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 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 4 ] --

основной дозы дизельного топлива большинст Таким образом обеспечивается подача топлива во исследователей связывают, в том числе, и с в цилиндр дизеля два раза в течение цикла: в изменением величины задержки самовоспламе конце такта сжатия (штатный вариант) и в кон нения. В случае, когда предварительно подает це такта выпуска (при дополнительном ходе ся дизельное топливо, то есть топливо с высо плунжера). Доза топлива, поданная в конце ким цетановым числом, задержка самовоспла такта выпуска, подогревается от теплоты сжа менения уменьшается.

тия заряда в большей степени, чем основная Как было отмечено выше, используя пред доза топлива, поданная в цилиндр в конце хода ложенные нами технические решения, в систе сжатия. Это приводит к повышению надежно ме подачи топлива с удвоенной частотой вра сти воспламенения топлива.

щения вала топливного насоса можно доста Увеличение частоты вращения вала топ точно просто организовать впрыскивание в ци ливного насоса на период пуска в два раза, по линдр части цикловой дозы топлива в начале сравнению с обычной скоростью вращения, такта впуска и управлять количеством этой час обеспечивает подачу основной и дополнитель ти топлива. Учитывая неоднозначный характер ной порций топлива с повышенной объемной влияния предварительно подаваемого топлива скоростью плунжера. Давление впрыскивания на всю совокупность показателей двигателя, ис повышается почти в два раза. Увеличивается пользование комбинированного смесеобразова подъем иглы форсунки до 0,25 мм при высоте ния в предлагаемом варианте целесообразно, по упора – 0,26 мм. Заметно улучшаются показа видимому, на тех режимах, где это влияние по тели процесса подачи топлива. Топливо более ложительно. В частности, представляет значи 74 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ качественно распыливается и лучше перемеши- В. В. Славуцкий, В. И. Липилин, З. В. Каныгин;

ВолгГТУ. – 2010. заявл. 11.01.2009;

опубл. 10.11.2010. Бюл № вается с воздухом.

2. Пат. № 2187688 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M Время пуска дизеля Д-144 (ТНВД – УТН-5) 63/04 Способ регулирования подачи топлива в цилиндры уменьшается на 29…32 %. Период задержки вос- дизеля / В. М. Славуцкий, В. В. Славуцкий, В. А. Зубченко, пламенения топлива уменьшается на 27…30 %. А. В. Курапин, В. И. Липилин, А. М. Ларцев, В. О. Уль Приведенные результаты натурного экспери- янов, Е. А. Салыкин;

заявитель и патентообладатель Вол мента получены при температуре окружающей гоград. гос. техн. ун-т. – № 2000128585/06;

заявл.

среды – 4 С [5]. 15.11.2000;

опубл. 20.08.2002. Бюл № 23.

Установка дополнительного клапана в на- 3. Ожогин, В. А. Исследование работы дизеля с двух фазной подачей топлива / В. А. Ожогин, А. А. Буров // Из гнетательной магистрали топливного насоса по вестия вузов. Сер. Машиностроение. – № 3. – 1980. – зволяет в межцикловый период перепускать С. 59–63.

часть топлива в полость низкого давления и тем 4. Дьяченко, В. И. Исследование рабочего процесса самым изменять количество дополнительно по- дизеля с камерой ЦНИДИ при двухфазной подаче топлива / даваемого топлива [2]. Особенность предлагае- В. И. Дьяченко, М. Г. Сандомирский, В. И. Быков // Дви мого способа еще и в том, что при пуске дизеля гатели внутреннего сгорания: Респ. межвед. науч.-техн.

не требуется подключение внешних устройств. сб. – 1966. – № 3. – С. 3–8.

5. Зубченко, В. А. Исследование возможности интен БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК сификации процесса подачи топлива дизеля: 05.04.02: дис.

... канд. техн. наук: 05.04.02 / Зубченко В. А. – Волгоград, 1. Пат. 2403432 РФ МПК F 02N19/00. Способ запуска 1998. – 260 с.

дизельного двигателя / Е. А. Федянов, В. М. Славуцкий, УДК 621.433.04: С. М. Францев, Г. И. Шаронов, А. И. Нефедьев* ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Пензенский государственный университет архитектуры и строительства *Волгоградский государственный технический университет (e-mail: fsm8@mail.ru) В статье приведены результаты моторных испытаний газового двигателя с экспериментальной конден саторно-транзисторной системой зажигания, реализующей различные характеристики выделения энергии индуктивной фазы искрового разряда. Даны рекомендации по выбору характеристики выделения энергии индуктивной фазы искрового разряда для существующих и вновь разрабатываемых систем зажигания газо вый двигателей.

Ключевые слова: газовый двигатель, система искрового зажигания, искровой разряд, токсичность отра ботавших газов.

In article the results of motor tests of natural gas engine with experimental combine capacitor – transistor dis charge ignition system, which realized various characteristics of inductive phase of spark discharge energy libera tion are proposed. The recommendations for characteristics of energy liberation of inductive phase of spark dis charge selection for exist and new developed ignition systems of natural gas engines are suggested.

Keywords: natural gas engine, ignition system, spark, exhaust emission.

Газовые двигатели внутреннего сгорания ния. Формирование начального очага горения (ДВС), использующие в качестве моторного осуществляется за счет выделения тепла в ин топлива природный газ (метан), характеризу- дуктивной фазе искрового разряда и химиче ются пониженной, по сравнению с бензиновы- ской реакции при горении газовоздушной сме ми двигателями, скоростью сгорания топливо- си. Динамика расширения начального очага в воздушных смесей в цилиндре. пространстве определяет продолжительность Пониженная скорость сгорания увеличивает всего процесса сгорания, что влияет на техни длительность как основной фазы процесса сго- ко-экономические показатели двигателя и ток рания, так и стадии формирования начального сичность отработавших газов.

очага горения, возникающего в межэлектрод- На динамику расширения начального очага ном зазоре свечи зажигания вследствие искро- горения при воспламенении метановоздушных вого разряда, формируемого системой зажига- смесей в цилиндре ДВС преобладающее влия ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ние оказывает индуктивная фаза искрового Осциллограммы тока и напряжения искро разряда, в частности, ее характеристика выде- вых разрядов, формируемых КТрСЗ (ИР-1, ИР- ления энергии [1]. и ИР-3), полученные при помощи, соответст Нахождению характеристики выделения венно, измерительного резистора, установлен энергии, позволяющей улучшить технико-эко- ного в цепи вторичной обмотки катушки зажи номические показатели газовых ДВС за счет гания и делителя вторичного напряжения, под интенсификации формирования начального ключенного к высоковольтному выводу свечи очага горения, посвящена данная статья. зажигания и корпусу, приведены на рис. 1.

Результаты экспериментальных исследова- Осциллограммы напряжения UИР индуктив ний [2] показывают, что формирование искро- ных фаз искрового разряда приведены с учетом вого разряда с длительной индуктивной фазой, падения напряжения на внутреннем сосредото обладающей повышенной скоростью выделе- ченном сопротивлении свечи зажигания 7 кОм ния энергии в начальный период (после пробоя от протекающего в межэлектродном зазоре межэлектродного зазора свечи зажигания вы- свечи зажигания тока искрового разряда IИР.

соким напряжением), позволяет существенно улучшить показатели газовых ДВС.

Для реализации искрового разряда, облада ющего повышенной скоростью выделения энер гии в начальный период индуктивной фазы большой длительности, авторами разработан ма кетный образец экспериментальной конденсатор но-транзисторной системы зажигания (КТрСЗ).

КТрСЗ формирует искровой разряд, со стоящий из двух разнополярных искровых раз рядов, следующих друг за другом. Первый ис кровой разряд включает в себя пробой межэ лектродного зазора свечи зажигания, емкост ную фазу и индуктивную фазу с повышенной скоростью выделения энергии в течение 0,5…0,8 мс и амплитудой тока 230 мА. Второй искровой разряд противоположной полярности включает повторный пробой, емкостную фазу и Рис. 1. Осциллограммы тока IИР и напряжения UИР индук длительную (0,8…1,5 мс) индуктивную фазу тивных фаз искровых разрядов с характеристиками выде ления энергии – ИР-1, ИР-2 и ИР- с амплитудой тока 80–100 мА.

Особенностью КТрСЗ является возмож Первым этапом исследований стало опре ность изменения величин энергии первого и деление влияния на показатели газового ДВС второго искровых разрядов.

энергии индуктивной фазы искрового разряда, В Научно-техническом центре ОАО изменяемой за счет варьирования длительности «КАМАЗ» проведены испытания газового ДВС первого искрового разряда.

КАМАЗ мод. 820.60-260 с турбонаддувом (Ne = 191 кВт при n = 2200 мин–1, степень сжа- Длительность tИР, напряжение UИР и энергия WИР индуктивной фазы искрового разряда свя тия = 12), оснащенного КТрСЗ, на режиме ча стичных нагрузок (Ne = 12,7 кВт при n = 1100 мин–1, заны известным соотношением угол опережения зажигания ОЗ = 20 град П.К.В., tИР I WИР = U ИР (t ИР )dt.

коэффициент избытка воздуха = 1,7, межэ- ИР лектродный зазор свечей зажигания марки Так, увеличение длительности tИР индук BRISK SILVER LR15 СВ = 0,7 мм).

тивной фазы позволяет увеличить энергию ис Выбор указанного режима работы ДВС в крового разряда WИР.

процессе испытаний обусловлен тем, что наи Моторные испытания, результаты которых больший эффект индуктивная фаза искрового приведены на рис. 2, показывают, что исполь разряда получает при процессе сгорания на ре жимах частичных нагрузок и холостого хода и зование искрового разряда ИР-2 энергией при воспламенении бедных топливовоздушных мДж, по сравнению с ИР-1 энергией 105 мДж смесей [1]. позволяет улучшить показатели ДВС. В качест 76 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ве показателей ДВС выступают величины вы- разряда. При этом второй искровой разряд фор бросов вредных веществ с отработавшими га- мируется после окончания первого разряда с за зами (частиц на миллион) и удельный расход держкой в 0,3 мс, т. е. выделение энергии индук топлива. Так, выбросы с отработавшими газами тивной фазы в этот период не происходит.

несгоревших углеводородов (CH) снижаются При наличии задержки между первым и на 21 %, удельный расход топлива ge снижается вторым разрядами (ИР-3 с энергией 164 мДж) на 4 %. Однако выбросы оксидов азота (NOx) показатели двигателя ухудшаются, т. е. CH увеличиваются на 21 %, и выбросы оксидов уг- увеличивается на 12,5 %, NOx увеличивается на лерода (CO) увеличиваются на 9,5 %. 14,4 %, CO увеличивается на 5 % и ge увеличи вается на 3,5 %, по сравнению с использовани ем ИР-2 (рис. 2).

В данном случае, выбросы NOx увеличива ются вследствие роста удельного расхода топ лива, приводящего к сгоранию большего коли чества топлива и повышению максимальной температуры цикла.

За период между окончанием первого раз ряда и началом второго, когда энергия искрово го разряда в межэлектродном зазоре свечи за жигания не выделяется, начальный очаг горе ния расширяется только под действием тепло ты, выделяемой во фронте пламени, недоста точной для интенсивного расширения очага.

Можно сделать вывод, что, несмотря на вы деление большого количества энергии искро вым разрядом, задержка начала второго разряда после окончания первого приводит к более длительному процессу сгорания.

Таким образом, изменение характеристики выделения энергии искрового разряда системы зажигания оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели газового ДВС.

Результаты моторных испытаний позволя ют сделать следующие выводы:

– увеличение длительности и соответствен но энергии искрового разряда, формируемого Рис. 2. Токсические компоненты отработавших газов и удель КТрСЗ, сокращает длительность процесса сго ный расход топлива ДВС при использовании характеристик рания;

выделения энергии искрового разряда ИР-1, ИР-2 и ИР- – в системе зажигания газового ДВС необ Увеличение выбросов NOX позволяет пред- ходимо минимизировать временной интервал положить о повышении максимальной темпе- между следующими друг за другом искровыми ратуры цикла, что свидетельствует о сокраще- разрядами, например, в случае реализации сис нии продолжительности сгорания метановоз- темой зажигания многоискрового разряда.

душной смеси в цилиндре двигателя.

Таким образом, использование искрового БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК разряда ИР-2 обусловлено более быстрым про цессом сгорания метановоздушной смеси в ци- 1. Злотин, Г. Н. Начальный очаг горения при искро вом зажигании гомогенных топливовоздушных смесей в линдре, по сравнению с использованием искро замкнутых объемах : монография / Г. Н. Злотин, Е. А. Фе вого разряда ИР-1 за счет большей величины дянов;

ВолГТУ. – Волгоград, 2008. – 152 с.

энергии искрового разряда ИР-2. 2. Влияние форсированных токовременных парамет Вторым этапом исследований явилось вы- ров искрового инициирующего разряда на показатели га явление влияния на показатели испытуемого зового двигателя / Г. И. Шаронов, С. М. Францев, В. И. Ви ДВС величины энергии искрового разряда пу- кулов, Э. Р. Домке // Вестник МАДИ (ГТУ). – 2009. – № 4. – тем изменения длительности второго искрового С. 30–34.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.433. Е. А. Федянов, Е. А. Захаров, Д. Б. Ширшов, Д. С. Гаврилов ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВС Волгоградский государственный технический университет (e-mail: flint_piratov@bk.ru) В статье рассматриваются вопросы о возможности применения синтез-газа в качестве добавки к топливу для автотранспортных средств, оборудованных ДВС с искровым зажиганием.

Ключевые слова: альтернативное топливо, искровое воспламенение, синтез-газ.

In the article issues of possibility of using syngas as an additive to fuel for vehicles equipped internal combus tion engine with ignition system are considered.

Keywords: alternative fuel, spark ignition, syngas.

В качестве одной из альтернатив топливам индикаторного КПД. Поэтому основной поло нефтяного происхождения для автомобильных жительный эффект от добавки синтез-газа сле ДВС рассматривают горючие газы искусствен- дует связывать с возможностью повышения ного происхождения, в том числе синтез-газ предела обеднения топливовоздушной смеси.

[1]. При этом под синтез газом понимают не Так обеднение топливовоздушной смеси до только смесь диоксида углерода и водорода, = 1,6 позволяет по сравнению с работой на как это принято в химии, но и другие газовые смеси стехиометрического состава повысить смеси искусственного происхождения, содер- термический КПД цикла на 12,7 %.

жащие свободный водород. Вместе с тем, оценивая возможную эффек В подавляющем большинстве известных ис- тивность использования в поршневых двигате следований [2, 3, 4] синтез-газ использовали как лях синтез-газа, следует иметь в виду, что добавку к основному углеводородному топли- большинство реакций получения синтез-газов ву, причем в ряде случаев этот газ генерирова- из других углеводородных топлив являются ли из основного топлива на борту автомобиля. эндотермическими, то есть требуют затрат Утверждается, что добавка синтез-газа по- энергии. Это обстоятельство следует учитывать зволяет повысить КПД двигателя, снизить рас- в первую очередь при генерации синтез-газа на ход топлива и выбросы вредных веществ, борту автомобиля, так как в этом случае ука включая СО2, в окружающую среду. занные затраты энергии будут влиять на расход Преимущества синтез-газа как топлива свя- топлива.

зывают с наличием в нем свободного водорода. В таблице приведены значения тепловых Положительное влияние последнего на процесс эффектов реакций получения синтез-газа из уг сгорания в ДВС хорошо известно [5]. Добавки ля, метана, метанола [7]. Там же указаны теп водорода к углеводородному топливу увеличи- лоты сгорания этих же исходных топлив и по вают скорость и полноту сгорания, способствуя лучающихся из них синтез-газов.

тем самым росту индикаторного КПД и умень- Как следует из данных таблицы, наиболь шению доли несгоревших углеводородов в от- ших затрат энергии требует генерация синтез работавших газах. газа из угля. Учитывая последнее, а также Существенно повышается при наличии в сложности применения твердого топлива на ав топливовоздушной смеси свободного водорода томобиле и крайне неблагоприятный состав по предел эффективного обеднения, что позволяет лучающегося синтез-газа с экологической точ перейти частично к качественному регулирова- ки зрения (более 90 % СО), уголь в качестве нию нагрузки, увеличить термический КПД сырья для получения синтез-газа следует на цикла и снизить потери на газообмен. данном этапе рассматривать лишь примени Как свидетельствуют результаты анализа тельно к стационарным условиям производства [6] имеющихся резервов улучшения показате- синтетического бензина.

лей реальных циклов двигателей легкого топ- Получение синтез-газа из природного газа лива с искровым зажиганием, сокращение про- сопровождается выделением теплоты, так как должительности процесса сгорания относи- представляет собой реакцию частичного окис тельно достигнутого уровня может дать лишь ления метана. Утилизация выделившейся тепло небольшое, не превышающее 2 %, увеличение ты на борту автомобиля проблематична. Кроме 78 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Получение синтез-газа из различных видов исходного топлива Продукты Теплотворная спо- Теплотворная Тепло, поглощае Условия реакции 1 моля собность получен- способность Исходное Характер мое/выделяемое протекания исходного ного синтез-газа, исходного топлива топливо реакции в процессе реакции, реакции топлива, Q, кДж/моль мДж/кг мДж/кг % по массе Твердое угле- СО–93,3 % t=900–1000 C, Эндотер родное топли- –131,1 14,2 28, подвод пара мическая Н2 – 6,7 % во ( С) Метан Реакции необхо СО–33,0 % (СН4) дима энергия Экзотер Н2–7,2 % активации, +36 8,8 55, мическая Qа=29,2 N2–59,8% кДж/моль Метанол СО–87,5 % Эндотер t=850–950 C –90 20,4 22, (СН3ОН) мическая Н2–12,5 % Смесь метано- СО2–88,5 % t=850–950 C Эндотер ла с водой –49 13,7 22, подвод пара мическая Н2–11,5 % (СН3ОН+Н2О) того, подача в генератор синтез-газа кислорода зволит улучшить протекание процесса сгорания вместе с воздухом приводит к тому, что тепло- и, соответственно, показатели двигателя. Необ та сгорания синтез-газа оказывается сущест- ходимую для генерации синтез-газа теплоту венно меньше, чем природного газа. Указанные можно получать от продуктов сгорания. Анализ обстоятельства позволяют сделать вывод о не- возможностей использования теплоты отрабо целесообразности полной переработки перед тавших газов для конверсии первичного угле подачей в двигатель природного газа в синтез- водородного топлива в другое углеводородное газ на борту автомобиля. Однако, учитывая по- топливо с более высокой теплотой сгорания ложительное влияние добавок синтез-газа к проанализирована С. М. Бахмутовым, В. М. Фо природному газу на скорость горения, перера- миным, Д. Н. Апелинским [5]. Авторы этого ботка некоторой небольшой части природного исследования также пришли к выводу, что наи газа в синтез-газ может оказаться эффективной. более перспективным исходным топливом для Для окончательного решения вопроса о целесо- осуществления его термохимической конвер образности частичной переработки природного сии на борту автомобиля за счет энергии отра газа в синтез-газ на борту автомобиля необхо- ботавших газов, является метанол. По их оцен димы специальные исследования. кам использование части теплоты отходящих Наиболее привлекательным способом полу- газов для конверсии метанола в синтез-газ, со чения синтез-газа непосредственно на борту ав- держащий 65 % водорода и 35 % оксида угле томобиля выглядит его генерация из метанола. рода, позволяет повысить термический КПД В настоящее время в мире метанол произ- цикла примерно на 20 %. Вместе с тем, расче водят в больших объемах, при этом основной ты и эксперименты показывают, что отходя технологический процесс его получения из ис- щие газы могут служить источником теплоты ходного сырья, например из отходов деревооб- для конверсии метанола не на всех режимах работки, включает как промежуточную стадию работы двигателя. На режимах малых нагрузок получение синтез-газа. Использование этого и холостого хода температура отработавших синтез-газа без переработки в метанол, в каче- газов оказывается недостаточной для процесса стве моторного топлива нецелесообразно, как с конверсии. Тем более остается неизученным экологической, так и с экономической точки вопрос о возможности использования отрабо зрения. В связи с относительно малой его теп- тавших газов для конверсии метанола на ре лотой сгорания, затраты на транспортировку и жимах с глубоким обеднением топливовоз распределение такого газового топлива будут душной смеси. Все Указанное выше говорит о неоправданно велики. Метанол является удоб- перспективности исследований работы авто ным для транспортировки, хранения и распре- мобильных двигателей внутреннего сгорания деления видом топлива, а его частичное преоб- на топливовоздушных смесях с добавками разование на борту автомобиля в синтез-газ по- синтез-газов.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 3. Фомин, В. М. Автомобильный двигатель, работаю Согласно данным о тепловом балансе дви щий на смесевом топливе бензин-водород / В. М. Фомин, гателей с искровым зажиганием продукты сго В. Ф. Каменев, Н. А. Хрипач // АГЗК + Альтернативные рания уносят около 28…30 % от теплоты, вы- топлива. – 2006. – № 1. – С. 72–77.

делившейся при сгорании топлива. При этом 4. Кутенев, В. Ф. Перспективы применения водород температура продуктов сгорания составляет ного топлива для автомобильных двигателей / В. Ф. Куте нев, В. Ф. Каменев // Конверсия в машиностроении. – 300–500 °С.

1997. – № 6. – С. 73–79.

5. Мищенко, А. И. Применение водорода для автомо БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК бильных двигателей / А. И. Мищенко. – Киев: Наук. дум 1. Идин, А. С. Горючее – каким ему быть? / А. С. Идин // ка, 1984. – 143 с.

Двигатель. – 2006. – № 5. – С. 30–34. 6. Каменев, В. Ф. Гибридное автотранспортное сред 2. Разработка компактных устройств для получения ство с энергетической установкой, работающей на водо синтез-газа из углеводородного топлива на борту автомо- родном топливе / В. Ф. Каменев, Г. С. Корнилов, Н. А. Хри биля в целях повышения топливной экономичности и пач // International Scientific Journal for Alternative Energy улучшения экологических характеристик автомобилей / and Ecology. – 2004. – № 2. – С. 28–36.

О. Ф. Бризицкий, В. Я. Терентьев, А. П. Христолюбов [и 7. Synthesis gas combustion : fundamentals and applica др.] // International Scientific Journal for Alternative Energy tions / Tim Lieuwen, Vigor Yang, Richard Yetter. – CRC and Ecology. – 2004. – № 11. – С. 30–34. Press, 2010. – 403 p.

УДК 621. В. М. Славуцкий, З. Х. Харсов, О. Л. Хуранов, Е. А. Салыкин ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ТОПЛИВА КАК МЕТОД УЛУЧШЕНИЯ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ Волгоградский государственный технический университет, Северо - Кавказский филиал Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) (e-mail: atd304@vstu.ru) Изложен механизм уменьшения цикловой подачи топлива при скоростном форсировании топливного насоса. Для улучшения тяговых свойств тракторного дизеля предлагается использовать корректирующую способность опытной топливной системы.

Ключевые слова: опытная система, цикловая подача, интенсификация, корректирующие свойства, фор мирование.

The mechanism of reduction of cyclic fuel delivery is stated at high-speed speeding up of the fuel pump. For im provement of traction properties of a tractor diesel engine it is offered to use correcting ability of a skilled fuel system.

Keywords: experimental system, cyclic pitch, intensification, correcting properties, formation.

Характер изменения крутящего момента Изучен механизм изменения цикловой по транспортного дизеля, в значительной мере, дачи топлива при удвоении частоты вращения определяет скоростная характеристика топлив- вала топливного насоса. Исследованы факторы, ного насоса. В системах разделенного типа влияющие на форму скоростной характеристи (традиционные системы) скоростная характе- ки [2,3]. Установлено, что превалирующим ристика – с отрицательной коррекцией, что оз- фактором, вызывающим уменьшение цикловой начает уменьшение цикловой подачи топлива подачи топлива в опытной системе, является при снижении частоты вращения вала топлив- сжатие в объемах системы части топлива, по ного насоса. Этим вызвано применение коррек- даваемого плунжером. Степень же влияния торов подачи топлива. сжимаемости топлива на цикловую подачу за Запатентованная сотрудниками кафедры висит как от количества сжатого в объемах сис «Автотракторные двигатели» ВолгГТУ система темы топлива, так и от соотношения, перете топливоподачи, наряду с улучшением показа- кающего через отсечную полость и через рас телей процесса впрыскивания топлива, обеспе- пылитель топлива.

чивает скоростную характеристику с положи- При одном и том же количестве сжатого в тельной коррекцией [1,2]. Это достигается пу- объемах системы топлива эффект влияния его тем скоростного форсирования насоса высоко- на величину цикловой подачи может быть раз го давления (удвоение частоты вращения вала). личным. Важно, насколько цикловая подача 80 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Qц, мм соизмерима с количеством сжатого в объемах топлива. Если количество топлива, сжатое в объеме штуцера, меньше цикловой подачи, то значительная часть периода впрыскивания про- текает при рабочем ходе плунжера. Это означа- ет, что цикловая подача реализуется в основ- ном за счет топлива, вытесняемого плунжером и лишь частично – при расширении топлива, сжатого в объемах системы. Более значитель- ное уменьшение цикловой подачи отмечено, когда количество топлива, сжатого в объеме n, мин- 1000 1200 1400 1600 1800 штуцера, превышает цикловую подачу и боль Рис. 1. Зависимость цикловой подачи Qц от частоты шую ее часть составляет топливо, расширяю- вращения коленчатого вала n:

щееся в объеме штуцера. В этом случае цикло- 1 – штатная система;

2 – опытная система вая подача топлива зависит от перераспределе характеристики отпадает необходимость в кор ния его между отсечной полостью насоса и ректирующем устройстве, обеспечивающем распылителем. Последнее же определяется ин увеличение подачи топлива и крутящего мо тенсивностью процесса отсечки, а также степе мента. Более того, как уже было сказано, дока нью превышения давления топлива в штуцере зана возможность формировать практически над давлением начала подъема иглы форсунки любую скоростную характеристику топливного [1,3]. Следовательно, важную роль в формиро насоса, что достигается изменением конструк вании вида скоростной характеристики играют тивных и регулировочных параметров топлив процессы, протекающие в системе после начала ной системы.

отсечки, когда начинается этап одновременного Корректирующие возможности обсуждае истечения топлива через отсечные окна гильзы мой топливной системы могут быть использо плунжера и через распылитель.

ваны не полностью. Например, в случае, если В штатной системе при повышении частоты цикловая подача топлива для конкретного дви вращения вала топливного насоса увеличение гателя окажется больше, чем рекомендуемая из цикловой подачи (отрицательная коррекция соображений предела дымления. Следователь скоростной характеристики) вызвано преобла но, в наибольшей мере возможности системы данием эффекта дросселирования топлива в будут использованы при расширении пределов окнах гильзы плунжера. При этом действитель состава смеси по началу дымления, то есть в ный ход плунжера оказывается больше геомет случае уменьшения коэффициента избытка рического, что объясняет и повышение цикло воздуха, при котором начинается дымление ди вой подачи, и соответствующее увеличение зеля. Это достигается совершенствованием продолжительности процесса впрыскивания смесеобразования, например, путем двухфаз топлива [3,4].

ной подачи топлива и является хорошим спосо Знание особенностей механизма подачи то бом увеличения удельной (литровой) мощности плива при скоростном форсировании насоса дизеля.

высокого давления позволило разработать ме Известен метод улучшения тяговых свойств тоды формирования скоростной характеристи дизеля, основанный на дефорсировании по ки путем изменения конструктивных и регули следнего. Путем уменьшения цикловой подачи ровочных параметров топливной системы [3].

топлива увеличивают коэффициент избытка На рис. 1 показана зависимость цикловой воздуха. Ниже приведены результаты числен подачи топлива от частоты вращения колен ных экспериментов, подтверждающие возмож чатого вала дизеля Д-144 (топливный насос ность увеличения коэффициента приспособ УТН-5) для штатной и опытной систем.

ляемости дефорсированного дизеля Д-144 [5].

Изменению частоты вращения коленчатого вала n от 2000 до 1000 мин–1 соответствует уве- На рис. 2 показано изменение коэффициен та избытка воздуха штатной и опытной сис личение цикловой подачи топлива в опытной системе от 52 до 68 мм3. Это свойство опытной тем в функции частоты вращения коленчатого вала n.

системы можно использовать для улучшения Увеличение от 1,31 до 1,53 для штатной тяговых свойств транспортного дизеля. При ра системы соответствует изменению цикловой боте дизеля на корректорной ветви скоростной ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ отмечено в диапазоне изменения n от 2000 до 1600 мин-1. Продлить участок постоянной 1. мощности удалось до значений n = 1400 мин- 1. только путем дополнительного дефорсирования 1. дизеля до мощности 41,9 кВт, с чем связано уменьшение цикловой подачи топлива до 1. 47,8 мм3. В противном случае (без дополни тельного дефорсирования) коэффициент из 0. бытка воздуха принимает значение меньшее, чем при номинальном режиме (n = 2000 мин-1), 0. n, мин- 1000 1200 1400 1600 рис. 2, что для исследуемого дизеля означает Рис. 2. Зависимость коэффициента избытка воздуха начало дымления. В этом случае коэффициент от частоты вращения коленчатого вала n:

приспособляемости дизеля k составляет 1,36.

1 – штатная система;

2 – опытная система Таким образом, один из возможных спосо подачи от 68 до 62 мм3. При этом n изменяется бов интенсификации процесса топливоподачи в от 2000 до 1000 мин-1. Опытная система, в та- дизеле позволяет не только улучшить показате ком же диапазоне изменения частоты вращения ли процесса впрыскивания топлива, но и обес коленчатого вала n, обеспечивает увеличение печивает системе корректирующие свойства.

цикловой подачи от 52 до 68 мм3, что соответ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ствует изменению от 1,75 до 1,38. Дефорси рование дизеля (уменьшение мощности) со- 1. Зубченко, В. А. Исследование возможности интенси фикации процесса подачи топлива дизеля: дис.... канд.

ставляет 25 %. Коэффициент приспособляемо техн. наук: 05.04.02 / Зубченко В. А. – Волгоград, 1998. – сти для штатной системы составляет 1,07, а для 260 с.

опытной – 1,40, что больше на 23,6 % (рис. 3). 2. Пат. № 2187688 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M 63/04.

Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля / Постоянство мощности для опытной системы Славуцкий В. М., Славуцкий В. В., Зубченко В. А., Кура пин А. В., Липилин В. И., Ларцев А. М., Ульянов В. О., Са Me, Н·м лыкин Е. А.;

заявитель и патентообладатель Волгоград.

гос. техн. ун-т. – № 2000128585/06;

заявл. 15.11.2000;

опубл. 20.08.2002. Бюл. № 23.

3. Салыкин, Е. А. Улучшение показателей процесса топ ливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования на соса высокого давления: дис. канд. техн. наук: 05.04.02:

защищена 25.04.2003: утв. 11.07.2003 / Е. А. Салыкин;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2003. – 264 с.

4. Показатели тракторного дизеля при скоростном фор сировании топливного насоса / В. М. Славуцкий, А. М. Лар цев, Н. Н. Косырева, З. Х. Харсов // Известия ВолгГТУ. Сер.

Процессы преобразования энергии и энергетические ус тановки: межвуз. сб. науч. ст. / науч. ред. Е. А. Федянов;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – Вып. 1, № 6. – C. 63–68.

n, мин- 1000 1200 1400 1600 1800 5. Об улучшении тяговых свойств транспортных ди зелей / В. М. Славуцкий, И. С. Смирнов, З. Х. Харсов // Рис. 3. Зависимость эффективного крутящего момента Me Материалы 14 международной конференции, г. Вол от частоты вращения коленчатого вала n:

гоград, 26–29 мая 2010 г. – Волгоград, 2010. – С. 155–158.

1 – штатная система;

2 – опытная система УДК 621. А. А. Буров, В. А. Ожогин ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПРИ СГОРАНИИ ТОПЛИВА Волгоградский государственный технический университет (e-mail: tig@vstu.ru) В статье предлагаются формулы для приближенного вычисления потерь эксергии при горении топлива в ДВС по параметрам индикаторной диаграммы.

Ключевые слова: горение, потери эксергии, поршневые двигатели.

Formulas for the approached calculation of losses of exergue at fuel burning in IСE on parameters of the display diagram are offered in article.

Keywords: burning, losses of exergue, piston engine.

82 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Одной из основных составляющих потерь Учитывая, что согласно [4] S = CV ln( pV k ) + работоспособности теплоты (потерь эксергии) +const, будем иметь:

при вводе ее в цикл теплового двигателя явля AQ = T0 CV ln( pV k ) + const. (3) ется потеря, обусловленная внешней необрати Константу интегрирования можно найти из мостью, связанной с горением топлива при ко условия для начала сгорания:

нечной температуре. Расчет указанной потери можно осуществить, используя энтропийный AQ = 0 при pV k = ( pV k )нач.

метод, как это показано у Г. Д. Бэра на примере Окончательно текущее значение потерь камеры сгорания газотурбинной установки [1].

диссипации эксергии при горении:

Вместе с тем в ранее выполненном нами ис ( pV k ) следовании [2] установлено, что при опреде- ED,гор T0 mп.сг сv ln, (4) ( pV k )нач ленных допущениях потери эксергии теплоты в процессе горения топлива приближенно можно где mп.сг – масса продуктов сгорания;

cv – удель оценивать величиной ее анергии: ная теплоемкость.

ED гор AQ. (1) При сравнительном анализе процессов сго рания в тепловых двигателях обычно опериру Известно, что в общем случае (T=var):

ют относительными величинами, в частности dQ AQ = T0. (2) используют коэффициент тепловыделения. Вве T дем аналогичный показатель, характеризующий Существуют различные способы вычисле- рост потерь эксергии теплоты, выделяющейся ния данного интеграла, определяемые условия- при горении топлива:

ми протекания процесса сгорания. Так, в топ ED,гор ln( pV k ) /( pV k )нач ках ПСУ и камерах сгорания ГТУ горение про- D,гор = =. (5) ( ED,гор )кон ln( pV k )кон /( pV k )нач исходит при p const, поэтому можно его за менить эквивалентным изобарным процессом Как было установлено нами ранее [5], для подвода теплоты к рабочему телу (продуктам циклов, протекающих в заданных границах из сгорания). При этом решение интеграла (2) бу- менения объема рабочего тела – в частности дет иметь вид: для поршневых ДВС – более рациональным представляется использование новых выраже T AQ = Q 0, ний для эксергии и анергии теплоты с интегри Tт рующим множителем V k 1 вместо традицион где Tт – среднелогарифмическая температура ного 1/Т:

процесса подвода теплоты.

EQ = 1 (V / V0 ) d Q, k V (6) Выражение для среднелогарифмической температуры выглядит следующим образом:

AQ = (V / V0 ) k V dQ, (7) Tт = (Tкон Tнач ) / ln(Tкон / Tнач ), где V0 – максимальный объем рабочего тела в где Tнач, Tкон – температуры рабочего тела соот цикле.

ветственно в начале и конце сгорания.

Используя первый закон термодинамики в В поршневых ДВС реальный процесс выде форме [6] ления теплоты при сгорании имеет неполитро d( pV k ) пический характер. В связи с этим интеграл dQ =, (k 1) V k вычисляют на основе первого закона термоди намики численным методом [3]. получим решение интеграла (7):

Рассмотрим возможность использования pV k AQ = + const.

V другого, более простого, приближенного спо (k 1) V0 k соба вычисления интеграла (2) – непосредст После преобразований, аналогичных выше венно по параметрам индикаторной диаграммы приведенным, будем иметь для текущих значе ( p,V ).

ний абсолютных и относительных потерь эк Во внутренне обратимом цикле анергия те сергии соответственно:

плоты, подводимой в процессе сгорания, pV k ( pV k )нач dQ ED гор AQ = V V, (8) AQ = T0 = T0 S.

(k 1) V0 k T ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ можно получать информацию о формировании pV k ( pV k )нач V гор =. (9) потерь эксергии теплоты в процессе горения.

D ( pV k )кон ( pV k )нач Результаты расчета D гор и V гор в цикле ди Таким образом, имея индикаторную диа- D зеля представлены в таблице. Исходные дан грамму p = f (V ), полученную или в экспе ные взяты из примера, рассматриваемого у рименте, или расчетным путем (при заданном И. И. Вибе [7].

законе сгорания), на основе формул (8) и (9) град П.К.В –10 –5 0 5 10 15 20 25 30 - [ат] V -[м3/кг] pV k 0,939 1,554 2,326 2,95 3,373 3,625 3,755 3,815 3,837 3, p – 0 0,1962 0,4609 0,6786 0,8258 0,9130 0,9597 0,9825 0,9929 0, D гор – 0 0,358 0,6447 0,8136 0,9088 0,96 0,9851 0,9963 1 – V гор 0 0,216 0,489 0,703 0,858 0,947 0,993 1 1 D зования энергии и энергетические установки : межвуз. сб.

Необходимо отметить, что полученные фор науч. ст. – Волгоград, 2008. – Вып. 1, № 6. – C. 5–7.

мулы (4), (5), (8), (9) справедливы лишь для 3. Гоцкало, Б. Л. Анализ процесса сгорания средне адиабатного сгорания, т. е. без учета потерь эк- оборотного дизеля по эксергетическим потерям при теп ловыделении / Б. Л. Гоцкало // Двигатели внутреннего сергии той части теплоты, которая в некоторых сгорания : сб. – Харьков, 1984. – № 40. – С. 66–74.

случаях отводится в систему охлаждения во 4. Жуковский, В. С. Термодинамика / В. С. Жуков время сгорания. ский. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 304 с.

5. Буров, А. А. Различные виды эксергии теплоты, подводимой в циклах тепловых двигателей / А. А. Буров, БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК В. А. Ожогин // Известия ВолгГТУ. Сер. Процессы преоб разования энергии и энергетические установки: межвуз.

1. Бэр, Г. Д. Техническая термодинамика / Г. Д. Бэр. – сб. науч. ст. – Волгоград, 2009. – Вып. 2, № 7. – C. 5–6.

М. : Мир, 1977. – 520 с. 6. Стечкин, Б. С. Избранные труды. Теория тепловых 2. Буров, А. А. Структура эксергетического баланса двигателей / Б. С. Стечкин. – М. : Наука, 1977. – 410 с.

цикла ДВС и его графическая интерпретация / А. А. Буров, 7. Вибе, И. И. Новое о рабочем цикле двигателя / В. А. Ожогин // Известия ВолгГТУ. Сер. Процессы преобра- И. И. Вибе. – М. ;

Л.: Машгиз, 1962. – 272 с.

Часть II I. ОБЗОРН ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА УДК 621. А. Н. Шилин, А. А. Шилин ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ: ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: eltech@vstu.ru) В статье проведен анализ развития современной энергетики. Из анализа следует, что наиболее перспек тивным направлением развития является модернизация энергетики за счет снижения потерь в энергетиче ских системах. Технически эта проблема решается с помощью интеллектуальных сетей. Приведены меро приятия по созданию интеллектуальных электрических сетей и проблемы их внедрения в РФ.

Ключевые слова: интеллектуальные сети, «умные» сети, энергосбережения, потери в сетях, информаци онные системы.

The article analyzes the development of modern energy. From the analysis should be the most promising area of development is the modernization of energy by reducing losses in power systems. Technically, this problem can be solved with the help of intelligent networks (smart grid). The article presents activities on the creation of intelligent electrical networks and problems in their implementation in the Russian Federation.

Keywords: Smart Grid, Energy Saving, transmission and distribution losses, Information Systems.

ций, а развитие сетей рассматривается во вто Актуальность рую очередь. В тоже время специалистами Единая энергетическая система России предлагался вариант модернизации за счет по представляет собой централизованную систему, вышения коэффициента полезного действия и в которой большая часть электроэнергии выра коэффициента использования установленной батывается крупными электростанциями, а за мощности и обновления сетевого хозяйства для тем с помощью электросетей поставляется по «открытия» запертых мощностей, оптимизации требителям. Преимущество такой системы со перетоков мощности и снижения потерь в се стоит в том, что благодаря ограниченному чис тях. Этот вариант позволяет получить значи лу электростанций удается достаточно просто тельный эффект при меньших затратах на мо поддерживать необходимый баланс между дернизацию.

производством и потреблением электроэнер В то же время во многих странах мира ве гий. Однако в случае нарушения баланса про дутся работы по созданию интеллектуальных исходит изменение частоты электрического то электрических сетей. Повышенное внимание к ка, а при значительных колебаниях частоты теме интеллектуальных сетей (Smart Grid, «ум сеть может стать неустойчивой, что является ных», в России – активно-адаптивных сетей) – причиной аварий. В последнее время энерго лишь один из сигналов о смене технологиче система России практически не развивалась и ских приоритетов в электроэнергетике.

сегодня она характеризуется высокой степенью морального и физического износа, высокими Основные понятия и определения умных сетей потерями (до 40 %) и пониженным уровнем на дежности. Поэтому вопрос о создании сети но- Как, пожалуй, и во всякой другой иннова вого поколения, основанной на последних дос- ционной области, в вопросах, касающихся «ум тижениях отечественной и мировой науки и ных сетей», пока нет терминологической техники, стоит особенно остро. стройности. В настоящее время существует не В последнее время в стране много дискути- сколько названий этого перспективного на руется по вопросам модернизации и развития правления развития энергетики: умная сеть, энергетики. Под развитием отрасли обычно по- сильная сеть, интеллектуальная сеть, активно нимается увеличение энергетических мощно- адаптивная сеть. Интеллектуальные сети (ИС) – стей, связанное с вводом новых электростан- это комплекс технических средств, которые в ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ носителях, до электростанций, работающих автоматическом режиме выявляют наиболее на возобновляемых источниках энергии. Оче слабые и аварийно опасные участки сети, а за видно, что такая сложная система должна ис тем изменяют характеристики и схему сети с пользовать возможности современной инфор целью предотвращения аварии и снижения по мационной техники, которая существенно терь. Кроме того, интеллектуальная сеть долж повышает уровень «интеллекта» и позволяет на обладать функциями самодиагностики и са решать задачу системной оптимизации. Необ мовосстановления и включать в свой состав пе ходимо отметить, что в решение климатиче редовые сенсорные, коммуникационные и ских проблем «умные» сети способны внести управляющие технологии для повышения эф свой вклад. Эксперты полагают, что более чем фективности передачи и распределения энер миллиард тонн эмиссии CO2 может быть умень гии. Таким образом, интеллектуальная сеть это шен с помощью «умных» сетей к 2020 году.

автоматически балансирующая и самоконтро И это на фоне того, что согласно исследовани лирующаяся энергетическая система, способ ям концерна «Сименс», потребность в электро ная принимать энергию от любого источника энергии всего человечества удвоится к 2030 го (уголь, солнце, ветер) и преобразовывать ее в ду, несмотря на предпринимаемые меры по по конечный продукт для потребителей (тепло, вышению энергоэффективности. Здесь доста свет, теплую воду) при минимальном участии точно упомянуть, что разработанные комис людей. Из вышеперечисленных определений и сией ЕС установки предполагают сокращение решаемых задач следует, что основным техни энергопотребления в странах ЕС именно за ческим средством ИС являются цифровые счет повышения уровня энергоэффективности к управляющие системы, осуществляющие кон 2017 году на 9 %.

троль, управление и решение задач искусствен Евросоюз разрабатывает концепцию «Евро ного интеллекта. Компьютеризация систем по пейская электрическая сеть будущего». Кон требления позволит осуществить контроль над цепция «умных» сетей уже реализована на потреблением энергоресурсов системами более уровне локальных, как, например, энергоснаб точным и эффективным.

жение отдельных зданий или региональных се Очевидно, что такая сложная система тей, которые могут охватывать целые районы и должна использовать возможности современ даже небольшие государства, такие как Дания.

ной информационной техники, которая сущест В целом же потенциал «умных» сетей прости венно повышает уровень «интеллекта» и по рается гораздо шире, а именно уже вполне ре зволяет решать задачу системной оптимизации.

альными становятся системы, которые, руково Зарубежный опыт и пути решения дствуясь сообщениями от миллионов индиви дуальных счетчиков, повышают или понижают Электроавтомобили и дома с солнечными тарифные ставки ежечасно, в зависимости от коллекторами на крышах, представляющие со загруженности сети. В некоторых ситуациях бой мини-генераторы, явились причиной появ счетчики даже реагируют на дефицит энергии, ления «умных» сетей (Smart grids). Начиная с приказывая «умной» бытовой технике времен 70-х годов прошлого века, в Европе и США но прекратить работу до восстановления балан проводятся эксперименты с созданием «ум са энергии.

ных» распределительных электрических сетей.

По мнению многих экспертов, в умных се Они позволяют создать равновесие между мно тях заложен потенциал, подобный тому, како гочисленными производителями и потребите вой имел Интернет в начале цифровой револю лями электроэнергии. В странах ЕС наряду с ции в 1996 году. Американская консалтинговая крупными электростанциями существуют и фирма Cisco прогнозирует, что потенциальный многочисленные мелкие производители энер рынок «умных» сетей должен быть в 100– гии вплоть до так называемых «активных» до раз больше, чем Интернета, а уровень будущих мов, которые непотребленную электроэнергию инвестиций в него составит более 100 млрд.

возвращают обратно в сеть. С другой стороны, долларов. Для Джеффа Иммелта, шефа правле постоянно растет количество потребителей ния «Дженерал Электрик», «умные» электросе электроэнергии. По мнению создателей «ум ти – это «самый большой шанс вложения денег ных» систем в будущем в распоряжении потре в первой половине этого столетия». Поэтому бителей будет иметься значительное количест американское правительство сделало тему «ум во разнообразных источников электроэнергии – ных» сетей одним из центров тяжести государ от электростанций, работающих на различных 86 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ственной инвестиционной программы и приня- циализируется на оптимизации электрических ло в феврале этого года программу в размере систем. Исследования показали, что подобные 4,5 млрд. долларов, направленную на пере- технологии могут сократить потребление элек стройку инфраструктуры электроэнергетики. троэнергии на 10 %. Более того, экономия мо В Европе «умными» сетями активно занимает- жет достигнуть 15 % и более, если бытовая ся «Сименс». Фирма планирует получить зака- техника будет включаться в наиболее выгодные зы не менее чем на 6 млрд. евро для создания промежутки времени. Со временем сокращение подобных сетей. Вольфганг Дехен, глава Энер- потребления энергии в часы пиковой нагрузки гетического сектора «Сименс», ожидает, что поможет избежать ожидаемого на германском заказы по созданию технологии «умных» сетей энергетическом рынке дефицита генерирую достигнут почти 1 млрд. евро в текущем бюд- щих мощностей. Более того, те, кто сегодня по жетном году. требляет электроэнергию, могут стать ее по В рамках пилотного проекта Cisco и Yello ставщиками.

Strom предполагают подключить 70 жилых до- Пилотные проекты по использованию «ин мов и предприятий к местной сети электропе- теллектуальных сетей» появились в США, Ки редач и источникам энергии через интеллекту- тае, Европе. Консорциум «умных городов» Ac альную IP-сеть. С помощью интеллектуального centure стал глобальной площадкой для коопе счетчика Yello Sparzhler пользователи будут рации и продвижения «интеллектуальных тех в онлайновом режиме получать информацию о нологий» путем обмена знаниями, опытом и потреблении энергии в реальном времени, а ус- идеями, основываясь на принципах активного тановленные в домах системы управления действия, синергии и использования преиму энергией позволят с помощью «интеллектуаль- ществ.

ных разъемов» настраивать бытовые устройст- К примеру, проект «Умный город – Ам ва на автоматическое включение в часы мини- стердам» включает установку в домах индика мальной нагрузки. торов, отображающих исторические и фактиче Стратегия Cisco в области сетевых техноло ские данные по энергопотреблению и советы гий включает строительство хорошо защищен по способам экономии, использование термо ной комплексной электрической инфраструк статов и автоматических выключателей пита туры, позволяющей управлять всей сетью энер ния вместо режимов ожидания, энергоаудит, госнабжения – от генерирующих станций до позволяющий анализировать данные по энер домашних и корпоративных потребителей – как гопотреблению для выявления новых способов единой целостной системой. Благодаря встро экономии энергии. «Умные» счетчики измеря енным интеллектуальным функциям, такая сеть ют объем энергопотребления, предоставляют сможет активно распознавать колебания спроса контроль электроэнергетическим компаниям и и предложения и оперативно реагировать на передают информацию конечным пользовате них, повышая безопасность и надежность дос лям. Установка солнечных панелей на крышах тавки электроэнергии и оптимизируя текущие и стенах офисных зданий снижает потребность расходы. «В основе сети Smart Grid лежат но во внешних источниках питания. Структура ваторские коммуникационные технологии. Без энергоснабжения, адаптированная под пользо них идея интеллектуальной доставки электро вателя, дает возможность пользователям выби энергии была бы полной утопией», – считает рать методы генерации энергии из ветра/воды.


вице-президент Cisco Михаэль Гансер (Michael Для управления городским освещением ис Ganser). «Управление электрическим током пользуются датчики, производится замена очень похоже на управление информационны обычных ламп накаливания светодиодными ми потоками, поэтому принципы работы сетей лампами. В «умных» зданиях энергопотребле Smart Grid сходны с принципами Интернета, – ние сокращается путем использование сенсор добавил сотрудник глобального консалтинго ного включения-выключения света, климатиче вого подразделения Cisco IBSG Кристиан ских установок и т.д.

Файсст (Christian Feisst). – Разница только в Долгосрочные цели Евросоюза предусмат том, что электрические сети включают в свой ривают:

состав гораздо больше сетевых узлов. Здесь • 20 % сокращение выбросов CO можно применить опыт интеграции и обработ • 20 % экономия энергии ки важной информации и оптимизировать по • 20 % возобновляемая энергия требление электроэнергии». Yello Strom спе ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Отечественный опыт ских конденсаторов на подстанции 500 кВ «Оз наченное» (Республика Хакасия). В результате Создание электрической сети нового поко была значительно повышена надежность рабо ления является стратегически важным направ ты Хакасского энергоузла. В 2013 году для по лением и для России. Интеллектуальная сеть вышения надежности электроснабжения потре качественно новое состояние единой нацио бителей Хакасии на линии электропередачи нальной электрической сети (ЕНЭС), которое 500 кВ Саяно-Шушенская ГЭС – Новокузнец позволит вывести надежность электроснабже кая будет внедрено управляемое устройство ния на принципиально новый уровень, одно продольной компенсации. В ближайшем буду временно обеспечив высокую экономическую щем элементы активно-адаптивной сети будут эффективность работы всей энергосистемы.

применяться на линиях электропередачи 220 кВ Причем для этого не надо менять сами сети, вдоль трассы БАМ для нормализации уровня достаточно лишь установить дополнительное напряжения, а также в крупных мегаполисах оборудование, таким образом модернизировать для сегментного построения электрической се отрасль можно за счет внедрения «умных» се ти, что позволит снизить риски коротких замы тей. По данным ФСК, построение энергосисте каний, стабилизировать напряжение и повы мы с интеллектуальной сетью позволит умень сить качество энергоснабжения жилых масси шить потери в российских электрических сетях вов. Одним из основных элементов активно всех классов напряжения на 25 %, что даст эко адаптивной сети является «цифровая» подстан номию порядка 34–35 млрд. кВт·ч в год. Такой ция. Создание таких подстанций – общемиро объем энергии в течение года вырабатывается вая тенденция, работы над подобными проек несколькими электростанциями суммарной мощ тами ведутся в Европе и США, Японии, Индии ностью 7,5 ГВт. По ориентировочным оценкам и Китае. Аналогичный проект реализуется и в академических институтов за счет модерниза Федеральной сетевой компании. Идея «цифро ции сети можно уменьшить потребность в но вой» подстанции заключается в создании сис вых мощностях на 22 ГВт и приблизительно на тем контроля, защиты и управления нового по 35 млрд. долларов снизить объем капиталовло коления, в которых вся информация рождается, жений в развитие распределительных и магист перерабатывается и управляет оборудованием в ральных сетей за счет увеличения пропускной цифровом формате. Проект предусматривает способности сетей по новым технологиям.

разработку и внедрение на подстанциях опти Перевод российской Единой национальной ческих цифровых измерительных трансформа электрической сети в формат активно-адаптив торов и комплексов цифровой аппаратуры но ной сети позволит повысить системную надеж вого поколения. Современная цифровая аппа ность электросетевого комплекса, снизить ка ратура, выполняющая функции защиты и питаловложения в строительство новых объек управления, открывает возможности быстрого тов, а также гибко регулировать перетоки мощ прямого обмена информацией между устройст ности, обусловленные изменением генерации и вами, что позволяет сократить количество уст потребления. Для интеллектуальной сети ха ройств и медных кабельных связей и более рактерны более низкие потери электроэнергии компактно их расположить. Поэтому цифровые при передаче и уменьшение влияния объектов технологии более экономичны на всех стадиях энергетики на экологию. В России размещени внедрения: при проектировании, монтаже, на ем оборудования, позволяющего реализовать ладке и в эксплуатации. В России уже разрабо концепцию «умных» сетей, занимается, в част таны первые опытные образцы интеллектуаль ности, Холдинг МРСК. Первая попытка созда ного измерительного оборудования подстан ния российских «умных» сетей была предпри ций – измерительные высоковольтные транс нята в Белгороде (НГ).

форматоры с цифровым выходом (ОАО «Рамен Преобразования ЕНЭС в активно-адаптив ский электротехнический завод "Энергия"»), ную сеть дело не одного дня, но уже сегодня комплекс приборов учета электроэнергии и те Федеральная сетевая компания реализует ряд лемеханики, работающих в единой системе проектов, которые позволят наделить магист цифрового обмена (ЗАО «ИТЦ "Континуум+"»).

ральную сеть новыми качествами.

По мнению специалистов, система интеллекту В качестве примера успешного внедрения альных сетей способна снизить потери до 40 %.

элементов интеллектуальной сети можно при Если исходить из ежегодных потерь в сетях вести ввод в конце 2009 года батарей статиче 88 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ гий. Практически одновременно с этим компа ФСК на уровне 20 млрд кВт·ч и среднем тарифе ния T-Mobile представила новые прочные SIM на покупку потерь в 0,45 руб., то потребители карты для установки в «умные» электрические смогут сэкономить до 3,6 млрд руб. Но чтобы счетчики. SIM-карты для счетчиков изготовле добиться реальной экономии, систему надо рас ны не из пластика как обычно, а из кремния для пространить и на распределительные сети.

того, чтобы лучше выдерживать температурные Проблемы внедрения перепады, изменения влажности и возможные колебания электрического напряжения. По раз Единая национальная электрическая сеть – мерам новые карточки примерно в два раза одна из самых крупных в мире и реализация кон меньше традиционных SIM-карт.

цепции интеллектуальной или активно Интеллектуальные сети должны в своем со адаптивной сети в ее масштабах потребует мас ставе содержать системы передачи информации.

сового выпуска высокотехнологичной продук Современные информационные системы в энер ции. Потребуются и совсем новые технологии и гетике должны передавать значительные разно материалы. Вместе с ЕНЭС на новый уровень бу родные по своему составу объемы информации, дут вынуждены выйти отраслевая наука, электро как следствие этого – разные типы каналов пе техническая промышленность и строительный редачи и передающего оборудования. В связи комплекс. При создании интеллектуальной сети развитием систем телекоммуникации и цифро должны использоваться современные средства вых систем обработки информации некоторые управления, новые системы диагностики и высо проблемы энергетики, например, проблемы ре коскоростные системы передачи информации.

гистрации аварийных режимов и передачи ин Интеллектуальная сеть требует разработки и формации и координатах места и видах аварии внедрения целого комплекса инновационного могут быть решены на принципиально другом оборудования и технологий: управляемых уст уровне. Так, например, в энергетике места по ройств продольной компенсации, позволяющих вреждения определяются по сработанным элек повысить предел пропускной способности ли тромеханическим регистраторам с помощью ви ний электропередачи, высоковольтных уст зуального осмотра всей лини электропередачи.

ройств быстрого регулирования напряжения, Согласно докладу Pike Research, технологи накопителей электрической энергии на базе ям автоматизации «умной сети» отведено 84 % мощных аккумуляторных устройств и других от общей суммы инвестиций, новым системам устройств. Уже сегодня в ходе реализации инве учета потребления газа, электричества и воды – стиционной программы ФСК применяет элемен около 14 %, а станциям перезарядки электро ты интеллектуальной сети и другие инноваци транспорта – всего лишь 2 %.

онные разработки. Долю новых технологий, ко Сейчас разработке «умной сети» препятст торые внедряются в ходе строительства и рекон вуют не только технические и финансовые ог струкции энергообъектов, в компании оценива раничения, но и банальное отсутствие видения ют как 20 % от всего объема применяемого обо всей картины у отдельных участников проекта рудования и систем. Это как импортные, так и и недоверие к партнерам, вызванное недопони отечественные разработки и продукция: электро манием всех аспектов будущей системы. В ка установки для повышения адаптивности электри честве положительного необходимо отметить ческой сети, высокотемпературные провода, по то, что в России пришли к общему мнению по лимерные изоляторы, металлические многогран задачам, которые ставятся перед сетью: улуч ные опоры, винтовые свайные фундаменты, со шение безопасности и надежности коммуналь временная (спиральная) арматура для монтажа ных систем, корректировка спроса и предложе проводов и тросов, микропроцессорные устрой ния на производство электроэнергии, повыше ства защиты, системы управления подстанций.

Компания RuggedCom разработала комму- ние функциональности и эффективности эле никационную продукцию и технологию для ис- ментов системы, а также снижение общего пользования в жестких условиях окружающей влияния энергетической промышленности на среды. Защитные компьютерные устройства изменение климата. Однако для реализации (RuggedRouter) для подстанции обеспечивают этого проекта в России недостаточно инвести защиту против информационной атаки Smart ций, хотя эффект от внедрения в России интел Grid и безопасный метод применения inter- лектуальных сетей по экспертным оценкам, по substation коммуникаций через Smart Grid по- зволит почти на четверть уменьшить удельные средством информационных средств и техноло- капитальные вложения в развитие сетей.


ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.315. Ш Н. Ю. Шевченко ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, РАБОТАЮЩИХ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МЕТЕОУСЛОВИЯХ Камышинский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

(e-mail: LebedevaJulijal@yandex.ru) На основании целей функционирования воздушной линии электропередачи выбраны частные критерии оценки вариантов реконструкции ВЛЭП. Предложены альтернативные варианты реконструкции воздушных линий электропередачи. Составлена целевая функция оптимизации.

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, гололедно-ветровые нагрузки, варианты реконст рукции, пропускная способность по току, габарит линии, система частных критериев, целевая функция оп тимизации.

According to functioning purposes of over-head long-distance transmission lines, some particular criteria of re construction variants estimation have been chosen. In this article some alternative variants of over-head long distance transmission lines reconstruction are also given, as well as optimization function of a special purpose.

Keywords: over-head long-distance transmission lines, ice-wind loads, reconstruction variants, capacity on elec tric, over-all line dimension, particular criteria system, optimization function of a special purpos./ Безопасная работа ВЛЭП лимитируется или В районах со сложными климатическими габаритом линии, или обрывом провода. Рабо условиями актуальной задачей является выбор тоспособность линии в сильно гололедных ус оптимального варианта реконструкции линии ловиях оценивается эксплуатационным коэф с заданной степенью надежности.

фициентом запаса прочности nэ, который пока Воздушную линию электропередачи ввиду зывает, во сколько раз разрушающая внешняя ее значительной протяженности необходимо нагрузка в провода без собственного веса рассматривать как систему, состоящую из уча больше наибольшей расчетной нагрузки нб [1]:

стков линии, проходящих по территории с раз ными климатическими условиями, рельефом nэ = в 1. (1) нб местности и разными грунтами. Следовательно, одна и та же линия имеет разную надежность Разрывающая внешняя нагрузка с учетом не на отдельных участках. Поэтому, чтобы повы- упругих деформаций определяется по формуле сить надежность всей линии, можно в первую 24 n нб S В = В + очередь реконструировать участки линии, наи-. (2) l2 Tдоп более подверженные гололедно-ветровым воз действиям. Для выбора оптимального варианта Из выражения (2) следует, что разрываю реконструкции ВЛЭП с целью повышения на- щая нагрузка и эксплуатационный коэффици дежности и эффективности электроснабжения ент запаса прочности проводов заметно повы потребителей в сильно гололедных районах, шаются при увеличении сечения S и уменьше необходимо проведение имитационного моде- ния длины пролета l и зависят от материала лирования по многокритериальной модели. провода п (относительное удлинение провода Выбор критериев оценки вариантов произво- при его растяжении).

дится на основе анализа целей функционирова- Наименьшее расстояние от проводов до по ния ВЛЭП: бесперебойное обеспечение потре- верхности земли определяется из уравнения:

бителей электроэнергией;

минимальная себе- hг = hп f max, (3) стоимость передачи электроэнергии;

передача 1 l максимальной мощности с минимальными по- где hп – высота подвеса провода;

f max = = 8+ терями. Степень достижения каждой цели количественно характеризуется следующими Gп l = – максимально допустимая стрела про критериями оптимальности: надежностью воз 8Tmin душной линии электропередачи fн, экономич веса провода;

Gп ( 1 ) – нагрузка от веса про ностью fэк и эффективностью fэф.

90 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ вода, Н/м;

Tmin ( +40 ) – тяжение (напряжение) Стрелу провеса провода можно выразить из уравнения изменения состояния провода при в низшей точке провисания провода ВЛ при постоянной нагрузке:

высшей температуре воздуха, Н.

С учетом того, что создать запас по габари- Gп l 2 3Tх Gп f м T T fx = = + (t x tм ) + x м. (8) ту провод-земля f x f max можно уменьшением 8Tx Gп 3Т м Fп Еп длины пролета l, увеличением высоты опоры Из уравнение (8) следует, что при уменьше hп, уменьшением веса провода Gп, критерий нии отношения f м / Tм в исходном режиме, надежности примет вид:

уменьшении длины пролета l, температурного f н = (nэ max;

f x f max ). (4) коэффициента удлинения провода –, веса Так как в период эксплуатации основным провода Gп и увеличении упругой деформации средством борьбы с гололедом является плавка T T провода x м возможно создать запас по га гололеда, то при этом резко снижается пропу Sп Еп скная способность линии. При протекании бариту провод–земля f x f max, что позволит большого тока увеличивается стрела провеса, следовательно, уменьшается безопасность ра- допустить нагрев провода током до более вы боты линии. Поэтому значения стрелы провеса сокой температуры [3]. Предельная токовая на провода служат ограничением. Другим ограни- грузка является функцией следующих величин:

чивающим фактором являются минимальные Iпред = f( l, hопр, Fп, tп, v,,, Е, ) потери электроэнергии W min, так как при при f x f max ;

доп х протекании большого тока увеличиваются по- (9) тери мощности в линии. Передачу электроэнер- где hопр – высота опоры, tп – температура про гии с минимальными потерями можно оцени- вода;

v – скорость ветра.

вать энергетическим коэффициентом кэнер [2], Следовательно, увеличить пропускную спо собность воздушной линии электропередачи который определяется по формуле можно за счет следующих вариантов реконст Р рукции: уменьшения длины пролета путем под, (5) кэнер = к кКПД = к Р + Рн + Ркор становки промежуточных опор;

замены опор на более высокие;

замены проводов с большим се где к – относительный коэффициент мощно чением алюминия или с меньшим температур сти, определяемый после компенсации реак- ным коэффициентом удлинения провода – и тивной мощности, кКПД – коэффициент полез- большим значением Fп Еп (с большим сечением ного действия ВЛЭП, Р – нагрузка, кВт;

Рн – стали или применение специальных типов про водов [5]).

нагрузочные потери, кВт;

Ркор – потери на ко Пути повышения надежности и эффектив рону, кВт.

ности работы ВЛЭП требуют дополнительных Пропускную способность по току будем ха затрат, но позволяют снизить ущерб Уt, возни рактеризовать относительным коэффициентом – кающий при нарушении надежности электро кратностью увеличения токовой нагрузки:

снабжения. В качестве критерия экономично I пред кпроп =, (6) сти принят чистый дисконтированный доход I доп (ЧДД):

где I пред – предельная токовая нагрузка, опре- Т Д И K У ti ti ti t f эк = ЧДД i = max. (10) деляемая при условии сохранения нормирован- t (1 + E ) t = ных вертикальных расстояний между проводом С целью преодоления численной несоизме и землей, А;

I доп – длительно допустимый ток римости частых критериев осуществляется их по нагреву, А. нормирование. Целевая функция оптимизации Тогда локальный критерий эффективности приведена к виду:

и безопасности примет вид: F = f н н + f э э + f эф эф extr, (11) f эф = (кэнер кпроп max;

f f max ). (7) где f q – нормированный q-й частный крите Рассмотрим возможные пути повышения рий, н ;

э ;

эф – весовые коэффициенты пока пропускной способности линии.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ зателей надежности, экономичности и эффек- климатическом районе по толщине стенки го тивности. лоледа и в III – по скорости ветра. Длина участ Рассмотрим решение данной многокритери- ка 12 км.

альной задачи на конкретном примере. За ис- К рассмотрению предложено девять аль ходный вариант принят участок воздушной ли- тернативных вариантов реконструкции линии, нии напряжением 220 кВ, расположенный в IV представленных в табл. 1:

Таблица Матрица стратегий Варианты реконструкции (стратегии – ) Тип опоры Тип провода l, м 1. Замена опор 1 – на металлическую многогранную П1С-220-П1 АС-300/39 2 – увеличение высоты опоры П-220-3 АС-300/39 2. Уменьшение габаритного пролета 3 – металлической решетчатой опоры ПС-220-3 АС-300/39 4 – металлической многогранной опоры П1С-220-П1 АС-300/39 3. Замена провода 5 – увеличение стальной части ПС-220-3 АС-300/66 6 – увеличение сечения провода ПС-220-3 АС400/51 7 – на композитный ПС-220-3 Аеro-Z 8 – на высокотемпературный с зазором ПС-220-3 GTACSR 9 – на высокотемпературный ПС-220-3 TACSR/ACS На рис. 1, 2 изображены зависимости стрел В табл. 2 для этих вариантов представлены провеса различных марок проводов от темпера- кратности увеличения токовых нагрузок. Токи туры провода. рассчитаны по тепловому балансу [4].

Стрела провеса при при замене проводов на опоре МРО fрасч (АC-400/51) fрасч (АС 300/39) fрасч (TACSR) С т р е л а п р о ве с а, м fрасч (АC-300/66) fнб (опоры МРО) fрасч (GTACSR 310) 10 fрасч (Aero-Z) -50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 130 t, град Рис. 1. Зависимость стрелы провеса провода АС 300/39 от тем- Рис. 2. Зависимость стрелы провеса разных марок пературы для вариантов реконструкции с уменьшением габа- проводов от температуры воздуха ритного пролета и с изменением высоты опоры Для каждого варианта реконструкции рас- ческой эффективности и безопасности облада считаны критерии надежности, эффективности ет седьмой вариант (замена провода АС на и безопасности. Сравнительный анализ вариан- Aero-Z), наиболее надежный вариант по крите тов реконструкции по трем критериям показал, рию механической прочности – четвертый ва что наибольшей экономической эффективно- риант (уменьшение пролета металлической стью по критерию ЧДД и по критерию техни- многогранной опоры).

92 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица Кратность увеличения токовой нагрузки Марка провода l, м tп, С tв, С Iдоп, А кпроп Исходный вариант АС 300/39 300 +40 +20 450 Вариант реконструкции – уменьшение пролета АС 300/39 150,100 +90 +20 915 2, Увеличение высоты опоры АС 300/39 350 +60 +20 670 1, Замена проводов АС400/51 300 +90 +20 1100 2, АС 300/66 300 +90 +20 912 2, GTACSR 310 300 +180 +20 1454 3, TACSR/ACS-300/50 300 +110 +20 1091 2, Aero-Z 366-2z 300 +80 +20 850 1, Определение оптимального варианта рекон- сти и сокращает время реконструкции, а в го струкции произведено методом аддитивной родских условиях не требуется дополнитель свертки по выражению (10). ный землеотвод.

Рассмотрено четыре варианта предпочтения Для гололедно-ветровых районов опти целей, для которых главными критериями яв- мальными вариантами с точки зрения надежно ляются: экономическая эффективность, надеж- сти и эффективности становятся варианты ре ность, техническая эффективность и безопас- конструкции с заменой металлической опоры ность. Для последнего варианта – все критерии на многогранную при уменьшении габаритного равнозначны. пролета в два раза и при замене сталеалюмине Значения весовых коэффициентов и резуль- вого провода на провод типа Аеro-Z.

таты свертки представлены в табл. 3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Таблица 1. Глазунов, А. А.Основы механической части воз Выбор оптимального варианта реконструкции душных линий электропередачи / А. А. Глазунов. – М.:

Госэнергоиздат, 1959. – 274 с.: ил.

Весовые коэффициенты Вариант пред- Оптималь 2. Садуллаев, Н. Н. Оценка эффективности системы почтения ный вариант э н эн электроснабжения предприятия по техническим показате 1 0,5 0,3 0,2 7 лям / Н. Н Садуллаев // Электрооборудование: эксплуата ция и ремонт, 2009. – Сентябрь. – С. 7–30.

2 0,3 0,5 0,2 3. Никофоров, Е. П. Об увеличении нагрузочной спо 3 0,3 0,2 0,5 собности действующих ВЛ по току / Е. П. Никофоров // 4 0,33 0,33 0,33 7 Электрические станции, 2008. – № 11.– С. 33–37.

4. МТ 34-70-037-87. Методика расчета предельных токовых нагрузок по условию нагрева проводов для дей Выводы: для повышения пропускной спо ствующих линий электропередачи. – М.: Союзтехэнерго, собности электрической сети можно использо- 1987.

вать современные композитные и высокотем- 5. Алексеев, Б. А. Повышение пропускной способно пературные провода. При этом реконструкцию сти воздушных линий электропередачи и применение линий можно проводить без замены опор, что проводов новых марок / Б. А. Алексеев // Электро, 2009. – существенно влияет на снижение себестоимо- № 3. – C. 45.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.315. Л Ю. В. Лебедева АНАЛИЗ ОЖИДАЕМЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ПРОВОДА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕПЦИЙ РАЗВИТИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Камышинский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

e-mail: LebedevaJulija1@yandex.ru Развитие воздушных линий электропередачи рассмотрено в виде трех концепций, присущих странам с различным уровнем развития экономики. Представлены результаты расчета и анализа ожидаемых механи ческих нагрузок на провода воздушных линий электропередачи.

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, гололедно-ветровые нагрузки, варианты реконст рукции, габарит линии.

The article deals with the development of overhead power lines in the form of three concepts inherent in coun tries with different levels of the economy. Results of calculation and analysis of expected mechanical loadings on wires on the over-head power lines.

Keywords: over-head long-distance transmission lines, ice-wind loads,reconstruction variants, over-all line di mension.

К рассмотрению предложены три концеп- плуатации для второй концепции является ции предотвращения гололедно-ветровых ава- плавка гололеда и внедрение информационной рий. Согласно первой концепции основное на- системы мониторинга гололедообразования.

правление повышение надежности ВЛЭП – вы- Линии проектируются согласно рекомендаций сокая механическая прочность, достигаемая за ПУЭ-7 [1], вероятность безотказной работы – счет применения современных типов проводов, Р = 0,96. Третья концепция объединяет досто опор, сокращения пролетного расстояния. При инства первых двух, но плавка гололеда ис этом вероятность безотказной работы лежит в пользуется не в полной мере. Варианты пред пределах Р = 0,98–0,998. Основным средством ложенных концепций развития ВЛЭП пред повышения надежности ВЛЭП на стадии экс- ставлены в табл. 1.

Таблица Параметры ВЛЭП Варианты Сокращение Повторяемость гололедных Тип провода Тип опоры параметров ВЛЭП пролета, % нагрузок, лет Первая концепция № 1.1 AERO-Z 301-2Z (ММО)ПС35-110ПУ-9 50 № 1.2 GTACSR 240/40 ПС35-110ПУ-9 50 № 1.3 TACSR ACS 240/40 ПС35-110ПУ-9 50 Вторая концепция № 2.1 АС 240/39 ПБ 110-5 – Третья концепция № 3.1 AERO-Z 301-2Z ПБ 110-5 – № 3.2 GTACSR 240/40 ПБ 110-5 – № 3.3 TACSR 240/40 П-110-5 30 № 3.4 АС 240/39 ПС35-110ПУ-9 50 Для обеспечения бесперебойной работы ВЛ. Для повышения практической ценности воздушных линий электропередачи в процессе в статье представлены результаты расчета ожи эксплуатации, их рассчитывают на воздействие даемых механических нагрузок на провода гололедно-ветровых нагрузок, имеющих опре- ВЛЭП напряжением 110 кВ для IV района деленную нормируемую вероятность появле- по гололеду (bн.г = 25 мм), III района по ветру (Wн = 640 Н/м3).

ния в данном районе за время эксплуатации 94 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Расчет ожидаемых механических нагрузок в ропередачи по нормальному режиму работы виде полных тяжений проводов произведен при производился для сочетания следующих усло изменяющихся метеоусловиях: при воздейст- вий (табл. 2) [1, п. 2.5.71].

вии температуры ;

ветровых нагрузок на 1. Анализ ожидаемых эксплуатационных механических нагрузок провод без отложений;

нагрузок от отложений В качестве исходного принято состояние без ветра;

воздействии гололедно-ветровых на ВЛ при отсутствии воздействия ветра и отло грузок по методике [2].

жений, температура провода +15 С.

Построены зависимости полных тяжений Стрела провиса провода ft определена по проводов от температуры (рис. 1) T = f ();

от формуле (1), в которой значение механического скорости ветра T = f () при tв = –5 °С (рис. 2);

напряжения в проводах t рассчитано из урав от толщины стенок отложений разной плотно нения состояния провода (2).

сти Tг = f (вг ) при tг = –5 °С с ветром (рис. 3) и 1 (lрасч ) без него (рис. 4) для всех предложенных к рас- ft = (м), (1) 8 t смотрению вариантов развития ВЛЭП. Расчет ожидаемых механических нагрузок в виде пол 1 (lрасч ) 2 Е ных тяжений проводов воздушной линии элект- t = 24 (t ) Таблица 1 (lрасч ) 2 Е Сочетания климатических условий для расчета ВЛЭП = доп л.р. Е (t t ), (2) 24 ( доп ) Сочетание условий расчета № ре где t – переменная температура, °С;

t- = –40 °C – жима Температура Ветер Гололед низшая температура.

1 Высшая t+ = + 40 С – – Полные тяжения провода Т t определены по 2 Низшая t- = –40 С – – выражению:

3 Среднегодовая tэ = +15 С – – M 0 103 (lрасч ). lpасч + 64 ft 2.

Тt = (3) 4 При гололеде tг = –5 С – есть 8 ft При нормативном ветро- = – вом давлении tв = –5 С расч Графики изменения тяжений в зависимости от температуры воздуха представлены на рис. 1.

6 При гололеде tг = –5 С 0,25W есть Рис. 1. Графики зависимости величин тяжений проводов без отложений от температуры воздуха ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Из рис. 1 следует, что тяжения (напряже- 6 (lрасч ) f = (м), (4) ния) проводов растут с понижением температу ры и достигают критического значения Т = Тдоп 6 (lрасч ) 2 Е при температуре воздуха –40 С для вариантов = первой концепции с проводами Aero-Z и 24 ( ) TACSR и –50 С для варианта третьей концеп 1 (lрасч ) 2 Е ции при подвеске провода АС 240/39 на метал = доп л.р. Е (tг t ), (5) лические многогранные опоры (пролет сокра- 24 ( доп ) щен в два раза). Для остальных вариантов тем lрасч пературный диапазон от –50 до +50 С не явля ( М 0 106 + Рv2 ) (lрасч + 64 f v2 ), 2 Т = (6) ется аварийноопасным. 8 fv 2. Анализ ожидаемых ветровых нагрузок где Рv – давление ветрового потока, кгс:

Тяжения, T, возникающие в проводах без отложений, но с изменяющейся скоростью вет- Рv = 6.25 105 ki C x v 2 d п (7) ра = 0, 10, 20, 30, 40, 50 м/с при фиксирован График изменения тяжений при изменении ной температуре воздуха tг = –5 °C определены скорости ветра представлен на рис. 2.

по формулам (4)–(7).

Рис. 2. Графики зависимости величин тяжений проводов без отложений от скорости ветра при фиксированной температуре воздуха tг = –5 °C 10, 20, 30, 40, 50 мм) определены по формулам Из графика 2 следует, что ветровая нагрузка (7)–(11).

на провод без отложений не опасна, т. к. даже при достижении скорости ветра 50 м/с тяжения 3 (lрасч ) fг = (м). (8) в проводе не превышают допустимых значе 8 г ний, а стрелы провиса находятся в пределах га Так как для проводов марок АС, Аеro-Z, барита линии.

GTACSR, TACSR/ASC lгаб l2кр, то напряжение 3. Анализ ожидаемых нагрузок от отложе в проводе рассчитано по формуле :

ний в виде чистого гололеда без ветра 3 (lрасч ) 2 E Тяжения Тг, возникающие в проводах без г = 24 (г ) ветра и при фиксированной температуре возду ха tг = –5 °C, при наличии отложений в виде 7 (lрасч ) 2 E чистого гололеда с плотностью g0 = 900 кг/м3 = доп л.р. E (tг tэ ), (9) 24 ( доп ) с разной толщиной стенки отложений (bг.н = 0, 96 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Графики изменения тяжений проводов ( М 0 103 + g 106 Fотл l ) (lрасч + 64 f г2 ), Тг = представлены на рис. 3.



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





 
© 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.