Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність

Аналіз застосування сучасних засобів виявлення і виміру чадного газу при використанні альтернативних джерел електропостачання під час війни в Україні

Інна Іванівна Хондак — 2023-07-09

В роботі розглядається вплив чадного газу на організм людини, а також необхідність застосування засобів його виявлення і виміру. Отруєння чадним газом є дуже небезпечним для здоров’я людини та супроводжується негативними наслідками і потребує впровадження нових засобів його своєчасного виявлення і виміру. В статті визначено основні джерела чадного газу, а також оцінено його вплив на здоров’я населення. Вибір сучасних засобів виявлення і виміру чадного газу є важливою і необхідною складовою щодо захисту людей в сучасних реаліях.В роботі розглянуто та проаналізовано технічні можливості сучасних засобів визначення рівня чадного газу, визначені основні моделі сигналізаторів чадного газу, а також класифіковані та систематизовані особливості їх роботи. Найбільш зручний і практичний переносний датчик чадного газу. Він не вимагає стаціонарної установки. Особливо це важливо в закритих приміщеннях, де отруєння чадним газом може наступити миттєво. У статті проведений аналіз літературних джерел в області основних видів альтернативних джерел енергії, які використовують в Україні під час аварійних та планових відключень світла, а також небезпек, які з ними пов’язані. Розглядається вплив небезпечних та шкідливих чинників, які вражають організм людини під час користування цими приладами: повербанки, генератори, акумулятори та інвертори. Виконано аналіз наукових досліджень щодо забезпечення безпеки при використанні альтернативних джерел енергії в побутових приміщеннях, приватних та багатоповерхових будинках, на підприємствах, у підземних переходах та сховищах. Проаналізовані особливості кожного типу сучасних сигналізаторів.Надані рекомендації щодо вибору сучасних засобів виявлення і виміру чадного газу.

Оптимізація гнучких тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтеграції з сонячними тепловими колекторами

Дмитро Сергійович Шкода — 2023-07-09

Стаття наводить концепцію фотоенергетичної системи на основі плівкових фотоелектричних перетворювачів з використанням гетеросистеми CdS/CdTe. Метою є розробка конструктивного рішення для гнучкої тонкоплівкової системи фотоелектричних перетворювачів, яка може бути безпосередньо встановлена на колектор тепла, інтегруючи фотоелектричні перетворювачі з системами теплозбору. Стаття наголошує на обмеженнях традиційних фотоелектричних перетворювачів на основі кремнію та пропонує використовувати гнучкі фотоелектричних перетворювачі на основі CdS/CdTe, які мають концентроване поглинання в межах видимого діапазону та дозволяють неперешкоджений потік довговалового сонячного випромінювання для ефективного генерування теплової енергії. У статті обговорюються методи отримання зразків гнучких сонячних елементів на основі фотоелектричних перетворювачів ITO/CdS/CdTe/Cu/Au, включаючи нанесення шарів на поліімідні плівки, обробку хлоридами та процеси відпалу. Аналізується вплив «хлоридної» обробки на структурні та оптичні характеристики основних шарів та презентується загальний вигляд зразків тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів. Структурний аналіз плівок кадмію телуру проводиться за допомогою технік рентгенівської дифрактометрії, тоді як оптичні властивості досліджуються за допомогою спектрофотометра. Світловольтові характеристики зразків фотоелектричних перетворювачів вимірюються за умов освітлення, і визначаються різні вихідні параметри та характеристики фотоелектричних перетворювачів. Окремий наголошується значущість оптимізації продуктивності шару кадмію телуру в гнучкій конструкції фотоелектричних перетворювачів і обговорюють варіацію технологічних параметрів для покращення ефективності. У статті презентуються вихідні параметри та світлодіодні характеристики, що відповідають різним діапазонам товщини шару CdS. Загалом, ця стаття надає цінні уявлення про розвиток гнучких плівкових фотоелектричних перетворювачів на основі гетеросистеми CdS/CdTe для інтегрованих фотоелектричних та теплозбірних систем. Експериментальні методи та результати сприяють розумінню оптимізації продуктивності фотоелектричних перетворювачів та пропонують потенційні застосування для автономних систем теплопостачання.

Система динамічного прогнозування технічного стану обладнання Об'єднаної електроенергетичної системи

Дмитро Олексійович Данильченко — 2023-07-09

В роботі проаналізовано метод нейро-нечіткого моделювання для прогнозування технічного стану системи. Модель системи динамічного прогнозування технічного стану обладнання об’єднаної електроенергетичної системи складається з імітаційних моделей сонячної електростанції, вітрогенератора та синхронного генератора, що виконує роль теплової станції. Для виконання моделювання використовувалася спеціальна система інструментів Fuzzy extension logic toolbox, призначена для оцінки якості роботи синхронного генератора. Отримані оцінки технічного стану обладнання обробляються за допомогою адаптивної системи нейро-нечіткого виведення (ANFIS), в результаті чого формується прогноз технічного стану обладнання на заданому часовому інтервалі. Встановлено, що нечіткі моделі знайшли широке практичне застосування під час побудови нечітких регуляторів, систем розпізнавання та обробки даних тощо. Моделювання реальних систем нечіткими моделями ґрунтується на тому, що нечіткі моделі типу Сугено і Мамдані є універсальними апроксиматорами функцій. Побудована модель системи динамічного прогнозування технічного стану обладнання може бути використана при проектуванні об’єктів відновлюваної енергетики, а також при розробці та тестуванні алгоритмів систем управління та моніторингу. Система оцінки та прогнозування стану обладнання з використанням апарату нечіткої логіки може бути використана для підтримки прийняття рішень оператором електричної станції при визначенні необхідності ремонту та перестановки обладнання. Ключовою перевагою представленої системи є її здатність враховувати динамічні зміни стану сонячної електростанції залежно від трансльованих умов експлуатації, що дозволяє ще більше наблизити отримані дані до реальних. Також, особливістю реалізації системи динамічного прогнозуванн технічного стану обладнання є використання моделі сонячної електростанції, що має в своєму складі моделі для наближення імітації до реальних умов експлуатації з урахуванням пилу, нагрів поверхні тощо.

Розробка заходів для оптимізації режимів електричних мереж 10 кВ

Оксана Миколаївна Довгалюк — 2023-07-09

Розглянуто особливості структури та функціонування розподільчих електричних мереж України. Визначено перелік технічних та організаційних заходів, які як на стадії проектування, так і на стадії експлуатації передбачають можливість застосування сучасних технічних засобів та технологій керування для забезпечення нормативних вимог до параметрів режимів, показників якості електричної енергії і надійності електропостачання споживачів, а також є найбільш доцільними для підвищення ефективності роботи розподільчих електричних мереж. Запропоновано критерій оптимізації режимів розподільчих електричних мереж, який враховує характер зміни навантаження, особливості регулювання напруги та компенсації реактивної потужності в електричних мережах, а також наявність джерел розосередженої генерації та систем накопичення енергії в мережі, додатково передбачена можливість аналізу умов роботи пристроїв генерації та силового обладнання. Для досліджуваних електричних мереж 10 кВ розроблено заходи щодо забезпечення умов оптимізації режимів роботи з урахуванням зазначених факторів. Наведено опис запропонованого алгоритму для вибору найбільш доцільного із розроблених заходів, який враховує поточну ситуацію на ринку електричної енергії, загальні світові тенденції розвитку розподільних електричних мереж, сучасні тенденції та перспективи розвитку технічних засобів забезпечення параметрів режиму електричних мереж, систем автоматизації та інтелектуальних систем керування режимами досліджуваних електричних мереж, а також показники надійності електропостачання та якості надання послуг з електропостачання споживачів.

Метод розпізнавання типу дефектів маслонаповненого обладнання за значеннями відсоткового вмісту газів

Олексій Сергійович Кулик — 2023-07-09

Одним із основних завдань електроенергетичної сфери є забезпечення надійного постачання електричної енергії. Ключову роль у цьому відіграють трансформатори, оскільки їхнє функціонування визначає надійність енергетичної інфраструктури. Одним із факторів, характерним для всіх країн і який впливає на надійність обладнання, є старіння цього обладнання внаслідок різних процесів, в тому числі внаслідок дефектів, що розвиваються всередині цього обладнання. Одним із найефективніших методів діагностики високовольтного маслонаповненого обладнання є аналіз розчинених у маслі газів, який дозволяє розпізнавати дефекти різних типів. Використовуючи різні діагностичні критерії (значення відношень газів, відсотковий вміст газів, а також значення відношень газів до газу з максимальним вмістом) можна розпізнавати дефекти різного типу. Одним з найбільш використовуваних діагностичних критеріїв є значення відсоткового вмісту газів. Однак достовірність розпізнавання дефектів різними методами стосовно одних і тих самих даних суттєво відрізняється. Найбільша складність виникає при розпізнаванні дефектів комбінованого типу. Таким чином питання розробки методу для розпізнавання типу дефекту за результатами аналізу розчинених в маслі газів з використанням значень відсоткового вмісту газів як діагностичного критерію є актуальним та має практичне значення. У статті запропонований аналітичний метод розпізнавання типу дефектів у високовольтному маслонаповненому обладнанні за значеннями відсоткового вмісту п’яти газів у маслі. Розглянуто розпізнавання дефектів різного типу, для яких газам із максимальним вмістом є водень, метан, етан, етилен та ацетилен. Значення відсоткового вмісту газів, характерні для того чи іншого типу дефекту, задані у вигляді таблиць, у яких наведені діапазони (мінімальне та максимальне значення) та середні значення відсоткового вмісту газів. В результат аналізу вперше встановлено діапазони значень відсоткового вмісту газів для 50 груп дефектів різного типу, в тому числі й дефектів комбінованого типу. Це дає змогу значно збільшити кількість дефектів, які можна розпізнати з використанням відсоткового вмісту газів як діагностичного критерію. У процесі розробки методу встановлено, що в низці випадків для визначення типу дефекту недостатньо використовувати тільки значення відсоткового вмісту газів, а існує об’єктивна необхідність використання як значень відношень газів, так і номограм дефектів.

Моніторинг електричних мереж з використанням безплотних літальних апаратів

Микола Сергійович Ніконов — 2023-07-09

В статті окреслено основні існуючі проблеми моніторингу об’єктів електросистеми, адже регулярний огляд приладів та пристроїв електричної енергосистеми дозволяє оцінити їх технічний стан та виявити наявність дефектів та попередити аварійні режими. Проведено аналіз перспективних рішень в процесі інспекції технічного стану об’єктів або аварійних ділянок електричних мереж з використанням безплотних літальних апаратів. Розглянуто класифікацію, переваги та недоліки безпілотних літальних апаратів, наведено перелік завдань, які вони здатні виконувати враховуючи власну конструкцію, технічні параметри. Окреслено основні частини структурної схеми керування безпілотного літального апарату та можливості розширення, удосконалення та усунення існуючих недоліків. Розглянуто існуючі технології автоматичного керування, виявлення та слідування електричної повітряної лінії та пристроїв безпілотником. Проведено аналіз базового принципу роботи датчиків вимірювання теплового поля та електромагнітного поля, як найбільш перспективних на сьогоднішній день у визначенні порушення правильної роботи пристроїв. По-перше, при несправності, об’єкти здатні випромінювати теплову енергію і часткові розряди, датчик якого здатний вимірювати її на відстані та перетворювати в температуру. По-друге, при тих самих пошкодженнях змінюється електромагнітне поле навколо об’єктів, вимір та аналіз значення цього параметра спеціальним датчиком дозволяє знаходити пошкоджені ділянки. Розглянуті питання забезпечення захисту каналу зв’язку наземної частини з безпілотником від зловмисників і інформаційного захисту обміну даних. Розглянуто можливості розвитку існуючих технологій з метою удосконалення процесу моніторингу загального технічного стану електричної мережі, пошуку пошкоджених електричних ділянок та пристрої, автоматизації процесу керування та зменшення собівартості пристрою.

Дослідження зарубіжного досвіду боротьби з ожеледно-паморозевими відкладеннями на проводах повітряних лініях електропередачі

Галина Вікторівна Омеляненко — 2023-07-09

Представлено засоби та технології прогнозування і запобігання ожеледно-паморозевих відкладень на проводах повітряних ліній електропередачі в електричних мережах зарубіжних країн. Акцентовано увагу на таких системах, як «Meteo», динамічний тепловий рейтинг, онлайн моніторинг China Southern Power Grid, Variable resistance cable de-icing system та мобільних установках плавлення ожеледі. Проаналізовано переваги і недоліки цих систем та виявлено, що такі підходи вимагають витрат енергії і є актуальним тільки для відповідного регіону електричних мереж залежно від погодних умов та відстані передачі електричної енергії. Розглянуто механічний, електромеханічний, електротермічний та фізико-хімічний методи запобігання ожеледно-паморозевих відкладень на проводах повітряних ліній електропередачі. Виявлено, що розгляд динамічних процесів є суттєвим і ефективним у дослідженнях електричних мереж в екстремальних погодних умовах, а дані про ожеледно-паморозеві відкладення на проводах повітряних ліній характеризуються високою розмірністю, нелінійністю, мультимодальністю та неоднорідністю, що унеможливлює створення точної моделі прогнозування за допомогою традиційних методів оцінювання й прийняття рішень. Для вирішення цього завдання запропоновано використовувати метод аналізу часових рядів та метод Ensemble Empirical Mode Decomposition. В основі цих методів лежить максимізація використання властивих закономірностей, які представлені частотно-часовими характеристиками для ефективного аналізу даних і створення основи для наступних моделей та підвищення точності їх прогнозування. На основі виконаних досліджень запропоновано шляхи адаптації та інтегрування досвіду зарубіжних країн в електричні мережі України. Обґрунтовано необхідність створення комплексних інформаційних систем моніторингу метеопараметрів та режимів роботи електричних мереж з використанням спеціалізованих прогнозних моделей та ІТ-систем, що дозволить автоматизувати процес оцінювання поточного стану повітряних лінії електропередачі на основі метеорологічних даних з метою своєчасного прийняття рішення щодо аварійних ситуацій в електричних мережах, спровокованих ожеледно-паморозевими відкладеннями.

Розробка моделей струмових реле та реле напрямку потужності в програмному комплексі MATLAB

Михайло Васильович Петровський — 2023-07-09

Під час пандемій та військових агресій продовження навчання забезпечується активним впровадженням дистанційних технологій навчання. Значну кількість процесів, що відбуваються в реальному житті, можна описати за допомогою математичних моделей. Подальша їх реалізація в програмному коді та готовому програмному продукті дозволяє ефективно застосовувати їх у віртуальних дослідженнях схем релейного захисту. Для правильного функціювання будь-якого віртуального реле або комплексу захистів необхідно побудувати модель, що враховує реальні характеристики його складових елементів. У випадку відсутності останніх визначити їх дослідним шляхом. Для створення віртуальної лабораторної роботи з дослідження реле струму РТ-40 на основі параметрів, вказаних в паспорті на даний апарат, створено алгоритм, що дозволяє користувачу в інтерактивному режимі із застосуванням різних елементів схеми (повзунків, регуляторів та ін.) визначати основні характеристики реле: струм спрацювання, струм відпускання та час спрацювання в залежності від струму через реле. Алгоритм програми «Дослідження характеристик реле напрямку потужності РБМ-171» використовує кутові характеристики та характеристики чутливості реального реле РБМ-171, які було перетворено в цифровий вигляд. Для реле РБМ-178, що має відмінну від попереднього стенда схему підключення та кут максимальної чутливості, створено окремий стенд «Дослідження реле напрямку потужності РБМ-178». Логіка його роботи базується на визначенні струмів та напруг нульової послідовності за допомогою метода симетричних складових. В усіх лабораторних схемах є візуалізація та індикація станів елементів схем, що присутні на стендах. Це надає змогу користувачу отримати більш точні результати та наблизитись до випробування реле в реальних лабораторних умовах.

Розробка моделей складних схем релейного захисту в програмному комплексі MATLAB

Михайло Васильович Петровський — 2023-07-09

У сучасному навчальному процесі активно застосовуються інформаційні технології, які дозволяють реалізувати процес набуття знань на якісно новому рівні, що є особливо важливим для дистанційної форми навчання. Рівень їх розвитку дозволяє розробляти математичні моделі будь-яких процесів та явищ. В якості предмета дослідження обрано схеми релейного захисту. На основі їх роботи в програмному комплексі MATLAB розроблено віртуальні стенди, що дозволяють користувачеві наблизитись до реальних умов проведення лабораторних робіт. Програма «Дослідження максимального струмового захисту» дозволяє досліджувати роботу елементів схеми у результаті виникнення двофазного короткого замикання в електричній мережі, що складається з генератору, лінії електропередавання та навантаження. Для створення математичної моделі короткого замикання використано метод симетричних складових. При запуску моделі автоматично з’являються вікна, в яких у вигляді анімації будуються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі та стан елементів від часу. На основі попередньо розроблених алгоритмів роботи реле струму РТ-40 та реле напрямку потужності РБМ-178 розроблено схему «Дослідження максимального спрямованого струмового захисту». У віртуальному стенді розглядається мережа з двостороннім живленням, до якої входять симетричні трифазні джерела змінної напруги, лінії електропередавання, високовольтні вимикачі, споживачі та направлений струмовий захист. Для забезпечення більшої функціональності передбачено введення необхідних параметрів елементів. За допомогою групи вимикачів можна в схемі промоделювати дво- та трифазне коротке замикання. При запуску моделі розраховуються струми, які протікають в лінії у нормальному, аварійному та післяаварійному режимах. Після закінчення моделювання з’являються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі, та стан елементів від часу. Програма «Дослідження дистанційного захисту» використовує алгоритми розрахунків струмів дво- та трифазних коротких замикань, що розроблені у попередніх стендах. Під час моделювання для спостереження за результатами та їх фіксування передбачено панель, де вказано основні характеристики реле. На стенді присутній графік, де відображаються кутові характеристики та значення опорів в різних точках короткого замикання. На стендах присутня світлова індикація – колір ламп – та візуальна – стан контактів.

Аналіз впливу тривалості експлуатації на значення показників масла в автотрансформаторах 330 кВ

Сергій Григорович Пономаренко — 2023-07-26

Наведено результати двофакторного перехресного дисперсійного аналізу впливу тривалості та умов експлуатації на значення показників трансформаторних масел у баках автотрансформаторів 330 кВ. На основі аналізу відомих математичних моделей процесів окислення трансформаторних масел на основі поглинання кисню було зроблено висновок про наявність значущого впливу тривалості окиснення на кількість поглинутого кисню, а, отже, і на значення показників масел. Для перевірки зроблених висновків було використано результати періодичних випробувань стану трансформаторних масел для 49 автотрансформаторів напругою 330 кВ. Загальний обсяг аналізованої вибірки склав 3654 значень за 6 показниками масел. Перед безпосереднім виконанням аналізу масив вихідних даних було піддано двоетапному статистичному опрацюванню, метою якого було видалення стаціонарних і спотворених за знаком кутового коефіцієнта регресійної моделі часових рядів показників масел, з подальшим формуванням масивів даних із близькою швидкістю дрейфу показників у часі. Розв’язання задачі першого етапу виконувалося на основі перевірки статистичної гіпотези про рівність нулю кутового коефіцієнта лінійної регресії показника масла на тривалість експлуатації. Для розв’язання задачі другого етапу було використано критерій максимуму кореляційного відношення, що дало змогу сформувати масиви даних із близькою швидкістю дрейфу показників у часі, в умовах або повної, або часткової відсутності апріорної інформації щодо режимів роботи обладнання електричних мереж. Оскільки для багатьох показників виявлено наявність областей перетину значень, що становлять різні масиви даних, поряд із перевіркою гіпотези про наявність впливу тривалості експлуатації на значення показників масел, перевіряли гіпотезу про значущість відмінностей між значеннями показників із різних масивів даних. Для цього було використано модель двофакторного перехресного дисперсійного аналізу. За результатами аналізу встановлено наявність значущого впливу тривалості експлуатації на значення показників масла. Крім того, виявлено значущі відмінності між значеннями показників із різних масивів даних, а також не адитивність ефектів зміни рівнів факторів, тобто ефект від зміни рівня впливу одного фактора призводить до зміни ефекту від рівня впливу іншого фактора. Отримані результати дають змогу розробити моделі для ранньої діагностики стану трансформаторних масел з використанням варіативних меж показників, а також прогнозувати й управляти залишковим ресурсом трансформаторних масел.

Стратегія системного застосування програмного середовища PowerFactory для професійної підготовки за освітньою програмою «Електроенергетика»

Наталія Валентинівна Рудевіч — 2023-07-09

В роботі проаналізовано область застосування програмного комплексу PowerFactory в нашій країні та за її межами. Визначено необхідність інтеграції програми в навчальний процес вищих технічних закладів України. Сформульовано стратегію системного застосування програми PowerFactory для професійної підготовки майбутніх фахівців електроенергетичної галузі. Розроблено загальні рекомендації щодо інтеграції програми в триступеневу систему підготовки за освітньою програмою «Електроенергетика». Зокрема за результатами навчання першого бакалаврського рівня вищої освіти повинні бути сформовані базові знання й уміння з розрахунку сталого й перехідного режимів, струмів короткого замикання й стійкості енергосистем, пуску електродвигунів, показників якості електричної енергії, захистів мереж у тому числі за допомогою програми. Це дозволить забезпечити у повній мірі понятійно-аналітичний рівень засвоєння знань. Другий магістерський рівень підготовки повинен передбачати оволодіння навичками розв’язання нетипових професійних завдань з проєктування електроенергетичних об’єктів та систем релейного захисту й автоматики, оптимізації режимів, диспетчерського керування та перспективного розвитку мережі в середовищі PowerFactory. Це буде сприяти продуктивно-синтетичному рівню засвоєння навчального матеріалу. Обовʼязковим компонентом підготовки здобувачів наукового ступеня доктора філософії повинно бути опанування мовою програмування DigSilent - DPL та інтерфейсами програми. Все це дозволить в подальшому вирішувати комплексні задачі в межах їх дисертаційного дослідження, що можуть бути пов’язані з плануванням та введенням режиму енергосистем, підвищенням якості електричної енергії, координацією роботи систем релейного захисту, автоматики та силової електроніки, оптимізацією роботи джерел розподіленої генерації, забезпеченням надійності та стійкості енергосистем тощо.

Дослідження можливості підвищення ефективності автоматичної компенсації змінного магнітного моменту струмів трифазного електроустаткування

Олександр Григорійович Середа — 2023-07-09

Проведений аналіз та огляд відомих параметричних систем автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля електроустаткування. З’ясовано, що відомі параметричні системи автоматичної компенсації зовнішнього магнітного поля електроустаткування не враховують зміну порядку чергування фаз живлення при зміни рівня зовнішнього магнітного поля, що знижує ефективність компенсації магнітного поля трифазного електроустаткування у 2–3 рази. Удосконалено параметричну систему автоматичної компенсації магнітного моменту синусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз, відмінними ознаками функціонування якої є попереднє визначення порядку чергування фаз в силовому колі трифазного електроустаткування і формування струмів електромагнітів компенсаторів з урахуванням цього порядку, що дозволяє підвищити ефективність компенсації магнітного моменту струмів трифазного електроустаткування та використовувати таку систему в трифазному розподільному пристрої, що містить множину трифазних фідерів. Удосконалено спосіб стендового налаштування параметрів системи автоматичної компенсації магнітного моменту синусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз, що відрізняється від використовуваних раніше тим, що попередньо визначається порядок чергування фаз у силовому колі та формуються струми електромагнітів компенсаторів з урахуванням цього порядку і тільки потім подається живлення по черзі в кожен незалежний контур силового кола електроустаткування, одночасно з чим включається електромагніт компенсатор, орієнтований вздовж обраної осі, вимірюється компонента сумарного магнітного моменту вздовж цієї ж осі і залежно від її величини регулюються за величиною та фазою сигнали струмів компенсації, потім змінюється порядок чергування фаз і решта операцій повторюється. Рекомендовано удосконалити системи автоматичної компенсації магнітного моменту несинусоїдальних струмів трифазного електроустаткування з датчиком порядку чергування фаз з метою забезпечення високої ефективності компенсації магнітного моменту та зовнішнього магнітного поля незалежно від порядку чергування фаз живлення трифазного електроустаткування.

Енергоефективність та екологічність атомних електростанцій та вітроенергетичних установок

Микола Григорович Тарасенко — 2023-07-09

У статті проаналізовано енергоефективність та екологічність атомних електростанцій та вітроенергетичних установок в умовах інтенсивного зростання населення і, як наслідок, зростання потреб в електроенергії з урахуванням негативного впливу на оточуюче середовище не тільки в процесі будівництва енергетичних об’єктів, але й експлуатації та утилізації після закінчення терміну експлуатації. Підкреслено, що в процесі розвитку суспільства вітрогенератори спочатку використовувалися лише для помелу зерна, відкачування води, осушування боліт, розширення сільськогосподарських угідь тощо і лише потім, у зв’язку з дефіцитом енергоресурсів, їх почали використовувати для вироблення електроенергії. Паралельно з цим такі вчені як Петро Капіца, Сергій Вавілов, Ігор Курчатов, Микола Доллежаль та інші займалися становленням ядерної енергетики. В результаті в 1954 році в місті Обнінськ була побудована перша в світі атомна електростанція потужністю 5 МВт. Це був настільки революційний прорив в електроенергетиці, що від вітроенергетики відмовились. З цього моменту кількість реакторів почала стрімко зростати, досягнувши у 2002 році цифри 438. Але починаючи з 1969 року на атомних електростанціях стали відбуватися аварії. На теперішній час сталося 22 знакових аварії, включаючи Чорнобильську в Україні у 1986 році. Не менш руйнівною була аварія у 2011 році на атомних електростанціях Оганава і Фукусіма-1 в Японії. Після Чорнобильської аварії 1986 року людство знову згадало про вітрогенератори, які здавалися абсолютно екологічними. Але в процесі експлуатації з’ясувалося, що і вони мають свої недоліки. Проте, як показав час, більшість з них можна усунути шляхом удосконаленням власне вітрогенераторів та оптимального розташування їх у вітропарках. Незважаючи на те, що всі аварії на атомних електростанціях сталися з вини обслуговуючого персоналу, атомна енергетика здатна стати безаварійною при впровадженні сучасних смарт технологій. Таким чином, як атомні, так і вітрові електростанції повинні розвиватися, доповнюючи одна одну на перекір військовій агресії росії.

Розробка професійної гри для електроенергетиків «Професіонал»

Ігор Васильович Хоменко — 2023-07-09

Розглянуто питання розробки професійної гри для навчання та тестування електроенергетиків «Професіонал». Вона базується на сучасних знаннях в галузі електроенергетики та інженерної педагогіки. Приведено основні характеристики комп’ютерної програми та вимоги до комп’ютерного забезпечення. Розробка реалізує нову методику ігрового навчання та тестування електроенергетиків і може бути використана на всіх етапах підготовки інженера-електрика. Розглянута методика базується на компетентнісних підходах. Метою розробки є активізація та підвищення ефективності навчального процесу за рахунок впровадження нових технологій навчання. Технічні можливості програмного забезпечення реалізують як індивідуальну, так і командну роботу студентів та електроенергетичного персоналу.

Вплив імпульсного опромінення водневою та гелієвою плазмою на формування твердих розчинів у тонкоплівковій гетеросистемі CdTe/CdS

Геннадій Семенович Хрипунов — 2023-07-09

Рентгендифрактометричним методом проведено дослідження впливу опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми на характер міжфазової взаємодії плівкових шарів сульфіду та телуриду кадмію, які були отримані методом гарячої стінки на скляних підкладках з прозорим електродом FTO. Під час осадження шарів CdS товщиною 0,3–0,32 мкм температура зони випарника становила 590 °C, а температура підкладки – 395 °C. Шари CdTe товщиною 3,8–4,0 мкм наносилися при температурі зони випаровування 520 °C і температурі підкладки 497 °C. Після нанесення проводилася «хлоридна» обробка гетеросистеми. Для цього на поверхню плівки телуриду кадмію без нагрівання підкладки методом термічного випаровування наносився шар хлориду кадмію товщиною 0,7 мкм. Потім проводився відпал на повітрі при температурі 410–415 °C протягом 20 хв. Склад твердих розчинів визначався за періодом кристалічної решітки у відповідності до правила Вегарда. У вихідному стані разом з кубічною фазою телуриду кадмію спостерігається наявність твердих розчинів CdTe_1-xS_x з концентрацією сірки 3 % та 8,2 %. Після опромінення гетеросистеми CdS/CdTe імпульсами водневої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 3 %. При цьому спостерігаються ще дві фази твердих розчинів CdTe_1-xS_x з концентрацією сірки 6 % та 11,5 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію у вихідному стані складала 84 %, після опромінення імпульсами водневої плазми – 82 %. В той час як фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % у вихідному стані були у відносній концентрації 7 % і 9 %, відповідно, після опромінення їх відносна концентрація стала 15 % і 3 %, відповідно. Після опромінення гетеросистем CdS/CdTe імпульсами гелієвої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 1,5 %. При цьому спостерігаються ще дві фази з концентрацією сірки 3,7 % та 7,9 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію після опромінення імпульсами водневої плазми зменшується до 79 %. В той час як відносна концентрація фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % після опромінення збільшується до 17 % і 12 %, відповідно. Різниця в еволюції фазового складу плівкової гетеросистеми CdS/CdTe під впливом опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми, яка спостерігається експериментально, може бути пов’язана з тим, що опромінення більш масивними атомами гелію призводить до більшого теплового впливу, що обумовлює плавлення.

Аналіз алгоритмів роботи диференційного релейного захисту та їх моделювання у середовищі MATLAB

Вероніка Вікторівна Черкашина — 2023-07-09

Робота присвячена виявленню перспектив програмної реалізації диференційного релейного захисту. Метою статті був аналіз алгоритмів роботи пристроїв, що дозволило створити математичну модель в програмному середовищі MATLAB з перспективою інтеграції у вигляді єдиного регіонального серверу релейного захисту до об’єднаної енергетичної системи України. Встановлено що віртуальні моделі мають як переваги, так і недоліки порівняно з цифро-аналоговими пристроями. Їхня позитивна властивість – завдяки блоковому принципу побудови можна легко змінювати не тільки параметри, але й конфігурацію первинної мережі. Недолік – налаштування віртуальних захистів відрізняється від налаштування їхніх прототипів – реальних реле і терміналів. Оцінено існуючу широко застосовану методику, розглянуто актуальні алгоритми двоступеневого диференційного релейного захисту. Встановлено, що диференційний захист має два ступені – швидкодіючу диференціальну струмову відсічку та чутливий диференційний струмовий захист із гальмуванням від наскрізного струму і відбудовою від кидків струму намагнічування. Розроблено та наведено спрощену схему фрагмента електричної системи та диференціальний релейний захист трансформатора в середовищі MATLAB. Детально розглянуто алгоритми та встановлено, що за їх допомогою та допомогою розглянутих принципів диференціального захисту в пакеті Simulink реалізовано логіку роботи моделі аналогічно логіці мікропроцесорних захистів трансформаторів «РС-83ДТ2» ТОВ «РЗА СІСТЕМЗ» і SPAD 346 C фірми ABB. За результатами моделювання отримано осцилограми первинних струмів нормального режиму й аварійних режимів із зовнішнім та внутрішнім короткими замиканнями. Встановлено перспективність використання даної моделі та алгоритмів для розробки програмного рішення для сервера релейного захисту та для майбутньої інтеграції в об’єднану енергосистему.

Дослідження зміни струмів витоку за забрудненої і зволоженої поверхні ізоляторів типу ПС-6Б, ПС-120А, ПСД-70Е повітряних ліній електропередавання

Сергій Юрійович Шевченко — 2023-07-09

В процесі експлуатації ізолятори піддаються багаторазовим забрудненням та атмосферним впливам. Це обумовлюється винесенням забруднень з промислових металургійних підприємств, хімічних комбінатів тощо та осадженням їх на поверхні ізоляторів поблизу ліній електропередачі. У нормальному режимі роботи, коли ізолятори забруднені, але їхня поверхня не піддається зволоженню, активною складовою повного струму витоку можна знехтувати. Інша справа, коли поверхня забрудненого ізолятора інтенсивно зволожується від атмосферних впливів, наприклад, дощ, туман, роса, відповідно і величина активної складової струму витоку також збільшується пропорційно провідності утвореного електроліту, шару забруднення на поверхні ізолюючої поверхні ізолятора. У статті розглянуто спосіб вимірювання струмів витоку по забрудненій поверхні різних типів скляних тарілчастих ізоляторів в лабораторних умовах зі штучним та природним забрудненням. У сухому стані забрудненими ізоляторами протікає струм витоку, який в основному залежить від електричної ємності ізолятора. Запропоновано метод обчислення активної складової струму витоку, оскільки активна складова струму витоку є основним параметром визначення втрат енергії за рахунок її розсіяння в довкілля. Наведено результати зміни величини струмів витоку в часових характеристиках після зволоження поверхневого шару забруднення до струму витоку в сухому стані поверхні ізолятора. Наведено спостереження процесів підсушування забрудненої та зволоженої поверхні від впливу струмів витоку. Досліджено утворення підсушених зон на поверхні забрудненої ізоляції тарілчастих ізоляторів повітряних ліній електропередачі за дії струмів витоку. Проведено аналіз отриманих результатів, зроблено висновки.

Перспективи створення уточненої моделі втрат на струми витоку по забрудненням на поверхнях ізоляторів

Сергій Юрійович Шевченко — 2023-07-09

Робота присвячена виявленню перспектив створення моделі втрат на струми витоку по забрудненням на поверхнях ізолятору. Метою був пошук математичних моделей, що достатньо точно опишуть втрати на струми витоку для оцінки їх значення для об’єднаної енергетичної системи України. Оцінено існуючу широко застосовану методику розрахунку втрат на струми витоку. Встановлено, що вона не є доречною, оскільки в її основі закладено використання виключно опору ізолятора з незмінним його значенням, що не відображає дійсної картини. Тому з метою покращення існуючої моделі, запропоновано іншу, в якій враховуються усі атмосферні явища, що впливають на провідність по поверхні ізолятору, серед яких тумани, мряка, дощі та роса, що фіксуються за допомогою градацій. Встановлено, що значний вплив зумовлює швидкість вітру та вологість шару забруднення на поверхні ізолятора. Наведено графіки середньої за одноразове зволоження потужності втрат електроенергії у гірлянді ізоляторів за різних кліматичних умов. Методику використано для розрахунку потужності втрат в мережі змінного струму напругою 35 кВ та наведено в таблиці. За результатами дослідження встановлено, що таким чином можна динамічно визначати втрати залежно від кліматичних умов на ізоляторах в будь-якій точці, залежно від наявних метеорологічних даних. Переглянуто методику визначення провідності шару забруднення на поверхні ізолятору. Показано яким чином представляється опір забруднення та методику його розрахунку, що дозволяє в подальшому визначити провідність забруднення, розглянуто вплив опадів на очищення поверхні ізолятора від забруднень. Встановлено, що під прямими опадами очищення ізоляторів є незначним, а вологість шару забруднення збільшується, що збільшує і його провідність. У висновках встановлено, що модель має високий потенціал та необхідність урахування діелектричних втрат.

Аналіз основних проблем, що виникають під час розпізнавання типу дефектів за результатами аналізу розчинених в маслі газів

Олег Володимирович Шутенко — 2023-08-25

У статті наведені результати аналізу основних проблем, що виникають при розпізнаванні типу дефекту в маслонаповненому обладнанні електричних мереж за результатами аналізу розчинених у маслі газів. На прикладі інтерпретації реальних результатів аналізу розчинених у маслі газів проаналізовано основні проблеми, що виникають під час розпізнавання часткових розрядів, іскрових розрядів, розрядів з низькою та високою щільністю енергії, локальних перегрівань та комбінованих дефектів із застосуванням графічного методу зі стандарту IEC 60599, квадрата ЕТRА та трикутника Дюваля. У процесі виконання аналізу виявлені наявні істотні розбіжності у нормах і критеріях, що регламентуються різними стандартами і методиками щодо інтерпретації результатів аналізу розчинених у маслі газів, для розпізнавання одного і того ж дефекту. За результатами досліджень встановлено, що практично для всіх аналізованих дефектів відмови від розпізнавання зумовлені відсутністю нормованих значень діагностичних критеріїв (значень відношень газів, відсоткового вмісту газів і відношень концентрацій газів до газу з максимальним вмістом) для деяких дефектів або комбінацій декількох дефектів. Постановка помилкових діагнозів під час розпізнавання типу дефектів маслонаповненого устаткування за результатами аналізу розчинених у маслі газів зумовлена не врахуванням значень окремих відношень газів або відсоткового вмісту окремих газів. У процесі аналізу виявлено суперечності в поставлених діагнозах, які виникають у разі використання різних діагностичних критеріїв (відношень характерних газів і відсоткового вмісту газів) стосовно одних і тих самих результатів аналізу розчинених у маслі газів. Забезпечення достовірного розпізнавання типу дефекту маслонаповненого устаткування за результатами аналізу розчинених у маслі газів можливе завдяки комплексному підходу, що включає не тільки аналіз значень відношень газів, а й аналіз відсоткового вмісту газів і номограм дефектів. Крім того принципово важливим є врахування фізико-хімічних закономірностей газоутворення в маслі, зокрема залежності газовмісту залежно від температури/енергії дефектів.