О.Л. Смольников Алюминиевый композитный усиленный провод. Электро-2007, №5. стр.28 А.А.Герасименко, В.Т.Федин Передача и распределение электрической энергии.–Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006.–720с. А.С. Куликов AERO-Z – Высокотехнологичные провода для высоковольтных линий электропередач. Третья Российская с международным участием научно-практическая конференция. Новосибирск 2008. http://www.ohl.elsi.ru/sbornik_trudov/13.pdf. МОНИТОРИНГ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДОВ КАК СРЕДСТВО
ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ВЛЭП
Руденко М.А. (КЭЛ-061(с))
Научный руководитель – Шевченко Н.Ю.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
(84457) 9-54-29, Факс: (84457) 9-43-62, E-mail: kti@kti.ru
Значительное увеличение спроса на электроэнергию за последние 10 лет требует постоянного расширения или обновления распределительных сетей энергоснабжающих предприятий. Для удовлетворения всё более растущих потребностей электросетевые компании вынуждены постоянно модифицировать существующие сети, применяя следующие классические методы:
строительство дополнительных ВЛ;
замена проводов на большие поперечные сечения;
повышение напряжения;
расщепление фазы.
Однако эти методы требуют значительных капиталовложений и времени. Отсюда возникает актуальная задача повышения передаваемой мощности воздушных линий, по возможности, избегая строительства новых линий, полной перестройки существующих линий, подвески новых цепей и т.д.
В настоящее время существует несколько основных путей решения данной задачи, а именно использование новых конструкций проводов ВЛ. Например можно в два раза увеличить пропускную способность ВЛ без усиления существующих опор, применяя высокотемпературные провода типа GTACSR, но при этом возрастают потери электроэнергии в линии [1].
Кроме перечисленных методов максимальное использование передающей способности ВЛ может быть достигнуто при наличии достоверной информации о состоянии линии (включая данные о габаритах проводов до земли, до пересекаемых линий и до древесно-кустарниковой растительности — ДКР), а также данных о температуре проводов и плотности протекающего тока.
Проектные параметры существующих ВЛЭП включают номинальные и максимально допустимые токовые нагрузки, определяющие базовый рейтинг линии (пропускную способность). Как правило, номинальные параметры устанавливаются, исходя из экономической плотности тока Je, нормированная величина которой лежит в пределах 0,5-1,0 А/мм2.
Допустимая номинальная токовая нагрузка часто нуждается в пересмотре с учетом реальных эксплуатационных условий. В процессе длительной эксплуатации ВЛЭП могут сложиться условия, требующие существенного повышения пропускной способности, например, вследствие повреждения или планового отключения одной или нескольких параллельных линий, а также при необходимости подключения новых энергоемких потребителей и т.д. Повышение пропускной способности линии и, соответственно, существенное увеличение токовой нагрузки неизбежно приводит к росту температуры нагрева проводов, к увеличению стрел их провеса, следовательно, к уменьшению габарита проводов до земли, растительности и пересекаемых объектов.
Обеспечение нормативных значений габаритов проводов до земли и пересекаемых объектов является одной из важных задач надежной и безопасной эксплуатации воздушных линий. Поэтому мониторинг температуры проводов и токовых нагрузок; оценку на основе данных мониторинга изменяющихся стрел провеса проводов и габаритов проводов до земли, выполняемую с учетом реальных метеорологических условий, следует рассматривать как одно из необходимых условий успешного решения задачи повышения пропускной способности существующих воздушных линий электропередачи [2].
В свою очередь температура провода ВЛЭП зависит от множества факторов, а именно:
температуры окружающего воздуха (т. е. климатических условий в которых эксплуатируется данная ВЛЭП);
наличия или отсутствия ветра, его скорости;
влажности окружающего воздуха;
воздействия на провод ВЛЭП солнечной радиации (пасмурная погода или ясное небо);
тока протекающего через сечение провода ВЛЭП.
Учесть и проконтролировать весь набор факторов не представляется возможным, так это приведет к резкому возрастанию капитальных затрат на сооружение системы мониторинга. Поэтому в настоящее время учету подлежат два профилирующих параметра состояния ВЛЭП: ток, протекающий по проводу и температура провода. Осуществление данного типа мониторинга можно производить при помощи датчиков ТМТ (Телеметрический Мониторинг Температуры) [3]. Которые позволяют контролировать ток и температуру провода в режиме реального времени, т. е. дежурный персонал может непосредственно контролировать параметры ВЛЭП и адекватно реагировать на изменения условий работы линии.
Данное устройство снабжено средством крепления к проводу (рис. 1). Питание устройства осуществляется, посредством отбора мощности от провода действующей линии электропередачи.
Рис. 1. Устройство ТМТ на проводе ВЛ
Численные значения измеренных температуры провода, и тока передаются по каналам сотовой телефонии на приемное устройство, установленное на пульте управления предприятия электрических сетей. Точность измерения контролируемых параметров составляет 1 °С для температуры провода и 1 А для тока. Ток провода может измеряться в диапазоне от 250 А до 2000 А. Устройство снабжено приемником сигналов системы глобального позиционирования (GPS). Благодаря этому данные измерения температуры и тока аннотируются точными временными показателями.
В РФ первым объектом для установки датчиков ТМТ является ВЛ 110 кВ «ТЭЦ2-ТЭЦ3» г.Казань. Анализ результатов аэросканирования показал, что нижние провода данной линии, расположенные ниже уровня древостоя подвержены повышенному нагреву в летний период и в условиях безветрия. В данном случае эффективным и рациональным является способ регулировки тяжения проводов.
На основе данных, полученных от датчиков ТМТ возможно построение математических моделей режимов работы воздушной линии электропередачи. Тем самым обеспечить максимально допустимую нагрузку линии без ее повреждения.
Такая система мониторинга, кроме вышеперечисленных качеств, позволяет контролировать величину стрел провеса провода, так как удлинение провода при нагреве прямо пропорционально зависит от его температуры (рис. 2 и рис. 3).
Выводы:
Учет метеорологических факторов крайне необходим при расчете максимальной мощности, которую возможно пропускать по заданному сечению провода.
Применение системы мониторинга за параметрами работающей линии существенно увеличивает эффективность ее работы в различных условиях и уменьшает риск возникновения аварийной ситуации.
Рис. 2. Зависимость габарита линии от тока
Рис. 3. Изменение температуры провода
Список литературы
1. А.С. Куликов AERO-Z – Высокотехнологичные провода для высоковольтных линий электропередач. Третья Российская с международным участием научно-практическая конференция. Новосибирск 2008.
2. Механошин Б.И., Шкапцов В.А. Повышение эффективности использования существующих ВЛ на основе анализа их технического состояния и данных мониторинга температуры проводов. Электро №6 ,2007.стр 37-41..
3. Патент РФ на изобретение № 2222858. Устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи.
КОМПОЗИЗИЦОННЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ СТОЧНЫХ ВОД
Сиволап Е.Ю. (КЭЛ-061)
Научный руководитель – Ахмедова О.О.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел.:(84457)9-45-67; факс 9-43-62; E-mail: kti@kti.ru
Основное предназначение композиционного комплексного очистителя воды – решение проблемы сточных вод медицинских учреждений так как перед ними остро стоит проблема их утилизации.
Мы предполагаем, что наша установка будет востребована на рынке, займет соответствующую нишу и за не имением конкурентных соответствующих товаров будет удачно продаваться. Больницы имеются в каждом городе странны и передо всеми стоит одна и та же проблема, следовательно наше изобретение приживется и может быть использована во всех заведениях данного типа. Продажу данного товара можно осуществлять через сеть интернет, так как доступ к ней имеется во всех регионах и субъектах РФ, а так же через медицинские периодические издания.
Наш композиционный очиститель состоит из двух основных узлов – озоновая обработка и воздействие ультразвуком ультрафиолетом и сверхвысокими частотами. В первый узел входит озонаторная камера, в которой происходит процесс насыщения небольшими дозами озона, в следствии чего все химические соединения вступают в окислительную реакцию и образуют нерастворимые частицы. Доза насыщения озоном составляет – 5 мг/л. Вода при этом мутнеет и содержит большое количество взвешенных веществ. Время воздействия около 15 минут. Проходя через угольный фильтр сточные воды становятся прозрачными, в них отсутствуют химические примеси, но остается проблема присутствия патогенных микроорганизмов. Потребляемая мощность данного узла составляет – около 100 ватт на метр кубический воды.
На второй стадии производится обеззараживание воды ультрафиолетом, ультразвуком и высокими частотами.
Ультрафиолетовая обработка воды осуществляется посредством использования трех амальгамных ламп низкого давления. Доза облучения составляет 12 мВт, при потребляемой мощности по 42 Вт для каждой лампы. Лампы расположены в шахматном порядке для наиболее эффективного облучения воды. Достаточное время воздействия – 1,13 с. Применение амальгамных ламп объясняется тем, что они имеют больший срок службы (около 12000 часов) чем обычные ультрафиолетовые лампы, а так же меньшую потребляемую мощность.
Ультразвуковое воздействие на воду осуществляется путем применения пьезоэлектрического генератора.
пьезоэлектрический эффект – если деформировать пластинку кварца, то на ее гранях появляются противоположные по знаку электрические заряды. Наблюдается и обратное явление – если к электродам кварцевой пластинки подвести электрический заряд, то ее размеры уменьшатся или увеличатся в зависимости от полярности подводимого заряда. При изменении знаков приложенного напряжения кварцевая пластинка будет то сжиматься, то разжиматься, то есть она будет колебаться в такт с изменениями напряжения. Изменение толщины пластинки пропорционально приложенному напряжению.
Принцип пьезоэлектрического эффекта используется при изготовлении излучателей УЗ-вых колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические. В качестве пьезоэлектрических материалов применяют кварц, титанат бария, фосфат аммония. Кпд пьезоэлектрических преобразователей достигает 90%, интенсивность излучения – несколько десятков Вт/см2.
При обработке проходящего потока воды ультразвуком от излучателя (интенсивность обработки составляет – 5 Вт/см2, размещенного непосредственно в камере ультрафиолетового облучателя, в воде возникают короткоживущие парогазовые “каверны”, которые появляются в момент локального снижения давления в воде и “схлопываются” при “сжатии ”воды. Скорость схлопывания очень высокая и в окрестности точек схлопывания возникают экстремальные параметры – огромные температура и давление. Вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы. “Каверны” возникают в объеме камеры ультрафиолетового излучателя с частотой несколько десятков килогерц преимущественно на неоднородностях. В качестве неоднородностей могут служить споры грибков, бактерии, играющие роль своеобразной мишени. Время воздействия – около 1,5 минут.
Под воздействием ультрафиолетового излучения в присутствии активных радикалов в объеме обрабатываемой жидкости и на поверхности воздушных пузырьков происходит процесс фотохимического окисления и обеззараживания в тысячи раз более эффективный, чем просто от воздействия ультрафиолета. Номинальная частота ультразвуковой установки составляет – 21500 Гц, при потребляемой мощности – 150 Вт.
Обработка сверхвысокими частотами производится с помощью СВЧ генератора, который состоит из магнетрона, коксиального возбудителя и амальгамной безэлектродной лампы.
При включении магнетрона 1, СВЧ-энергия генерируемых им электромагнитных колебаний (частоте 2450 МГц) через коаксиальный возбудитель 3 поступает в рабочий объем безэлектродной СВЧ-газоразрядной аргоно-ртутной амальгамной лампы 2 и в камеру. В лампе 2 зажигается СВЧ-разряд сначала в стартовом газе (аргоне), а затем в парах рабочего вещества (ртути). Часть энергии СВЧ-колебаний расходуется на поддержание СВЧ-разряда в лампе 2 и соответственно преобразуется в УФ-излучение, а часть продолжает поступать в рабочую камеру. Таким образом, все элементы устройства, размещенные в рабочей камере, облучаются ультрафиолетовым "светом" и одновременно оказываются в СВЧ-электромагнитном поле.
Таким образом, ведомая СВЧ-газоразрядная лампа становится дополнительным источником УФ-излучения. На поддержание СВЧ-разряда как лампы 2, так и других амальгамных ламп при излучении ими УФ-света расходуется относительно меньшая доля СВЧ-энергии, чем при автономном "горении" разряда в каждой из ламп, что является следствием взаимного УФ-ассистирования лампы 2 и остальных ламп.
Номинальная частота магнетрона – 9,4 ГГц. Длительность каждого импульса – 0,05 – 0,1 мкс. Время воздействия – 1 с.
Все требуемые детали находятся в свободной продаже и могут быть приобретены через сеть Интернет.
Установка отличается от существующих предшественников комплексной, двухфазной системой отчистки зачастую зараженных вод, требуемым нормами качеством и меньшими затратами на получение конечного продукта, меньшую требуемую мощность для функционирования всей установки, хорошими эксплуатационными и ремонтными характеристиками, легкой заменяемостью основных узлов установки. Аналогов данная установка не имеет.
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ СУПЕРПРОВОДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ
АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Хавроничев Д.С. (КЭЛ-061)
Научный руководитель − Хавроничев С. В.
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Тел: (84457)9-54-29, факс: (8442) 23-02-94, E-mail: epp@kti.ru
Производство и потребление различных видов энергии определяет прогресс во всех областях жизнедеятельности человека. Наряду с ростом количественных показателей энергообеспечения потребителей все большую роль начинают играть показатели качества использования энергии, что связано с рациональным согласованием параметров энергии на различных стадиях ее преобразования. Значительное место в решении возникающих при этом проблем отводится накопителям энергии (НЭ) – реверсивным устройствам для частичного или полного разделения во времени выработки и потребления энергии. В накопителях энергии осуществляется аккумулирование энергии, получаемой из электроэнергетической системы (ЭЭС), ее хранение и выдача при необходимости в энергосистему. Таким образом, накопители энергии становятся важным промежуточным звеном между системами генерирования и системами распределения и потребления энергии.
В настоящее время различают следующие типы НЭ: механические (статические, динамические, комбинированные), химические, электрохимические (аккумуляторные батареи (АБ), топливные элементы), электрические (емкостные накопители, электрохимические конденсаторы), магнитные (индуктивные и сверхпроводящие индуктивные накопители), электромагнитные (линейные), электромеханические, тепловые [1].
Из существующих НЭ наибольший интерес вызывает катушка индуктивности со свойствами сверхпроводимости.
Начало применения суперпроводящей технологии для запаса электроэнергии дало многообещающие результаты. Энергия, запасаемая в магнитном поле катушки, равна:
 , (1),
 (2)
Здесь В - индукция магнитного поля, создаваемого катушкой, Тл;  Гн/м – магнитная проницаемость воздуха; L - индуктивность катушки, Гн; I – ток в катушке, А.
Для создания магнитного поля через катушку необходимо пропускать электрический ток требуемого напряжения. Соотношение между током в катушке и напряжением имеет вид
 (3)
где R и L – активное и индуктивное сопротивления катушки соответственно. Для того чтобы запасаемая энергия находилась в устойчивом состоянии, второе слагаемое в выражении (2) должно быть равно нулю. Тогда требуемое напряжение определится как, U=IR.
Активное сопротивление катушки зависит от температуры. Если температура катушки понижается, то активное сопротивление уменьшается, как показано на рис. 1. В некоторых материалах активное сопротивление резко падает до нуля при достижении температурой критического значения (на рисунке точка Тс). Если температура ниже этой точки, то напряжение, необходимое для циркуляции тока в катушке, может быть равно нулю и зажимы катушки могут быть закорочены. Электрический ток может протекать по катушке неограниченное время. Катушка достигает суперпроводящего состояния, когда активное сопротивление становится равным нулю. Затем энергия в катушке «замораживается» [2].
Сверхпроводниковые индуктивные накопители (СПИН) представляют собой устройства, работающие на постоянном токе. Энергия магнитного поля этих устройств может храниться сколько угодно долго, если обмотки находятся при температуре ниже критической.
Рис. 1. Зависимость активного сопротивления от температуры
с наступлением явления сверхпроводимости в точке Тс.
Поскольку источником тока обычно являются сети переменного тока, необходимо в процессе заряда СПИН произвести выпрямление тока, а в процессе разряда — его инвертирование. Это достигается с помощью преобразователей, основанных на базе силовой современной электроники, которые имеют достаточно высокое значение КПД (97-98 % и выше). Схема связи СПИН с электрической сетью показана на рис. 2.
Удельная энергия, запасаемая в СПИН, тем выше, чем выше индукция магнитного поля. СПИН состоит из трех основанных элементов: собственно сверхпроводниковой магнитной системы (CMC), устройства связи CMC с электрической сетью и устройства криостатирования [3,с.562].
Рис. 2. Схема включения СПИН в электрическую сеть.
Устройство СПИН представлено на рис. 3.
Характерные размеры таких СПИН составляют сотни метров и для их размещения предлагается использовать подземные выработки со скальным грунтом, воспринимающие большие электромагнитные силы.
Основными преимуществами суперпроводящей системы аккумулирования энергии перед другими системами являются:
- высокий КПД (до 95-98%) схемы преобразования;
- больше срок службы - около 30 лет;
- нагрузочное и разгрузочное время может быть крайне коротким (до 10-3 с), что способствует запасу большого количества энергии за короткое время, если это необходимо;
- нет движущихся частей в главной системе, за исключением системы охлаждения.
Рис. 3. Устройство СПИН.
В суперпроводящей энергосохраняющей системе самый дорогой элемент – это катушка с низкотемпературным суперпроводником (НТСП). До сегодняшнего дня часто применялся сплав титана и ниобия, который имеет критическую температуру около 9 К. Это требует в качестве охладителя жидкого гелия с температурой около 4 К. В 1986 году обнаружены высокотемпературные суперпроводники (ВТСП), что увеличило интерес к этой технологии. Сейчас изготавливаются три вида высокотемпературных суперпроводящих материалов из смеси висмута и иттрийкупрата. Эти суперпроводники имеют критическую температуру около 100 К [2]. К тому же они могут охлаждаться жидким нитрогеном, который требует на порядок меньшей величины энергии для охлаждения. Как результат – многочисленные программы по всему миру по внедрению в промышленность этого способа аккумулирования энергии.
Список литературы
Сошинов А. Г., Угаров Г. Г. Накопители энергии в электроэнергетических системах: учебное пособие / ВолгГТУ. - Волгоград : РПК "Политехник" , 2007 . - 106с.
Удалов, С.Н. Возобновляемые источники энергии / Удалов С.Н., - Новосибирск: НГТУ, 2007 . - 431 с.
Основы современной энергетики: в 2 т. Том 2. Современная электроэнергетика / под ред. Профессоров А. П. Бурмана и В. А. Строева – М.: Издательский дом МЭИ, 2008 – 632 с.
|
