авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ...»

-- [ Страница 4 ] --

Eдоп = (3) При традиционной конструкции фазы радиус расщепления R р – это радиус окружности, описанной вокруг многоугольника, в верши нах которого расположены центры проводов a Rp =, (4) 2sin n где а – шаг расщепления, см;

n – количество проводов в фазе.

Расчётное выражение для эквивалентного радиуса определяется как среднегеометрическое значение расстояний от одного провода до других проводов той же фазы, приведённое к радиусу самого провода, см, rэ = n nrпр R p 1, n (5) где rпр –радиус одиночного провода, см;

n–количество проводов в фазе.

При горизонтальном расположении проводов за счёт того, что ёмкость между средней фазой и двумя крайними больше, чем ёмкость между крайними фазами, рабочая ёмкость средней фазы оказывается выше на 5–7 % ёмкости крайних фаз. Отсюда более высокая напря жённость поля на средней фазе, потери на корону и более высокий уровень радиопомех. По этой причине все расчёты ведутся в основ ном для средней фазы.

Амплитудное значение средней напряжённости проводов сред ней фазы, при учёте всех допущений определяется [2], кВ/см cp Cp U Ecp = 14,7, (6) nrпр где Cp – рабочая ёмкость средней фазы, мкФ/см;

U – действу cp ющее значение междуфазного напряжения, кВ;

rпр – радиус одиночно го провода, см;

n – количество проводов в фазе.

Рабочая ёмкость средней фазы, мкФ/см, определяется 0, Cp = cp. (7) lg( Dcpэ/ r ) Максимальная напряжённость поля на внешней поверхности провода находится как Emax = Ecp kH, (8) где kH – коэффициент неравномерности поля, который для рас сматриваемых условий может быть определён по выражению r kH = + (n 1) пр.

1 (9) Rp С учётом сказанного выше, получим условие для определения оптимальной конструкции фазы Emaxдоп E =E.

0,90 (10) нач Для ВЛ 1150 кВ минимальное сечение по условию короны со ставляет 2400 мм2. Этому требованию удовлетворяют различные ком бинации числа проводов и номинальных сечений. Так, в рассматрива емом случае сечение фазы может представляться в виде: 8АС 330/43, 11АС 240/39, 6АС 500/64, 4АС 700/86.

В табл. 1 приведены результаты расчётов относительной напря E жённости электрического поля max с учётом возможных сечений Eдоп проводов и междуфазных расстояний, проведённые в среде MathCAD.

Таблица 1.

4хАС 6хАС 8хАС 11хАС D, м Dср, м 700/86 500/64 330/43 240/ 14 17,64 1,330 1,135 1,074 0, 15 18,90 1,311 1,122 1,057 0, 16 20,16 1,285 1,095 1,038 0, 17 21,42 1,267 1,087 1,027 0, 18 22,68 1,245 1,075 1,014 0, 19 23,94 1,249 1,060 0,999 0, По результатам таблицы 1 можно сделать предположение, что наиболее подходящей по выбранному параметру является конструк ция фазы из 11 проводов, которая даёт возможность применения опор с уменьшенным междуфазным расстоянием, что сокращает площадь отчуждаемой территории.

На рис. 1 представлены зависимости напряжённости поля от шага расщепления. 1 – 4АС 700/86;

2 – 6АС 500/64, 3 – 8АС 330/43;

– 11АС 240/39.

кВ/см Е 37. 32. 27. а м 0.2 0.3 0.4 0.5 0. Рис. 1. Зависимость напряжённости поля от шага расщепления Рисунок показывает смещение оптимального шага расщепления в сторону уменьшения с увеличением количества проводов в фазе.

Таким образом, из рассмотренных конструкций фазы для кВ, лучшими характеристиками обладает провод с сечением 11АС 240/39, у которого уровень напряжённости электрического поля наименьший, находится в допустимых пределах, что способствует снижению потерь на корону и уровня акустического шума. Эта кон струкция предполагает использование компактных опор, что приведёт в свою очередь к увеличению пропускной способности линии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Зильберман С.М., Самородов Г.И. Сверхдальние электропере дачи полуволнового типа. – Новосибирск: Новосиб. гос. акад.

вод. трансп., 2010. – 327 с.

2. Рыжов Ю.П., Дальние электропередачи сверхвысокого напря жения. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007 – 488 с.

Научный руководитель: Т.М. Чупак, к.т.н., доцент, Электриче ские станции и электроэнергетические системы, СФУ.

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 110/35/10 КВ ПУТЕМ ДОВЕДЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДО НОРМАТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ Т.Б. Акимжанов Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях — важ ная составляющая общего комплекса энергосберегающих мероприя тий. Электроэнергия является единственным видом продукции, транспортировка которой осуществляется за счет расхода определен ной части самой продукции. Поскольку потери электроэнергии при ее передаче неизбежны, задача состоит в определении их оптимального уровня [1].

Рассмотрим возможность сбережения энергии в электрических сетях 110/35/10 кВ на примере подстанций Байкальских электриче ских сетей «Кабанская» и «Тимлюй» филиала «МРСК Сибири» — «Бурятэнерго».

Региональным центром ресурсосбережения при Национальном исследовательском Томском политехническом университете было по лучено «Техническое задание на проведение работ по режимным за мерам и расчетам режимов компенсации реактивной мощности в электрических сетях 35-110 кВ». Целью работы является снижение потерь активной мощности и электроэнергии в сети 35-110 кВ и улучшение качества напряжения за счет управления реактивной мощ ностью.

По [2] первая задача возникает при необходимости добиваться допустимого режима напряжения с помощью ограниченной мощности компенсирующих устройств, вторая — при отыскании условий наибо лее экономичной работы сетей. При решении второй задачи допусти мый режим напряжения в узлах питающей сети практически всегда соблюдается, поэтому в дальнейшем для этих сетей рассматриваются только способы решения второй задачи.

Для достижения поставленной цели необходимо обеспечить ба лансы реактивной мощности. Балансы реактивной мощности под станций электрической сети 110/35/10 (6) кВ складываются из расход ной части, создаваемой нагрузками, приложенными к шинам среднего и низкого напряжения и приходной части, поступающей от шин высо кого напряжения.

Важнейшим показателем, характеризующим баланс реактивной мощности является соотношение между потребляемой реактивной мощностью и потребляемой активной мощностью. Данный показатель получил название коэффициента реактивной мощности, или tg = QН / PН.

Значение коэффициента реактивной мощности tg тесно свя зано с уровнем потерь активной мощности в элементах электрической сети, по которым передается электрическая энергия.

На Рис. 1. приведена зависимость относительного изменения потерь активной мощности в элементах сети, связанная с передачей реактивной мощности.

Из приведенного рисунка видно, что уже при коэффициенте ре активной мощности 0,4 относительное увеличение потерь активной мощности становится незначительным.

Рис. 1. Относительное изменение потерь активной мощности, обусловленное передачей реактивной мощности Именно поэтому, величина коэффициента реактивной мощно сти, равная 0,4, и близкие к нему значения приняты в качестве норма тивных при регулировании взаимоотношений между энергоснабжаю щими организациями и потребителями электрической энергии [3].

Дальнейшее уменьшение потерь за счет уменьшения tg считается нецелесообразным.

Снижение потерь в электрической сети 110 кВ п/ст «Кабан ская», п/ст «Тимлюй» в силу особенностей режимов (направление по токов реактивной мощности совпадает с направлением потоков ак тивной мощности) возможно путем доведения коэффициента реак тивной мощности нагрузок до нормативных значений.

Максимальные расчетные нагрузки подстанций в табл. 1 полу чены в ходе инструментального обследования подстанций, выполнен ного в рамках [4]. В табл. 2 приведен расчет необходимых мощностей компенсирующих устройств на подстанциях Байкальских электриче ских сетей «Кабанская» и «Тимлюй» (по формуле QКУ = ( tg 0, 4 ) P ) и в табл. 3 представлены результаты расчета по терь в сети при исходных нагрузках и при доведении коэффициента реактивной мощности до нормативного – 0,4.

Таблица 1.

Расчетные нагрузки подстанций 110/35/10 (6) кВ БЭС п/ст «Кабан ская», п/ст «Тимлюй» (лето 2010 г.) Номер Номи- Расчетные Диспет узла по наль- нагрузки черское № Наимено- расчет- ное подстанций наимено- tg п. вание под- ной напря- (МВт) вание п станции схеме жение трансфор замеще- узла P Q матора ния (кВ) 1. Кабанская 1Т 9 35 0.000 0.000 0. 2. Кабанская 1Т 10 10 0.000 0.000 0. 3. Кабанская 2Т 16 35 2.585 1.034 0. 4. Кабанская 2Т 17 10 2.393 1.187 0. 5. Тимлюй 1Т 28 35 0.029 0.048 1. 6. Тимлюй 1Т 29 6 12.137 5.789 0. 7. Тимлюй 2Т 22 35 0.000 0.000 0. 8. Тимлюй 2Т 23 6 0.000 0.000 0. Таблица 2.

Расчет необходимых мощностей компенсирующих устройств на под станциях Байкальских электрических сетей «Кабанская» и «Тимлюй»

Диспетчер Номер узла № Наименова- ское наиме- Qку по расчет- Р, п.п ние под- нование tg 0.4 МВ МВт ной схеме станции трансформа- Ар.

замещения тора 1. Кабанская 1Т 9 0.000 0.000 0. 2. Кабанская 1Т 10 0.000 0.000 0. 3. Кабанская 2Т 16 2.585 0.000 0. 4. Кабанская 2Т 17 2.393 0.096 0. 5. Тимлюй 1Т 28 0.029 1.255 0. 6. Тимлюй 1Т 29 12.137 0.077 0. 7. Тимлюй 2Т 22 0.000 0.000 0. 8. Тимлюй 2Т 23 0.000 0.000 0. 9. ИТОГО: 1. В качестве основного средства расчета потерь применялся про граммный комплекс ДАКАР.

Таблица 3.

Потери сети Байкальских электрических сетей «Кабанская» и «Тим люй» при исходных нагрузках и при доведении коэффициента мощ ности до нормативного – 0, Потери сети при исход- Потери сети при Экономия, МВт tg = 0.4, МВт ных нагрузках,МВт 0,247 0,237 0, Относительное снижение потерь активной мощности от уста новки в сети 10-6 кВ – 0,4 кВ указанной мощности компенсирующих устройств при максимальных нагрузках оценивается в 0,01 МВт, или при значении времени потерь = 2500 ч [1] 25 кВт*ч/год.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 224 с.:

ил. – (Экономия топлива и электроэнергии) 2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах/Ю. С. Железко. — М. : Энергоиздат, 1981. — 200 с.

3. Приказ №49 от 22 февраля 2007 года «О порядке расчета значе ний соотношения потребления активной и реактивной мощно сти для отдельных энергопринимающих устройств (групп энер гопринимающих устройств) потребителей электрической энер гии, применяемых для определения обязательств сторон в дого ворах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения).Повышение качества управления реактивной мощностью и разработка мероприятий для сниже ния потерь электрической энергии в сети филиала МРСК Сиби ри «Бурятэнерго: отчет о НИР (х/д тема 22-96/10 «У»)/ Нацио нальный исследовательский Томский политехнический универ ситет (НИ ТПУ). Региональный учебно-научно-технологический центр ресурсосбережения;

рук. Харлов Н.Н.;

исп.: Литвак В.В. Томск, 2010. – 85 с.

Научный руководитель: Н.Н. Харлов, к.т.н., Региональный учебно-научно-технологический центр ресурсосбережения, ТПУ.

РАЗРАБОТКА ЭКВИВАЛЕНТА НА ОСНОВЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЗКИ УЗЛА ПС ЛУГИНЕЦКАЯ ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Н.Н. Рябченко Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС Моделирование динамических процессов в электроэнергетиче ских сетях является одним из важнейших вопросов в электроэнерге тике. Современные трехфазные моделирующие комплексы позволяют воспроизводить весь непрерывный спектр процессов в ЭС. Но из-за ограничения элементного состава комплексов, возникает вопрос экви валентного преобразования подсистем. Особую сложность представ ляют динамические эквиваленты.

В качестве объекта исследования была выбрана подсистема в близи подстанции “Игольская” Томской энергосистемы. В устано вившихся режимах эквавалентируемые подсистемы замещались по линомами статических характеристик нагрузок. Коэффициенты поли номов были найдены оптимизационными методами по ряду устано вившихся режимов.

График 1. Статические характеристики эквивалента, где 1- реактивная мощность, 2- активная мощность.

График 2. Погрешность, где 1- по активной мощности, 2 – по реактивной мощности.

Из графика 2 видно, что статические характеристики, с доста точно высокой точностью отображают установившиеся режимы под системы.

В динамических переходах принято заменять статическую нагрузку постоянным комплексным сопротивлением, данный эквива лент не отображает процессы происходящие в подсистеме.

Для отображения процессов в динамических переходах рас сматриваются два варианта. Первый заключается в использовании по линома в динамике, но с наличием инерциального канала управления по напряжению во времени. Или добавление эквивалентного асин хронного двигателя. На данный момент поставлена задача поиска ме тодики для нахождения параметров этого двигателя.

График 3. Переходный процесс, где 1 – напряжение питающей сети, – активная мощность, 3- реактивная мощность.

Для разработки методики поиска параметров эквивалентных двигателей, на первом этапе использовался упрощенный эксперимент с двумя асинхронными двигателями.

На графике 3 представлен переходный процесс двух асинхрон ных двигателей, с различными постоянным инерции. На данном этапе стаяла задача разложения общего переходного процесса на несколько постоянных переходного процесса.

P(t ) = Pуст P e t t P2 e 1 (1) Формула (1) формула переходного процесса по активной мощ ности, где Pуст - установившееся значение активной мощности после переходного прочеса, P1 и P2 - колебание мощности, 1 и 2 - посто янные переходного процесса.

Используя массив данных переходного процесса, с помощью оптимизационного подхода были найдены постоянные переходного процесса, которые находятся в таком же соотношении, как и постоян ные инерции двигателей. В дальнейшем стоит задача поиска осталь ных параметров эквивалентных двигателей.

Научный руководитель: Ю.В. Хрущев, д.т.н., профессор, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ВЬЕТНАМА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ «MUSTANG»

Дао Ань Туан, Хоанг Чан Тхе Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М В последнее время спрос на электроэнергию во Вьетнаме увели чивается, мощность нагрузок растет, что приводит к росту генератор ных мощностей и расширению электрических сетей. Одновременно возрастает напряжённость режимов Вьетнамской энергосистемы, ис черпывается пропускная способность электрических связей.

Для того чтобы эксплуатировать эту большую и сложную элек троэнергетическую систему (ЭЭС) надежно, стабильно, безопасно и экономично необходимо моделировать её схемно-режимные состоя ния в программных комплексах, таких как MUSTANG и другие. Такое моделирование позволяет решать ряд эксплуатационных и проектных задач, в частности:

• расчёт параметров режима в различных оперативных состояни ях работы ЭЭС;

• проверка устойчивости работы ЭЭС;

• моделирование и анализ возможных аварийных состояний ЭЭС;

• оценка технической эффективности при проектировании вновь вводимых объектов.

На данном этапе подготовлена база данных и проведено экспе риментальное моделирование установившихся режимов Вьетнамской энергосистемы в программном комплексе MUSTANG. При этом при няты следующие допущения:

• расчет производится только для сетей напряжением 220 кВ и выше и генерирующей части энергосистемы;

• для трансформаторов, которые не имеют каталожных данных принимаются данные российских трансформаторов соответ ствующей мощности;

• мощность нагрузок принимается равной или меньше 140% мощности одного трансформатора двухтрансформаторной под станции или не больше 90% мощности одного трансформатора однотрансформаторной подстанции;

• коэффициент мощности нагрузки принимается равным 0,8-0,85;

• погонные параметры линий электропередачи принимаются по данным российских справочников;

• не учитываются нагрузки собственных нужд электростанций.

Предварительный анализ результатов расчётов показал в целом достоверность моделирования установившихся режимов Вьетнамской энергосистемы. После отладки разработанная модель будет использо ваться для решения задач обеспечения статической устойчивости этой энергосистемы.

Научный руководитель: Ю.В. Хрущев, д.т.н., профессор, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР КАК ЭЛЕМЕНТ АКТИВНО-АДАПТИВНОЙ СЕТИ П.А. Юшманов Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М Управляемый шунтирующий реактор (УШР) – статическое устройство шунтирующего типа с плавно регулируемым индуктив ным сопротивлением. Управляемые шунтирующие реакторы предна значены для автоматического управления потоками реактивной мощ ности и стабилизации уровней напряжения [2]. Понятие «управляе мый шунтирующий реактор» появилось уже довольно давно, но ак тивное практическое использование УШР началось с конца 90-х годов 20 века. На сегодняшний день УШР установлен на нескольких под станциях как в России, так и в ближнем зарубежье. Анализ и непре рывный мониторинг со стороны специалистов показал, что более чем десятилетний опыт внедрения и эксплуатации УШР оказался положи тельным. К 2011 году суммарная мощность установленных УШР пре высила 4000 МВАр.

Управляемый шунтирующий реактор является разновидностью устройств FACTS. В России FACTS принято называть «гибкими управляемыми линиями переменного тока» или же «гибкими переда ющими системами переменного тока». УШР относится к устройствам FACTS первого поколения (FACTS-1). Устройства данного поколения обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности) и степень требуемой компенсации реактивной мощности в сети.

Если брать электроэнергетическую систему в целом, то УШР является и составной частью так называемой «активно-адаптивной се ти». Активно-адаптивная сеть (умная сеть, интеллектуальная сеть, Smart Grid) – это совокупность подключенных к генерирующим ис точникам и потребителям электрической энергии линий электропере дачи, устройств электромагнитного преобразования электроэнергии, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, инфор мационно-технологических и управляющих систем. В основу постро ения активно-адаптивной сети и принципов управления энергосисте мой заложена приоритетность системных факторов и условий: надеж ность и экономичность системы в целом [3]. В основу «Энергетиче ской стратегии России на период до 2030 года» [1] заложено как раз создание разветвленной и «живой» интеллектуальной сети, элементы которой способны быстро и четко реагировать на все изменения, про исходящие внутри нее. УШР в данном аспекте играет важную роль как устройство, которое успешно применяется в данный момент. Та кой недостаток УШР как работа лишь в режиме потребления избы точной емкостной мощности линии возможно убрать, если размещать его вместе с батареей статических компенсаторов (БСК). Необходимо отметить, что для надежного и правильного функционирования ин теллектуальной сети необходимо применять широкий спектр различ ных устройств (СТАТКОМ, СТК, ФПТ, ВПТ и т.д.).

Задача управления устройствами FACTS на данный момент времени актуальна и до конца не решена. Для отработки методов управления устройствами FACTS необходимо иметь полигон, кото рый должен представлять собой трехфазную модель реального време ни ЭЭС. В качестве такого полигона используется Всережимный мо делирующий комплекс реального времени электроэнергетических си стем (ВМК РВ ЭЭС), который разработан в ТПУ под руководством проф. А.С. Гусева. Здесь модели элементов ЭЭС представлены в виде гибридных процессоров (ГП) [4]. В то же время универсальная модель УШР, реализованная в виде ГП отсутствует. Для реализации ГП УШР в данный момент нами разрабатывается математическая модель со временных УШР.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденная Распоряжением Правительства Российской Феде рации №1715-рот13.11.2009 г.

2. Управляемые реакторы.- Электротехника.- 1991.- № 2 (номер целиком посвящен управляемым подмагничиванием реакторам).

3. Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть – новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт.- 2009.- № 4.- С. 28-34.

4. Гусев А.С., Свечкарев С.В., Плодистый И.Л. Всережимные ма тематические модели линий электропередачи // Известия Том ского политехнического университета.- 2005.- № 7.- Том 308. С. 206-211.

Научный руководитель: А.О. Сулайманов, доцент, начальник научного отдела, ЭНИН ТПУ.

ФАЗОПОВОРОТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ В АКТИВНО АДАПТИВНЫЙ СЕТЯХ Д.А. Мурехин Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М Понятие «Активно-адаптивные сети» тесно связано с развитием FACTS (Flexible AC Transmission System) устройств. Устройства FACTS позволяют управлять потоками мощности по линиям пере менного тока, причём выполнять это практически безынерционно.

Линии, оснащённые такими устройствами, получили название управ ляемых, или гибких линий электропередачи.

Гибкие линии электропередачи позволяют:

1. Обеспечивать оптимальное распределение мощности между ли ниями в сложной неоднородной электрической сети в соответ ствии с требованиями диспетчера;

2. Повысить устойчивость системы путем демпфирования колеба ний, возникающих в переходных электромеханических процес сах;

3. Повысить пропускную способность линий электропередачи на стадии из проектирования;

4. Повысить пропускную способность существующих линий в тя желых послеаварийных режимах вплоть до теплового предела по нагреву проводов (для относительно коротких линий).

На рисунке 1 изображён спектр устройств FACTS.

Устройства FACTS Статические Электромашиновентильные тип Принцип Скалярное регулирования Векторное регулирование регулирования ВРГ СТК УШР ФПУ АСМ УПК СТАТКОМ АСТ АСЭМПЧ АСК ВПТН ОРПМ СПИН Рис. 1. Устройства FACTS На данном рисунке 1 можно обозначить следующие устройства:

ВРГ – вакуумно-реакторные группы;

АСМ – асинхронизированная машина;

АСГ – асинхронизированный генератор;

АСЭМПЧ – электромеханический преобразователь частоты;

ВПТ – вставка постоянного тока;

ВПТН – вставка постоянного тока на базе СТАТКОМа;

СПИН – сверхпроводниковый накопитель энергии.

Одним из таких устройств является фазоповоротный (фазосдви гающий) трансформатор(ФПТ). ФПТ используются с 30-ых годов века для управления потоками мощности в линиях электропередач. В зарубежной литературе принято обозначение PST – PhaseShiftingTransformer. С недавнего времени появилась возмож ность использовать вместо механических регуляторов полупроводни ковые устройства. Это существенно повышает быстродействие и надежность таких устройств. Их название статические фазоповорот ные трансформаторы (StaticPhaseShiftingTransformer (SPST)) или фа зоповоротные трансформаторы с тиристорным управлением (ThyristorControlledPhaseAngleRegulator (TCPAR)).

Использование ФПТ основано на том, что напряжение каждой фазы сдвинуто по отношению к межфазному напряжению двух дру гих фаз на 90 градусов. ФПТ состоит из двух трансформаторов: по следовательного и возбуждающего. Первичная обмотка возбуждаю щего трансформатора включена на междуфазное напряжение;

эта об мотка имеет ответвления, которые могут переключаться с помощью устройства, аналогичному устройству РПН. Обмотка имеет также контакторы, с помощью которых изменяется полярность напряжения.

Вторичная обмотка возбуждающего трансформатора соединена со вторичной обмоткой последовательного трансформатора, первич ная обмотка которого включена в фазу линии. В результате напряже ние в начале линии, создаваемое первичной обмоткой последователь ного трансформатора, есть векторная сумма двух напряжений. В ре зультате напряжение фазы в начале линии смещается по отношению к ±.

напряжению шин, к которым подключена линия, на некоторый угол = ± Угол между напряжениями по концам линии:

(1) На рисунке 2 изображена схема включения ФПТ в линию элек тропередач. Можно увидеть, что управление осуществляется с помо щью тиристорных мостов, их количество зависит от уровня напряже ние. Также можно отметить разделение обмотки на секции с разным количеством витков (1:3:9). Существует множество модификаций фа зоповоротных трансформаторов, можно выделить следующие основ ные виды:

• Несимметричный ФПТ прямого включения • Симметричный ФПТ прямого включения • Несимметричный ФПТ обратного включения • Симметричный ФПТ обратного включения Рис. 2. Однофазное исполнение ФПТ с тиристорным управлением В этой совокупности модификаций главными отличиями явля ются схема соединения обмоток и способ включения ФПТ в энергоси стему. Можно получить разные результаты, которые видны на век торных диаграммах на рисунке 3.

Рис. 3. Векторные диаграммы при различных видах ФПТ.

Применение ФПТ в реальной энергосистеме осложняется ввиду того, что влияние ФПТ на работу энергосистемы в целом, с точки зре ния статической и динамической устойчивости трудно оценить в ре альном времени. Поэтому методы управления устройствами FACTS, в частности ФПТ, до сих пор не получили окончательных решений. Для разработки данных методов управления модно использовать всере жимный моделирующий комплекс реального времени энергосистем (ВМК РВ ЭЭС). Для этого в данном комплексе необходимо иметь ги бридную модель ФПТ, основанную на математической модели.

В программном комплексе MATLAB в пакете Simulink суще ствует математическая модель ФПТ (OLTC PhaseShiftingTransformer (PhasorModel)). С помощью данного блока осуществим фазовый сдвиг в линии с двухсторонним питанием напряжением 120 кВ. ФПТ мощ ностью 300 МВА.

Рис. 4. Схема подключения ФПТ в MatlabSimulink Рис. 5. Изменение токов, напряжений и фазового сдвига при изменении отпаек Данная модель с некоторой модификацией будет реализована в виде специализированного гибридного процессора ВМК РВ ЭЭС.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Hingorani, Narain G. Understanding FACTS: concepts and technol ogy of flexible AC transmission system. – IEEE PRESS, 2001. - 2. K.R. Padiyar. FACTS Controllers In Power Transmission And Dis tribution. –NEW AGE, 2007. – 3. IEEE Power Engineering Society, “C57.135 : IEEE Guide for the 4. Application, Specication, and Testing of Phase-Shifting Transform ers,” May 2002.

5. J. Bladow and A. Montoya, “Experiences with Parallel EHV Shifting 6. Transformers,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 6, no. 3, pp. 1096–1100, July 1991.

7. Воропай Н.И., Воротницкий В.Э., Новиков Н.Л., Шакарян Ю.Г.

Пути повышения эффективности электросетевого комплекса России//Электрические станции.-2010.- № 1.- С.53-58.

8. Стельмаков В.Н., Жмуров В.П., Тарасов А.Н., Гринштейн Б.И.

Фазоповоротные трансформаторы с тиристорным управлением// Энергетик.-2010.- №8.- 20- Научный руководитель: А.О. Сулайманов, к.т.н., ТПУ.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ И.А. Маренников, С.А. Михайлов, Н.С. Разин Пензенский государственный университет Оптимальное распределение реактивных мощностей – одна из важнейших задач при эксплуатации и проектировании электрических систем. Экономическим критерием оптимальности распределения при эксплуатационных расчетах является минимум потерь активной мощ ности на генерацию и распределение реактивной мощности во всех элементах системы. При проектных расчетах минимизируются приве денные затраты на покрытие потребностей системы в реактивной мощности.

При распределении реактивной мощности необходимо также учитывать ряд технических ограничений, которые можно разделить на прямые и косвенные.

К прямым ограничениям относятся:

• располагаемая реактивная мощность отдельных источников пи тания, которая не может быть превышена;

• пропускная способность по току элементов (трансформаторов, линий электропередачи), связывающих источник питания с си стемой.

Учет прямых ограничений осуществляется фиксированием мощности пунктов с регулируемой реактивной мощностью после до стижения ими предельной загрузки.

Основным видом косвенных ограничений являются ограниче ния по режиму напряжений, которые могут потребовать полного пе рераспределения нагрузок между всеми источниками реактивной мощности.

Во всех нормальных режимах должен быть также обеспечен не обходимый резерв реактивной мощности. Резерв должен предусмат ривать возможности вывода отдельных генераторов в ремонт, аварий ного отключения генераторов, отключения линий сети, которые при водят к возрастанию потерь реактивной мощности снижению уровней напряжений.

Кроме того, во всех установившихся режимах работы энергоси стемы должен соблюдаться баланс реактивных мощностей. При не большом дефиците реактивной мощности в системе происходит по нижение уровней напряжений, которое приводит к снижению потреб ляемой реактивной мощности в соответствии со статическими харак теристиками нагрузок. При этом условия баланса могут быть восста новлены, но система будет работать с ухудшенными техническими и экономическими показателями. При значительном дефиците реактив ной мощности развивается «лавина» напряжений, и требуется отклю чение части потребителей.

Для послеаварийных и ремонтных режимов соображения эко номичности отходят на второй план и определяющими являются тех нические требования.

Колебания энергии в магнитных и электрических полях различ ных устройств переменного тока обусловливают потребление этими устройствами индуктивной или емкостной реактивной мощности. По требление емкостной реактивной мощности эквивалентно генериро ванию индуктивной. В инженерной практике под реактивной мощно стью обычно подразумевается индуктивная, которая потребляется в индуктивных элементах электрической системы и генерируется в ем костных или в других – эквивалентных емкостным по эффекту эле ментах.

По аналогии с активной мощностью для реактивной также раз личают полезное потребление и потери. Для питающих сетей энерго систем в качестве полезной принимается реактивная мощность, выда ваемая от шин вторичного напряжения понижающих подстанций. Ос новные потери имеют место в трансформаторах. В ЛЭП реактивная мощность одновременно теряется в последовательных реактивных сопротивлениях и генерируется в параллельных реактивных проводи мостях. Потери в реактивных сопротивлениях пропорциональны квадрату тока и могут значительно изменяться в различных нагрузоч ных режимах. Генерируемая в ЛЭП реактивная мощность пропорцио нальна квадрату напряжения и остается почти постоянной в процессе эксплуатации. В результате сети высокого напряжения в режимах наибольших нагрузок характеризуются потерями реактивной мощно сти, а при малых нагрузках – генерированием.

Суммарные абсолютные и относительные потери реактивной мощности в электрических сетях велики и достигают 50% от мощно сти, получаемой сетью от источников. В качестве мероприятий по снижению потерь проводится повышение коэффициента мощности потребителей. Но из-за роста потребления коэффициент мощности электростанций остается неизменным или даже снижается.

Как известно, в установившихся режимах работы энергосистем должен соблюдаться оперативный баланс реактивных мощностей:

Q Г + Q Л ± Q С. Д. ± Q К.= Q П + Q (1) У.

где Q Г - реактивная мощность генераторов электростанций;

Q Л - зарядная мощность линий;

Q С. Д. - реактивная мощ ность синхронных двигателей, которые могут работать в режиме пе ревозбуждения или недовозбуждения;

Q К.У. - мощность компенси рующих устройств в режиме выдачи или потребления реактивной мощности;

Q П - реактивная мощность потребителей, в том числе собственных нужд электростанций и подстанций;

Q - потери ре активной мощности в электрических сетях.

Баланс реактивной мощности сохраняется в каждый данный момент за счет изменения генерируемой реактивной мощности и по требляемой реактивной мощности в соответствии со статическими ха рактеристиками нагрузки по напряжению. Суть таких изменений за ключается в том, что при снижении напряжения, вызванном умень шением генерируемой реактивной мощности, потребляемая реактив ная мощность уменьшается. Это уменьшение реактивной мощности называют регулирующим эффектом нагрузки, и при напряжениях, близких к номинальному, описывается выражением Q = 2 5, (2) U т.е. на каждый процент изменения напряжения возникает изме нение реактивной мощности на 2...5%. В результате устанавливается новый оперативный баланс реактивной мощности, но уже при пони женном напряжении. Однако такой процесс имеет место лишь при условии, что напряжение больше критического. При напряжении в уз ле потребления меньше критического регулирующий эффект нагрузки описывается выражением:

Q 1, (3) U поэтому дальнейшее снижение напряжения будет вызывать до полнительные падения напряжения в сети. Возникнет лавинообраз ный процесс, называемый лавиной напряжения. В результате про изойдет нарушение устойчивости нагрузки, выражающееся в самораз грузке потребителей. После их самопроизвольного отключения напряжение в сети восстанавливается.

Возникновение лавины напряжения потенциально возможно прежде всего в отдельных узлах системы, в которых возникает дефи цит реактивной мощности, а не во всей системе сразу. Более вероятна лавина напряжения в послеаварийных режимах, связанных со значи тельным понижением напряжения.

Критическое напряжение на шинах потребителя, при котором возникает лавина напряжения, составляет примерно 70% от номи нального. С учетом падения напряжения и некоторого запаса напря жение на границах раздела сетей энергосистемы и потребителей в по слеаварийных режимах должно составлять не менее 75...80% от номи нального. Отдельные узлы системы с большим коэффициентом за грузки асинхронных двигателей и значительной мощностью батарей конденсаторов могут характеризоваться критическим напряжением, равным 0,85...0,9 от номинального.

Снижение частоты вследствие возникновения в системе дефи цита активной мощности для асинхронных электродвигателей эквива лентно повышению напряжения: потребляемая ими реактивная мощ ность возрастает. Поэтому при пониженной частоте критическое напряжение, при котором возникает лавина напряжения, несколько снижается:

Таблица 1.

Частота, Гц Параметр 45 и ниже 50 49 48 47 U к, % от 80 79 78 77 76 U ном Таким образом, управление распределением реактивной мощно сти в энергосистеме позволяет эффективно решать вопросы качества электроэнергии у конечных потребителей, а так же надёжности элек троснабжения потребителей. А именно:

• уменьшить снижение напряжения в сети;

• снизить влияние сетевых помех;

• выровнять нагрузку симметрично по фазам;

• не допустить возникновение лавины напряжения.

Оптимальное распределение реактивной мощности – один из наиболее важных факторов, позволяющих решить задачу энергосбе режения. Разгрузка распределительных линий, трансформаторов, ге нераторов от реактивного тока, и как следствие этого, снижение по терь активной мощности в системе существенно снижают затраты на производство электрической энергии.

Научный руководитель: Ю.А Шатова, к.т.н., доцент, ПГУ.

СЕКЦИЯ 4. ВЫСОКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ ВЛ НАПРЯЖЕНИЕМ 110-220 КВ В.В. Приймак Новосибирский государственный технический университет ФЭН, ТЭВН, группа ЭН 1- Грозоупорность воздушных линий (ВЛ) напряжением 110- кВ всегда рассматривалась как один из основных показателей надеж ности их эксплуатации. Считается, что с увеличением номинального напряжения грозоупорность ВЛ должна возрастать. С одной стороны, это действительно так, что обусловлено увеличением импульсной электрической прочности линейной изоляции ВЛ и снижением веро ятности ее перекрытия при грозовом поражении ВЛ. С другой сторо ны, с увеличением номинального напряжения увеличивается высота и габариты ВЛ в целом, что может приводить к увеличению вероятно сти поражения фазных проводов молнией. В невыгодном положении, с точки зрения грозоупорности, находятся ВЛ, трассы которых прохо дят в Северных регионах России. Для этих районов характерно высо кое удельное сопротивление грунтов (500 Омм и выше) и высокая грозовая активность (20…40 грозовых часов). Как правило, в этих районах сложно обеспечить нормируемое ПУЭ сопротивление зазем ления опор, поэтому традиционные меры защиты, такие как подвеска грозозащитных тросов, оказываются малоэффективными.

Условно можно выделить следующие, так называемые, тради ционные и нетрадиционные (которые находят все большее примене ние на практике) пути повышения грозоупорности ВЛ. К традицион ным можно отнести: обеспечение необходимого угла грозозащиты ВЛ;

снижение сопротивления заземления опоры и усиление линейной изоляции ВЛ. К нетрадиционным мерам - применение линейных под весных защитных аппаратов, устанавливаемых на опорах ВЛ;

отказ от грозозащитных тросов;

строительство ВЛ с использованием новых конструкций опор, обладающих пониженной высотой подвеса прово дов;

применение дифференциальной линейной изоляции на двухцеп ных ВЛ.

Повышение грозоупорности ВЛ является на сегодня весьма ак туальной проблемой, поскольку уже на стадии проектирования ВЛ необходимо выбрать оптимальные пути повышения ее грозоупорно сти. Многообразие факторов, влияющих на грозоупорность ВЛ, пред определяет необходимость системного подхода к проектированию ВЛ по числу грозовых отключений. Необходимость системного подхода при оценке количества грозовых отключений ВЛ 110-220 кВ обуслов лена, например, такими факторами как: геоэлектрические свойства грунта;

техногенные вторжения в грунты, если трассы ВЛ проходят рядом с магистральными нефтегазопроводами;

параметры токов мол нии, определяющих вероятность грозового поражения ВЛ от величи ны амплитуды тока молнии;

применяемые при строительстве ВЛ типы опор с различной высотой подвеса проводов и т.д. [1].

Подвесные ОПН могут устанавливаться на опорах либо вдоль всей трассы ВЛ, либо выборочно - на части опор. Наиболее эффектив но применение ОПН на опорах с высокими импульсными сопротив лениями заземления, на высоких опорах при переходах через реки.

Существует два основных типа ОПН - с внешним искровым промежутком (ИП) и без него (рис. 1 и 2). Первый тип, как правило, имеет жесткое крепление к опоре, необходимое для обеспечения по стоянства габаритов искрового промежутка. Второй тип подвешивает ся на фазный провод за верхний фланец.

Искровой промежуток настраивается на срабатывание при гро зовых перенапряжениях, исключая воздействие на ОПН коммутаци онных и квазистационарных перенапряжений, а также, исключая дли тельное воздействие рабочего напряжения сети, что относят к его преимуществами. Однако при этом, следует отметить, что:

• коммутационные перенапряжения не представляют опасности для ОПН, так как энергия коммутационных перенапряжений ВЛ 110-220 кВ заметно меньше той, которой обладают грозовые пе ренапряжения, и при массовой установке ОПН без искрового промежутка она рассеиваются одновременно во многих ОПН заданной фазы;

• квазистационарные перенапряжения в сетях 110-220 кВ не представляют опасности для ОПН в случае заземления нейтра лей силовых трансформаторов, присоединенных к ВЛ, а также применения ОПН 110 кВ с наибольшим рабочим напряжением 88 кВ и ОПН 220 кВ с наибольшим рабочим 176 кВ;

исключе ние составляют ВЛ 110-220 кВ, осуществляющие электроснаб жение тяговых подстанций переменного тока 27.5 кВ;

• длительное воздействие на ОПН рабочего напряжения сети со гласно исследованиям приводит к восстановлению первона чальной вольтамперной характеристики ОПН, компенсируя де градацию свойств нелинейных элементов, вызванную прохож дением импульсных токов;

кроме того, длительное воздействие напряжения подсушивает аппарат, снижая риск его увлажнения;

поэтому отсутствие искрового промежутка, вопреки мнению не которых специалистов, является преимуществом ОПН.

Рис. 1. Вариант присоединения к опоре ОПН без ИП через отделитель Рис. 2. Вариант присоединения к опоре ОПН с внешним ИП При выходе из строя ОПН, установленного через искровой про межуток, на ВЛ появляется место с ослабленной электрической проч ностью. Обнаружение такого ОПН бывает затруднено, поскольку по вреждение ОПН может никак не сказаться на его внешнем виде, а зна чит, не всегда такой аппарат возможно обнаружить визуальным осмотром при обходе ВЛ.

Отсутствие искрового промежутка позволяет ускорить вступле ние ОПН в работу по ограничению перенапряжений, позволяет ис ключить неверную работу промежутка вследствие ошибок монтажа, а также позволяет рассеивать энергию грозовых перенапряжений одно временно в большом числе ОПН, снижая нагрузки на каждый из них и повышая надежность технического решения.

Отсутствие искрового промежутка позволяет присоединить ОПН к опоре с помощью гибкого шлейфа, в который устанавливается специальное устройство - «отделитель». В случае повреждения ОПН в сети с заземленной нейтралью в нем пройдет ток однофазного корот кого замыкания, который приведет к быстрому разрушению «отдели теля» и отсоединению ОПН от линии еще до завершения отключения ВЛ головными выключателями. Хотя линия все же будет отключена своими выключателями, ее автоматическое повторное включение бу дет успешным. При этом наличие разорванного шлейфа не мешает дальнейшей эксплуатации ВЛ и при осмотре ВЛ однозначно указыва ет на поврежденный аппарат [3].

Быстромонтируемые опоры. Наряду с опорами решетчатого типа в настоящее время все более широко применяются узкобазовые быстромонтируемые опоры из гнутого стального профиля (конструк ции "ЭЛСИ") и многогранные опоры (конструкции "Гидромонтаж").

Опоры стандартных конструкций и современные конструкции опор имеют свои преимущества и недостатки, что предполагает на стадии проектирования определять технико-экономическую целесообраз ность их использования с учетом конкретных геолого-климатических условий прохождения трассы ВЛ.

Изолирующие траверсы. Эффективность применения изоли рующих траверс определяется фиксированным положением проводов (фаз) ВЛ относительно стойки опоры, обеспечивающим: увеличение высоты подвеса проводов на длину гирлянды (увеличение длины га баритного пролета).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник / К. П. Кадомская, Ю. А. Лавров, А.

А. Рейхердт. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006 – 368 с.

2. Дмитриев М.В. Применение ОПН в электрических сетях 6- кВ.- СПб.: Изд-во «НИВА», 2007.- 60 с.

3. http://www.elsi.ru/qa/7.html Научный руководитель: Ю.А. Лавров, к.т.н., зав. кафедрой ТЭВН, НГТУ.

АМПЛИТУДНО ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ Е.А. Марюшко Новосибирский государственный технический университет ФЭН, ТЭВН, ЭН1- В настоящее время на существующих линиях электропередач высокого и сверх высокого напряжения измерения для контроля каче ства электроэнергии производятся с помощью трансформаторов напряжения (ТН), это обусловлено сложностью, а зачастую непригод ностью применения емкостных делителей, шаровых разрядников и других измерительных приборов.

При несимметричных режимах работы в электрической сети возникают высшие гармонические составляющие. Появление кото рых, в значительных количествах, ведёт к увеличению токов и напря жений, увеличению потерь в трансформаторах, сокращению срока службы изоляции, выходу из строя конденсаторных батарей, ложным срабатываниям релейной защиты. В связи с этим, допустимая ампли туда высших гармонических составляющих описывается ГОСТ 13109 97. В число нормируемых характеристик входят коэффициенты гар монических составляющих напряжения до 40-й гармоники (2 кГц) [1].

Достоверность значений этих параметров полученных с использова нием ТН находится под вопросом, ввиду не однородности АЧХ раз личных типов трансформаторов.

Целью работы является получение амплитудно-частотных ха рактеристик (АЧХ) ТН НАМИ и НКФ для проверки возможности определения с их помощью гармонических составляющих присут ствующих в электрической сети.

В 2010 году в Новосибирском государственном техническом университете на кафедре техники и электрофизики высоких напряже ний был проведён эксперимент с использованием ТН НАМИ-110.

Схема испытательной установки проведена на рис.1.

Рис. 1. Схема испытательной установки По полученным во время эксперимента данным произведён рас чёт с использованием Быстрого преобразования Фурье и получен гра фик зависимости коэффициентов передачи от частоты гармоники.

4, 3, 2, 1, 0, 0 500 1000 1500 Рис. 2. График зависимости коэффициента передачи от частоты гармонической составляющей.

Полученный результат соотносится с результатами, которые по лучили Ярославский В.Н., Боярин Н.А., Алексеев А.А., Бронников В.И., Старцев А.П. в работе по отработке метода экспериментального исследования частотных свойств трансформаторов напряжения про ведённой на базе УГТУ и ВНИИМС [2].

Планируется провести ещё ряд экспериментов, с использовани ем других экземпляров НАМИ и НКФ. Для получения статистики по АЧХ трансформаторов этого типа, с последующим анализом данных.

В случае выделения зависимостей будут составлены рекомендации по проведению измерений гармонических составляющих с использова нием данных трансформаторов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость техни ческих средств электромагнитная. Нормы качества электриче ской энергии в системах электроснабжения общего назначения.

— Взамен ГОСТ 13109-87;

Введ. 01.01.99. — М.: ИПК Изда тельство стандартов 1998. — 35с.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПКЭ / Ярославский В.Н., Боярин Н.А., Алек сеев А.А., Бронников В.И., Старцев А.П. доступа:

[http://yanviktor.narod.ru/ascue/kachestvo/metod.doc 10.02.2011].

Научный руководитель: С.С. Шевченко, ассистент, ТЭВН, НГТУ.

ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГИИ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПРОДУКТА ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА СИСТЕМЫ С-N Ю.Л. Колганова, И.А. Рахматуллин, И.И. Шаненков Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 7А Приведены результаты исследований продукта динамического синтеза газо-плазменной системы С-N методом рентгеновской ди фрактометрии. Продукт синтезирован гиперскоростной импульсной струей углеродной электроразрядной плазмы, истекающей в про странство с азотной атмосферой, при различных значениях подведен ной к системе энергии. Источником плазмы является сильноточный импульсный коаксиальный магнитоплазменный ускоритель (КМПУ) с графитовым ускорительным каналом и вольфрамовым центральным электродом. Полученные данные показывают возможность влияния на фазовый состав продукта синтеза путем изменения энергетических параметров эксперимента.

Согласно расчетам методами квантовой механики [1] гипотети ческий кристаллический нитрид углерода C 3 N 4, содержащий sp3 – связанный углерод, может превзойти по механическим характеристи кам кубический нитрид бора и составить конкуренцию алмазу. Одна ко, анализ публикаций по проблеме синтеза ковалентного нитрида уг лерода [1-3] показывает, что к настоящему времени никем не получе ны однозначные доказательства синтеза какой-либо из теоретически предсказанных кристаллических структур со стехиометрией C 3 N 4.

В работе [4] представлена расчетная фазовая диаграмма условий образования ковалентного C 3 N 4, согласно которой проблематичным представляется достижение в статике требуемых P,t-параметров при обеспечении необходимого состава исходных компонентов для синте за. Кроме того, авторы [4] исключают возможность динамического синтеза в условиях детонации самых мощных взрывчатых веществ (ВВ), содержащих азот и углерод, при изэнтропическом расширении продуктов детонации (ПД). Основными препятствиями при синтезе C 3 N 4 при адиабатическом взрыве является сложность удержания по стоянства объема и достаточно высокой температуры ПД в области термодинамической стабильности ковалентного нитрида углерода. По нашему мнению, получить такие условия можно в прямом или инду цированном скачке уплотнения головной ударной волны гиперско ростной струи углеродной электроразрядной плазмы, истекающей в азотную атмосферу со скоростью 103ч104 м/с при характерном време ни существования квазистационарного режима течения порядка 10-4 с.

В эксперименте такие условия реализуются с помощью импуль сного (до 500 мкс) сильноточного (порядка 105 А) КМПУ [5]. Исход ный углерод в виде нанодисперсного порошка (сажа) закладывается в зону формирования плазменной структуры сильноточного дугового разряда типа Z-пинч, ускоряемого в коаксиальной системе. Плазмен ный выстрел производился в герметичную камеру-реактор, заполнен ную технически чистым азотом при нормальном давлении. Получен ный ультрадисперсный порошок без какой-либо подготовки исследо вался методом рентгеновской дифрактометрии (XRD) (дифрактометр Shimadzu XRD6000, CuK -излучение).

На рис. 1а,б приведены дифрактограммы продуктов, синтезиро ванных при разных значениях энергии импульсного источника элек тропитания КМПУ: W 1 100 кДж и W 2 130 кДж. При электропитании от емкостного накопителя энергии и одинаковых параметрах разряд ного контура энергия изменялась за счет изменения зарядного напря жения U 1 =2,9 кВ и U 2 =3,3 кВ, что соответствовало увеличению ам плитуды разрядного тока, температуры углеродной плазмы, скорости плазменной струи и давлению в скачке уплотнения.

Рис.1. Рентгеновские дифрактограммы продуктов синтеза, полученных при разных энергиях источника питания ускорителя а) W1100 кДж, б) W2130 кДж Номера 15 соответствуют позициям таблицы.


Эти изменения отразились на дифрактограммах, общий харак тер которых свидетельствует о присутствии в составе продуктов не скольких ультрадисперсных кристаллических фаз и небольшого коли чества рентгеноаморфной фазы. Структурно-фазовый анализ прово дился с помощью программы «PowderCell 2.4» и базы структурных данных «PDF4+». Рассматривались кристаллические фазы, образова ние которых в данной C-N системе представляется наиболее вероят ным: углеродные нанотрубки, графит, алмаз, карбиды вольфрама, а также структурные модели гипотетических фаз кристаллического ко валентного нитрида углерода C 3 N 4.

Наименьшие значения фактора расходимости получены в обоих случаях при суперпозиции спектров следующих фаз: многослойных углеродных нанотрубок nt-C – (1);

синтетического алмаза d-C – (2);

нитрида углерода t-С 3 N 4 – (3);

нитрида углерода -C 3 N 4 – (4);

карбида вольфрама W 2 C – (5).

На вставках рис. 1а,б показаны профили сильнейших рефлексов дифрактограмм, образованных наложением рефлексов трех основных кристаллических фаз: 101 – -C 3 N 4 ;

100 – t-C 3 N 4 и 002 – nt-С. Срав нение дифракционных спектров показывает усиление рефлексов, от вечающих фазам нитрида углерода и ослабление рефлексов, соответ ствующих нанотрубкам, с увеличением энергетики процесса синтеза.

То есть при W 1 100 кДж суммарное содержание углеродных фаз примерно в 2 раза выше, чем суммарное содержание фаз C 3 N 4 (60,0 % и 33,0 % соответственно) (таблица), а при W2 130 кДж содержание этих составляющих примерно одинаково. При этом увеличивается со держание W 2 C из-за возрастания массы эродированного с централь ного электрода ускорителя вольфрама.

Судя по приведенным в таблице средним значениям размеров ОКР все кристаллические фазы в составе продуктов синтеза нано структурированы. Также можно отметить возможные тенденции на уменьшение ОКР углеродных фаз и повышение ОКР фаз C 3 N 4 с уве личением энергии источника питания КМПУ. Отличия параметров решетки идентифицированных фаз от стандартных значений обуслов лены неравновесностью и высокой динамичностью процессов синтеза и кристаллизации, сравнимых лишь с процессами детонационного синтеза. Следствием этого является высокая дефектность образовав шихся кристаллических наноструктур с характерным для них высо ким уровнем внутренних упругих микронапряжений (d/d). Представ ленные данные, позволяют сделать вывод о возможности динамиче ского синтеза кристаллических ультрадисперсных фаз ковалентного нитрида углерода. Следует отметить достаточно большое их содержа ние в составе порошкообразного продукта, синтезированного в высо кодинамичной газо-плазменной системе. При этом доминирующими кристаллическими фазами являются чисто углеродные фазы. Однако, основываясь на приведенных результатах, можно заключить, что под бором параметров импульсного питания КМПУ можно минимизиро вать содержание фазы многослойный углеродных нанотрубок, в част ности увеличением подведенной к системе энергии.

Таблица 1.

Результаты анализа рентгеновского дифракционного спектра ультра дисперсных продуктов динамического синтеза в системе C-N при раз ных энергиях источника питания КМПУ.

Параметр ре № Кристаллическая Энергия, Содерж.,% ОКР, шетки, Е d/d· п/п фаза кДж (масс) нм эксп. PDF а = 2,471 2, Многослойные уг- 100 27,9 25,6 6, с = 6,810 6, 1 леродные нанотруб а = 2, ки nt-С 130 15,9 -//- 14,4 1, с = 6, а=3, Синтетический ал- 100 38,4 3,5770 8,1 4, маз d-С а=3, 130 34,1 -//- 7,5 5, а = 3,431 3, 100 19,9 12,6 3, Нитрид углерода с = 3,398 3, а = 3, t-C 3 N 130 22,8 -//- 20,0 2, с = 3, а = 6,565 6, 100 12,8 11,0 4, Нитрид углерода с = 4,610 4, а = 6, -C 3 N 130 25,4 -//- 13,1 2, с = 4, а = 5,135 5, 100 1,0 11,0 4, Карбид вольфрама с = 4,804 4, а = 5, W2C 130 1,8 -//- 9,2 7, с = 4, ЛИТЕРАТУРА:

1. Жук А.З., Милявский В.В.,Бородина Т.И., Фортов В.Е. Сверх твердый нитрид углерода: перспективы синтеза // Химическая физика, 2002. - Т. 21. - №8. - С. 41-53.

2. Батов Д.В., Поляков Е.В. О возможности получения сверхтвер дого нитрида углерода (Обзор) // Сверхтвердые материалы. – 2004. - №3. - С.18-35.

3. Корсунский Б.Л., Пепекин В.И. На пути к нитриду углерода // Успехи химии. – 1997. – 66. - № 11. С.1003-1014.

4. Одинцов В.В., Пепекин В.И. Оценка условий термодинамиче ской стабильности и перспективы синтеза ковалентного нитрида углерода // Доклады академии наук, Химия. - 1995. - Т. 343. №2. С. 210-213.

5. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель: пат. на полез ную модель № 61856 Рос. Федерация. 7F41В 6/00. / Герасимов Д.Ю., Сайгаш А.С., Сивков А.А.. Опубликовано.10.03.2007.

Бюл. №7.

Научный руководитель: А.А. Сивков, д.т.н., профессор, ЭСПП, ЭНИН, ТПУ.

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ КОРОНЫ И ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ПРИ КОРОНИРОВАНИИ ДЛЯ РАСЩЕПЛЁННОГО ФАЗНОГО ПРОВОДА Н.А. Беляев, А.В. Егорычев Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М На воздушных линиях электропередач высокого напряжения в условиях резкой неоднородности электрического поля и напряжённо сти поля достаточной для возникновения ударной ионизации, возни кает коронный разряд, сопровождающийся потерями электрической энергии. Ежегодно в электроэнергетических сетях России такие поте ри составляют более 4 млрд. кВт·ч [1], что составляет 13,5% от услов но-постоянных потерь и 3,35% от общих потерь электроэнергии [2].

Большие масштабы потерь обуславливают актуальность исследования факторов, влияющих на возникновение коронного разряда, а также способов снижения потерь на корону.

Коронный разряд начинается, когда напряжение на проводе U достигает так называемого начального напряжения (напряжения за жигания) короны U0. Ток коронного разряда пропорционален разно сти U-U 0 и подвижности образующихся в разряде ионов газа. Началь ное напряжение короны U 0 определяется критической напряжённо стью электрического поля E 0 на поверхности провода.

Потери энергии вызываются перемещением и рекомбинацией заряженных частиц вокруг провода. С ростом напряжения происходит усиление ионизационных процессов и рост объёмного заряда, возрас тают плотность тока короны j к и полный ток короны I к, которые зави сят от конфигурации и размеров провода. Произведение I к на напря жение U определяет потери электрической энергии на коронирование [3].

Для линий электропередачи сверхвысокого напряжения (ЛЭП СВН) потери при коронировании являются одним из факторов, опре деляющих экономичность транспорта электрической энергии. С це лью уменьшения потерь энергии при коронировании применяют рас щёпление провода фазы на составляющие, что позволяет радикально уменьшить потери на корону, поскольку при этом возрастает началь ное напряжение короны U 0 по сравнению с одиночным проводом ана логичного суммарного сечения [4], которое может быть определено по выражению:

2nr0 E U0 = r C[1 + (n 1) ] rp (1) где n – число составляющих проводов в фазе;

r 0 – радиус со ставляющих;

r р – радиус расщепления;

С – ёмкость фазы;

– диэлек трическая постоянная среды.

Из формулы видно, что U 0 определяется, в основном, произве дением nr 0, а не их раздельным изменением. Параметры n, r 0, r р пол ностью определяют условия возникновения коронного разряда на расщеплённом проводе [5]. Целью данной работы являлось исследо вание влияния параметров расщеплённого провода на начальное напряжение коронирования и потери энергии на корону.

Экспериментальная установка состоит из источника высокого напряжения, получаемого при помощи трансформатора типа ИОМ 110/25, высоковольтного делителя напряжения, испытательной ячей ки, устройства для измерения параметров короны – напряжения U 0 и потерь энергии при коронировании S. В работе использовались со ставляющие расщеплённого провода радиусом r 0 =0,45мм и 1,35 мм.

Количество составляющих в расщеплённом проводе n=1-3. Радиус расщепления изменялся в диапазоне r р =0-60 мм. Потери на корону измерялись при помощи осциллографа как площадь, ограниченная вольт-кулоновой характеристикой.

На рисунках 1-3 представлены основные результаты измерений и анализа, наиболее полно представляющие полученные зависимости.

На рисунке 3 представлены зависимости оптимального напря жения зажигания короны U 0опт (а) и оптимальных потерь S опт (б) от числа расщеплённых проводов. Оптимальным напряжением принято наибольшее начальное напряжение короны.

Как видно из рисунка 1, начальное напряжение коронирования возрастает с увеличением числа и радиуса составляющих, что харак терно для всех значений радиуса расщепления и согласуется с пред ставленной выше зависимостью (1). Измерения показали, что опти мальный радиус расщепления, при котором наблюдается максималь ное значения напряжения зажигания короны для провода диаметром 0,9 мм составляет:

- n=2: r р.опт = 5 мм = 0,5 см;

- n=3: r р.опт = 7 мм = 0,7 см;

для провода диаметром 2,5 мм:

- n=2: r р.опт = 18 мм = 1,8 см;

- n=3: r р.опт = 20 мм = 2,0 см.

Зависимости потерь от радиуса расщепления (рис. 2) показыва ют, что увеличение расстояния между проводами снижает потери только на начальном этапе, после чего потери увеличиваются, что обуславливает необходимость исследований направленных на опреде ление оптимального радиуса расщепления.

Из зависимостей, представленных на рисунке 3 видно, что оп тимальное напряжение зажигания короны возрастает с увеличением числа расщеплённых проводов, при этом увеличение толщины прово да способствует возрастанию напряжения зажигания короны в целом.

Оптимальные потери с увеличением числа расщеплённых проводов уменьшаются.

Анализ показал, что радиус расщепления, соответствующий наибольшему значению напряжения зажигания короны достаточно точно совпадает с радиусом расщепления, при котором наблюдается минимум потерь. Выбор оптимального радиуса расщепления в боль шой степени определяет экономичность электропередачи и является важной задачей при проектировании ЛЭП СВН.


ЛИТЕРАТУРА:

1. Железко Ю.С. и др. Расчёт, анализ и нормирование потерь элек троэнергии в электрических сетях/ Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В.- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006.- 280 с.

2. Броерская Н.А. Мониторинг потерь электроэнергии в электри ческих сетях Российской Федерации // Электро-инфо.- 2004. №10 (12).

3. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических сетях / Учебник для вузов под ред. В.П. Ларио нова. М.: Энергоатомиздат, 1986.- 464 с.

4. Александров Г.Н. Сверхвысокие напряжения.- М.: Энергия, 1973.- 184 с.

5. Александров Г.Н. К методике выбора расщеплённых проводов линий сверхвысокого напряжения // Электричество.- 1978.- №7. с. 3-12.

Научный руководитель: В.Ф. Важов, к.т.н., доцент, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

О ВОЗМОЖНОСТИ ОЧИСТКИ ОТ ПРИМЕСНЫХ ФАЗ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПРОДУКТА ПЛАЗМОДИНАМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА В СИСТЕМЕ C-N П.А. Радостев, Д.С. Никитин, А.Я. Пак Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПЭО, группа 7А В работах [1,2] достаточно убедительно показана возможность синтеза ультрадисперсного ковалентного нитрида углерода со сте хиометрией C3N4 в гиперскоростной импульсной струе углеродной электроразрядной плазмы. Разработанный способ относительно прост и эффективен в сравнении с методом механосинтеза [3], использован ного зарубежными учеными и дающего, по нашему мнению, наиболее близкие результаты. Способ динамического плазмохимического син теза реализуется в кратковременном (до 10-3 с) цикле работы коакси ального магнитоплазменного ускорителя (КМПУ) [4] с графитовым ускорительным каналом (УК) и сильноточным (порядка 105 А) дуго вым разрядом типа Z-пинч. Генерируемая КМПУ импульсная струя углеродной плазмы истекает в герметичный объем камеры-реактора (КР) с азотной атмосферой при нормальных давлении и температуре со скоростью порядка 103…104 м/с.

Основным недостатком способа на сегодняшний день является образование в большом количестве чисто углеродных плотных фаз, таких как углеродные нанотрубки ntC, наноалмаз dC и др., что харак терно для газофазного синтеза в системах с углеродом. Кроме того, недостатком устройства КМПУ, реализующего способ, является ис пользование вольфрамового центрального электрода Z-пинч ускорителя, лежащего в основе КМПУ. Таким образом, полученный ультрадисперсный порошокообразный продукт оказывается сильно загрязненным плотными углеродными фазами и небольшим количе ством кристаллического карбида вольфрама W2C (WCХ) [1,2], в виду эрозии центрального электрода ускоритоеля. Наличие примесей за трудняет получение однозначных доказательств синтеза ковалентного нитрида углерода. Поэтому, с целью получения повышения концен трации ожидаемых фаз нитрида углерода были проведены исследова ния продукта синтеза термографическим методом.

Литературные данные по динамике окисления углеродных нанотрубок и УДА указывают зоны интенсивного окисления углерод ных нанотрубок ntC 450-600 оС [5], наноалмазов dC 520-750 оС. [6].

Предел термической устойчивости аморфного нитрида углерода в воздушной атмосфере со стехиометрией C3N4 при высоком значении удельной поверхности составляет ~970 0К, соответственно темпера тура окисления кристаллических фаз C3N4 предположительно должна быть выше [7].

100 нм Рис. 1. Светлопольный ТЕМ-снимок скопления субмикронных и наноразмерных частиц в составе продукта динамического синтеза.

На рис.1 приведен светлопольный ТЕМ-снимок скопления суб микронных и наноразмерных частиц. Можно идентифицировать два типа нанообъектов: удлиненные объекты (1) (рис.1) с поперечным размером менее 50 нм – как многослойные углеродные нанотрубки ntC;

относительно крупные (100-300 нм) округлые уплощенные агре гаты (2) (рис.1), кристаллиты нитрида углерода двух возможных по лиморфных модификаций – тетрагонального tС3N4 и тригонально ромбоэдрического С3N4. Также имеют место более плотные объекты (3) (рис.1) со средними размерами до 40 нм, представляющие, по видимому, фазы УДА (ультра дисперсного алмаза) и карбида воль фрама.

На рис. 2а приведены результаты дифференциального термиче ского анализа, полученные с использованием анализатора NETZSCH STA 449 Jupiter с возможностью качественного анализа выделяемых и поглощаемых газов. Первичный анализ образца проведен в воздушной атмосфере при нагреве пробы до 1450 °С и скорости нагрева 10°С/мин. По кривой потери массы видно значительное снижение массы образца – 76,7% на температурном интервале от 500 0С до 0С. Снижение массы образца приблизительно равно суммарному со держанию в продукте углеродных фаз. Экстремумы производной из менения массы (ДТГ - кривая) и теплового потока (ДСК - кривая) сов падают при температуре 710 0С, что говорит о принадлежности явле ния снижения массы и выделения энергии к одному и тому же экзо термическому эффекту.

ДСК, ДТГ, б) Ионный ТГ, ДСК, а) % масс мВт/мг %/мин мВт/мг ток, 10-8 А 709,9 C 2, 220 exo 200 60 2, 180 ДСК О2 1, 0 709,9 C 140 10,4 кДж/г ДТГ - 120 ТГ - 100 -15 1, - 80 - -76,7% ДСК - 60 - 0, - СО 40 - 20 Исходная масса: 1,8 мг - - Остаток: 15,317 % 50 250 450 650 850 1050 1250 1450 50 250 450 650 850 1050 1250 Температура, C Температура, C Рис. 2. а) Результаты ДТА продукта динамического синтеза. б) Анализ изменения концентрации газов в ходе ДТА.

На рис. 2б представлены кривые ионных токов, характеризую щие выделение и поглощения газов в реакционном объеме в ходе про ведения ДТА, совмещенные с ДСК – кривой, позволяющие каче ственно оценить составляющие газовой среды в реакционном объеме.

Видно интенсивное поглощение кислорода на температурном интер вале от 650 0С до 750 0С. На этом же интервале происходит увеличе ние концентрации носителей заряда с массой 44 о.е., что соответству ет углекислому газу. Максимумы уменьшения концентрации кислоро да и увеличения концентрации углекислого газа совпадают с макси мумом теплового потока при температуре 710 0С. Таким образом, рассматриваемый экзотермический эффект можно однозначно иден тифицировать как окисление ультрадисперсных углеродных материа лов в составе продукта синтеза. Следует отметить, что ионные токи, соответствующие концентрациям носителей заряда с массами отлич ными от 32 о.е. и 44 о.е., имеют порядок 10-10 А, и их изменение в ходе анализа практически неразличимо, что позволяет говорит – окис ление углеродных ультрадисперсных фаз в составе продукта синтеза является единственной химической реакцией на всем исследуемой температурном диапазоне от 50 0С до 1450 0С.

Полученный после отжига до температуры 800 0С в воздушной атмосфере со скоростью изменения температуры 10 0С/мин материал темно-желтого цвета исследован методами ИК-Фурье спектрометрии (Nicolet 5700). ИК-спектры отожженного материала указывает о нали чии полос поглощения, соответствующих колебаниям одинарных C – N, двойных C N, и тройных C N связей, что указывает на возможность существования структуры нитрида углерода.

Сделан вывод о том, что при отжиге продукта динамического синтеза была произведена очистка от углеродных фаз. Результаты ДТА показали уменьшение массы и выделение тепловой энергии на участке температурного диапазона соответствующего окислению уг леродных фаз, что свидетельствует об удалении примесей в виде уг лекислого газа.

ЛИТЕРАТУРА:

1. A.A. Sivkov, E.P. Naiden, and A. Ya. Pak, Dynamic Synthesis of Ultradispersed Crystalline Phases on the C-N System, Journal of Su perhard Materials, vol. 5, P. 300-305, 2009.

2. A. A. Sivkov, A.S. Saigash, A.J.Pak, Dynamic synthesis of nanodis persed C-N crystalline phases, 9th International Conference on Mod ification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (9th CMM): Proceedings. Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS, 2008, Tomsk, Russia, P.668-671,21 – 26.09.08.

3. Long-Wei Yin, Yoshi Bando, Mu-Sen Li, Yu-Xian Liu, Yong-Xin Qi, Unigle single-crystalline beta carbon nitride nanorods, Adv. ma ter, vol.15, №21, P.1840-1844, 2003.

4. Пат. на полезную модель 61856 РФ. 7 F 41 В 6/00. Коаксиаль ный магнитоплазменный ускоритель / Д. Ю. Герасимов, А. С.

Сайгаш, А. А. Сивков. — Опубл. 10.03.07, Бюл. № 7.

5. Joeong Hahn, Soo Bong Heo, Jung Sang Suh. Catalyst free synthesis of high-purity carbon nanotubes by thermal plasma jet//Letters to Ed itor/Carbon – 2005 – Vol. – P. 2638- 6. V.Yu.Dolmatov. On elemental composition and crystal-chemical pa rameters of detonation nanodiamonds//Journal of superhard materials – 2009. – Vol.31. – P. 158-164.

7. Lin Liu, Ding Ma, Heng Zheng, Xiujie Li, Mojie Cheng, XinheBao, Synthesis and characterization of microporous carbon nitride, Mi croporous and mesoporous materials, vol.110, Р. 216 – 222, 2008.

Научный руководитель: А.А.Сивков, д.т.н., профессор, ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В ИЗОЛЯЦИОННОМ МАСЛЕ Т.Л. Ахмеров, Д.М. Валиуллина Казанский государственный энергетический университет ИЭЭ, ЭСиС, группа ЭС- Надежность работы современной энергосистемы и качество электроэнергии в значительной мере обусловлены состоянием элек тросилового оборудования электрических станций и подстанций. Вы ход из строя силового трансформатора или автотрансформатора мо жет повлечь за собой колоссальные убытки, связанные с остановкой технологических процессов.

Важной характеристикой состояния трансформаторов является состояние его изоляции. Влагосодержание масла и содержание в нем механических примесей в значительной степени определяют диэлек трические характеристики.

Известны случаи повреждения трансформаторов, причиной ко торых являлось загрязнение масла твердыми частицами. Наиболее опасными для изоляции являются проводящие частицы (металлы, уг лерод, влажные волокна и т. д.). Главными источниками образования частиц являются системы охлаждения, особенно насосы, а также про цессы старения твердой изоляции и масла.

Существующий на данный момент метод определения количе ства механических примесей – фильтрация, трудоемок и не дает точ ного ответа на вопрос распределения частиц по размерам. С развити ем оптической лазерной техники появляется возможность точного и быстрого анализа образцов изоляционного масла.

Трансформаторное масло – прозрачная однородная жидкость, поэтому очевидно, что при освещении лазером в масляной среде ча стицы твердой фазы рассеивают падающее излучение. Чтобы зареги стрировать этот процесс в оптическом диапазоне можно взять доста точно мощный лазер зеленого цвета (длина волны 500-565 нм). Про исходящее можно объяснить в рамках теории Ми, внеся небольшие поправки, так как рассеяние Ми объясняет процессы, происходящие на частицах, имеющих сферическую форму. На рисунке 1 показано изменение зависимости рассеянного излучения от отношения, где а геометрический размер частицы, – длина волны падающего излуче ния.

Рис. 1. Индикатриссы рассеяния.

При размере рассеивателя а= индикатрисса выглядит примерно как на рис.1.а. – появляется несимметрия в сторону распространения луча. При размерах частиц а появляется много вторичных макси мумов в угловом распределении интенсивности рассеяния (рис 1.б.).

Этим объясняется необходимость высокой мощности первичного лу ча.

Необходимо учесть, что формы взвешенных частиц твердой фа зы в масле не являются сферическими, поэтому необходимо учиты вать также законы геометрической оптики. На рассеивающей частице происходят процессы отражения и преломления падающего света.

Рис. 2. Образец грязного масла, просвеченный зеленым лазером Перспективой данной работы является математическое описа ние происходящих процессов и создание прибора, позволяющего определить не только размеры и формы взвешенных в масле частиц, но и их химический состав, что поможет оценить состояние изоляци онного масла и помочь разобраться в процессах, протекающих при старении масляной изоляции.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Козлов В.К., Гарифуллин М.Ш., Валиуллина Д.М. Перспективы использования спектральных методов при диагностике состоя ния трансформатров//Энергетика Татарстана. - 2005. - №2. С.36-40.

Научный руководитель: В.К. Козлов, д.ф.-м.н, профессор, КГЭУ.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ДАННЫХ ПРОСВЕЧИВАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ И.А. Рахматуллин, А.И. Усиков Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М350, группа 9А93Т При анализе данных, полученных методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM), а именно определении кристаллографических параметров (межплоскостных расстояний) нанокристаллических структур по картинам электронной микродифракции и HRTEM-микроснимкам прямого разрешения, воз никают некоторые трудности технического характера. На рис. 1 при веден HRTEM-микроснимок наночастиц, из которых состоит нано дисперсный продукт динамического синтеза в газоплазменной систе ме B-C-N-O, полученного в гиперскоростной струе бор-углеродной электроразрядной плазмы, истекающий в герметичный объем, запол ненный газообразным азотом с небольшим, до ~10%, содержанием кислорода, [1].

Рис. 1. HRTEM-микроснимок скопления частиц продукта динамического синтеза На рис.2 представлена картина электронной микродифракции, снятая на этом скоплении частиц при указанных масштабных соотно шениях. На картине микродифракции обнаружены точечные рефлек сы, принадлежащие кубической фазе кристаллического нитрида угле рода со стехиометрией C 3 N 4 и карбиду вольфрама W 2 C, подтвержда ющие результаты наших более ранних работ, [2, 3]. Точечные рефлек сы являются дифракционными максимумами отражений от систем атомных плоскостей кристаллической структуры. Расстояние от цен тра рефлекса до центра основного электронного пучка в обратном пространстве соответствует одному из значений межплоскостного расстояния в кристаллической решетке присутствующей в продукте кристаллической фазы, [4].

Рис. 2. Картина электронной микродифракции со скопления частиц Масштабная линейка на снимке задает линейный масштаб в об ратном пространстве. Межплоскостное расстояние d определяется по следующему соотношению:

d = a ;

нм (1) kA где а - размер масштабной линейки;

А – расстояние от центра основного пучка до центра точечного рефлекса;

к – масштабный коэффициент.

Совокупность полученных значений межплоскостных расстоя ний сравнивается со значениями межплоскостных расстояний ожида емых кристаллических фаз по базе структурных данных. По совпаде нию трех и более значений межплоскостного расстояния для одной кристаллической фазы можно однозначно судить о ее присутствии в анализируемом образце. При анализе многофазных систем эта проце дура может быть упрощена при использовании разработанной нами программы-оболочки для поиска по внесённым в базу данных ве ществ.

Программа разработана с использованием языка программиро вания FreePascal в среде разработки Lazarus. Данный выбор позволяет использовать все преимущество свободного программного обеспече ния, а именно отсутствие платы за компилятор и среду разработки.

Так же использование данного компилятора позволяет создавать кросс-платформенные приложения для самых распространённых платформ. В частности сейчас данная программа функционирует как в операционной системе Windows, так и в дистрибутиве GNU/Linux Ubuntu, а так же для систем на основе Android и Windows Mobile.

На рис.3 представлен интерфейс программы. Программа функционирует следующим образом: для поиска необходимо выбрать предполагаемые соединения и их модификации в списке 1 (можно отметить/снять выделение всего списка с помощью кнопки 2), отметив их галочкой, затем ввести в поле ввода 3 межплоскостное расстояние в ангстремах и нажать на кнопку 4 поиска. В списке Рис. 3. Интерфейс программы будут представлены результаты поиска и параметры этой моди фикации кристаллической фазы. Наиболее подходящие результаты можно сохранить в файл, для этого необходимо выбрать в списке необходимое, установив галочки, изменить название файла и путь (поле 6), если необходимо, и нажать на кнопку сохранения 7.

Расчёт по дифракционной картине имеет предельную точность, а так же в силу особенностей работы вычислительной техники необ ходимо устанавливать приемлемое значение погрешности в поле 8.

Эта погрешность определяет разброс вычисленного значения, в ин тервале которого будет вестись поиск. Естественно, что установка слишком большого значения погрешности снижает качество поиска.

В дополнение к основному функционалу программа имеет воз можность с помощью переключателя 9 осуществлять выбор одной из двух встроенных формул для расчёта и достаточно мощного кальку лятора. При вычислении с помощью встроенного калькулятора необ ходимо помнить, что поиск ведётся в ангстремах.

Для поиска используется база данных, представляющая собой набор отдельных для каждого вещества и его модификации файлов — карточек. База данных предполагает расширение списка веществ. Ис пользование данной программы многократно сократило время прове дения анализа и несколько повысило его качество.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-08-01110) и в рамках Аналитической ведомственной целевой про граммы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009- годы)» (проект № 2.1.2/886), с использованием оборудования Нано Центра Томского политехнического университета Центра коллектив ного пользования научным оборудованием Томского государственно го университета.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Патент на полезную модель № 61856 РФ. 7F41B 6/00. Коакси альный магнитоплазменный ускоритель / Герасимов Д.Ю., Сай гаш А.С., Сивков А.А. – Опубликовано 10.03.2007, Бюл. №7.

2. НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ // Материалы всерос сийской научной конференции молодых ученых в 4х частях.

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. Часть 1 – с. 226-228.

3. Сивков А. А., Пак А. Я. Прямой динамический синтез ультра дисперсных кристаллических фаз системы В-С-N в гиперско ростной плазменной струе // Нанотехника – 2010, №2(22), с.54 4. Батаев В.А., Батаев А.А., Алхимов А.П. Методы структурного анализа материалов и контроля качества деталей: учеб. пособие.

- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 220 c.

Научный руководитель: А.А. Сивков, д.т.н., профессор, ЭПП, ЭНИН, НИ ТПУ РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИФРАКТОМЕТРИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПРОДУКТА, ПОЛУЧЕННОГО С ПОМОЩЬЮ КОАКСИАЛЬНОГО МАГНИТОПЛАЗМЕННОГО УСКОРИТЕЛЯ Д.С. Никитин, П.А. Радостев, А.Я. Пак Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9А Возможность существования нитрида углерода представляется весьма вероятной, поскольку углерод и азот склонны к образованию между собой прочных химических связей. Однако его получение до сих пор затруднительно. Лиу и Коэн в своих работах показали, что гипотетический кристаллический нитрид углерода C3N4 (сравнимый по твердости с алмазом) так же, как и большинство нитридов, будет являться сверхтвердым материалом.

Эти теоретические выкладки стимулировали многочисленные экспериментальные исследования по синтезу и изучению строения различных фаз, содер¬жащих в своем составе атомы углерода и азота.

К на¬стоящему времени в научной литературе имеется более 800 пуб ликаций на эту тему. К настоящему времени синтезированы пленки только аморфного нитрида углерода с вкраплением зерен кристалли ческой фазы.

Одним из возможных путей реализации экстремальных pT параметров, необходимых для получения C3N4 в соответствии с рас четной диаграммой состояний [1], является прямой динамический синтез в гиперскоростной струе углеродной электроразрядной плаз мы, истекающей в азотную атмосферу, имеющую нормальные давле ние и температуру. Струя плазмы генерируется сильноточным (значе ния токов достигают 105 А) импульсным (длительность импульса со ставляет порядка 100 мкс) коаксиальным магнитоплазменным ускори телем [2] (рис.1) с графитовым ускорительным каналом и вольфрамо вым центральным электродом.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.