Електротехніка та електроенергетика - 2018, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27324
Browse
Recent Submissions
Item Комбінована мобільна система основного і резервного живлення електроспоживачів малої та середньої потужності(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Шкрабець, Ф. П.; Бердник, В. В.; Shkrabets, F. P.; Berdnyk, V. V.UK: Мета. Мета роботи полягає в розробці мобільної комбінованої системи основного і резервного живлення на основі відновлюваних і традиційних джерел енергії для електроживлення малопотужних споживачів у віддалених від загальної електромережі регіонах; в описанні конструкції запропонованої системи; в розробці блок-схеми алгоритму контролю і управління елементами системи задля досягнення найбільш ефективного енергоживлення споживачів при подальшому впровадженні та удосконаленні системи. Методи дослідження. Для проведення досліджень використані: метод аналітичної обробки оглядових матеріалів з питання стану розвитку альтернативної енергетики на сучасному етапі та існуючих на сьогодні проблем, щодо енергозабезпечення малопотужних віддалених енергоустановок, а також шляхів їх подолання завдяки моделюванню можливих систем безперебійного живлення; метод системного аналізу комплексної оцінки потенціалу комбінованої мобільної системи основного та резервного живлення на основі сучасних комп’ютерних технологій. Отримані результати. При аналізі матеріалів робіт відповідно до тематики дослідження, виявлено та доведено доцільність створення та подальшого удосконалення систем комбінованого електроживлення малопотужних споживачів з метою забезпечення енергобалансу Дніпровського регіону (Україна). Запропоновано варіант конструкції комбінованої системи на основі традиційних і відновлюваних джерел: зокрема, розроблено блок-схему алгоритму контролера управління комбінованою системою. Представлено механізм u1076 дії запропонованої блок-схеми алгоритму, а також отримані та проаналізовати графічні залежності: коефіцієнту потужності від величини швидкохідності вітроагрегату CP=f(Z); механічного моменту вітротурбіни від коефіцієнту швидкохідності реальної вітроустановки M=f(Z). Представлено результати розрахунку виробітку електроенергії, W, [кВт.год] протягом року потенційною вітроелектроустановкою. Наукова новизна полягає в запропонованій блок-схемі алгоритму контролю і управління комбінованою системою резервного електропостачання, яка дозволяє двигунам вітроустановки та дизельного агрегату поперемінно працювати на один загальний електрогенератор. Практична цінність роботи полягає у створенні системи гарантованого енергозабезпечення та розподілу електроенергії для малопотужних споживачів енергії різного призначення; підвищенні ефективності, гнучкості та надійності системи і, в кінцевому рахунку, зменшенні енергетичної залежності країни від імпорту традиційних викопних енергоресурсів, перетворення яких призводить до негативних наслідків щодо екології країни. Впровадження запропонованої блок-схеми алгоритму контролю і управління енергосистемою дозволить знизити витрати на її обслуговування, наприклад, поточний ремонт, тощо та, відповідно, вартість системи вцілому. EN: Purpose. The objective of research is to develop a version of combined mobile system of the main and backup power supply based on renewable and traditional energy sources for low-power consumers in regions distant from the main electricity grid; to describe the design of the proposed system; to develop a block diagram of the control and management algorithm for the system elements aimed at achieving more efficient energy supply to consumers in case of further implementation of the system,. Methodology. To attain the research objective, the following methods have been employed: the method of analytical processing of the reviewed materials on current state of alternative energetics, on problems related to energy supply for low-power remote consumers, and on ways of solving the problems identified by means of simulating potential uninterruptible power systems; the method of system analysis of complex estimation based on modern computer technologies as for the combined mobile system of the main and backup power supply potential. The results obtained. The expediency of development and further improvement of such combined power supply systems intended for low-power consumers with the purpose of providing the energy balance in the Dnipro region (Ukraine) has been revealed and proved. A version of the combined system based on traditional and renewable sources of power is proposed and described. The block diagram of the combined system controller algorithm is developed. The mechanism of action of the presented algorithm is determined, as well as the graphical dependences of the power factor on the speed of the wind turbine CP=f(Z), and of mechanical torque of the wind turbine on the coefficient of its speed M=f(Z) are obtained and analyzed. The results of calculation as for electric power generated by potential wind power plant W, [kWh] during the year are presented. Scientific novelty consists in the proposed block diagram of the control and management algorithm as regards the combined backup power supply system, that allows wind turbine engines and diesel units to alternately operate on a single generating unit. The practical value of study is further development of the system which provides guaranteed uninterruptible energy supply and distribution of electric energy intended for low-power energy consumers to satisfy their needs; increasing the efficiency, flexibility and reliability of the system and, ultimately, reducing the energy dependence of the country on the import of traditional fossil energy resources, the conversion of which leads to negative consequences for the country's ecology. The implementation of the proposed block diagram of the control and management algorithm will reduce the cost of the system and the cost of its maintenance, for example, current repairs, etc.Item Analysis of electrotechnical properties of innovative high-temperature wires for overhead power transmission lines(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Lushchin, S. P.; Borovskih, A. V.; Borovskih, M. V.; Лущин, Сергій Петрович; Борковських, А. В.; Борковських, М. В.EN: Purpose. Determination of the capacity of wires of overhead power transmission lines based on innovative materials without changing the currently used structures, as well as the possibility of increasing the voltage class of overhead transmission lines when using wires based on aluminum-zirconium materials. Methodology. Analytical method for determining the throughput capacity of overhead power transmission lines. Comparative analysis of electrical characteristics of wires of overhead power transmission lines. Findings. The possibility of increasing the capacity of overhead power transmission lines while maintaining the wire cross-section, using an innovative material based on an aluminum-zirconium alloy, has been proved. The reduction of the weight of the wire based on innovative materials is justified, while maintaining the current throughput. The advantages and disadvantages of European wire structures for overhead power transmission lines are revealed using innovative material based on an aluminum-zirconium alloy. The optimal design of wires based on the innovative material of the aluminum-zirconium alloy for overhead transmission lines, permissible for use on the territory of Ukraine, has been determined. Originality. The expediency of using the traditional designs of the wires of overhead power transmission lines has been proved, in the case of using innovative material. The possibility of increasing the voltage class of overhead power transmission lines using wires based on aluminum-zirconium materials has been substantiated. Practical value. The results are obtained regarding the electrical resistance of overhead power transmission lines to peak loads, taking into account the low costs of modernization with the use of an innovative material based on an alloy of aluminum and zirconium. The use of innovative material creates conditions for increasing the voltage class of overhead power transmission lines, which allows increasing the transmitted power to the consumer. The use of materials based on aluminum-zirconium alloys makes it possible to carry out measures for the reconstruction of electric supply networks without replacement of supports and additional work on land allocation, as in the case of reconstruction without increasing the voltage line class of power lines, and in case of increasing the voltage class. UK: Мета роботи. Визначення пропускної здатності проводів повітряних ліній електропередачі на основі інноваційних матеріалів без зміни використовуваних в даний час конструкцій, а також можливості підвищення класу напруги повітряних ліній електропередачі при використанні проводів на основі алюмінієво-цирконієвих матеріалів. Методи дослідження. Аналітичний метод визначення пропускної здатності проводів повітряних ліній електропередачі. Порівняльний аналіз електротехнічних характеристик проводів повітряних ліній електропередачі. Отримані результати. Доведено можливість збільшення пропускної спроможності повітряних ліній електропередачі при збереженні перетину дроту, при використанні інноваційного матеріалу на основі сплаву алюміній-цирконій. Обґрунтовано зниження маси дроту на основі інноваційних матеріалів при збереженні пропускної здатності по току. Виявлено переваги та недоліки європейських конструкцій проводів для повітряної ліній електропередачі при використанні інноваційного матеріалу, на основі сплаву алюміній-цирконій. Визначено оптимальну конструкцію проводів на основі інноваційного матеріалу зі сплаву алюміній-цирконій для повітряних ліній електропередач, допустима для використання на території України. Наукова новизна. Доведено доцільність використання традиційних конструкцій проводів повітряних ліній електропередачі, u1074 в разі застосування інноваційного матеріалу. Обґрунтовано можливість підвищення класу напруги повітряних ліній електропередачі при використанні проводів на основі алюмінієво-цирконієвих матеріалів. Практична цінність. Отримано результати щодо електричної стійкості повітряних ліній електропередачі до пікових навантажень, з урахуванням незначних витрат на модернізацію при використанні інноваційного матеріалу на основі сплаву алюмінію і цирконію. Використання інноваційного матеріалу створює умови для підвищення класу напруги повітряних ліній електропередач, що дозволяє проводити збільшення переданої потужності до споживача. Використання матеріалів на основі алюмінієво-цирконієвих сплавів дозволяє проводити заходи щодо реконструкції мереж електричного постачання без заміни опор та додаткових робіт щодо землевідведення, як у випадку проведення реконструкції без збільшення класу напруги лінії електропередач, так і в разі підвищення класу напруги.Item Умови теплообміну в контейнері сухого зберігання відпрацьованого ядерного палива енергетичних реакторів(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Альохіна, С. В.; Alyokhina, S.UK: Мета роботи. Обґрунтування безпеки експлуатації сухого сховища відпрацьованого ядерного палива енергетичних реакторів ВВЕР-1000 Запорізької АЕС шляхом проведення чисельних досліджень теплових процесів в контейнері сухого зберігання. Методи дослідження. Математичне моделювання, чисельне розв’язання прямих спряжених та обернених задач теплообміну. Отримані результати. Отримані розподіл температур та коефіцієнтів тепловіддачі на поверхнях направляючих труб в корзині зберігання відпрацьованих паливних збірок енергетичних реакторів ВВЕР-1000 Запорізької АЕС. Із застосуванням ітеративної методики моделювання теплових процесів отримані детальні поля температур відпрацьованих паливних збірок в корзині зберігання. Визначені максимальні температури в кожній з відпрацьованих збірок та ідентифіковані місця розташування найбільш гарячих твелів. Наукова новизна. Вперше із застосуванням ітеративної методики моделювання теплових процесів при сухому зберіганні відпрацьованого ядерного палива отримано детальну інформацію про теплові процеси в середині корзини з відпрацьованим паливом в нормальних умовах експлуатації. Практична цінність. Підтверджено безпеку зберігання відпрацьованого ядерного палива реакторів ВВЕР 1000 у сухому сховищі Запорізької АЕС. Отримані результати доцільні для використання при створенні науково-методологічних основ безпеки сухого зберігання відпрацьованого палива енергетичних реакторів, а також корисні при розробці та впровадженні конструктивних та технологічних рішень стосовно створення або модернізації обладнання зберігання відпрацьованого ядерного палива енергетичних реакторів. EN: Purpose. The safety substantiation of the spent nuclear fuel of power reactors WWER-1000 of Zaporizhska NPP dry storage facility operation by carrying out of numerical study of the thermal processes inside dry storage container. Methodology. Mathematical modeling, numerical solving of the direct and inverse heat transfer problems. Findings. The distribution of temperatures and heat transfer coefficients on the surfaces of guide tubes inside storage cask with spent fuel assemblies of power reactors WWER-1000 of Zaporizhska NPP are obtained. With usage of the iterative methodology of thermal processes modeling the detailed temperature fields of spent fuel assemblies inside storage cask are obtained. The maximum temperatures in each spent fuel assembly are defined and the places of the most heated fuel rods are identified. Originality. For the first time with usage of iterative methodology of thermal processes modeling at the dry spent nuclear fuel storage the detailed information about thermal processes inside storage cask with spent fuela under normal conditions of operations is obtained. Practical value. The safety of spent nuclear fuel of reactors WWER-1000 in the dry storage facility of Zaporizhska NPP is confirmed. The obtained results are reasonable for usage at development of scientific-methodological basis of safety of the dry storage of spent nuclear fuel of power reactors, and also useful at development and implementation of designs of creation and modernization of equipment for spent nuclear fuel.Item Граничные условия теплообмена в концевых уплотнениях ЦВД и ЦНД турбины К-1000-60/3000(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Черноусенко, О. Ю.; Бутовский, Л. С.; Никуленкова, Т. В.; Беднарская, И. С.; Черноусенко, О. Ю.; Бутовський, Л. С.; Нікуленкова, Т. В.; Беднарська, І. С.; Chernousenko, O. Yu.; Butovskyi, L. S.; Nikulenkova, T. V.; Bednarska, I. S.RU: Цель работы. Исследование режимов работы влажно-паровой турбины мощностью 1000 МВт, разработка методики расчета и определении граничных условий теплообмена для концевых уплотнений роторов высокого и низкого давлений на переменных режимах работы энергоблоков для последующего выполнения оценки малоцикловой усталости роторов турбины К-1000-60/3000, определение степени возможной поврежденности основного метала, расчета остаточной наработки, а также индивидуального ресурса. Методы исследования. При моделировании геометрии уплотнений на первом этапе поверочного расчета разработана методика создания пространственных конструкций элементов турбомашин с применением для РВД и РНД программного продукта Solid Works и математического метода расчета, который заложен в нем (метод конечных элементов). Полученные результаты. Выполнены расчеты граничных условий участков концевых уплотнений РВД и РНД при пусках из холодного, неостывшего и горячего состояний с учетом изменения режимных параметров. Установлено, что значение коэффициента теплообмена увеличивается с ростом мощности турбины и имеет максимальную величину при номинальном режиме. Максимальная величина коэффициента теплоотдачи для РВД α =2168,8 Вт/(м2·К), для РНД α = 701,5Вт/(м2·К). Получена аппроксимирующая зависимость коэффициента теплоотдачи для начального участка ротора высокого давления от относительного расхода пара на турбину в диапазоне 0,4 – 1,0. Научна новизна. Авторами впервые проведены расчеты значений коэффициента теплоотдачи для концевых уплотнений роторов высокого и низкого давлений для трех видов пуска – из холодного, неостывшего и горячего состояния в зависимости от теплового состояния роторов и относительного расхода пара на турбину. Полученная аппроксимирующая зависимость коэффициента теплоотдачи для начального участка ротора высокого давления от относительного расхода пара на турбину в диапазоне 0,4 – 1,0 дает возможность выполнить необходимые расчеты при других видах пусков и температурном состояний роторов. Практическая ценность. Полученные результаты расчетов коэффициента теплоотдачи на участках концевых уплотнений РВД и РНД при пусках из различных тепловых состояний дают возможность рассчитать термонапряженное состояние роторов турбины и оценить величину малоцикловой усталости роторов ЦВД и ЦНД. UK: Мета роботи. Дослідження режимів роботи волого-парової турбіни потужністю 1000 МВт, розробка методики розрахунку і визначення граничних умов теплообміну для кінцевих ущільнень роторів високого та низького тисків на змінних режимах роботи енергоблоків для подальшого виконання оцінки малоциклової втоми роторів турбіни К-1000-60/3000, визначення ступеня можливого пошкодження основного металу, розрахунку залишкового напрацювання, а також індивідуального ресурсу. Методи дослідження. При моделюванні геометрії ущільнень на першому етапі перевірочного розрахунку розроблена методика створення просторових конструкцій елементів турбомашин з застосуванням для РВД і РНД програмного продукту Solid Works. Отримані результати Виконано розрахунки граничних умов ділянок кінцевих ущільнень РВТ і РНТ при пусках з холодного, неостиглого і гарячого станів з урахуванням зміни режимних параметрів. Встановлено, що значення коефіцієнту теплообміну збільшується з ростом потужності турбіни і має максимальну величину при номінальному режимі. Максимальна величина коефіцієнта тепловіддачі для РВТ α =2168,8 Вт/(м2·К), для РНТ α = 701,5 Вт/(м2·К). Отримано залежність коефіцієнту тепловіддачі для початкової ділянки РВТ від відносної витрати пари на турбіну в діапазоні 0,4 – 1,0. Наукова новизна. Авторами вперше проведено розрахунки значень коефіцієнту тепловіддачі для кінцевих ущільнень ЦВТ і ЦНТ для трьох видів пуску – із холодного, неостиглого і гарячого станів в залежності від теплового стану роторів і відносної витрати пари на турбіну. Отримана апроксимуюча залежність коефіцієнту тепловіддачі для початкової ділянки РВТ від відносної витати пари на турбіну дає можливість виконувати необхідні розрахунки при різних видах пусків турбіни і температурному стані роторів. Практична цінність. Отримані результати розрахунків щодо коефіцієнтів тепловіддачі на ділянках кінцевих ущільнень РВТ і РНТ при пусках з різних теплових станів дають можливість розрахувати термонанапружений стан роторів турбіни і оцінити величину мало циклової втоми роторів ЦВТ і ЦНТ. EN: Purpose. Investigation of operating conditions of a wet-steam turbine with a capacity of 1000 MW, development of a calculation procedure and determination of the boundary conditions for heat transfer for end seals of high and low pressure rotors in the variable operating modes of power units for the subsequent evaluation of low cycle fatigue of the K-1000-60 / 3000 turbine rotors, determining the degree of possible damage to the main metal, calculating the residual operating time, as well as an individual resource. Methodology. When modeling the geometry of the seals, the first stage of verification calculation developed a technique for creating spatial structures of turbomachine elements using the Solid Works software and the mathematical calculation method, which is embedded in it (the finite element method) for the RVD and RND. Findings. The boundary conditions of the sections of the end seals of the RVD and RND at the starts from cold, non-heated and hot states are calculated taking into account the change in the regime parameters. It is established that the value of the heat transfer coefficient increases with increasing turbine power and has a maximum value at the nominal mode. The maximum value of the heat transfer coefficient for the RVD is α = 2168.8 W / (m2 K), for RND α = 701.5 W / (m2 · K). An approximating dependence of the heat transfer coefficient for the initial section of the high-pressure rotor on the relative steam consumption on the turbine in the range 0.4-1.0 has been obtained. Originality. The authors for the first time calculated the values of the heat transfer coefficient for the end seals of high and low pressure rotors for three types of starting-from a cold, non-heated and hot state, depending on the thermal state of the rotors and the relative steam flow to the turbine. The approximated dependence of the heat transfer coefficient for the initial section of the high-pressure rotor on the relative steam consumption on the turbine in the range 0.4-1.0 makes it possible to perform the necessary calculations for other types of starts and the temperature states of the rotors. Practical value. The results of calculating the heat transfer coefficient at the sections of the RVD and RND end seals during starts from different thermal states make it possible to calculate the thermally stressed state of the turbine rotors and to estimate the value of the low-cycle fatigue of the CVP and LPC rotors.Item Уточнюючий підхід до визначення функціональних залежностей відносних магнітних проникностей анізотропних холоднокатаних електротехнічних сталей(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Дівчук, Тетяна Євгеніївна; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Яримбаш, Сергій Тимофійович; Килимник, Ірина Михайлівна; Коцур, Михайло Ігорович; Безверхня, Юлія Сергіївна; Divchuk, T. E.; Yarymbash, D. S.; Yarymbash, S. T.; Kylymnyk, I. M.; Kotsur, M. I.; Bezverkhnia, Yu. S.UK: Мета роботи. Розробити ефективний підхід до визначення математичних функціональних співвідношень для високоточного опису нелінійних залежностей відносної магнітної проникності від індукції магнітного поля із врахуванням анізотропії сучасних марок холоднокатаних електротехнічних сталей, що застосовуються у виробництві нових серій силових трансформаторів. Методи дослідження. Дослідження проводилися із застосуванням методів інтерполяції, апроксимації, регресійного аналізу, математичної фізики, теорії електромагнітного поля. Отримані результати. Проведені дослідження методів функціонального представлення нелінійних характеристик намагнічування феромагнітних матеріалів, у тому числі, холоднокатаних анізотропних електротехнічних сталей. Запропонований уточнюючий підхід до збільшення розмірності вихідних даних на основі методу сплайн-інтерполяції на базисі поліномів Ерміта для цифрованих даних характеристик намагнічування, що виключає збільшення похибок визначення відносних магнітних проникностей на ділянках між вузловими значеннями магнітної індукції. Для математичного опису залежностей відносної магнітної проникності від індукції магнітного поля розроблений спеціальний функціональний базис із функціями Гауса і додатковими функціями похибок, що забезпечує безперервність похідних різних порядків при фіксованих значень кутів між напрямом прокатування анізотропної електротехнічної сталі та магнітного потоку. Застосовано метод нелінійної регресії у структурі вбудованих функцій прикладного пакету MathCAD для високоточного визначення векторів коефіцієнтів регресії у функціональних описах відносних магнітних проникностей. Шляхом верифікації і валідіції результатів уточнюючої нелінійної регресії із даними розрахунків за узагальненою методикою та з експериментальними даними доводиться істотне зменшення відносних похибок, що не перевищують 1,62% при фіксованих значень кутів між напрямом прокатування анізотропної електротехнічної сталі та магнітного потоку. Застосування нових рівнянь регресії істотно покращує умови для польового моделювання електромагнітних полів у режимі неробочого ходу силового трансформатора в структурі засобів Comsol Multiphysics, забезпечуючи стійкість ітераційних обчислювальних процесів. Наукова новизна. Реалізований новий підхід до збільшення розмірності вхідних масивів на основі сплайнінтерполяції масивів цифрованих даних характеристик намагнічування для фіксованих значень кутів між напрямами прокатування електротехнічної сталі і магнітного потоку. Для рівнянь нелінійної регресії розроблений новий функціональний базис із функціями Гауса та додатковими функціями похибок для математичних описів із безперервними похідними для залежностей відносних магнітних проникностей анізотропних холоднокатаних електротехнічних сталей від індукції магнітного поля із високою точністю в інтервалі зміни кутів між напрямами прокатування та магнітного потоку від 0о до 90о. Практична цінність. Запропоновані у роботі підходи і методики для базису функцій Гауса і додаткових функцій похибок дозволяють істотно підвищити точність визначення нелінійних характеристик анізотропних електротехнічних сталей і зменшити відносні похибки до 1,62% при зміні кутів між напрямами прокатування та магнітного потоку від 0о до 90о. EN: Purpose. To develop an effective approach for the determination of mathematical functional relationships for the high-precision description of the nonlinear dependences of the permeability on the magnetic flux density, taking into account the anisotropy of modern cold-rolled electrotechnical steel, which are used in the production of new series of power transformers. Methodology. The researches were carried out using interpolation methods, approximation, regression analysis, mathematical physics, electromagnetic field theory. Findings. The methods of functional conception of nonlinear characteristics of magnetization of ferromagnetic materials, including cold-rolled anisotropic electrotechnical steels, are researched. An adjustment approach is proposed to increase the dimension of the initial data, based on the spline interpolation method on the Hermite polynomial basis for the digital data of the magnetization characteristics. This excludes an increase of the errors in determining the permeabilities in the sections between the nodal values of the magnetic flux density. For a mathematical description of the dependences of the permeability on the magnetic flux density, a special functional basis with Gaussian functions and additional error functions has been developed, that ensures the continuity of derivatives of various orders at fixed angular values between the rolling direction of anisotropic electrical steel and magnetic flux. The method of nonlinear regression in the structure of function package of the Mathcad software for the high-precision determination of regression coefficient vectors in functional descriptions of permeabilities is applied. With the help of verification and validation of the results, which adjusting nonlinear regression with computational data using the generic method and with experimental data, a significant decrease in the relative errors that do not exceed 1.62% for fixed angles between the direction of rolling of anisotropic electrical steel and magnetic flux is obtained. The application of the new regression equations substantially improves the conditions for the field simulation of electromagnetic fields in the open-circuited mode of the power transformer in the Comsol Multiphysics software, and ensures the stability of iterative computing processes. Originality. A new approach to increasing the dimension of input arrays, based on spline interpolation of digital data arrays of magnetization characteristics for fixed angles between the directions of rolling of the electrical steel and magnetic flux is implemented. For nonlinear regression equations, a new functional basis with Gaussian functions and additional error functions for mathematical descriptions with continuous derivatives for the dependences of the permeabilities of anisotropic cold-rolled electrotechnical steels on the magnetic flux density with high accuracy in the range of angles variation between the rolling directions and magnetic flux from 0º to 90º. Practical value. The approaches and techniques for the basis of Gaussian functions and additional error functions proposed in this paper make it possible to significantly improve the accuracy of determining the nonlinear characteristics of anisotropic electrotechnical steels. Also to reduce the relative errors to 1.62% when the angles between directions of rolling of the electrotechnical steels and magnetic flux vary from 0° to 90°.