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 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

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

-- [ Страница 6 ] --

4. Тарнижевский Б. Состояние и перспективы использования НВИЭ в России. Промышленная энергетика, 2002, № Научный руководитель: В.И. Готман, к.т.н., доцент, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕТРОКОЛЕСА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ М.А. Андреева Новосибирский государственный технический университет ФЭН, СЭСП, группа Эн2- Ветроэнергетика является наиболее развивающимся направле нием электроэнергетики. В настоящее время широко используются конфигурации СПЭВ (Система Преобразования Энергии Ветра) (рис.1). Одной из важных проблем преобразования является управле ние ветроэнергетической установкой (ВЭУ). Многочисленные публи кации, посвященные контролю и управлению СПЭВ свидетельствуют, что контроль и управление значительно улучшают многие характери стики СПЭВ.

Рис. 1. Общая конфигурация СПЭВ.

В компоновку СПЭВ входят: асинхронный генератор двойного питания, силовая электроника, соединяющая ротор с сетью, для управления частотой скольжения, редуктор и ветроколесо, а также низкоскоростной вал – ТХВ и быстроходный вал – БХВ. Наибольший интерес представляет математическая модель ветроколеса СПЭВ.

Момент, развиваемый ветротурбиной на ТХВ под действием подъём Г = Г (,, l ), ной силы, можно представить в следующем виде:

(1) где – угол закручивания лопасти;

– скорость ветра;

- уг ловая скорость ТХВ. Эти переменные должны быть заданы.

Для представления лопасти в воздушном потоке используется теория элемента лопасти, согласно которой лопасть разделена на со ставные элементы.

Допустим, турбина находится в потоке воздуха, имеющего ско рость, направленного по нормали к ротору. Профиль лопасти Рис. 2. Аэродинамические нагрузки вдоль профиля лопасти ветроколеса и воздействующие на него аэродинамические нагрузки изобра жены на рисунке 2, где условно обозначено: – скорость ветра;

– угловая скорость вращения турбины;

– скорость ветра относительно лопастей (с учётом вихревого движения);

0 – скорость ветра относи тельно лопастей без учёта вихревого движения;

– аксиальный коэф фициент сопротивления потоку;

b – тангенциальный коэффициент со противления потоку;

dF – суммарная сила, действующая на элемент лопасти;

dD – единичная сила сопротивления;

dL – единичная подъ ёмная сила;

dF t – единичная тангенциальная сила в направлении вра щения;

dF a – единичная сила вдоль оси.

Основные допущения при моделировании посредством теории элемента лопасти: пренебрегаем взаимным влиянием смежных эле ментов одной лопасти и радиальной составляющей скорости;

аэроди намические коэффициенты являются функциями угла атаки и профи ля лопасти, пренебрегаем любыми эффектами, связанными с влияни ем числа Рейнольдса;

допускается бесконечное количество лопастей.

ными: расстоянием до оси ступицы - (), соответствующая значению Каждый j-й элемент лопасти характеризуется следующими перемен r(j) хорда с(j) – известна для данного профиля, соответствующий угол наклона относительно ступицы, (j) – угол продольного закручивания лопасти - () = ()l лопасти, известно, коэффициент быстроходности единичного конца.

ческий характер поведения турбины, является угол атаки 0, который Ключевой переменной, полностью определяющей аэродинами может меняться в зависимости от изменения скорости ветра и скоро сти вращения.

Единичная сила сопротивления в направлении вращения dF a, зависит пропорционально от коэффициента лобового сопротивления С х, а единичная подъёмная сила dF t, зависит пропорционально от ко эффициента подъёмной силы C z. Отношение C z /С х есть мера аэроди намической эффективности турбины.

Единичные осевой и тангенциальный коэффициенты сопротив ления a(j) и b(j), соответственно, рассчитываются исходя из r (j) и ко () = 2 () эффициента Лагранжа, K [3]:

2 1+2 () (1) (1) ;

(2) () = 2 () 1 1+ (1). (3) () = 2 ().

1 1() Угол атаки j – го элемента лопасти:

() 1+() Скорость ветра относительно лопасти (), определяется из (4) () = (1 ())2 + 2 ()(1 + ())2.

диаграммы скоростей (рис.2):

(5) () = 0.5()2 () () sin() + () 1 () + Единичная подъёмная сила в направлении вращения:

+(), (6) где C z (i) – коэффициент подъёмной силы, C x (i) – коэффициент динамическую эффективность турбины - () = () ().

лобового сопротивления и (i) – отношение, характеризующее аэро Зависимости коэффициентов C z (i) и C x (i) от угла атаки известны для данного профиля лопасти [1] (рис. 3).

Рис. 3. Зависимости кривых Cx, Cz и 1/ от угла атаки i.

Каждый элемент лопасти создает единичный вращающий мо Г() = () () мент:

(7) Интегрируя уравнение 7 по длине лопасти, и используя уравне ние 6, получаем суммарный вращающий момент, создаваемый рото Г() = () ().

ром ветряной турбины:

(8) Данный результат получен из предположения, что колесо имеет бесконечное число лопастей. Фактически же, число лопастей N B ко нечно и в уравнение 8 вводится поправка в виде поправочного коэф = 0. фициента, называемого коэффициентом Прандтля:

( () +0.445). (9) В конце процедура расчёта вращающего момента турбины мо жет быть синтезирована при помощи выражений, приведённых выше, как в ниже следующем алгоритме [2, 4].

Постоянные: N B, длина лопасти, плотность воздуха, число ко нечных элементов, изменение хорды и угла падения по длине лопасти, аэродинамические характеристики C x и C z в зависимости от угла ата ки. Входные переменные величины:,, угол наклона (на ступице).

Для каждого элемента j рассчитать: коэффициент r (j);

расстояние до ступицы r(j), суммарный угол падения соответствующий элементу (j);

угол атаки i(j);

осевой и тангенциальный коэффициенты сопро тивления a(j) и b(j);

относительную скорость ветра w(j);

коэффициен ты подъёмной силы и лобового сопротивления C z и C x ;

единичный вращающий момент (функция от множества рассчитанных выше ве личин). Применить коэффициент Прандтля.4. Выполнить численное интегрирование уравнения единичного вращающего момента (исполь зуя подходящий выбранный метод).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Le Gouriиres D.Wind energy – Theory, design and practical calcula tion of wind energy systems. Editions Eyrolles, - Paris, 1982.

2. Nichita C., El Mokadem M., Dakyo B. Wind turbine simulation pro cedures. -Wind Engineering, 2006.30(3):187- 3. I. Munteanu, A. I. Bratcu, N-A. Cutululis, E.Ceang. Optimal Control of Wind Energy Systems. Springer-Verlag London Limited,2008. 4. Diop A.D., Nichita C., Belhache J.J., Dakyo B., Ceang E. Modelling variable pitch HAWT characteristics for a real time wind turbine simulator. Wind Engineering, 1999. 23(4):225- Научный руководитель: С.Н. Удалов, к.т.н., доцент, Системы электроснабжения предприятий, НГТУ.

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ БЮДЖЕТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ С.В. Хмеленко Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М До принятия Федерального закона от 23.11.09 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» у бюджетных организаций полностью отсутствовал инте рес к реализации мероприятий по снижению потребления энергетиче ских ресурсов. Причина отсутствия такой заинтересованности нахо дилась в плоскости бюджетного законодательства. Расчет объема де нежных средств на оплату энергетических ресурсов осуществляется на основе нормативного объема потребления ресурсов для конкретно го бюджетного учреждения и действующих (регулируемых) тарифов на электрическую и тепловую энергию. Нормативы энергопотребле ния для конкретного бюджетного учреждения рассчитываются, в том числе, и на основании данных о фактическом энергопотреблении бюджетного учреждения в предыдущие периоды. Соответственно, ес ли бюджетным учреждением сокращено потребление энергетических ресурсов в результате проведения энергосберегающих мероприятий, то при расчете объема финансирования энергопотребления на плани руемый период нормативы энергопотребления будут сокращены, со ответственно объем финансирования расходов на энергопотребление уменьшится.

Согласно Законодательству об энергосбережении состоящих из Федерального закона от 23.11.09 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении измене ний в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и прочих нормативно – правовых документов. «Экономия средств, до стигнутая за счёт дополнительного по сравнению с учтённым при планировании бюджетных ассигнований снижением потребления бюджетным учреждением, используется в соответствии с бюджетным законодательством Российской Федерации для обеспечения выполне ния функций, (оказания государственных и муниципальных услуг) со ответствующим учреждением, в том числе на увеличение годового фонда оплаты труда (без учёта указанного увеличения при индексации фондов оплаты труда)».[4] Организации бюджетной сферы потребляют около 15% выраба тываемой в стране электроэнергии и около 30% тепловой энергии. Та ким образом, бюджетная сфера является крупным потребителем энер гоносителей. Социальная значимость бюджетной сферы и ее недоста точное финансирование остро ставят проблему рационального по требления энергоносителей, их учета и экономии. В группу бюджет ных организаций входят: учреждения здравоохранения, детские до школьные учреждения, общеобразовательные школы и учебные заве дения (высшие, средние, специальные), учреждения культуры и ис кусства, физкультурные и спортивные учреждения, учреждения МВД, ФСБ и Минобороны, административные учреждения (научно исследовательские и проектные организации, общественные органи зации, здания администрации областного и муниципального подчине ния.

В медицинских учреждениях наиболее энергоемкую группу составляют электротермические установки для дезинфекции и стери лизации (автоклавы, сушильные шкафы, стерилизаторы, дистиллято ры) от 10% до 40% электропотребления, холодильное оборудование – 5-10%, освещение – 30-60 %, вентиляция и кондиционирование – 10 20%. Многочисленные диагностические, терапевтические, лаборатор ные и подобные электроприборы имеют мощность до 1 кВт. Номен клатура медицинского электрооборудования непрерывно расширяет ся. Это приводит к тому, что мощность нагрузки и электропотребле ние медицинских учреждений непрерывно возрастают. По тепловой энергии можно выделить три группы потребителей тепла: отопление, горячее водоснабжение, вентиляция. На отопление приходится 55 70%, а на вентиляцию 30-45% в зависимости от типа здания.

В дошкольных учреждениях наиболее мощными потребите лями электроэнергии являются электротермические установки пи щеблоков. Освещение потребляет от 10 до 15% от общего электропо требления.

Учреждения образования имеют в основном 5 групп потреби телей электроэнергии: освещение (50-70%), потребители с электро двигателями (10-30%), различные нагревательные установки (кипя тильники, электрические плиты и т.д.) потребляющие от 10% до 20% электроэнергии, ЭВМ до 10%, различные лабораторные стенды.

Учреждения образования можно разделить на три группы: техниче ские, строительные, гуманитарные.

По тепловой энергии можно выделить три группы потребителей тепла: отопление 53-70%, горячее водоснабжение 16-30%, вентиляция 10-25%. По холодной воде в учебных учреждениях выделяются две группы потребителей: общежития 55-70%, учебные корпуса 45-30%.

Административные учреждения имеют 4 группы потребите лей электроэнергии: освещение (40-60%), потребители с электродви гателями (10-30%), различные нагревательные установки (электриче ские плиты, кипятильники, электрокамины и т.д.) потребляющие от 20% до 40% электроэнергии, ЭВМ от 10-20%. В работе [1] приведен процентный состав электроприемников некоторых административных учреждений.

По тепловой энергии выделяются две группы потребителей теп ла: отопление 70-85%, вентиляция 15-30%.

Основным показателем, по которому можно сравнивать эффек тивность использования энергоносителей для организаций бюджетной сферы является удельное энергопотребление на 1 м2 в год (кВтч/м2год). Проведенные обследования [1, 2] показывают, что в различных бюджетных организациях удельное энергопотребление даже для организаций одинаковой структуры имеет большой разброс и превышает нормативы, приведенные в [1]. Основными причинами завышенных расходов энергоносителей в бюджетных организациях являются:

1. слабый контроль руководства за расходом энергоносителей;

2. отсутствие энергетических паспортов;

3. отсутствие во многих организациях счетчиков расходов тепло вой энергии и холодной воды;

4. отсутствие автоматического регулирования систем освещения и неправильный выбор типов осветительных приборов и источни ков света;

5. отсутствие автоматизации регулирования систем отопления го рячего водоснабжения и вентиляции;

6. большие теплопотери через ограждающие конструкции и окна.

Таким образом, напрашивается простой вывод: реализацию про грамм повышения энергетической эффективности желательно начи нать именно в этих направлениях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Рякшин Е.В., Герасимова Е.А., Лившиц Л.М.. Методика проведе ния энергетических обследований бюджетных организаций.

Екатеринбург 2010.

2. Атоян В.Р., Малая Э.М., Мордовии С.А., Колесников Е.В., Вар ламов В.В., Тригорлый СВ. Типовая методика комплексных энергетических обследований объектов образовательных учре ждений. Саратов: СГТУ 2002.

3. Федеральный закон от 23.11.09г. № 261-ФЗ «Об энергосбереже нии и о повышении энергетической эффективности и о внесе нии изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»

Научный руководитель: Г.Н. Климова, к.т.н.;

ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ БЮДЖЕТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ И.В. Кузнецов, Б.Д. Табалдиева Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М Проблемы энергосбережения и энергоэффективности являются одними из наиболее актуальных в Российской экономике. Суммарное энергопотребление России в 2007 году составило 990 млн. т.у.т. и продолжает увеличиваться. В связи с этим вопросам энергосбереже ния и энергоэффективности в России стало уделяться значительно больше внимания в том числе и в таких основополагающих докумен тах развития ТЭК, как «Энергетическая стратегия России до 2030 го да», Закон Российской федерации №261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской федерации» принятый ГД РФ 29.11.09 и др.

Промышленно развитые страны Европы, США, Япония еще по сле первого нефтяного кризиса приняли жесткие меры по повышению эффективности потребления энергоресурсов, которые привели к сни жению энергоемкости валового национального продукта на 33-35% [3]. Несмотря на существенный прогресс в повышении энергоэффек тивности экономики в последние годы, Россия все еще находится в группе стран с очень высокой энергоемкостью ВВП [1], а потенциал энергосбережения Российской экономики составляет около 45%. Этот потенциал можно и необходимо использовать. Экономические расче ты и практика энергосбережения показывает, что затраты на реализа цию мероприятий по повышению эффективности использования энер горесурсов часто бывают значительно меньшими чем затраты на их добычу. Но для того, чтобы начать использовать этот потенциал, необходимо преодолеть ряд барьеров. Основными из которых явля ются:

• несовершенство нормативно-правовой базы, которое проявляет ся в недостаточной мотивации и заинтересованности во внедре нии энергосберегающих технологий, отсутствии на предприяти ях и в организациях органов и лиц ответственных за реализацию энергосберегающих мероприятий, отсутствии государственных органов, устанавливающих передовые нормативы потребления энергоресурсов и контролирующих их соблюдение, особенно в системе ЖКХ и организациях бюджетной сферы;

• отсутствие систем учета потребления энергоресурсов в жилом фонде;

• отсутствие системы оплаты населением потребленных энерго ресурсов по данным систем учета;

• отсутствие статистической отчетности предприятий ЖКХ в ра циональном использовании энергоресурсов и соответствие по требления их нормативным значения;

• недостаток опыта и заинтересованности в финансировании энергосберегающих проектов со стороны инвестиционных бан ков;

• недостаток кадров, прошедших обучение в области энергосбе режения;

• отсутствие информации, особенно для населения, о реальной выгоде, которое оно будет иметь реализуя энергосберегающие мероприятия, а также информации дающей сравнение норма тивных общедомовых величин потребления энергоресурсов и этих величин в конкретных домах, а также причин их большой разницы.

Недостаток организации и координации внедрения энергосбере гающих проектов, которые имеют место на всех уровнях принятия решений. Ярким примером отсутствия координации в области энерго сбережения является отсутствие в большинстве регионов перспектив ных энергетических программ, отсутствие подробных отчетных и перспективных энергетических балансов, позволяющих определить взаимосвязь развития отдельных систем энергоснабжения и жизне обеспечения, а, главное, уровень их энергоэффективности.

В 2010 году в России был своеобразный юбилей – 15 лет офици альному энергосбережению. В 1995 году энергосбережение было при нято за основу энергетической стратегии и энергетической политики России на длительную перспективу. Одним из факторов, повлиявшим на такое решение правительства было то, что Россия по энергоэффек тивности в 1995 году заняла 118 место из 128, обогнав несколько раз вивающихся стран и стран бывшего СССР. Если страны Восточной Европы за последние годы сделали рывок в вопросе эффективного ис пользования энергоресурсов (Польша увеличила энергоэффектив ность в 2,3 раза, Венгрия, Чехия, Словакия - в 1,5 раза) [2], то в России пока видимых успехов нет. По различным данным [3] общий потен циал энергосбережения Российской экономики составляет 40-45% от всех потребляемых энергоресурсов. Для реализации этого потенциала необходим поиск и внедрение в производство энергетически и эконо мически эффективных мероприятий в условиях полного контроля по токов энергоресурсов. Начальным этапом работ по повышению энер гоэффективности, разработки программ энергосбережения, составле ния бизнес-плана внедрения энергосберегающих мероприятий, явля ется энергоаудит, т.к. только он, проведенный квалифицированными специалистами, даст точный ответ на вопросы: какой потенциал энер госбережения имеет предприятие, на сколько можно снизить энерго потребление в результате внедрения предложенных экономически и технически обоснованных мероприятий, сколько потребуется инве стиций, за какой срок они окупятся и т.д.

Энергоаудит – это методически и инструментально достоверное обследование энергопотребления предприятия, с целью поиска мест нерационального использования энергоресурсов, выявления мест их «утечки» составление энергетического баланса предприятия, структу рирование потоков энергоресурсов выбор мероприятий по повыше нию эффективности энергопотребления, разработки бизнес-плана по внедрению этих мероприятий, выбор контролируемых параметров энергоэффективности с целью мониторинга выполнения бизнес-плана и эффективности внедренных мероприятий. Наиболее полную карти ну дает комплексный аудит – финансовый, технический, энергетиче ский. Финансовый и технические аудиторские проверки помогают выявить виды энергоресурсов и места их нерационального использо вания, определить места внедрения энергосберегающих мероприятий, показать их инвестиционную привлекательность.

При выборе целей и мероприятий необходимо исходить из сле дующих принципов:

• в первую очередь необходимо начинать экономить те энергоре сурсы, на которые приходится больше всего финансовых затрат;

• экономить энергоресурсы надо там, где потенциал энергосбере жения аномально велик;

• внедрение энергосберегающих мероприятий надо начинать с тех, которые позволяют экономить энергоресурсы при мини мальных затратах.

Опыт показывает, что квалифицированный энергоаудит и тех нико-экономическое обоснование первоочередных энергосберегаю щих мероприятий позволяет снизить финансовые расходы организа ций на оплату потребленной электроэнергии на 10-20%, тепловой энергии на 10-25%, водоснабжения на 5-30%. При этом беззатратные или малозатратные знергосберегающие мероприятия могут составить реализацию всего потенциала энергосбережения предприятия 30-50% со сроком окупаемости до одного года. В большинстве стран доля государственных организаций в ВВП составляет около 20%. Расходы на коммунальные услуги этих организаций равны 5-10% от суммар ных расходов бюджетных учреждений или 1% от ВВП, причем не все здания госучреждений современные. Так 80% общественных зданий в США построены до 1980 года по устаревшим проектам с расточи тельным, по сегодняшним меркам, использованием энергии. Сниже нием потерь энергоресурсов в этих зданиях занимаются специализи рованные энергосервисные компании (ЭСКО), которые работают на контрактной основе с оплатой по схеме гарантированной экономии энергоресурсов или на условиях раздела полученной экономии за снижение потребления энергоресурсов. Средний срок окупаемости проектов составляет 6-7 лет.

Этот опыт зарубежных стран необходимо внедрять и в россий скую экономику, особенно в бюджетных организациях и в жилищно коммунальном хозяйстве, в котором особенно высокий потенциал энергосбережения. Реализация этого потенциала даст значительную экономию бюджетных средств и снизит затраты населения за услуги ЖКХ ЛИТЕРАТУРА:

1. Протокол энергетической Хартии по вопросам энергетической эффективности и соответствующим экологическим аспектам – ПЭЭСЭЛ. Российская Федерация: Регулярный обзор, 2007.

2. Энергоэффективность в России: скрытый резерв:

- Отчет Меж дународной финансовой корпорации и Мирового банка рекон струкции и развития (International Finance Corporation and The International Bank for Reconstruction and Development), 2008.

3. Ушаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: техно логические, социально-экономические и экологические аспекты.

- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.–46.

Научный руководитель: Ю.А. Краснятов, к.т.н., доцент, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

СИСТЕМА ДИСПТЧЕРИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕМ ЗДАНИЙ – ГЛАВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Ю.О. Кривошеин Томский политехнический университет ЭНИН, кафедра АТП, группа В последние годы очень активно развиваются темы «умных до мов» и «интеллектуальных систем» для управления этими объектами.

Как энергетики, будем рассматривать эти системы в свете реализации поставленной президентом задачи сокращения энергопотребления до 2020 года на 40% и ФЗ № 261 об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности.

При этом будем стремится к реализации двух основных целей:

1. максимальное повышение комфортности 2. минимизация энергопотребления.

Возможность постоянного мониторинга и управления объектом нам дает система АСКУЭ (автоматизированная система контроля и управления энергопотреблением). Основная задача системы осу ществлять постоянный мониторинг состояния объекта, определяя со ответствие параметров воздухообмена и температуры, и в зависимо сти от внешних и внутренних воздействий подавать оптимальное ко личество энергоресурсов.

Комплекс оборудования, входящий в систему, реализует функ ции удаленного управления инженерными системами здания (отопле ние, вентиляция, электро-, газо-, водоснабжение и т.п.). Автоматиче ское регулирование позволяет поддерживать комфортные условия в помещениях, при необходимости уменьшая потребление в нерабочее время, выходные, праздничные дни.

Система диспетчеризации существенно сокращает эксплуатаци онные затраты, переводит на качественно новый уровень взаимоот ношения энергоснабжающих организаций с потребителями в части предоставления информации о потреблении энергоресурсов и выпол нения договорных условий о режимах работы инженерных систем.

Сигнал о возникновении аварийной или внештатной ситуации поступает немедленно на диспетчерский пункт или непосредственно лицу, ответственному за эксплуатацию объекта. Оперативное реаги рование позволяет предотвратить аварию или сократить ущерб от ее возникновения. Это повышает надежность системы, уменьшает сроки перерывов в снабжении энергоресурсами потребителей.

Рис. 1. Пример мнемосхемы теплового узла с отображением текущих данных в режиме реального времени и функции удалённого управления регулятором теплопотребления Применение системы диспетчеризации в комплексе с другими мероприятиями способствует улучшению оперативного контроля за режимами работы сетей электро-, тепло-, водоснабжения, оптимиза ции режимов потребления, и как следствие возможности подключения дополнительных объектов к существующим сетям.

Представленная система диспетчеризации:

• позволяет работать с оборудованием различных производите лей, что дает возможность адаптировать ее к уже имеющимся на объектах средствам учета и регулирования;

• помимо стандартных функций считывания и формирования от четных ведомостей, позволяет удаленно настраивать, управлять и даже программировать приборы, а также визуально наблюдать объект (систему) на мнемосхеме в режиме реального времени;

• дает возможность анализировать работу объектов (систем) с по мощью построения различных графиков и диаграмм.

Имея гибкую функциональную структуру, система постоянно совершенствуется, использует современные технологии при передаче и обработке данных.

Функциональные возможности системы, через анализ получен ных данных о работе инженерных систем в различное время суток, дни недели и т.д., при различных внешних факторах (загруженность мощностей, солнечная погода, низкая температура и т.д.) позволяют определить и установить оптимальные, для каждого конкретного слу чая, режимы потребления энергоресурсов.

Данные о работе инженерных систем являются основой для раз работки мероприятий по сокращению энергопотребления. Информа ция дает возможность объективно оценить необходимость, расчетный срок окупаемости и последовательность внедрения этих мероприятий.

После внедрения мероприятий производится оценка экономического эффекта от внедрения энергосберегающих мероприятий.

Наличие системы диспетчеризации позволяет значительно со кратить сроки, повысить объективность энергетического обследова ния, определение показателей энергетической эффективности и вы полнить другие мероприятия в обязательном порядке регламентируе мые для проведения организациями в соответствии с Федеральным Законом «Об энергосбережении и о повышении энергетической эф фективности» (261-ФЗ).

Задачи интеграции в систему АСКУЭ различных дополнитель ных функций для повышения комфортности не представляет пробле мы. Имеются в виду выполнение различных команд, таких как, например открытие жалюзи (включение ламп, приборов и т.п.) по сигналам различных датчиков (перемещения, объема, звука) и других функций, повышающих комфортность проживания. Но все же под ос новными составляющими комфортности нами понимаются оптималь ные параметры воздухообмена и температуры в помещениях.

Научный руководитель: И.П. Озерова, к.т.н., зав. кафедрой АТП, ЭНИН, ТПУ.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АВТОНОМНОГО ГЕНЕРАТОРА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ А.И. Ворачева, О.И. Демина, Т.И. Алексеева Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП группа 9А83, ЭНИН, ЭСС группа 9А86, ИНК, ЭБЖ группа 9Б Задача выбора источника электрической энергии для автоном ных систем электроснабжения децентрализованного потребителя ре шается путем технико-экономического сравнения вариантов по крите рию минимальных затрат. Учитывая значительную стоимость тради ционных энергоресурсов и их доставки в удаленный район, альтерна тивные электрогенерирующие установки, использующие местные ви ды топлива, имеют лучшую экономическую эффективность. В свою очередь выбор типа и конструкции альтернативной установки также становится вопросом технико-экономического сравнения.

В данной работе речь пойдет о рациональном выборе генератора ветроэнергетической установки (ВЭУ) малой мощности. Целью рабо ты является: сравнение массо-габаритных показателей и стоимостей генераторов для ВЭУ;

разработка общих рекомендаций для проекти рования ВЭУ.

Автономная, горизонтально-осевая ВЭУ малой мощности с крыльчатым ветродвигателем, комплектуется либо синхронным гене ратором с бесконтактной системой самовозбуждения, либо асинхрон ным генератором с короткозамкнутым ротором и конденсаторным возбуждением. Особенностью такой конструкции является необходи мость в расположении основного энергетического оборудования в гондоле, закрепленном на верхнем конце мачты ВЭУ. При этом стои мость мачты напрямую зависит от веса гондолы, основная часть кото рого приходится на долю электрогенератора. Таким образом, массо габаритные показатели генератора ВЭУ оказывают значительное вли яние на суммарную стоимость.

Предшествующее изучение данного вопроса проводились в восьмидесятых годах прошлого века для обоснования выбора типа ге нератора ВЭУ и микрогидроэлектростанций [1]. В результате были выявлены, ограничения эффективного использования единичной установленной мощности асинхронного генератора, от 0,5 до 40 кВт.

Результаты современных исследований, полученные на основе технических данных нового серийного оборудования, представлены на рис. Графическая зависимость «а» показывает изменение веса элек трогенератора (m, кг) от его установленной мощности (P г, кВт), гра фическая зависимость «б» является функцией стоимости генератора (Ц, тыс. руб.) от установленной мощности [2 - 5].

Рис. Технико-экономические показатели автономных генераторов.

Представленные функции построены для трехфазных, четырех полюсных электрических машин, работающих в генераторном режи ме. Кривые «1» относятся к параметрам синхронного генератора се рии БГ. Кривые «2» интерпретируют результат сложения параметров асинхронной машины серии АИР и металлопленочных конденсаторов системы возбуждения серии К78-17, и применению металлобумажных конденсаторов МБГО соответствуют кривые «3».

Выбор емкости конденсаторных батарей С ф, включаемых по схеме «треугольник» и предназначенных для возбуждения асинхрон ной машины в генераторном режиме, производится по номинальной Сф =, ()г мощности на одну фазу генератора Pг/3 используя формулу (1):

63г где ()г – коэффициент мощности генератора;

- частота то (1) ка генератора, Гц;

г - напряжение генератора.

В результате делаем вывод, что стоимость АГ электрогенери рующей установки на 76 % меньше стоимости синхронной машины того же назначения, мощности, и синхронной частоты вращения, на всем исследуемом диапазоне. Применение современных металлопле ночных конденсаторов для возбуждения АГ снижают стоимость на 8 % относительно устаревших металлобумажных, при этом общий вес установки уменьшается на 3 %.

Общий вес АГ увеличивается с ростом установленной мощно сти и при достижении 70 кВт становится равным подобному показа телю синхронной машины. Точка пересечения кривых является гра ницей рационального выбора типа автономного генератора по массе.

Относительное улучшение массо-габаритных показателей АГ в срав нении с предыдущими исследованиями объясняется как применением современного электротехнического оборудования, так и использова нием рациональных схем подключения системы возбуждения. Таким образом, для автономных ВЭУ мощностью до 70 кВт можно рекомен довать применение АГ с конденсаторным возбуждением.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лукутин Б.В., Сипайлов Г.А. Использование механической энергии возобновляемых природных источников для электро снабжения автономных потребителей. - Ф.: Издательство «Илим», 1987-135с.,ил.

2. Синхронные генераторы серии БГ - http://www.a-t c.ru/index.php?cid=1144&catalog (05.11.2010).

3. Электродвигатели АИР - http://electronpo.ru/production (05.11.2010).

4. Конденсаторы К78-18 - http://www.tkd.com.ua/ item.php?item_type=1&item=65 (05.11.2010).

5. Конденсаторы МБГО - http://www.radio-service.ru/catalog/ (05.11.2010).

Научный руководитель: А.И. Муравлев, аспирант, ст. препода ватель, ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТРЕБНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ АСИНОВСКОГО РАЙОНА Ю.Ю. Насенкова Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М Асиновский район расположен в юго-восточной части Томской области вдоль левого берега р. Чулым, правого притока р. Обь, на протяжении около 200 км. Общая площадь района – 594,34 тыс. га (1,9 % территории Томской области). Средняя плотность населения – 6,6 чел. на 1 км2.

Человеческие ресурсы Асиновского района имеют тенденцию к концентрации в административном центре района г. Асино - в сред нем 70% населения. Удельный вес сельского населения составляет 30%. Динамика демографических процессов в районе, как и в области, остается неблагоприятной. За последние 5 лет численность постоян ного населения района сократилась на 1000 человек, это можно отсле дить по данным таблицы 1.[1] Таблица 1.

Численность населения на 1 января, тыс. чел.

2005 2006 2007 2008 Численность насе 39,7 39,5 39,2 39,0 38, ления В Асиновском районе население является одним из основных потребителей топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Доля потреб ления ТЭР населением от общего потребления Асиновским районом на период 2005 - 2008 года значительно возросла, если в 2005 году она составляла 30,3%, то уже к 2008 году увеличилась до 51,2%. Динами ка потребления топливно-энергетических ресурсов населением приве дена в таблице 2.[2] Таблица 2.

Динамика потребления ТЭР населением в 2005 – 2009гг., тонны у т 2005 2006 2007 2008 ЭЭ 7274 3604 5913 10265 ТЭ 13101 13196 12027 11540 Дрова 64683* 64683 80113 86036 ТЭР 85058 81483 98053 107841 Примечание: * - так как данные за 2005 год отсутствуют, при нимаем их равными 2006 году.

Данные, представленные в Таблице 2 позволяют оценить струк туру потребления ТЭР населением (см. рисунок 1).

Рис. 1. Структура потребления ТЭР населением за 2005 и 2009 года Как видно из вышепредставленных диаграмм большая доля приходится на потребление дров, что объясняется значительным ко личеством населения, проживающего в сельской местности, где при отсутствии централизованного теплоснабжения население отаплива ется за счет печного отопления. Также существенно сказывается не совсем благоприятный климат. Холодная продолжительная зима, ко роткое лето, среднегодовая температура воздуха, составляющая всего -0,7°С - все эти факторы влияют на потребление ТЭР населением.

Графики изменения потребления тепловой энергии от темпера туры по месяцам на примере 2006 и 2008 годов представлены ниже.

Рис. 2. Изменение потребления тепловой энергии и температуры по месяцам 2006 года Рис. 3. Изменение потребления тепловой энергии и температуры по месяцам 2008 года Графики подтверждают очевидную зависимость - с увеличением температуры, потребление ТЭ сокращается. Потребление электриче ской энергии в расчете на душу населения показано на рисунке 4.

Рис. 4. Потребление ЭЭ в расчете на душу населения, кг у.т. на чел.

Потребление ТЭ в расчете на душу населения показано на ри сунке 5.

Рис. 5. Потребление ТЭ в расчете на душу населения, кг у.т. на чел.

Как видно из представленных рисунков потребление ЭЭ и ТЭ в расчете на душу населения Асиновского района примерно в 2 раза меньше среднедушевого потребления по Томской области, а также меньше минимального норматива потребления согласно данным по требительской корзины для жителей Томской области, который со ставляет для тепловой энергии - 1,376 т.у.т. в год (8 Гкал), а для элек трической энергии - 268,8 кг у.т.(840 кВтч).

Результаты проведенного анализа показывают, что Долгосроч ные целевые программы энергосбережения, разрабатываемые для предприятий жилищно-коммунального хозяйства области, должны быть направлены, прежде всего, на городское население.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Статистический ежегодник: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2010:

- 340с.

2. Районы Томской области: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2008:

- 260с.

Научный руководитель: Г.Н. Климова, доцент, к.т.н., ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРО-ДИЗЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА НА ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ С.С. Лушников Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М Более 50 процентов территории Томской области, не охвачены сетями централизованного электроснабжения. В качестве основных источников питания для таких территорий являются дизельные элек тростанции (ДЭС).

По уровню выработки электроэнергии (ЭЭ) ДЭС полностью удовлетворяют запросы территории, однако экономические аспекты данного технического решения проблемы электроснабжения децен трализованных потребителей становятся все более определяющими.

Рост топливной составляющей в себестоимости электроэнергии, не эффективное использование топлива, заставляют обратиться к воз можностям альтернативной энергетики.

Одним из решений проблемы снижения себестоимости ЭЭ, для таких территорий, является использование только возобновляемых источников энергии (ВИЭ) либо совместное использование ВИЭ и ДЭС.

Ветровая обстановка, характеризуемая преобладающими ветра ми, со средней скоростью на уровне 4,1м/c. [1] Предлагается оценить эффективность ветро-дизельной электро станции (ВДЭС) и определить вклад ветроустановки в уровень сум марной выработанной ЭЭ. Модель ВДЭС, реализованная средствами MATLAB (рис.1), характеризует статические свойства системы и мо жет служить инструментом оценки эффективности энергоустановки.

Микропроцессор определяет состояние системы, осуществляя переключения режимов:

• при низком – 40% уровне заряда аккумуляторной батареи (АБ).

ДЭС включена параллельно с ветро-электростанцией (ВЭС), • обеспечивая потребности в ЭЭ как нагрузки (Н), так и АБ. Кон троллер выявляет наиболее экономичный режим работы дизеля, учитывая ветровую электрическую составляющую.

ВЗУ Н ВЭС И ДЭС АБ Контроллер Рис. 1. Структурная схема ВДЭС.

• при высоком – 90% уровне заряда АБ. Выключается ДЭС и по требитель получает энергию от аккумулятора. ВЭС по прежнему заряжает АБ, тем самым обеспечивается максималь ное использование потенциала ветра. Контроллер устанавливает степень заряда накопителя энергии и при необходимости выво дит из работы ВЭС.

При моделировании энергоустановок системы каждая из них рассматривалась в виде двухкомпонентной структуры. Так ДЭС (Cummins TCM100 Р=80 кВт) представлена в виде совокупностей мо делей двигателя внутреннего сгорания (CUMMINS 6BT5.9-G1) и син хронного генератора (LEROY SOMER LSA44.2VS45).[2] Реализация модели осуществлена путем применения метода статистического мо делирования в случае дизеля (рис.2 б) и решения уравнений Парка Горева, при общепринятых допущениях, в случае синхронного гене ратора. Аналогичным образом представлена ВЭС как сумма матема тических моделей ветротурбины (рабочие характеристики (рис.2 а) получены через аэродинамику ветродвигателя) и синхронного генера тора с постоянными магнитами.

Выпрямительно-зарядное устройство (ВЗУ) это, с одной сторо ны, многофункциональная электронная схема, а с другой – программ но управляемый комплекс. Функции – выпрямления напряжения, пре образования ток-напряжение, фильтрации, стабилизации тока, муль типлексирования направления передачи потоков энергии, бустерного преобразования – контролируются микропроцессором. Инвертор напряжения (И), как и все электронные блоки (рис.1), моделировался при допущении, что электронные ключи идеальны.

Входными аргументы системы (рис.3) являются возможные графики нагрузки сельского населенного пункта [3] и изменения ско рости ветра в течение суток [4]. Зависимости носят интегральный а) б) Рис. 2. Характеристики энергетических установок системы ВДЭС:

а) двигателя внутреннего сгорания, б) ветротурбины характер и не отражают динамические изменения аргументов в малом. Подобное отступление от реальной картины протекания про цесса не снизит точности статической оценки энергоэффективности установки. Как, моменты инерции вращающихся масс ВЭС и ДЭС, так и, постоянные времени топливного насоса высокого давления ди зеля и заряда АБ, будут оказывать интегральное воздействие на дина мику изменения входных аргументов системы.

В результате оценки эффективности ВДЭС получены следую щие результаты:

а) б) Рис. 3. Временные тренды а) типового графика нагрузки сельского поселения б) интегральное изменение скорости ветра потребление топлива уменьшилось почти в два раз с 153,8 до 89,5 литров (рис.4);

вклад ВЭС в экономию топлива составил около 0,2% (0,3 литра), а процент от уровеня суммарной выработанной ЭЭ ВЭС составил менее 1%.

Неоднозначность таких выводов только поверхностна, если принять во внимание наличие в структуре ВДЭС накопителей энер гии. АБ обеспечивают выравнивание графика нагрузки для дизеля, ко торый стабильно функционирует в зоне минимального потребления топлива.

а) б) Рис. 4. Временные тренды:

а) потребление топлива ДЭС, б) потребление топлива ВДЭС Повышение эффективности электроснабжения децентрализо ванных потребителей Томской области с установленной мощностью электроприемников от десятков кВт посредством установки ВДЭС возможно. Снижение уровня потребления дизельного топлива в 2 раза обеспечивается совместным решением двух уникальных задач, во первых, нахождения оптимального соотношения мощностей источни ков энергии ВДЭС, и, во-вторых, увеличением высоты мачты ВЭС.

Разработанное программное обеспечение не решает задачу оптимиза ции, но позволит рассмотреть эффективность конкретного техниче ского решения.

ЛИТЕРАТУРА:

1. http://imho.metka.ru/mkr/geo.htm 2. Лукутин Б.В., Климова Г.Н. Исследование работы инверторной дизельной электростанции на частичных характеристиках дизе ля //Электричество, 2009, - N 12. - c. 41- 3. http://www.energocon.com/pages/id1335.html 4. http://pogoda.ru.net/weather.php?id= Научный руководитель: Е.А. Шутов, доцент, к.т.н., ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

СЕКЦИЯ 6. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ВЛИЯНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ НА ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ РАЗРЯДА В ТВЕРДЫХ СЛОИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ И.В. Ким Томский политехнический университет ЭНИН, ЭМКМ, группа 7М Известно [1, 3], что электрическая прочность Е пр слоистого ди электрика зависит от распределения напряженностей электрического поля по отдельным слоям, а также от времени приложения напряже ния Определенную роль в процессе развития пробоя могут играть ча стичные разряды, которые вызывают разрушение изоляции, образова ние дендритов и др. явлений.

В работе О. В. Карпицкого [2], показано, что в процессе элек трического старения на переменном напряжении развитие разряда на границе раздела твердых слоистых диэлектриков может сопровож даться образованием около острия иглы дендрита шарообразной фор мы, приводящего к замедлению дальнейшего развития разряда вслед ствие уменьшения локальной напряженности электрического поля. ( Рис.1.).

Рис. 1. Образование шарообразного дендрита.

Начало развития разряда не обязательно совпадает с местом расположения острия иглы, как показано на рис. 2. Причиной тому может быть наличие мелких заусенцев на поверхности иглы, радиус кривизны острия которых будет меньше радиуса кривизны самого игольчатого электрода или наличие пузырьков воздуха вблизи элек трода.

Рис. 2. Начало развития разряда.

Как правило, разряд начинается с места расположения острия иглы, где напряженность электрического поля наибольшая. Образова ние разрядных структур в виде шарообразных дендритов приводит к уменьшению напряженности электрического поля в местах их распо ложения и замедлению дальнейшего развития разряда при неизмен ном значении приложенного напряжения. Эти дендриты, образовыва ясь на обоих электродах, могут прорастать неравномерно относитель но друг друга. Что, по-видимому, обусловлено различием значений напряженностей электрического поля на остриях игл, вследствие раз личия радиусов их кривизны. Для дальнейшего развития разряда тре буется увеличение значения приложенного напряжения. или времени его воздействия Увеличение приложенного напряжения или времени его воздействия может приводить к интенсивному росту канала раз ряда вдоль слоев по направлению к электродам, либо разряд может выходить на поверхность диэлектрика с последующим перекрытием по воздуху.

Для оценки механизма развития разряда в процессе электриче ского старения в данной работе проводилось изучение роли частич ных разрядов.

Методика и техника эксперимента:

Эксперимент проводится в нормальных условиях на перемен ном напряжении частотой 50 Гц. В качестве образцов используются комбинация из различных диэлектрических материалов. Во всех слу чаях в качестве материала подложки применяется полиметилметакри лат (ПММА) толщиной 3 мм. В качестве другого материала использо вались различные диэлектрики (синтофлекс, лакоткань) с толщиной порядка 18…20 мкм. Образцы представляли собой форму пластинок размером 50100 мм2.

В промежутке между пластинками разных материалов (на гра нице их раздела) располагались электроды игла – игла. В качестве игл использовались швейные иглы RTB 14539, имеющие радиус закруг ления порядка 40…70 мкм. Расстояние межэлектродного промежутка от иглы до иглы составляло 20 мм. Испытания проводятся без воз душной прослойки на границе раздела испытываемых материалов.

Для этого исследуемые материалы склеивались с помощью эпоксид ного компаунда холодного отверждения на основе смолы ЭД 20 и отвердителя – полиэтиленполиамина.

Рис. 3. Образцы материалов в системе электродов игла – игла: 1 – система электродов игла – игла;

2 – подложка;

3 – исследуемый материал.

Проведем оценку роли частичных разрядов в формировании шарообразных дендритов около острия и роль частичных разрядов в процессе старения.

Старение образцов проводилось на переменном напряжении кВ. Полученные результаты эксперимента при измерении интенсив ности частичных разрядов на напряжении U=7 кВ для комбинации материалов, как показано на рис.3. в случае, когда в качестве исследу емого материала применялись Синтофлекс и Лакоткань. Полученные результаты показаны в таблицах 1,2.

Таблица 1.

Интенсивность частичных разрядов при U=7кВ для материала Синто флекс.

Время ста n ср рения 1 час 2 часа 3 часа 4 часа 5 часов 6 часов Рис. 4. Зависимость количества частичных разрядов от времени старения при напряжении U=7 кВ для материала Синтофлекс.

Полученные данные показывают, что с увеличением времени старения материала, интенсивность частичных разрядов падает за счет уменьшения напряженности поля, что доказывает образование шаро образного дендрита. Для дальнейшего развития разряда необходимо повысить величину приложенного напряжения.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных кон струкциях. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. – 224 с.

2. Карпицкий О.В. Особенности развития разряда на границе раз дела твердых слоистых диэлектриков при длительном воздей ствии приложенного напряжения //Электротехника, электроме ханика и электротехнологии: Труды X Региональной научно практической студенческой конференции - Томск, 1-4 июня. Томск: ТПУ, 2010 - т. 1. - c. 60-64 (27430345) 3. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И.

Физика диэлектриков (область сильных полей): Учебное посо бие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 244 с.

Научный руководитель: В.И. Меркулов, к.т.н., доцент, ЭМКМ, ЭНИН, ТПУ.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НАЛОЖЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ МАРКИ СИП М.С. Рудь Томский политехнический университет ЭНИН, ЭМКМ, группа 7М200.

Мировая тенденция развития энергораспределительных сетей в течение последних десятилетий направлена на внедрение кабельных изделий с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE). При производ стве кабельных изделий с изоляцией из XLPE в основном использу ются две технологии сшивания: пероксидная и силановая. При произ водстве кабелей на низкое и среднее напряжение большее предпочте ние отдается силановой технологии, которая обладает рядом преиму ществ: самая скоростная система сшивания;

возможна на открытом воздухе и при отрицательных температурах;

низкие затраты [1]. В настоящее время существует несколько промышленных методов нанесения силанов на сшиваемые полиолефины: двухстадийный про цесс Sioplas®, одностадийный процесс Monosil® и Drysil®.

Наибольшее распространение в кабельной промышленности по лучил процесс Sioplas. Одним из самых популярных продуктов двух стадийного процесса является сополимерная и каталитическая систе ма Visico/Ambicat фирмы Borealis. Visico – влагоотверждаемый эти лен-винил-кремневодородный сополимер, устойчивый к подвулкани зации. Не содержащий олово каталитический компонент Ambicat обеспечивает образование поперечных межмолекулярных связей в материале Visico при комнатной температуре [2].

Широкое распространение кабельных изделий с изоляцией из XLPE предъявляет повышенные требования к качеству и надежности этих изделий. Электрические свойства и дефекты изоляции из XLPE активно исследуются [3,4]. Механические свойства XLPE в большей степени исследуются не на изоляции кабельных изделий [8], а трубах и пленках [5,6,7]. В [5-8] исследовались зависимости от температуры прочности при разрыве р, относительного удлинения при разрыве р, модуля эластичности Е и др. сшитого различными методами полиэти лена. Главными факторами, влияющими на качество полимера, явля ются чистота материала, плотность и однородность сшивок. Для определения степени сшивания широко используются косвенные ме тоды определения степени сшивания, например, по изменению р или р [9].


Возникновение дефектов и свойства изоляции определяются технологическими факторами переработки полимера [4]. Известно, что механические характеристики полимера являются наиболее чув ствительными по отношению к способу и условиям переработки [9].

Поэтому для выявления возможных причин возникновения дефектов в изоляции из XLPE перспективными являются исследования зависимо сти механических свойств полимера от технологических условий его переработки.

Широкое распространение во всем мире получили самонесущие изолированные провода (СИП), предназначенные для воздушных ли ний электропередач с изоляцией из сшиваемых композиций светоста билизированного полиэтилена [10]. Объектом данного исследования является изоляция СИП на низкое и среднее напряжение различных сечений, выполненная из силаносшиваемой системы Visico/Ambicat.

Это марки СИП-3 1х95 – 20 кВ, СИП-2 3х95+1х95 – 0,6/1 кВ, СИП- 3х50+1х54,6 – 0,6/1 кВ, СИП-4 4х16 – 0,6/1 кВ. Варьируемыми пара метрами являются скорость вращения шнека и время вулканизации.

Испытания механических характеристик изоляции ( р, р и тепловое удлинение т ) проводились в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60811-1-1 98 и ГОСТ Р МЭК 60811-1-2-2006. Используемое оборудование: раз рывная машина ИР 5040-5, термошкаф ШС-80-01 СПУ.

Рис. 1. Зависимость т изоляции провода марки СИП-4 4х16 – 0,6/1 кВ от времени сшивания. Выдержка в течение 15 мин при температуре (200±3)°C, растягивающая нагрузка 0,2 МПа. Максимальная погрешность измерений 10,6 %.

В ходе испытаний обнаружено, что для системы Visico/Ambicat, в зависимости от толщины изоляции, оптимум вулканизации достига ется за 10…30 мин. Быстрое наступление оптимума и широкое плато вулканизации свидетельствует о высокой технологичности исследуе мой полимерной композиции.

Из рис. 1 видно, что тепловое удлинение т уменьшается с уве личением времени сшивания независимо от скорости вращения шне ка. Это связано с увеличением плотности поперечных связей в поли этилене. В то же время, механические свойства изоляции из XLPE из меняются при изменении частоты вращения шнека экструдера от об/мин до 80 об/мин, рис. 2.

Рис. 2. Зависимость р изоляции провода марки СИП-4 4х16 – 0,6/1 кВ от частоты оборотов шнека экструдера. Максимальная погрешность измерений - 5,07%, минимальная – 3,68%.

Из рисунка 2 видно, что при меньших числах оборотов шнека экструдера р изоляции выше, что возможно связано с увеличением степени сшивания. Похожий результат [7] объясняется тем, что про цесс образования, накопления макрорадикалов и их рекомбинация проходят более глубоко с увеличением времени воздействия темпера туры и сдвиговых усилий при более низких оборотах шнека.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Панзер Л.М., Вилли Бизанг. Силановое сшивание полиэтилена для улучшения качества продукции и облегчения технологиче ского процесса. Пластические массы. – 1998г. №3.

2. www.borealisgroup.com 3. Образцов Ю.В., Фрик А.А., Сливов А.А.. Силовые кабели сред него напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Факторы качества. Кабели и провода. – 2005г. №1.

4. Шувалов М.Ю., Овсиенко В.Л., Колосков Д.В.. Исследование надежности силовых кабелей среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Кабели и провода. – 2007г.

№ 5. Осипчик В.С.. Эксплуатационные свойства сшитого полиэтиле на для труб горячего водоснабжения и отопления.

http://www.plastictubes.ru/.

6. Осипчик В.С., Лебедева Е.Д.. Сравнительный анализ структуры и свойств сшитого различными методами полиэтиленов.

http://www.byrpex.com/.

7. Осипчик В.С., Лебедева Е.Д., Василец Л.Г.. Разработка и иссле дование свойств силанольносшитого полиэтилена. Пластиче ские массы. – 2000г. N 8. Martin C.P., Vaughan A.S., Sutton S.J.. The thermomechanical be haviour of crosslinked polyethylene cable insulation material. Annu al Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phe nomena. 2003.

9. Шах В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и анализу причин их разрушения. Санкт-Петербург, 2009г.

10.ГОСТ Р 52373-2005. Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи.

Научный руководитель: В.С. Ким, к.ф.-м.н., доцент, ЭКМ, ЭНИН, ТПУ.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ Д.М. Верещагин Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М При гашении электрической дуги и отключении тока короткого замыкания в выключателях низкого напряжения происходит взаимо действие плазмы дуги отключения и поверхностью диэлектрического материала в дугогасительной камере. Это приводит к частичной абля ции материала поверхности диэлектрика, его термическому разложе нию, деструкции поверхности и ее загрязнению углеродными продук тами разложения и частицами металла, эродированного с поверхности контактных элементов выключателя. В результате происходит ухуд шение диэлектрических свойств поверхности, снижению поверхност ного электрического сопротивления и электрической прочности, что является причиной отказов выключателей низкого напряжения.

Таким образом, становится актуальным исследование влияния воздействия электрической дуги на диэлектрические характеристики поверхности диэлектрических материалов, используемых в конструк циях выключателей низкого напряжения.

Для данного эксперимента был выбран материал стеклотексто лит. Схема эксперимента приведена в работе [1]. В ходе эксперимента оставались постоянными: материал исследуемого диэлектрика стекло текстолит, материал основных электродов CuW(75-25), геометрия ма кетного устройства, расстояние от конца основных электродов до по верхности образца e-s =10 мм.

На рис. 1a) приведены типичные кривые основных энергетиче ских характеристик дугового разряда при U 1 =1.5 кВ, W c =54 кДж, W a =16-19 кДж.

На рис. 1б) приведена серия осциллограмм высоковольтного зондирующего импульса U b (t) и тока i sc (t) между зондирующими электродами при разных t p. На графиках указаны значения t p и W a, величина пробивного напряжения U b, и время от начала нарастания напряжения до момента пробоя t b.

На рис. 2 приведены аналогичные кривые для опытов с U 1 =0. кВ, W c =6 кДж, W a =2-3 кДж.

Из рис. 1 видно, что при параметрах дуги U 1 =1.5 кВ, W a =16- кВ. Пробой промежутка происходит за фронтом на спадающей части импульса и t p 8.5 мс. Величина пробивного напряжения U b 3,2 кВ.

Некоторое снижение уровня напряжения относительно 3,4 кВ обу словлено протеканием по зондируемой поверхности предпробивного тока i sc =10-20 А. Сравнимый уровень Ub 3,2 кВ при t p =2,1 мс полу чен при U 1 =1,0 кВ и W a =8-9 кДж (рис. 2) Уменьшение t p 20 мс сопровождается существенным увеличе нием предпробивного тока, заваливанием фронта импульса и сниже нием пробивного напряжения. Характерной особенностью опытов при минимальной энергии дуги при U 1 =0.5 кВ, W а =2-3 кДж является су щественное снижение U b при сопоставимых t p и пробивных токов i b.

В холодном состоянии при выдержке после воздействия t p в несколько минут, пробой не происходил ни при каких условиях. Сни жение электрической прочности поверхности диэлектрика при уменьшении энергии воздействующего дугового разряда может быть объяснено эффектом самоочищения поверхности.

Более мощные плазменные потоки уносят с поверхности угле родные продукты размножения и частицы металла, эродированного с электродов.

Это является также косвенным подтверждением того, что про бой промежутка происходит по поверхности диэлектрика, а не по га зовой среде. Следует отметить, что при минимальном уровне энергии дуги W a =2-3 кДж пробой всегда происходит на фронте импульса напряжения, а не на спадающей части как в случаях с относительно высокой энергией 8-16 кДж.

Таблица 1.

Удельная эрозия m с поверхности диэлектрика после первого воздей ствия.

U1, W a, кДж md, г/кДж кВ 1,5 15,6-18,6 0, 1,0 8,4 0, 0,5 2,6 0, Таблица 2.

Удельная эрозия m с поверхности диэлектрика после нескольких (N) воздействий.

md, Wa, U 1, кВ N кДж г/кДж 1,25 17,1 2 0, 0,5 2,6 5 0, Кроме того, возможной причиной снижения пробивного напря жения при W a =2-3 кДж и максимальном токе разряда ~3,0 кА являет ся то, что плазменные потоки отклоняются на небольшой угол и зоны максимальной эрозии материала сближаются. Это приводит к относи тельно высокой выработке промежутка между зондирующими высо ковольтными электродами и ухудшению диэлектрических свойств этого промежутка.

В таблице 1 показано, что удельная эрозия md материала в од нократных опытах с разной энергией дуги увеличивается с увеличе нием энергии. Сравнение с данными таблицы 2 показывает, что md однократного воздействия существенно больше, чем средняя md по сле нескольких последовательных воздействий. Это обусловлено меньшими затратами энергии на выработку поверхностного слоя по лимерного материала, не связанного стекловолоконной арматурой при первом воздействии.

Рис. 1. Типичные кривые основных энергетических характеристик дугового разряда при U1=1,5 кВ, Wс= 54 кДж, Wa= 16-19 кДж.

Рис. Типичные кривые основных энергетических 2.

характеристик дугового разряда при U1=0,5 кВ, Wс= 6 кДж, Wа=2 3 кДж.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Шеметов Д.Д., Герасимов Д.Ю. Влияние материала контактных элементов выключателя на электрическую прочность диэлек триков после воздействия плазмы разряда // Перспективы разви тия фундаментальных наук [Электронный ресурс]: труды VII Международной конференции студентов и молодых учёных.

Россия, Томск, 20–23 апреля 2010 г. / под ред. Г.В. Ляминой, Е.А. Вайтулевич. – Электрон. текст. дан. – Национальный Ис следовательский Томский политехнический университет, 2010.

Режим доступа: http://science – persp.tpu.ru/Previous%20Materials/Konf_2010.pdf – 952 с. – PDF формат, версия 1.5. – Систем треб. Adobe Acrobat 6.0 и выше. – ISBN 978-5-98298-626-9. с. 213-215.


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

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ОТКЛЮЧЕНИЯ Д.М. Верещагин Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М Автоматические выключатели с естественным воздушным охлаждением (автоматы) предназначены для отключения тока при ко ротких замыканиях (КЗ), перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, для оперативных включений и отключений электриче ских цепей.

Согласно статистическим данным на промышленных предприя тиях и гражданских объектах часты случаи, когда при однофазном КЗ в сети до 1000 В защитный аппарат не срабатывает и не отключает поврежденный участок. Это может привести к следующим негатив ным явлениям: попаданию персонала под напряжение;

переходу од нофазного КЗ в другие виды КЗ;

перегреву оболочек кабелей и корпу сов электрических аппаратов [1].

Во время обрыва тока КЗ в выключателях низкого напряжения наблюдается сильное взаимодействие между электрической дугой и изоляционными материалами разрядной камеры. Это взаимодействие играет ключевую роль в поведении дуги и как результат сказывается на эффективности обрыва дуги.

Стекловолокна в качестве каркаса, широко используются для упрочнения диэлектрических материалов реактопластиков. В процес се КЗ воздействие дуги приводит к частичной абляции материала по лимерной матрицы, что приводит к проявлению стекловолокон на по верхности. Далее, непосредственное взаимодействие дуги и стеклово локон во многих случаях приводит к нежелательному эффекту: дуга перестает вбрасываться в дугогасительную камеру и продолжает «го реть» между контактами. Что приводит к отказу в работе выключате ля.

В связи с этим исследование поверхностных свойств диэлектри ческих материалов после воздействия дуги отключения является од ной из актуальных задач.

В качестве источника электропитания использовался колеба тельный LC-контур, состоящий из мощного емкостного накопителя энергии (емкость С = 48 мФ, зарядное напряжение U зар = 0,51,5 кВ) и катушки индуктивности – реактора (L = 210 мкГн) [2].

Для адекватной эмитации процесса отключения тока КЗ, в авто матических выключателях, необходимо адекватно воспроизвести при электродное падение напряжения на дуге. Реализовать это можно с помощью макетного устройства с параллельным расположением элек тродов, которое адекватно имитирует условия существования дугово го разряда между контактами выключателя. Принципиальная и элек трическая схема макетного устройства, а также схема регистрации ос новных параметров представлены в [3].

Исследования проведены с использованием электродов – CuW (75%:25%). Расстояние от электродов до поверхности исследуемого диэлектрика 10 мм. Разряд между электродами инициировался путем электровзрыва проводника. В качестве проводника использовалась медная проволочка (диаметр 0,2 мм). В экспериментах регистрирова лись рабочий ток i(t) и напряжение U(t) на электродах макетного устройства. Подведенная к ускорителю энергия W определялась инте грированием кривой мощности. Она менялась путем изменения за рядного напряжения U зар от 0,5 до 1,5 кВ. В качестве диэлектрическо го материала использовался стеклотекстолит.

Исследования фазового состава поверхности диэлектрика про ведены методом рентгеновской дифрактометрии на дифрактометре Shimadzu XRD6000 (CuK -излучение). Дифрактограммы сняты с трех областей, показанных на фотографии поверхности на рис. 1.

Рис. 1. Исследуемые области стеклотекстолита, материал электродов CuW e-s =10 мм, U1=1, кВ, Wa=17,3 кДж.

На рис. 2 приведена дифрактограмма исходного образца и экспериментальный спектр, соответствующий участку 1 поверхности.

Дифрактограммы с других участков поверхности (2, 3) имеют аналогичный характер за исключением меньшей интенсивности рефлексов, соответствующих фазе кристаллического вольфрама. Для анализа использовалась программа полнопрофильного анализа «PowderCell 2.4» и базы данных «PDF4+». Анализ показал, что основу материала поверхности составляют аморфизированные фазы диоксида кремния и melamin. Об этом свидетельствует наличие размытого диффузионного гало на широком диапазоне углов Брэгга 2 (10 grade – 35 grade) с максимумом на 2=24 grade.

На дифрактограмме поверхности однозначно идентифицируют ся все основные отражения кристаллической фазы вольфрама. Анализ уширения рефлексов W свидетельствует об относительно большом размере областей когерентного рассеяния (ОКР) (или размере частиц) этой фазы. Дисперсная медь практически отсутствует на поверхности образца. Оценочные данные о массовом соотношении фаз приведены в таблице на рис.1. Наибольшее содержание W установлено в зоне 1, в промежутке между зондирующими электродами.

Рис. 2. Дифрактограмма образца и экспериментальный спектр, соответствующий участку 1.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Мельников М.А. Внутризаводское электроснабжение: Учебное пособие. –Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 159с.

2. Герасимов Д.Ю., Шеметов Д.Д. Источник электропитания для исследования электрической дуги отключения // Современные техника и технологии. XV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых / Сборник трудов.

Том 1. - Томск: Изд-во ТПУ. 4-8 мая 2009. – с.26-28.

3. Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Шеметов Д.Д. Исследование ди намики электрической дуги отключения // Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии. Материалы IV Все российской конференции молодых ученых (19-21 октября г., Томск, Россия). – Томск: Изд-во Института оптики атмосфе ры СО РАН, 2009. – с. 45-48.

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

ИССЛЕДОВАНИЕ ОХРУПЧИВАНИЯ ОБОЛОЧКИ НЕГОРЮЧИХ КАБЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ТЕПЛОВОГО СТАРЕНИЯ И.Б. Чмир Томский политехнический университет ЭНИН, ЭМКМ, группа 7М Надежность работы электротехнических устройств во многом зависит от надежности кабельных изделий. Электрическая изоляция и защитные покровы кабелей выполняются преимущественно из орга нических полимерных композиций на основе поливинилхлорида, по лиэтилена и др. Полимерные материалы обладают комплексом харак теристик, которые обеспечивают эффективные эксплуатационные свойства изделий и рентабельность производства, однако по степени стойкости к воздействию пламени могут быть отнесены к горючим материалам по классификации ГОСТ 12.1.044. Так как при пожарах половина людей погибает не от огня, а от удушья, поскольку продук ты горения полимеров очень токсичны и отравляют людей. Таким об разом, нужно не только снизить горючесть полимерных материалов, но и уменьшить количество выделяемых при горении токсичных ве ществ. Однако сложно сделать так, чтобы снизить горючесть поли мерного изделия и при этом не ухудшить его физико-химические, электрические и др. свойства. Поэтому один из важных направлений развития кабельной промышленности на сегодняшний день - это про изводство огнестойких кабелей не распространяющих горение с по ниженной пожарной опасностью и низким дымо- и газовыделением («нг-LS»)[2] Кабели с низким дымо- и газовыделением (тип «нг-LS») имеют изоляцию и оболочку из ПВХ композиций пониженной пожароопас ности. ПВХ - второй по объему производства полимер уступающий только полиэтилену. ПВХ- это основной изоляционный материал для кабелей, предназначенных для использования с напряжением до 6 кВ и в рабочем интервале температур от -40 °С до +100 °С [1].По пара метрам, характеризующим пожароопасность полимерных материалов, ПВХ композиции для кабелей «нг-LS» отличаются более высокими значениями кислородного индекса, низкими значениями параметра дымообразования и пониженной токсичностью продуктов горения по сравнению с ПВХ композициями для кабелей общепромышленного исполнения [3].

В течении всего времени эксплуатации кабели подвергаются воздействию различных факторов, которые могут ухудшать характе ристики кабеля.Одним из таких факторов является тепловое старение. Термическое старение приводит к необратимому ухудшению свойств материала изоляции и оболочки кабеля. На процессы старения могут оказывать влияния не только состав пластиката но и элементы кон струкции кабеля.

Поэтому целью данной работы является изучение влияния со става пластиката типа «нг-LS» на процесс старения кабеля. Термиче ское старение кабелей проводилось в соответствии с ГОСТ МЭКР 60811-1-1-2004. А так же проводилось исследование изменения меха нических характеристик оболочки кабеля в соответствии с ГОСТ МЭКР 60811-1-1-98. В результате проделанных исследований ожида ется получить ухудшение механических характеристик оболочки ка бели выполненной из ПВХ пластиката типа «нг-LS», отличные от ме ханических характеристик оболочки кабеля выполненной из ПВХ пластиката общепромышленного исполнения. Данное отличие в ха рактеристик друг от друга можно объяснить в первую очередь раз личным составом ПВХ пластиката, например в ПВХ пластикат типа «нг-LS» вводят больше добавок препятствующих воспламенению и снижающих скорость распространения пламени ( антиперенов ). А так же может влиять различие в конструкции кабеля( наличие или от сутствие металлической брони ).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Пешков И.Б., Уваров Е.И. Кабельная промышленность России и СНГ. Этапы развития, новые задачи // Кабели и провода. – 2009.

– №5 (318). – С. 4–10.

2. Мещанов Г.И., Каменский М.К. Развитие производства и рас ширение областей применения новых типов пожаробезопасных кабелей в России // Кабели и провода. – 2007. – № 4(305). – С.5– 9.

3. Руководство по разработке композиций на основе ПВХ/пер. с англ.;

под ред. Р. Ф. Гроссмана. – 2-е изд. – СПб.: НОТ, 2009. – 608 с.

Научный руководитель: В.С. Ким, к.т.н., доцент, ЭМКМ, ЭНИН, ТПУ.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЯДА В ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ А.

Б. Баетов Томский политехнический университет ЭНИН ЭМКМ группа 7М Известно, что в настоящее время широкое применение в каче стве электрической изоляции высоковольтных электрических машин, трансформаторов и др. конструкций находят различные композици онные материалы, имеющие слоистую структуру. В процессе эксплуа тации такие материалы могут повергаться воздействию не только нормальной, но и тангенсальной составляющих напряженностей элек трического поля. Наличие тангенсальной составляющей приводит к перераспределению напряженностей поля в такой изоляции и может приводить к развитию разряда на границе раздела отдельных слоев композиционного материала. Можно предположить, что наибольшее влияние тангенсальной составляющей будет проявляться в конструк циях, где имеет место наибольшая неоднородность электрического поля.

Авторы [1, 2] показали, что при непрерывно возрастающем напряжении развитие разряда в композициях с различными диэлек трическими материалами, может протекать по трем возможным направлениям. В шестидесяти процентах случаев разряд выходил на поверхность исследуемого диэлектрика с дальнейшим развитием по воздуху. В остальных случаях, разряд происходил либо на границе раздела исследуемого материала и подложки, либо с эффектом за глубления разряда в исследуемый диэлектрик. Было так же установ лено, что характер развития разряда в таких материалах зависит от вида приложенного напряжения.

В работе [3] было показано, что в слоистых диэлектриках канал пробоя может иметь сложный путь и развиваться вдоль слоев на гра нице раздела. Введение в состав композиционного материала барьер ного слоя приводит к еще большему усложнению пути развития кана ла пробоя. Все это указывает на то, что развитие канала разряда в продольном направлении в композиционном материале зависит от ди электрических свойств компонентов, входящих в его состав, наличия в нем наполнителя и пластификатора. Определенную роль в развитии разряда могут оказывать также частичные разряды и наличие в объеме диэлектрика объемного заряда, что указывается в работах [3 - 5]. К сожалению, в литературе недостаточно информации по развитию раз ряда в композиционных слоистых материалах, особенно когда элек трическое поле приложено в продольном направлении, Отсутствие та кой информации требует дополнительные экспериментальные про верки, что послужило основанием для постановки данной работы.

Для решения поставленной задачи в работе проведен литера турный обзор информации по развитию разряда в композиционных материалах и разработана методика проведения исследований.

Для проведения испытаний была выбрана система электродов игла-игла, создающая резконеравномерное поле в продольном направлении.

В качестве образцов использовались прямоугольные пластинки исследуемого композиционного материала, которые наклеивались на подложку из полиметилметакрилата (ПММА) с помощью эпоксидно го клея. Иглы расположились в специальных углублениях (проточках) в подложке для создания равномерного слоя клея на границе раздела подложки с исследуемым материалом. Вид образца с электродами по казан на рисунке.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Меркулов В.И., Почивалова А.В. Особенности разряда на гра нице раздела твердых слоистых диэлектриков. // Известия Том ского политехнического университета. - 2008.

2. Карпицкий О.В. Особенности развития разряда на границе раз дела твердых слоистых диэлектриков при длительном воздей ствии приложенного напряжения //Электротехника, электроме ханика и электротехнологии: Труды X Региональной научно практической студенческой конференции - Томск, 1-4 июня. Томск: ТПУ, 2010 - т. 1. - c. 60- 3. Гефле О.С, Лебедев С.М., Похолков Ю.П Барьерный эффект в диэлектриках. – Томск: Изд-во «ТМЛ-Пресс», 2007. – 172 с.

4. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных кон струкциях. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. - 224 с.

5. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И.

Физика диэлектриков (область сильных полей): Учебное посо бие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 244 с.

Научный руководитель: В.И. Меркулов, к.т.н., доцент, ЭМКМ, ЭНИН, ТПУ.

ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ С ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ НА СРЕДНЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ О.А. Бардаков Томский политехнический университет ЭНИН, ЭМКМ, группа 7М В современной энергетике принято направление на замену мо рально устаревших кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией на ка бели с изоляцией на основе сшитого полиэтилена. Наибольшее рас пространение среди которых получили однофазные кабели. Неотъем лемой частью силового кабеля на среднее напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена является металлический проволочный экран.

Необходимость применения которого, возникает из-за высокого напряжения в токопроводящей жиле. Металлический экран позволяет устранить электрическое поле на поверхности кабеля, но в тоже вре мя, заземление которого более чем в одном месте, приводит к появле нию в нем значительных токов (потерь мощности). [1] Борьба с потерями в экранах связана с недоиспользованием пропускной способности кабеля, и как следствие завышение сечения токопроводящей жилы, что в свою очередь ведет к повышению стои мости кабельной линии.

Для снижения потерь в экране применяются специальные схемы заземления (соединения) экранов, такие как:

• частичное разземление экранов;

• заземление с транспозицией экрана.

Применение данных схем требует использование специальных устройств транспозиции (транспозиционная муфта с ОПН, транспози ционные колодцы) и специальные соединительные кабельные муфты с разделением экрана, что приводит к усложнению монтажа и испыта ний кабельных линий, а в конечном итоге ведет к значительному по вышению затрат на монтаж и эксплуатацию кабельной линии. [2] Индуцируемые токи в проволочном экране также возможно уменьшить с увеличением магнитной проницаемости разделительного слоя, расположенного между электропроводящим экраном по изоля ции и металлическим экраном.

Учитывая вышеизложенное, одним из перспективных направле ний борьбы с потерями в экранах является разработка конструкции силового кабеля с магнитодиэлектрическим экраном, расположенным между изолированной токопроводящей жилой и металлическим экра ном, применение которого позволит снизить величину продольных токов в экране.

На рис.1. представлена конструкция силового кабеля с магнито диэлектрическим экраном содержащая токопроводящую жилу и по следовательно расположенные на ней наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоля цию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электро проводящей сшитой полимерной композиции, магнитодиэлектриче ский экран в виде полимерной ленты с феромагнитным мелкодис персным наполнителем [3,4] (размер частиц от 0,2 до 50 мкм ) нало женной методом обмотки, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной с зазором медной лентой, разде лительный слой в виде двух лент крепированной бумаги, наложенной методом обмотки, экструдированную оболочку из полимерной компо зиции. (ТУ 16.К71-025-96 и ТУ 16.К71-273-98 ).

Рис. 1. Конструкция силового кабеля с магнитодиэлектрическим экраном данного конструктивного элемента (магнитодиэлектрического экрана) приводит к увеличению сопротивления металлического экра на переменному току, что позволяет:

• снизить электрические потери в экране, а значит увеличить про пускную способность кабеля;

• снизить величину напряжения в экране при нормальных и ава рийных режимах, т.е. повысить надежность работы кабеля и безопасность его обслуживания.

Магнитодиэлектрический экран представляет собой полимер ную ленту с ферромагнитным (мелко дисперсным) наполнителем, накладываемую на кабель методом обмотки.

Для оценки эффективности применения магнитодиэллектриче ского экрана в программе ELCUT проводилось моделирование ка бельной линии состоящей из трех одножильных кабелей на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена, проложенных в плоскости.

На Рис.2. показана картина распределения магнитных полей ка бельной линии на напряжение 35 кВ проложенной в плоскости, в ко торой применялись кабели стандартной конструкции без применения магнитодиэлектрического экрана, Рис. 2. Распределение магнитных полей со стандартной конструкцией силового кабеля без магнитодиэлектрического экрана По результатам полученным при моделировании определили:

что максимальная плотность тока индуцируемая в медном проволоч ном экране составила j=2,41*106 А/м На Рис.3. представлена аналогичная предыдущей кабельная ли ния, отличающаяся тем что здесь применялись кабели той же кон струкции но с применением магнитодиэлектрического экрана.

Рис. 3. Распределение магнитных полей с конструкцией кабеля в которой применяется магнитодиэлектрический экрана С применением магнитодиэлектрического экрана интенсивность магнитного поля снижается, и максимальная плотность тока наводи мая в экране составила j=3,18*105 А/м Применение магнитодиэлектрического экрана приводит к не значительному увеличению себестоимости кабеля (3-7%), при этом позволяет снизить величину токов наводимых в экране с I=60 A до I= A. В результате чего пропускная способность кабеля увеличивается, а также исключаются дорогостоящие монтажно-эксплуатационные за траты на этапе проектирования кабельного изделия.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные ли нии М.:Энергоатомиздат, 1996. С 241.

2. Дмитриев М. В. Однофазные силовые кабели 6-500 кВ. Потери в экранах и эффективность транспозиции // Новости электротех ники. 2010. № 6. С. 23-26.

3. Гордиенко В.П., Мустяца О.Н., Сальников В.Г. Влияние дис персности частиц неорганической добавки на структуру и свой ства линейного полиэтилена. //Пластические массы. 2007.№ 12.

С. 11-13.

4. Рамазанов М.А., С.Дж. Керимли., Садыхов Р.З. Влияние посто янного магнитного поля на прочностные, диэлектрические и магнитные свойства композиций на основе полимеров и ферро магнетиков. // Пластические массы. 2005. №10. С. 5-6.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 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.