитку способів протиаварійного керування, зв'язку, телемеханіки,

облікуелектроенергії для реалізації стійкої і надійної роботи ОЕС України з енергооб'єднаннями Росії, країн Східної Європи.

Успішне вирішення завдань, які стоять перед енергетикою України, можливе тільки принаявності державної стратегії, що спирається на сучасну методологію проектування і експлуатації, нові наукові напрями та технічні рішення, спрямовані на підвищення надійності, стабільності, економічної ефективності передачі електричної енергії.

Як показує практика, сформовані ринкові відносини між суб'єктами проектних рішень вимагають нового наукового напрямку і, перш за все, в стратегії розвитку ліній електропередачі і електроенергетичної системи в цілому.

До основних напрямків у вдосконаленні структури ПЛ насамперед слід віднестизбільшення пропускної здатності ліній електропередачі (ЕП), зниження збитку від впливу на екологію навколишнього середовища та інженерні комунікації.

Вплив ПЛ електропередачі на навколишнє середовище пов'язане з негативним впливом наживі організми та інженерні комунікації, а також з відчуженням земельних ділянок, скороченням сільськогосподарських, лісових і мисливських угідь. ПЛ порушують


115

цілісність полів і кормових угідь, сприяють зростанню бур'янів, створюють перешкоди для обробки полів з повітря, застосування агротехніки, зрошення.

Крім зазначених екологічних впливів, ПЛ є також джерелом виникненнярадіоперешкод і перешкод у високочастотних каналах зв'язку ПЛ. На їх рівень впливають конструктивні параметри ліній, погодні умови і стан поверхні проводів.

Відомо, що конструктивні рішення ПЛ істотно впливають на технічні характеристики передачі електричної енергії. Так на ряду з ПЛ традиційного конструктивного виконання існують: компактні повітряні лінії (КПЛ); керовані самокомпесуючі повітряні лінії (КСПЛ); повітряні лінії з ланцюгами різних класів напруги (комбіновані ПЛ); повітряні лінії з ізольованими проводами (ПЛІ).

Для реалізації зазначених цілей слід розглядати керовані електропередачі змінного струму підвищеної пропускної здатності, які являють собою комплекс технічних рішень, що передбачають застосування одноланцюгових ібагатоланцюгових компактних ПЛ, принципів управління та сучасних засобів регулювання з включенням в них пристроїв, що змінюють опір елементів мережі.

Основна ідея керованих електропередач змінного струму підвищеної пропускної здатності полягає в тому, щоб створити повітряні лінії електропередачі (ПЛ) з заданою величиною пропускної здатності, що забезпечують в процесі роботи режимні характеристики, що відповідають усім нормативним вимогам, заданим показникам якості, економічності і надійності передачі і розподілу електроенергії, як між системами, так і всередині енергосистем.

Для них застосовні всі пристрої типу FACTS (Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystems), а також нові технології активно-адаптивних мереж, званих за кордоном Smartgrid («Розумні мережі»).

Збільшення пропускної спроможності електричної мережі за рахунок застосування компактних ПЛ в поєднанні з пристроями FACTS виявляється одним з найбільш економічних засобів розвитку електричних мереж, оскільки дозволяє знизити витрати на передачу потужності і енергії за рахунок зменшення питомих витрат на будівництво ПЛ і більш ефективного використання пристроїв регулювання. При цьому треба враховувати додатковий ефект за рахунок підвищення ефективності використання провідникового матеріалу лінії і скорочення площі земельних угідь, відчужуваних під ПЛ. За кордоном широке застосування знайшли компактні ПЛ із зменшеними відстанями між фазами (компактні лінії) на напругу 110-500 кВ. Конструктивно ПЛ виконані як одноланцюговітак і багатоланцюгові, так і з розташуванням на одній опорі ланцюгів різних номінальних напруг.

Дані типи повітряних ліній електропередачі відрізняються від звичайних ПЛ насамперед значно зменшеними відстанями між фазами. При цьому обов'язковими є умови виконання вимог щодо обмежень мінімально допустимих ізоляційних проміжків «фаза-фаза» по максимальним робочим напруженням, а також грозових і комутаційних перенапруг.

ПЛ нового покоління (компактні ПЛ і керовані самокомпенсуючі ПЛ) у поєднанні з пристроями FACTS в порівнянні з ПЛ традиційної конструкції дозволяють:

− знизити сумарні витрати на 10-20% у розрахунку на одиницю переданої потужності;

− здійснювати примусовий перерозподіл потоків активної та реактивної потужності; − підвищити ефективність використання пристроїв регулювання реактивної

потужності; − зменшити сумарну потужність і вартість пристроїв регулювання потужності і

напруги; − знизити сумарні втрати електроенергії в енергосистемі; − підвищити механічну стійкість ПЛ при дії несприятливих атмосферних чинників;


116

− скоротити в 1,5-2 рази площі земельних угідь, відчужуваних під повітряні лінії при передачі однакової потужності;

− забезпечити управління величиною і напрямком потоків потужності в електричних мережах.

Вибір розташування і конструкції фаз одноланцюгових і багатоланцюгових ПЛ нового покоління зумовлений необхідністю поліпшення електричних параметрів ліній за рахунок зміни параметрів електромагнітного поля в міжфазному і навколишньому просторілінії. Посилення електромагнітного поля всередині лінії за рахунок зближення фаз дозволяє збільшити пропускну спроможність і поліпшити електричні та технічні параметри ПЛ. Ослаблення електромагнітного поля в зовнішньому просторі приводить до поліпшення екологічних показників ПЛ.

Керовані самокомпенсуючіПЛ (КСПЛ), крім того, дозволяють в процесі зміни величини переданої по лінії потужності здійснювати регулювання параметрів електричного і магнітного поля фаз і ланцюгів, завдяки чому забезпечується керування еквівалентними параметрами ПЛ. Регулювання параметрів ПЛ доцільно здійснювати для забезпечення заданих режимів як лінії, так і енергосистеми в цілому. Дане регулювання здійснюється шляхом зміни кута зрушення системи векторів напруг одного ланцюга по відношенню до системи векторів напруг іншого ланцюга (θ) в межах θ = (0 ÷ 180 °) за допомогою фазоповоротних пристроїв (ФПП, ФРТ), встановлених в місцях приєднання ПЛ до підстанцій. Застосування ФПП (ФРТ) на КСПЛ спільно з іншими пристроями FACTS забезпечує задані параметри ПЛ, високу керованість електричних мереж і дозволяє досягти істотної економії капітальних та експлуатаційних витрат по енергосистемі в цілому, в порівнянні з варіантами традиційних рішень.

Висновки 1. Аналіз результатів проведених на конкретних прикладах досліджень можуть

служити в якості ілюстрації ефективності застосування в енергосистемах компактних ПЛ 220, 500 кВ великої пропускної здатності спільно з фазорегулювальними пристроями та іншими засобами управління.

2. Виконані до теперішнього часу технічні та проектні розробки, а також вже накопичений у попередній період позитивний досвід дозволяють зробитивисновок про технічну та економічну доцільність і реальності практичного застосування ПЛ нового покоління - керованих компактних ПЛ з фазорегулювальними пристроями для збільшення пропускної спроможності такерування потоками потужності в електроенергетичних системах.

Список літератури 1. Александров Г.М. та ін Проектування ліній електропередачі надвисокої напруги / Під ред. Г.Н.

Александрова і Л.Л. Петерсона. - Л: Вища школа, 1983. - 368 с. 2. Астахов Ю.Н., Постолатьєв В.М. та ін Керовані електропередачі. - Кишинів: Штіінца, 1984. - 296 с. 3. Бабушкін В.М., Линник Е.Н, Н.М. Черемісін, В.І. Романченко. Стан електричних мереж ОЕСУкраїни та

стратегія їх ефективності / / Електричні мережі і системи. - 2003. - 1. - С.22-27. 4. Барбашов І.В. Загальна характеристика сучасних електричних систем і мереж. Навчально-методичний

посібник. - Харків: НТУ «ХПІ», 2003. - 124 с. 5. Віників В.А., Астахов Ю.Н., Постолатьєв В.І. Керовані самокомпенсучі лінії електропередачі. -

Інформелектро, деп., 1985., Д1955ен. - 85 с. 6. Постолатьєв В.М., Бикова О.В., Суслов В.М. Можливості створення і технічні

характеристикиодноланцюгових і багатоланцюгових повітряних ліній електропередачі змінного струму підвищеної пропускної здатності з ізольованими проводами для розподільних електричних мереж. / Матеріали VI-го симпозіуму «Електротехніка 2010».


117

СЕЛЕКТИВНИЙ ЗАХИСТ ВІД НЕБЕЗПЕЧНИХ З ТОЧКИ ЗОРУ УРАЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ ЗАМИКАНЬ ФАЗИ НА ЗЕМЛЮ

В МЕРЕЖАХ 6-10 КВ

Д.В. Делюрман, ст. гр. ЕЕ-12м, А.І. Котиш, доц., канд. техн. наук


Замикання фази на землю відбуваються в мережах з малим струмом замикання,наприклад, у мережах з ізольованою нейтраллю. Посеред багатьох різновидів існують замикання,пов’язані з більшою вірогідністю ураження людини і тварин. Із них особливо небезпечні, наперед за все,безпосередньо через тіло людини. Обрив провода та замикання фази на корпус установки із порушеним ланцюгом заземлення створюють ситуацію з високою вірогідністю дотику і ураження. Всі ці різновиди замикань найкраще вимикати з погляду безпеки.

Якщо в мережах з підвищеною вірогідністю ураження людини (мережі кар’єрів, торфорозробних місць) ця проблема вирішується за рахунок швидкодіючого відключення будь-яких замикань на землю, то в промислових мережах 6-10 кВ релейний захист с дією на відключення при замиканнях на землю практично відсутній. Захист від замикань на землю в ланцюгах потужних двигунів та генераторів, хоч і діє на відключення, але у відповідності до чутливості вона захищає лише машини, та питання безпеки практично не вирішує. Можна також зауважити, що в процесі експлуатації таких мереж зафіксовані багаторазові випадки, коли приєднання до людини, що потрапила під напругу, вимикається вручну і людина залишається жива, не дивлячись на дію великих струмів протягом декількох хвилин. Це вказує на практичну спрямованість до автоматичного відключення, що сприяє підвищенню кількості добрих наслідків.

Ціль даного дослідження – оцінка сучасних технічних можливостей у побудові захисту, що вибірково реагує на особливо небезпечні замикання фаз на землю, наперед за все в мережах сільського електропостачання та інших.

Характерною особливістю усіх перерахованих вище небезпечних замикань є замикання фази на землю через великий перехідний опір, так як навіть у випадку замикання через тіло людини цей опір перевищує 500 Ом.

Це означає, що для оцінки умов, за яких можливий той чи інший випадок, потрібні дослідження перехідного процесу замикання. На сучасному етапі найбільш ефективним є метод чисельного аналізу, основні методичні посилання якого стосовно перехідних процесів при замиканні фази на землю показані у [1].

На рис. 1 приведена схема заміщення мережі з ізольовано. нейтраллю, що складається при загальновідомих допущеннях: розподілені індуктивності і ємності мережі є зосередженими; не враховуються навантаження, активні провідності ізоляції та міжфазні ємності мережі. Трансформатор напруги типу НТМИ відображений у схемі заміщення у вигляді нелінійної індуктивності ψ=f(i).

Математична модель такої мережі являє собою систему диференційних рівнянь [2].

BAииcc

ccии

eedt

iidLiiRiiiRdt

iiidL

dtiiiC

dtiiC

iiRdt

iidLiR

dtdiL

−=−

+++−++−+

+

+−++−+−+−

++ ∫∫)()()()(

)(1)(1)()(

2121241

241

2410

310

3231

11

(1)


118

CBииcc

ccии

eedtdiLiRiiR

dtiidLdtii

C

dtiiiC

iiiRdt

iiidLiiRdt

iidL

−=+++++

+++

+−−+−−+−−

+−+−

∫

∫2

26262

620

4120

412412

1212

)()()(1

)(1)()()()(

(2)

∫ =−+−+−

++ 0)(1)()(13

013

233 dtii

CiiR

dtiidLiR

dtd

ccTAψ (3)

∫ =−++−++−+

++ 0)(1)()(214

0214

2144 dtiii

CiiiR

dtiiidLiR

dtd

ccTBψ (4)

0)( 6505 =−++ iiRiRdt

dT

Cψ (5)

0)()(1)()(56062

062

62 =−++++++

∫ iiRdtiiC

iiRdt

iidL cc (6)

Ця система рівнянь вирішена відносно похідних контурних струмів, тобто приведена до канонічного виду і за допомогою комп’ютерної техніки пакету програм Mactcad, яка базується на методі Рунге-Кутта 4-го порядку. В якості базової буда прийнята мережа, що живиться від трансформатора ТДН-16000/150/10 (Lн=1,45*10-3 Гн, Rн=0,026 Ом.). Еквівалентні параметри мережі, що складається з 10 кабельних приєднань довжиною 1 км кожне Lc=2,42*10-5 Гн, Rc=0,068 Ом. Опір R0 являє собою перехідний опір у місці замикання, мінімальне значення якого R0=4 Ом, враховує тільки опір розтікання струму з заземлювача на землю; облік додаткових перехідних опорів здійснюється шляхом додаткового збільшення R0.

Рисунок 1 – Схема заміщення мережі в режимі замикання фази на землю

На рис. 2, 3 приведені розрахункові криві струму нульової послідовності в момент максимуму напруги фази С на землю в базовій мережі з С0=1*10-5 Ф, по різних опорах R0.


119

Рисунко 2 – Розрахункові криві струму нульової послідовності при ЗНЗ в момент максимуму пошкодженої

фази

Рисунок 3 – Розрахункові криві струму нульової послідовності при ЗНЗ в момент максимуму пошкодженої

фази

З викладеного слідує, що в кожній мережі існує деяке граничне значення перехідного опору, який в подальшому буде називатись критичним. Для даної мережі цей опір складає приблизно 80 Ом. При перехідних опорах більших ніж критичний, процес можна умовно вважати аперіодичним, так як, хоча в струмі все ще міститься деяка періодична складова, однак вона не викликає зміну його напрямку.

Практична реалізація вибіркової фіксації особливо небезпечних замикань може буди здійснена, наприклад, за допомогою пристрою, функціональна схема якого представлена на рис. 4.

В основу цього пристрою покладено захист від замикань на землю, вимірювальний орган (виділений штрих-пунктиром) якої фіксує полярності перших на півхвиль перехідного струму і напруги нульової послідовності. Тут використана закономірність відмінностей цих


120

полярностей для пошкодженого і непошкодженого приєднань. Вільні складові перехідного процесу струму на декілька порядків перевищують встановлені значення, тому чутливість такого захисту суттєво вища, ніж захист, що реагує на вимушені струми.

Рисунок 4 – Функціональна схема пристрою

Експериментальний зразок селективного захисту, підтвердив правильність посилань, що буди покладені в основу розробки. Розширення і поглиблення досліджень в області захистів від замикань на землю дозволить прискорити вирішення проблеми безпеки при експлуатації високовольтних установок.

Список літератури 1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.; Энергия, 1970. 2. Дударев Л.Е., Волошек И.В. К анализу переходных процессов в сети с изолированной нейтралью. –

Электричество, 1990, 4.


121

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ОПОРУ ОЖЕЛЕДНО-ПАМОРОЗЕВИХ ВІДКЛАДЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ОСЦИЛОГРАФА

І.С. Грищук, асп. Кіровоградський національний технічний університет

В останній час проводиться удосконалення підсистеми раннього визначення утворення ожеледно-паморозевих відкладень (ОПВ) та класифікації їх типу [1]. Існуючі підсистеми мають ряд недоліків, що пов’язані, насамперед, з типами первинних вимірювальних перетворювачів (ПВП) та алгоритмами оброки отриманої від них інформації [2].

Проведений аналіз існуючих ПВП показав, що у якості параметру контролю утворення ОПВ доцільно використовувати значення електричного опору ОПВ. В якості давача такого пристрою пропонується використання відрізку проводу, того ж перерізу, що і проводи контрольованої повітряної лінії електропередачі, з довжиною робочої частини, рівною довжині одного повиву проводу, з ПВП опору та вимірювальним перетворювачем температури [3]. Так, як існує велика кількість проводів повітряної лінії електропередачі з різними геометричними розмірами, для спрощення розробки запропонованого ПВП доцільно провести комп’ютерне моделювання його режимів роботи для різних типів ОПВ при різній температурі останніх. Відсутність інформації про залежність питомого опору ОПВ від його густини та температури, викликає необхідність визначення опору для зразків різних типів ОПВ при їх різній температурі.

Проведений аналіз методів показав, що вимірювання опору доцільно проводити непрямим способом, за методикою яка полягає в наступному: коло, що складається із послідовно з’єднаних елементів з відомим та невідомим (шуканим) значеннями опору під’єднується до генератора сигналів. Проводяться вимірювання напруги генератора, спаду напруги на відомому опорі та кута зсуву фаз між цими напругами. В якості вимірювального пристрою використовується двоканальний осцилограф. Отримані значення напруг та зсуву фаз використовуються для обчислення значення опору [4].

Схема запропонованого способу представлена на рис. 1, а. Відмінною рисою способу є використання в якості опору з відомим значенням не окремого елементу (резистора), а внутрішнього опору осцилографа.

Дослідний зразок можна представити у вигляді еквівалентної схеми заміщення паралельно з’єднаних опору xR та ємності xC , а вхідний опір осцилографа — у вигляді з’єднаних паралельно активного опору 0R та ємності 0C (рис. 1, б). Для усунення впливу ємності 0C необхідно, щоб виконувалась умова 0 02 1fR Cπ , де f — частота напруги генератору сигналів.

а) б)

Рисунок 1 – Функціональна схема вимірювання опору (а) та її схема заміщення (б)


122

Згідно рис. 1, б значення шуканих опору xR та ємності xC дослідного зразку визначається за виразами:

2 20 0 0

2 2 20 0 0

2 cos 2cos 2 2 cos 2

xR U U UU fRU U f U UU f

+ − π τ=

π τ + − π τ;

(1) 0

2 20 0 0

1 sin 22 2 cos 2x

U U fCf R U U UU f

π τ=

π + − π τ.

Вирази (1) є справедливими для випадку, коли опір дослідного зразка приблизно

дорівнює вхідному опору осцилографа ( 0xR R≈ ), тоді й напруга генератора сигналів U не

буде значно відрізнятися від спаду напруги на опорі 0U ( 0U U≈ ). Коли опір дослідного

зразка є значно більшим ніж вхідний опір осцилографа ( 0xR R ), напруга генератора

сигналів U буде значно більшою за спад напруги 0U на опорі 0R ( 0U U ), а отже падіння

напруги на дослідному зразку xU буде близьке до напруги генератора сигналів ( xU U≈ ).

Зважаючи на це, для випадку 0xR R , вирази (1) приймуть вигляд:

0

0 cos 2xR URU f

=π τ ;

0

0

1 sin 22x

U fCf R U

π τ=

π . (2)

Абсолютні похибки визначення опору xR∆ та ємності xC∆ , враховуючи кореляцію між U та 0U , φ та τ, будуть визначатись алгебраїчною сумою складових похибок функції.

Для перевірки методики проведено вимірювання параметрів ланки, яка складається з

паралельно з’єднаних резистора та конденсатора з відомим значенням: 22 МОм 5%xR = ± , 2,7 нФ 10%xC = ± . В якості джерела тестового сигналу використовувався генератор

низькочастотних сигналів Г3–102, а в якості осцилографа — цифровий чотирьохканальний

осцилограф RIGOL DS1104B ( 0 1МОм 2%R = ± ). На рис. 2 представлено осцилограми, на яких наведено криві напруг та результати

автоматичного вимірювання їх параметрів: 9,80U = В, 0 3,05U = В, 20,0f = Гц (рис. 2, а), 38,92 мс 8,92 10 с−τ = = ⋅ (рис. 2, б). Абсолютні похибки вимірювань: 0, 4 ВU∆ = ; 0,1ВU = ;

40 2 10 ОмR∆ = ⋅ ; 0,01Гцf∆ = ;

52 10 с−∆τ = ⋅ .

а) б)

Рисунок 2 – Осцилограми напруг U та U0


123

Значення опору xR та ємності xC обчислені за (1):

( )21 3 МОмxR = ± , 15%xRδ = ± ; ( )2,7 0,3 нФxC = ± , 10%xCδ = ± .

Номінальні значення використаних в досліді резистора та ємності, а також їх значення, обчислені за результатами вимірювань, представлені в табл. 1.

Таблиця 1 – Порівняння номінальних та виміряних значень

Величина Номінальні значення

Обчислені значення

Rx, МОм 22 21 ∆Rx, МОм 1,1 3

Cx, нФ 2,7 2,7 ∆Cx,, нФ 0,27 0,3

Запропонований спосіб вимірювання опору має необхідну для практичних застосувань точність. На підставі проведених досліджень відкривається перспектива проведення експериментальних досліджень електричного опору ОПВ та розробки алгоритму класифікації типів ОПВ на резистивних ПВП.

Список літератури 1. Козловський О. А. Комп’ютеризована система контролю за станом повітряних ліній електропередачі

при ожеледоутворенні / О. А. Козловський, С. В. Серебренніков, М. В. Кубкін // Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств: V міжнародна науково-технічна конф.: 75-річчю Приазов. держ. техн. ун-ту присвячується: зб. праць. — Маріуполь: Вид-во ПДТУ, 2005. — С.327—329.

2. Козловський О. А. Розробка та комп’ютерне моделювання режимів роботи первинного вимірювального перетворювача ожеледоутворення / О. А. Козловський, М. В. Кубкін, І. С Грищук // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: збірник наукових праць КНТУ — Кіровоград, 2011. — Вип. 24, Ч.І. — С. 308—315.

3. Пат. 63655 Україна, МПК8 Н02G 7/16. Сигналізатор обледеніння проводів повітряних ліній електропередачі / О. А. Козловський, І. С. Грищук; заявник і патентоутримувач Кіровоградський національний технічний університет – u201106291; заявл. 19.05.2011; опубл. 10.10.2011, Бюл. 19, 2011 р.

4. Petrenko V. Electrical Properties of Ice / Petrenko V. // Special Report 93-20, August 1993. — 70 p.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ КОНВЕЄРНИХ ЛІНІЙ

І.В. Болтян, ст. гр. ЕЕ-12МБ, Н.Ю. Гарасьова, доц., канд. техн. наук, Т.В. Величко, асист.


Конвеєри та транспортери складають основу транспортних ліній на промислових підприємствах. Від їх надійності та безаварійності залежить продуктивність підприємства. Найбільш розповсюджені стрічкові конвеєри. Частим є режим роботи конвеєра з неповним, змінним навантаженням. В цьому випадку, при роботі конвеєра зі змінним навантаженням доцільно виконувати регулювання швидкості руху стрічки конвеєра, таким чином, щоб


124

підтримувати постійне погоне навантаження конвеєрної установки. При зменшенні навантаження, потрібно зменшити швидкість руху стрічки конвеєра.

Одночасно з економією електроенергії, це дає змогу отримати ще ряд переваг, таких як підвищення механічної міцності і довговічності, як самого двигуна, так і конвеєра в цілому за рахунок виключення великих по величині і коливальних за формою механічних моментів при прямому пуску двигунів від мережі; зниження теплових ударних навантажень, діючих на обмотки двигуна при прямому пуску; виключення великих електродинамічних зусиль в обмотках двигуна, що приводять до руйнування ізоляції; виключення великих пускових струмів в мережах; істотне підвищення довговічності механізмів конвеєра і конвеєрної стрічки за рахунок виключення ударних навантажень при пуску.

Економію електроенергії, при регулюванні швидкості конвеєра, можна оцінити за формулою:

±⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=

δβδ sin128,0013,0 РQрtСТVСТСLСТW , кВт·год,

де L – довжина конвеєра, м; β – кут установки конвеєра, градус;

βcos⋅= LLГ - горизонтальна довжина конвеєра, м; δ - коефіцієнт опору руху; для стаціонарних конвеєрів δ = (0,02-0,033); ССТ погонна маса частин конвеєра, що рухаються ; tр – час роботи конвеєра за розрахунковий період, год; Vcт– швидкість стрічки конвеєра, м/с; QР – розрахункова маса вантажу, перевезеного конвеєром за час роботи, т. Застосування плавного регулювання лінійної швидкості стрічки, наприклад за

допомогою частотно-регульованого електроприводу, дозволяє понизити енергоспоживання на 26...38 % в порівнянні з нерегульованим електроприводом. (Значення параметрів електроприводу приведені для стрічкового конвеєра типу 2Л80У). У якості регульованого електроприводу прийнятий частотно-регульований електропривод.

Список літератури 1. Закладний О.М., Праховник А.В., Соловей О.І. Енергозбереження засобами промислового

електропривода: Навчальний посібник. – К: Кондор, 2005. – 408 с. 2. И.Я.Браславский, З.Ш.Ишматов, В.Н.Поляков Энергосберегающий асинхронний електропривод.-

М.:Издательский центр „Академия”, 2004 3. Н.И.Стадник Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта, Киев, «Техника», 1992

г., 437 с. 4. Черемушкина М.С., Козярук А.Е. Совершенствование систем электропривода конвейерного

транспорта. Горное оборудование и электромеханика. 4, 2009. С. 23-27.


125

ДІАГНОСТУВАННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ МІКРОКЛІМАТУ РОЗПОДІЛЬЧОГО ПРИСТРОЮ НАПРУГОЮ 10 КВ

О.В. Співак, асп., А.І. Котиш, доц., канд. техн. наук Кіровоградський національний технічний університет

Діагностування мікроклімату в комірках розподільчих пристроїв вирішує три задачі: попередження росоутворення; створення нормальних умов роботи електричних апаратів в зимовий період; попередження перегріву обладнання комірки в літні періоди. На об’єкт дослідження, тобто опорний ізолятор, в середині шафи розподільчого пристрою впливають зовнішні фактори: температура навколишнього середовища, тумани і вологість погодних умов, вітер з частками пилу. Тобто слід контролювати: різницю температур навколишнього середовища та поверхні ізолятора, абсолютну та відносну вологість повітря, тривалість впливу оточуючого середовища на ізолятор. [1]. В даній роботі на основі результатів попереднього експерименту було встановлено всі фактори, що мають вплив на ізолятор і в подальшому на його характеристики. Але експеримент проводився в лабораторних умовах наближених до реальних. На даний час експеримент можна провести в реальних умовах експлуатації комірки під напругою і більш чітко фіксувати вплив оточуючих факторів на об’єкт дослідження, а саме ізолятор, і побудувати його математичну модель. Із аналізу навантажень, які впливають на пошкодження і перекриття ізоляції слід зазначити найбільш небезпечний вплив не окремих факторів, а їх поєднання та комплексну дію. Так, найбільш небезпечна для ізоляції є комплексна дія кліматичних (температура, вологість) та хімічних (забруднення) факторів в поєднанні з електричними (перенапруга). Наявність на поверхні ізоляції бруду в сухому стані не впливає суттєво на розрядну напругу ізолятора, так як в цьому випадку шар забруднення має доволі високий опір. При зволожені забруднюючої речовини електроліт, що утворюється в значній мірі збільшує провідність забруднюючого шару, яка визначається складом і густиною забруднюючої речовини на поверхні ізолятора, відносною кількістю вологи. Під дією прикладеної до ізолятора напруги протікає струм витоку по утвореному в результаті зволоження шарі високої провідності, що призводить до його нагріву [2].

Для проведення контролю за мікрокліматом комірки розподільчого пристрою 10 кВ створений. Схема та зовнішній вигляд приладу контролю мікроклімату комірки пристрою представлена на рисунку 1.

Основний елемент вимірювального пристрою – мікроконтролер (МК) ATmega 16A PU1041. 8-розрядний високопродуктивний AVR контроле з малим споживанням, має достатньо велику кількість периферійних пристроїв [3]. З них використано АЦП, що перетворює в цифрову форму аналоговий сигнал від резистивного датчика вологості. Живиться пристрій від поряд встановленого акумулятора, вмикається, щоб виконати опитування по всіх датчиках комірки і вимикається. З запрограмованою частотою вимірювань повторюється опитування. Пристрій оснащений флеш картою, на яку записуються результати опитувань датчиків. Даний пристрій працює автономно тиждень. Результати вимірів представлені в виді таблиці, де зазначені час вимірів і показники по кожному датчику.


126

а) б)

а – схема приладу контролю мікроклімату комірки розподільчого приладу, б – зовнішній вигляд

Рисунок 1 – Приладу контролю мікроклімату комірки розподільчого пристрою

Прилад контролює 5 температур: температури ззовні та всередині комірки, температури поверхонь ізоляторів, що мають різне розташування в комірці. Вологість контролюється в середині комірки та ззовні.

Вимірювання температур здійснюється цифровими датчиками DS18B20 з дискретністю 0,1ºС. Абсолютна похибка вимірювання температури датчиком в діапазоні -10 до +85ºС за паспортом складає ±0,5ºС. Проте, шляхом додаткового калібрування її можна зменшити до 0,1ºС. Датчики температур підключені паралельно до МК.

Вимірювання вологості здійснюється аналоговим датчиком вологості НІН-4000-003 з точністю ±0,5%. Необхідні константи для обчислення були закладені в МК та взяті з індивідуального калібрувального паспорту.

Основними перевагами даного вимірювального пристрою від аналогічних є те, що пристрій може працювати автономно в комірці без застосування дорогої комп’ютерної техніки. Всі вимірювальні датчики і контролер можуть працювати при відмінних температурах, що важливо при проведенні експерименту на протязі всього року.


1. Орлович А. Е. Повышение надежности работы сельских комплектных распределительных устройств напряжением 10 кВ.: Автореф. дис. канд. техн. наук. – М.: МИИСХП, 1987. – 19 с.

2. Сіріков О.І. Електричний контроль ступеня секторних забруднень високовольтних опорних ізоляторів під робочою напругою.: Автореф. Дис. канд. техн. наук. – Харків: НТУ «ХПІ», 2009. – 19 с.

3. Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы «ATMEL»/ А. В. Евстифеев – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2004. – 560 с.


127

ВИКОРИСТАННЯ КОМПЛЕКСНИХ СХЕМ ЗАМІЩЕННЯ ПРИ АНАЛІЗІ СКЛАДНИХ НЕСИМЕТРИЧНИХ ПОШКОДЖЕНЬ

О.Ю. Кравченко, ст. гр. ЕЕ-12М, І.О. Переверзєв, доц., канд. техн. наук


Використання комплексних схем заміщення при аналізі складних несиметричних пошкоджень дає можливість досить легко виявляти вплив параметрів різних елементів розрахункової схеми на симетричні складові.струмів та напруг,визначати значення цих величин, будувати векторні діаграми струмів та напруг та т.п.

Любе складне несиметричне пошкодження можливо розкласти на окремі прості (однократні) несиметричні пошкодження, тому комплексна схема заміщення для складного пошкодження може бути складена з відомих комплексних схем заміщення для простих несиметричних пошкоджень. Але останні з точки зору можливості їх багаторазового використання при складанні комплексної схеми заміщення для складного несиметричного пошкодження можна розділити на дві групи:

− комплексні схеми, в яких об’єднанні тільки еквіпотенціальні точки та напруга любої послідовності в кожній точці може бути визначено відносно загальної точки з нульовим потенціалом всієї комплексної схеми (до таких схем відносяться комплексні схеми для двофазного короткого замикання та двофазного короткого замикання на землю), а також комплексні схеми, отримані з використанням проміжних ідеальних трансформаторів;

− комплексні схеми, в яких з’єднання схем заміщення прямої, зворотної та нульової послідовностей виконується шляхом штучного зміщення потенціалів усіх точок схем зворотної та нульової послідовностей і по цій причині справедливі тільки для струмів.

Рисунок 1 – Комплексна схема заміщення при двофазному короткому замиканні на землю фаз В та С в точці К

та двофазному короткому замиканні тих же фаз у точці М


128

Рисунок 2 – Комплексна схема заміщення при однофазному короткому замиканні фази А в точці К та

двофазному короткому замиканні на землю фаз В та Су точці М

В якості прикладів на рис. 1 показана об’єднана комплексна схема заміщення для випадку двофазного короткого замикання на землю фаз В та С в точці К і двофазного короткого замикання цих же фаз у точці М, а на рис. 2 – комплексна схема заміщення для випадку однофазного короткого замикання фази А у точці К та двофазного короткого замикання на землю фаз В і С у точці М (у схемах різних послідовностей у букв К і М вказані індекси відповідної послідовності). На рис. 2 електричне з’єднання схем прямої, зворотної та нульової послідовностей здійснено тільки в місці двофазного короткого замикання на землю, а в місці однофазного короткого замикання зв’язок цих схем виконано з допомогою ідеальних проміжних трансформаторів з коефіцієнтом трансформації 1/1.


1. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах. – Новосибирск.: Изд. НГТУ, 2006. – 284 с.

2. Крючков И.П. и др. Переходные процессы в электроэнергетических системах. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 416 с.


129

МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАСОБІВ УПРАВЛІННЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯМ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ПРОЕКТІВ З

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

П.Г. Плешков, канд. техн. наук, П.Г. Стець, асп. Кіровоградський національний технічний університет

Розробка стандартів та нормування споживання енергії є одним з головних етапів створення системи контролю ефективності енергоспоживання. Подібні системи добре відомі і широко розповсюджені закордоном, їхній аналог існує і на Україні (системи контролю і планування, системи контролю і нормалізації) [1]. Подібні стандарти загалом базуються на застосуванні математичної моделі споживання палива, чи енергії цільовим об’єктом заходів енергозбереження і враховують основні чинники впливу на витрати енергії цим об’єктом.

Існуюча практика оцінки енергоефективності господарського комплексу України та її різноманітних територіальних утворень у вигляді енергоємності виготовлення продукції та надання послуг диктує переважно галузевий принцип формування регіональних програм енергозбереження. Існуючі тенденції розвитку системи енергозбереження та ефективності енерговикористання у житловому секторі мають, несистемний та епізодичний характер, направлені перш за все, на техніко-технологічні перетворення, не сприяють реалізації комплексних реформ у сфері енергоспоживання. Управління енерговикористанням можливе лише за умов структурованого, комплексного підходу до оцінювання стану енергозбереження. Аналіз вихідної енерго-економічної інформації повинен враховувати таку складову, як оцінювання інформації на достовірність даних, які поступають з певним часовим проміжком. Необхідна розробка обґрунтованого механізму впровадження та реалізації проектів з енергозбереження у житлово – комунальному секторі використовуючи системний підхід, що дозволив би проводити аналіз їх впровадження враховуючи як максимальний енергетичний ефекти так і фінансову складову від їх реалізації.

Нині застосовується ряд методів моделювання, що різняться за рівнем спрощення візуалізації процесів що описуються моделлю. Сучасні методи статистичної обробки інформації для побудови математичних моделей розподіляються на декілька основних груп, групування методів моделювання проілюстровано на рис.1. Для того – щоб зрозуміти та оцінити поведінку складної системи – необхідно побудувати схему причино – наслідкових зв’язків елементів системи. Аналіз цих зв’язків необхідний для реалізації управління процесами у системі енергоефективності житлового сектору.

Задача моделювання полягає в наступному: за наявними результатами n спостережень залежної змінної Y потрібно визначити аналітичну залежність € ( )y f x= , котра найкращим чином описує досліджуваний процес енергоспоживання.


130

Рисунок 1 – Методи моделювання

Як видно з рис.1 – математичне моделювання є лише одним зі способів моделювання технологічних процесів, але враховуючи сучасне розповсюдження обчислювальної техніки, через математичне і статистичне моделювання можна отримати достатньо точну і достовірну інформацію без значних витрат на розробку та експлуатацію моделі.

Використання багатофакторних математичних моделей при встановленні стандартів енергоспоживання у порівнянні з традиційними закордонними системами контролю і планування забезпечує одержання значно точніших результатів контролю ефективності енергоспоживання цільовими об’єктами [1].

Класична процедура побудови багатофакторних рівнянь регресії – складна і трудомістка, потребує відповідних знань та практичних навичок, а також не може бути повністю реалізована лише за допомогою стандартних програмних засобів комп’ютерів, оскільки математичне моделювання енергоспоживання вимагає систематичної участі дослідника [2,3,4].

Особливістю методів самоорганізації моделей є ствердження, що лише одна модель може бути найбільш адекватна досліджуваному процесу, будь-яка інша модель є менш точною. Враховуючи вищевказане – побудова математичної моделі оптимальної складності базується на твердженні, що визначати параметри моделі і оцінювати її залишкову похибку потрібно за різними статистичними даними (розділяючи їх на дві групи – навчальну та перевірочну, послідовностей). Для відбору кращих моделей необхідно застосовувати зовнішні критерії (обираються відповідно в залежності від конкретної задачі, що розглядається). Найбільш широкого застосування набули наступні критерії:

1.Критерій регулярності вимагає: середньоквадратичне відхилення результатів моделювання залежної змінної Y від її фактичних значень, розраховане за даними перевірочної послідовності В має бути мінімальним [2]:


131

∆2В=

2

1

2

1

( )min

( )

B

B

N

табл m іi

N

табл іi

y y

y

=

=

−→

∑

∑, (1)

де ( )табл iy – експериментальні значення залежної змінної Y в точках xі (для і=1,…NB), що належить до перевірочної послідовності В

( )M iy – значення залежної змінної Y в точках xі розраховані за відповідною математичною моделлю;

NB – множина експериментальних точок, що відносяться до перевірочної послідовності.

2.Критерій мінімуму зсуву вимагає: середньоквадратичне відхилення результатів моделювання залежної змінної Y від її фактичних значень, розраховане за даними перевірочної послідовності В має бути мінімальним [2]:

n2зсуву=

2

1

2

1

( )min

( )

N

A B іi

N

табл іi

y y

y

α

=

=

−→

α ⋅

∑

∑, (2)

де ( )табл iy – експериментальні значення залежної змінної в точках xі (для і=1,…N), що належить до навчальної та перевірочної послідовності даних;

( )A iy – значення залежної змінної в точках xі розраховані за математичною моделлю розрахованою за даними навчальної послідовності А;

( )B iy – значення залежної змінної в точках xі розраховані за математичною моделлю розрахованою за даними перевірочної послідовності В;

α – коефіцієнт екстраполяції, приймає значення α=1,0…3,0. Найвища завадостійкість алгоритмів досягається комбінованим застосуванням обох

критеріїв – як критерію регулярності так і мінімуму зсуву. Математичну модель досліджуваного процесу оптимальної складності формують за

допомогою виконання численних ітеративних розрахунків – рядів селекції моделі. Кожен наступний ряд ускладнює модель – за рахунок врахування більшого числа врахованих вихідних факторів. Цей процес доцільно повторювати доти – доки в одному з рядів селекції не буде досягнуто мінімуму вибраного зовнішнього критерію. Математична модель – що відповідатиме даній умові буде шуканою моделлю оптимальної складності, така модель буде найбільш відповідною досліджуваному процесу при даному наборі вихідних факторів. Подібну модель можна, в загальному випадку, навести у вигляді поліному:

0 1 1 2 2* ... N NX X Xϕ = α + α + α + + α , (3),

де 1 2, ,..., Nα α α – константи моделі;

1 2, ,..., NX X X – вихідні незалежні змінні, які увійшли до математичної моделі оптимальної складності.

Висновок: Для розробки математичних моделей енергоспоживання - проектів з енергозбереження та нормування енергоспоживання підприємств житлово-комунального господарства доцільно застосовувати методи самоорганізації математичних моделей,


132

зокрема, алгоритми методу групового урахування аргументів, оскільки дані алгоритми дозволяють одержувати більш точні результати математичного моделювання процесів енергоспоживання при значно менших витратах часу – ніж традиційні методи багатофакторного регресійного аналізу.


1. Находов В. Ф., Стеценко І. В., Бедерак Я. С. Застосування методів самоорганізації математичних моделей енергоспоживання для встановлення «стандартів» в системах оперативного контролю енергоефективності. – // «Енергозбереження,енергетика, енергоаудит» 5 (99) 2012 23-33 с..

2. Стеценко І.В. Моделювання систем: навч. посібник /. – Міністерство освіти і наук України.- Черкаси :ЧДТУ,2010. –399 с.

3. Никаноров С.П. «Метод концептуального проектирования систем организационного управления» -М.-2000 р.-27 с.

4. Гинис Л.А. «Применение технологии когнитивного анализа для виработки тарифной политики» (Текст) //Искуственный интелект.-2005.-3.-С.360-369.

СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ З НЕТРАДИЦІЙНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ЖИВЛЕННЯ

С.І. Кабак, ст. гр. ЕНМ-12М, О.І. Сіріков, доц., канд. техн. наук


Виробництво енергії, є необхідним засобом для існування і розвитку людства, впливає на природу та на оточуюче середовище людини. З одного боку в побут і виробничу діяльність людини настільки твердо увійшла теплова і електрична енергія, що людина навіть і не уявляє свого існування без неї. З іншого боку, людина все більше і більше зосереджує свою увагу на економічному аспекті енергетики і потребує екологічно чистих енергетичних виробництв. Це говорить про необхідність вирішення комплексу питань, серед яких перерозподіл засобів на покриття енергетичних потреб людства, практичне використання в народному господарстві досягнень, пошук і розробка нових альтернативних технологій для вироблення тепла і електроенергії [1].

В даний момент енергетичні потреби забезпечуються в основному за рахунок трьох видів енергоресурсів: органічного палива, води і атомного ядра. Енергія води і атомна енергія використовуються людиною після перетворення її на електричну енергію. В той же час значна кількість енергії, ув’язненій в органічному паливі, використовується у вигляді теплової, і лише частина її перетворюється на електричну. Проте і в тому і в іншому випадку вивільнення енергії з органічного палива пов'язане з його спалюванням, а, отже, і з викидом продуктів горіння в довкілля [2].

Одним з екологічно чистих способів отримання електричної енергії є вітрові енергетичні установки (ВЕУ). Енергія вітру на земній кулі оцінюється в175…219 тис.ТВт·год. у рік, потужність, що при цьому розвивається ним, досягає (20…25)· 910 кВт. Це приблизно в 2,7 разу більше сумарної витрати енергії на планеті. Але вважають, що корисно використано може бути лише 5% цієї енергії. Фактична кількість, що використовується значно менша [3].

До основних елементів ВЕУ відносять наступні:


133

− генератор – від його потужності залежить як швидко заряджатимуться акумулятори. Генератор потрібний для вироблення змінного струму. Сила струму і напруга генератора залежить від швидкості і стабільності вітру;

− лопаті – приводять в рух вал генератора завдяки кінетичній енергії вітру; − мачта – як правило, чим вище щогла, тим стабільніша і сильніша сила вітру. Звідси

слідує – чим вище щогла, тим більше виробітку генератора. − контролер – керує багатьма процесами вітроустановки, такими, як поворот лопатей,

заряд акумуляторів, захисні функції та ін. Він перетворює змінний струм, який виробляється генератором в постійний для заряду акумуляторних батарей;

− акумуляторні батареї – накопичують електроенергію для використання у безвітряні години. Також вони вирівнюють і стабілізують напругу, що виходить, з генератора. Завдяки ним ви отримуєте стабільну напругу без перебоїв навіть при поривчастому вітрі. Живлення вашого об'єкту йде від акумуляторних батарей;

− анемоскоп і датчик напряму вітру – відповідають за збір даних про швидкість і напрям вітру в установках середньої і великої потужності;

− АВР – автоматичне включення резерву. Робить автоматичне перемикання між декількома джерелами електроживлення за проміжок часу в 0,5 секунд при зникненні напруги основного джерела. Дозволяє об'єднати вітроустановку, електромережу, дизель-генератор і інші джерела живлення в єдину автоматизовану систему. Але АВР не дозволяє працювати мережі одного об'єкту одночасно від двох різних джерел живлення;

− інвертор – здійснює претворення струму з постійного, який накопичується в акумуляторних батареях, в змінний, який споживає більшість електроприладів.

На рис. 1 показана схема електропостачання споживача від вітрогенератора (з акумуляторами) і його комутація з мережею [5].

Рисунок 1 – Вітрогенератор (з акумуляторами) і його комутація з мережею

Ця схема передбачає безперебійне постачання споживача електроенергією при перебоях в централізованій системі електропостачання. При відключенні основного джерела живлення, тобто, централізованої електромережі, АВР робить перемикання з основного джерела живлення на резервне.

Резервним джерелом живлення є альтернативне джерело енергії – ВЕУ, яка перетворить енергію вітру в електроенергію. Отримана енергія через контролер поступає на


134

заряд АКБ. З АКБ напруга поступає на інвертор, який у свою чергу перетворить постійну напругу 12В в змінну 220В з частотою 50Гц, тим самим забезпечуючи споживача електроенергією.

До недоліків даної схеми електропостачання слід віднести те, що споживачі можуть працювати або від централізованої системи, або від альтернативних джерел живлення. Так у випадку коли електричної потужності, що видає ВЕУ не достатньо – необхідне живлення від енергосистеми, що призводить до недовикористання ВЕУ. Усунути вказані недоліки можливо шляхом застосування способу запропонованого в [4], який працює наступним чином. Кожен споживач електричної енергії підключається за допомогою двох комутуючих пристроїв до однієї з двох систем шин, а саме: через К11…KN1 до системи шин СШ1, яка підключена до локальних ВДЕ, та через К12…KN2 до системи шин СШ2, яка підключена до ЦЕС.

Живлення споживачів СП1…CN відбувається в залежності від наявної потужності ВДЕ в конкретний момент часу. При відсутності виробництва енергії від ВДЕ усі споживачі підключаються за допомогою комутуючих пристроїв К12…KN2 до системи шин СШ2. При наявності потоків енергії від ВДЕ здійснюється переключення частини споживачів із системи шин СШ2 на систему шин СШ1 у такій кількості, щоб потужність споживачів, підключених до СШ1 відповідала поточній потужності ВДЕ. При збільшенні (зменшенні) загальної потужності генерації ВДЕ відбувається додаткове переключення споживачів від СШ2 (СШ1) до СШ1 (СШ2) у кількості, яка відповідає зміні потужності генерації ВДЕ. Керування комутуючими пристроями К11…KN1 та К12…KN2 здійснюється БКК за допомогою сигналів керування.

ЦЕС - централізована енергосистема; ВДЕ - відновлювані джерела енергії;

СШ1 - перша система шин, яка підключена до локальних відновлюваних джерел енергії; СШ2 - друга система шин, яка підключена до централізованої енергосистеми;

СП1…CПN - споживачі електричної енергії; К11…KN1 та К12…KN2 - комутуючі пристрої; ДС1…ДСN - датчики струму споживачів СП1…CПN;

ДН1 та ДН2 - відповідно датчики напруги на СШ1 та СШ2; БКК - блок контролю та керування.

Рисунок 2 – Живлення споживачів електричної енергії від альтернативних джерел енергії

Висновки: розглянуті системи енергопостачання від відновлювальних джерел живлення та централізованої енергосистеми володіють загальним недоліком, який полягає у неможливості одночасного живлення споживачів від обох енергосистем або джерел. Це вимагає подальшого удосконалення подібних систем електропостачання та пошуку технічних та наукових рішень для їх реалізації.


135


1. Воронин С.М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. – 204с.

2. Ветроэнергетика/ Под ред. Д. де Рензо: Пер. с англ.; В 39 под ред. Я. И. Шефтера.- М.: Энергоатам издат, 1982.

3. Альтернативні палива та інші нетрадиційні джерела енергії: Підручник / О.Адаменко, В.Височанський, В.Льотко, М.Михайлів. – Івано-Франківськ, 2000. – 255 с.

4. Солдатенко В.П, Сіріков О.І, Кубкін М.В. Патент на корисну модель 71470 «Спосіб живлення споживачів електричної енергії від централізованої енергосистеми і відновлювальних джерел енергії» 2012 р.

5. Інтернет http://ecost.lviv.ua/ua/pr_work.html

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ В ХЛЕБОПЕКАРНЫХ И КОНДИТЕРСКИХ ТУННЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

А.С. Семенченко, магистр., А.Ю. Орлович, проф., канд. техн. наук


Существующие методы регулирования теплового режима в хлебопекарных и кондитерских туннельных электрических печах являются малоэффективными и не учитывают влияние всех составляющих теплового потока в процессе передачи тепла к выпекаемой тестовой заготовке. Предлагается метод регулирования теплового режима основанный на стабилизации суммы тепловых потоков подводимых к выпекаемому изделию.

Рассмотрим процесс теплопередачи к ВТЗ из следующих составляющих: 1. Получаемый конвекцией от рабочей среды камеры:

),(. втзкамвтзкамкк ТТaq −= − (1-1)

2. Получаемый излучением от поверхности нагревательных элементов:

−

= −−

44.

.. 100100втзнэп

втзнэвтзнэпрнэиТТ

Сq ϕ

, (1-2)

3. Получаемый излучением от поверхности свода:

−

= −−

44.

.. 100100втзсвп

втзсввтзсвпрсвиТТ

Сq ϕ

, (1-3)

4. Получаемый кондукцией от пода печи:

)(1втзподкнд ТТ

Rq −=

, (1-4)


136

Для стабильного процесса выпечки, общий тепловой поток, передаваемый ВТЗ от каждой тепловой зоны должен быть постоянным, т.е.

constqqqq кндсвинэикк =+++ ... . (1-5)

камсвп ТТ =. . (1-6)

Тогда выражение (1-5) с учетом (1-6) можно записать в следующем виде:

constТТСТТСТТa втзкамвтзкамвтзсвпр

втзнэпвтзнэвтзнэпрвтзкамвтзкам =

−

+

−

+− −−−−−

44

.

44.

. 100100100100)( ϕϕ

(1-7)

Тепловой поток, отдаваемый ТЭН, состоит из следующих составляющих:

подивтзикамикамкизлконвтэн

тэнтэн qqqqqq

SPq .... +++=+==Σ

(1-8)

Для упрощения расчетов, конвективную составляющую учтем введением

коэффициента тэнк.β :

подивтзикамитэнкизлконвтэн

тэн qqqqqSP

.... ++=+= β (1-9)

Если разложить выражение (1-9) аналогично (1-1)-(1-3), и провести несколько математических преобразований, можно получить выражение:

)(

)01,0()01,0()01,0(

100 .

444.4

.

поднэподнэвтзнэвтзнэкамнэкамнэтэнк

подподнэподнэвтзвтзнэвтзнэкамкамнэкамнэтэнктэн

тэн

нэп

ССС

ТСТСТСSР

Т

−−−−−−

−−−−−−

++

⋅+⋅+⋅+=

ϕϕϕβ

ϕϕϕβ

(1-10)

Если подставить выражение (1-10) в (1-7),выражение можно записать в виде:

constТССССТСС

СССSРС

Тa

камвтзсввтзсвпрподнэподнэвтзнэвтзнэкамнэкамнэ

камкамнэвтзнэкамнэвтзнэпртэнк

поднэподнэвтзнэвтзнэкамнэкамнэтэнктэн

тэнвтзнэвтзнэпркамвтзкам

=⋅+++

⋅+

+++

+

−−−−−−−−

−−−−

−−−−−−

−−−

4.

4..

.

.

)01,0()01,0(

)(

ϕϕϕϕ

ϕϕβ

ϕϕϕβϕ

(1-11)

Тогда (1-11) можно записать в виде:

constТТР камкамтэн =++ 421 γγ (1-12)

Таким образом, при отклонении температуры в камере на камТ∆ , необходимо провести коррекцию мощности ТЭН на величину:

камкамкамкамтэн ТТТТР ∆+∆+−=∆ 144

2 ))(( γγ (1-13)

Необходимо провести измерения при двух установившихся режимах при выпечке конкретной продукции, после чего решить систему двух уравнений с двумя неизвестными

1γ и 2γ . После определения коэффициентов, система управления нагревом может перейти в

режим автоматической компенсации отклонения температуры.


137

Предложенный способ компенсации колебания температуры позволяет стабилизировать количество теплоты, получаемое ВТЗ. При этом приращение температуры ВТЗ при прохождении зоны выпечки будет постоянным, прогрев ВТЗ будет стабильным. Это позволит уменьшить брак продукции вследствие дефектов выпечки.

Список литературы 1. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства / Под ред. Л.И. Пучковой. – СПб.:

Профессия, 2005. – 416с. 2. Михелев А.А., Ицкович Н.М. Расчет и проектирование печей хлебопекарного и кондитерского

производства. – М.: «Пищевая промышленность», 1968. – 486с. 3. Володарский А. В., Михелев А. А., Сигал М. Н. Практикум по курсу "Промышленные печи

хлебопекарного и кондитерского производств" / 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. – 288с.

НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОМ ВЫПУСКЕ ПРОДУКЦИИ

Ю.И. Казанцев, доц., канд. техн. наук, Д.С. Безай, магистр. Кировоградский национальный технический университет

Рациональное использование электрической энергии не является конъектурной задачей. Известно, что основной нормирования общих и удельных расходов являются энергетические балансы и энергетические характеристики. Последние имеют вид:

(1)

(2)

(3)

где: W –общий расход электроэнергии, кВт·час; ω – удельный расход электроэнергии на единицу продукции, кВт·час/единицу

продукции;

- удельная установленная мощность, о.е.;

– относительная производительность;

- установленная мощность предприятия, кВт; - выпуск продукции предприятием; - проектный выпуск продукции предприятием.

Выражение (3) названо основной энергетической характеристикой [2], поскольку из него можно получить производные характеристики:

(4)


138

, (5)

где – коэффициенты использования установленной мощности предприятий.

Положив , а в общем виде уравнение (3) имеет вид гиперболического полинома:

(6)

Коэффициенты уравнения (6) находятся с помощью метода наименьших квадратов. Например, для уравнения второй степени составляется система т.н. нормальных уравнений по методу наименьших квадратов.

Эти уравнения легко приводятся к виду:

(7)

где - объем выборки; – число отсчетов при данном ; - частные средние электропотребления.

При многономенклатурном производстве использование энергетических характеристик возможно только, приведя номенклатуру выпускаемой продукции к одной условной натуральной единице с помощью коэффициентов энергоёмкости.

Например, при выпуске трех видов продукции A, B, C

Для определения уделенных расходов электроэнергии по каждому виду продукции

составляется система нормальных алгебраических уравнений:

(8)

Решая систему (8), находим удельные расходы электроэнергии , , . Если продукция наиболее энергоемкая, то к ней приводятся остальные виды. Коэффициенты энергоемкости:


139

; ; ;

тогда

(9)

Системы вида (7) и (8) относятся к некорректным стохастическим связям, решение которых дают отрицательные значения корней (удельных расходов), не имеющих физического смысла.

Предлагается решение таких систем заменить исследование на экстремум. Постановка задачи: найти значение неизвестных , , , при которых разница

между правой и левой частью уравнения (8), возведенная в квадрат обращается в минимум

. (10)

Решение таких систем уравнений можно также методом регуляризации по Тихонову [3].

Список литературы 1. Казанцев Ю.И. Основная энергетическая характеристика промышленных предприятий с массовым

выпуском однородной продукции/ Ю.И. Казанцев. – Известия СО АН СССР 3, 1970. 2. Авилов-Карнаухов Б.Н. Электроэнергетические расчеты для угольных шахт/ Б.Н. Авилов-Карнаухов. –

«Недра», 1969. 3. Тихонов А.И., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М, «Наука», 1979.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРИ ПОМОЩИ УСТАНОВКИ СТАТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ НА ОСНОВЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ СТАТКОМ

Т. Мельстер, ст. гр. ЕЕ-12М Кіровоградський національний технічний університет

Статком (Statkom - static reactive power compensation) - статический компенсатор на основе преобразователя напряжения; на сегодня является наиболее совершенным и многофункциональным статическим устройством.

Схема типичного варианта Статкома


140

В реальных схемах параллельных Статком в качестве источника постоянного

напряжения используется конденсаторная батарея Cd, напряжение на которой изменяется кратковременным переводом преобразователя в выпрямительный или инверторный режим, вследствие чего в токе id появляется постоянная составляющая, которая заряжает или разряжает батарею до нужного напряжения. В традиционных СТК осуществляется обмен электромагнитной энергии между сетью и реактивными элементами (конденсаторы и реакторы), что требует равенства мощности его элементов и компенсируемой мощности. В Статкоме тиристорный коммутатор осуществляет обмен реактивной мощности между фазами, что значительно снижает установленную мощность реактивных элементов. ФОРМАЛІЗАЦІЯ УПРАВЛІННЯ ПОЛОЖЕННЯМ РОБОЧОГО ОРГАНУ

МЕХАНІЗМУ С ПАРАЛЕЛЬНОЮ КІНЕМАТИКОЮ

М.М. Мельніченко, асп. Кіровоградський національний технічний університет

Останнім часом станкове обладнання почало стрімко удосконалюватися, на що вказує використання нетрадиційних кінематичних схем[1]. Однією з таких схем являється шестикоординатна платформа Стюарта, схема якого показана на рис. 1. В даному механізмі рухома платформа з’єднана з нерухомою основою за допомогою шести штанг Ln, кожна штанга з’єднана з основою і рухомою платформою за допомогою шарнірів Аn, Bn[1], [2].


141

Рисунок 1 – Кінематична схема платформи Стюарта

Кінцеве положення рухомої платформи однозначно залежить від довжини штанг Ln. Практичний інтерес викликає зворотна кінематична задача в якій по заданому кінцевому положенню рухомої платформи необхідно знайти довжини штанг. Для вирішення цієї задачі можна використовувати різні методи, наприклад, матриці повороту, кватерніони, гвинтове числення та ін.[3], [4], [5], ми розглянемо вирішення цієї задачі за допомогою матриць повороту.

Очевидно, що нам відомі координати початку штанг An і кінця штанг Bn в початковому положенні рухомої платформи. Відстань між точками An та Bn позначимо як вектор Ln довжину якого і будемо знаходити на основі загальновідомої формули [6], [7]

12 2 2 2

n An Bn An Bn An BnL [(x x ) (y y ) (z z ) ]= − + − + − (1)

де , ,An An Anx y z - координати точки An в нерухомій системі відліку OXYZ, xBn,yBn,zBn - координати точки Bn.. При паралельному перенесенні полюсу С системи координат СX`Y`Z` відносно OXYZ в точку xoyozo формула (1) приймає вигляд

12 2 2 2

n An Bn 0 An Bn 0 An Bn 0L [(x (x x )) (y (y y )) (z (z z )) ]= − + + − + + − + (2)

Труднощі виникають якщо система СX`Y`Z` повинна рухатися відносно OXYZ не паралельно, а і повертається навколо осей СX`, СY`, СZ` на кути α, β, γ відповідно. Цим поворотам будуть відповідати матриці [3]

1 0 0C 0 cos sin

0 sin cos

= α − α α α

, cos 0 sin

D 0 1 0sin 0 cos

β β = − β β

,


142

cos sin 0E sin cos 0

0 0 1

γ − γ = γ γ (3)

Припустимо, що нам відома послідовність поворотів, наприклад СX`, СY`, СZ`, тоді матриця кінцевого повороту буде визначатися як

cos cos sin cos sin cos sin sin cos cos sin sinF C D E cos cos sin cos sin cos sin sin cos cos cos sin

sin sin sin cos cos

α γ − α β γ − α γ − α β γ α β = ⋅ ⋅ = α γ + α β γ − α γ + α β γ − α β β γ β γ β , (4)

а положення точки Bn буде визначатися за формулою

n nB` F B= ⋅ (5)

де B`n – координати точки Bn після повороту системи СX`Y`Z` на відповідні кути, F- матриця повороту на відповідні кути.

Підставивши результати формули (5) в формулу (2) зможемо знайти довжину штанги Ln з урахуванням повороту системи СX`Y`Z` на кути α, β, γ і перенесення точки С в точку xoyozo відносно системи координат OXYZ.

Отримані результати можуть бути використані при створенні та автоматизації систем навігації механізмів побудованих на основі платформи Стюарта.

Список литератури 1. В.Л. Афонин Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования / В.Л.

Афонин, А.Ф. Крайнев, В.Е Ковалев и др.; под ред В.Л. Афонин. – М.: Машиностроение, 2001. – 256 с. 2. Бранець, В.Н. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела / В.Н Бранець, И.П

Шмыглевский, - М: Наука, 1973. – 320 С 3. Ривкин С.С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. / С.С Ривкин М.:

Наука, 1978. -320 с 4. Диментберг Ф.М. Винтовое исчисление и его приложение в механие / Физико-математическая

библиотека инженера. Наука, 1965. – 199с. 5. Выгодский М.Я. Справочник по висшей математике/ М.Я. Выгодский. – М.: Физматгиз, 1963. – 872с

УСТАНОВКА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Е.П. Фомичев, проф., С.В. Швацкий, студ. Одесский национальный политехнический университет

Устойчивая энергетика предусматривает сокращение использования ископаемого топлива, использование возобновляемых источников энергии и повышение эффективности существующих энергетических установок.

В данный момент получают развитие фотоэлектрические установки для получения энергии от солнечных модулей.

Достоинства солнечных электрических станций (СЭС): − общедоступность и неисчерпаемость источника; − теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует

вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить


143

альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно);

− производство электричества в удаленных местах от линий электропередач. Недостатки СЭС: − зависимость от погоды и времени суток; − как следствие необходимость аккумуляции энергии; − при промышленном производстве необходимость дублирования солнечных ЭС

маневренными ЭС сопоставимой мощности. − высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к

примеру, индий и теллур); − необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли; − нагрев атмосферы над электростанцией. Для получения промышленного тока с частотой 50 Гц в установку должен входить

фотоэлектрический модуль, зарядное устройство, аккумулятор, инвертор в результате чего стоимость установки увеличивается.

Фотоэлектрические модули могут применятся для: − освещение и энергоснабжение частных помещений – частных и жилых домов, дач; − освещение и энергоснабжение общественных заведений – школ, больниц, офисов и

др.; − энергоснабжение хозяйств и других комплексов; − освещение территорий (парки, сады, дворы) и дорог (шоссе, улиц); − энергоснабжение телекоммуникационного оборудования; − энергоснабжение медицинского оборудования; − энергоснабжение нефте- и газопроводов и платформ; − энергоснабжение водоподачи; − энергоснабжение водоопреснения; − энергоснабжение космических станций; − зарядки для мобильных телефонов и ноутбуков и многое другое. При расчете и выборе оборудования для СЭС необходимо: 1. задаться необходимой мощности установки; 2. выбрать фотоэлектрический модуль; 3. выбрать инвертор; 4. рассчитать максимальный и минимальный ток и напряжение на панелях в

зависимости от максимальной и минимальной температуры в данном регионе по формулам 4.1 и 4.2:

( ) ,25100

125

−⋅+⋅= ° xСКЗТКЗ TII α

(4.1)

( ) ,25100

125

−⋅+⋅= ° xCXXXXT TVV β

(4.2)

– ток КЗ при изменении температуры; E – солнечная радиация, Вт/

2м – ток КЗ одной панели при температуре 25 ;


144

α – коэффициент учитывающий изменение силы тока от температуры; – напряжение холостого хода при изменении температуры;

– напряжение холостого хода одной панели при температуре 25 ; β – коэффициент учитывающий изменение напряжения от температуры. 5. Рассчитать максимальное и минимальное количество панелей подсоединенных

параллельно и последовательно (в зависимости от максимального и минимального напряжения на инверторе) и начертить схему подключения фотоэлектрических модулей;

6. Рассчитать необходимую емкость аккумуляторных батарей. Емкость аккумулятора указывается в ампер-часах. К примеру, аккумулятор на 100 А·ч

и 24 В может сохранять 2400 Вт·ч (24 В x 100 А·ч). Важно, чтобы размер батареи позволял хранить энергию как минимум в течение 3 дней и чтоб разряжались батареи не более чем на 50%.

7. Если панели устанавливаются под углом то расстояние между модулями и другими сооружениями рассчитываются по формуле 7.1:

,)61(tan latitud

hd−°⋅

= (7.1)

где h высота сооружения от которого может падать тень на модуль; latitud широта географических координат, которая определяет север-юг положение

точки на поверхности земли; 8. Рассчитать производимую энергию за 15 лет учитывая что КПД установки каждый

год снижается на 0,5 %.

,SnEW инвмодdр ⋅⋅⋅⋅= ηη (8.1)

где солнечная радиация за один световой день ( ; КПД солнечного модуля; КПД инвентора;

S площадь солнечных модулей;

n количество дней в месяце; 9. Для финансовой оценки эффективности установки рекомендуется принять

стоимость 1 Вт установки вместе с аккумуляторной батареей 2,5$.

Пример: Рассчитать и выбрать оборудование солнечной установки мощностью 10 кВт для города Одесса.

1.Выбераем фотоэлектрический модуль и инвертор: Название панелей P, Вт

Размер

панели, мм А-77Р 75 14,63 4,11 18,25 4,34 22,67 0,04 -0,32 -0,43 778х659х35

Инвертор P, Вт Vmax, В

Vmin, В

МПП, В

Imax, A

SUNNY MINI

CENTRAL 10000TL

10350 700 333 333-

500 31 0,98


145

2. Рассчитываем максимальный ток и напряжение в зависимости от температуры. для Одессы Тmax=39,2 Тmin= -28

( ) ( ) .,36,4252,39100

04.0134,41000

25100

125 AETII xСКЗТКЗ =

−⋅+⋅=⋅

−⋅+⋅= °

α

( ) ( ) ,52,262528100

32,0167,221000

25100

125 ВETVV xCXXXXT =

−−⋅

−+=⋅

−⋅+⋅= °

β

3. Расчет максимального количества панелей подсоединенных параллельно и

последовательно:

,1352,26

333min штN посл ==

,2652,26

700max штN посл ==

,736,4

31max штN пар ==

4. Необходимое количество модулей для установки 10 кВт

,13475

10000min штN посл ==

Схема присоединений: ,22штN посл = ,6штN посл =

5. Рассчитаем необходимую емкость для аккумуляторной батареи:

,чА300025505,098,024

1000035,0V

P3Cинвбат

⋅==≈⋅⋅

⋅=

⋅η⋅⋅

=

6. Рассчитай производимую энергию за 15 лет

Месяц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1,25 2,11 3,08 4,38 5,65 5,85 6,04 5,33 3,93 2,52 1,36 1,04

Рассчитаем производимую энергию для 1-го месяца(января)

,мес/чкВт3743,673198.01463.025,1SnEW инвмодdр ⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅η⋅η⋅=

Аналогично произведем расчет для остальных месяцев результаты приведены в таблице:

Месяц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Всего 374 569 910 1232 1614 1597 1691 1494 1175 753 406 310 12125


146

Рассчитаем производимую энергию за 15 лет с учетом старения модулей снижение КПД модулей на 0,5 %

При норме дисконта 22%, стоимости 1 кВт*ч берем по зеленому тарифу 5грн

Год Прибыль,$ Дисконт прибыль, $ NPV

0 0 -25000 0 -25000 1 12125 7275 5963 -19037 2 12064 7238 4863 -14174 3 12004 7202 3966 -10207 4 11944 7166 3235 -6972 5 11884 7130 2638 -4334 6 11824 7094 2152 -2183 7 11765 7059 1755 -428 8 11706 7023 1431 1003 9 11648 6988 1167 2171

10 11590 6954 952 3123 11 11532 6919 776 3899 12 11474 6884 633 4532 13 11417 6850 516 5049 14 11360 6816 421 5470 15 11303 6781 344 5813

$,250005,2100005,2 =⋅=⋅= устуст PC

Выводы: срок окупаемости установки 8 лет при норме дисконта 22%. NPV проекта 5813$. Из расчетов видно что летом производится большее количество энергии и большее количество энергии потребляется так как основную часть потребления составляет кондиционирование.

· 2012-11-29 · “Проблеми енергоефективності та енергозбереження”, 2012 902 НАУКОВЕ ВИДАННЯ ЗБІРНИК ТЕЗ

Documents