ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Термодинамический анализ и оптимизация параметров вторичного перегрева в турбодетандерных установках на низкокипящих рабочих телах
Get PDFThe paper presents a thermodynamic analysis of secondary overheating in turbo-expander plants on low-boiling working fluids. The possibility of optimizing the parameters of the working fluid in a secondary stem superheater has been studied. The research was carried out for two typical turbo-expander cycles: with a heat exchanger at the outlet of the turbo-expander, intended for cooling an overheated low-boiling working fluid, and without a heat exchanger. Cycles in T–s coordinates were constructed for the studied schemes. The influence of pressure and temperature in the intermediate superheater on the exergetic efficiency of the turbo-expander unit was studied. Thus, the dependences of the exergetic efficiency and losses on the elements of the turbo-expander cycle are obtained when the temperature of the working fluid changes and pressure of the working fluid not changes in the intermediate superheater, and when the pressure changes and the temperature does not change. As a low-boiling working fluid, the ozone-safe freon R236EA is considered, which has a “dry” saturation line characteristic, zero ozone layer destruction potential, and a global warming potential equal to 1370. It has been determined that increasing the parameters of the low-boiling working fluid in front of the low-pressure turbo expander (regardless of the scheme of the turbo expander cycle) does not always cause an increase in the exergetic efficiency. Thus, overheating of the working fluid at a pressure exceeding the critical pressure causes a positive exergetic effect, but for each temperature there is an optimal pressure at which the efficiency will be maximum. At a pressure below the critical pressure, overheating leads to a decrease in the exergetic efficiency, and the maximum exergetic effect is achieved in the absence of a secondary steam superheater. All other things being equal, a turbo-expander cycle with a heat exchanger is more efficient than without it over the entire temperature range and pressure of the low-boiling working fluid under study.В работе представлен термодинамический анализ вторичного перегрева в турбодетандерных установках на низкокипящих рабочих телах. Изучена возможность оптимизации параметров рабочего тела во вторичном пароперегревателе. Исследования проводились для двух характерных турбодетандерных циклов: с теплообменным аппаратом на выходе из турбодетандера, предназначенным для охлаждения перегретого низкокипящего рабочего тела, и без теплообменного аппарата. Для исследуемых схем построены циклы в T–s-координатах. Изучено влияние давления и температуры в промежуточном перегревателе на эксергетический коэффициента полезного действия турбодетандерной установки. Получены зависимости эксергетического КПД и потерь по элементам турбодетандерного цикла при изменении температуры и неизменном давлении рабочего тела в промежуточном пароперегревателе, а также при изменении давления и неизменной температуре. В качестве низкокипящего рабочего тела рассмотрен озонобезопасный фреон R236EA, имеющий «сухую» характеристику линии насыщения, нулевой потенциал разрушения озонового слоя и потенциал глобального потепления, равный 1370. Установлено, что повышение параметров низкокипящего рабочего тела перед турбодетандером низкого давления (независимо от схемы турбодетандерного цикла) не всегда приводит к повышению эксергетического КПД. Так, перегрев рабочего тела при давлении, превышающем критическое, приводит к положительному эксергетическому эффекту. Однако для каждой температуры существует оптимальное давление, при котором КПД будет максимальным. При давлении ниже критического перегрев приводит к снижению эксергетического КПД и максимальный эксергетический эффект достигается при отсутствии вторичного пароперегревателя. При прочих равных условиях турбодетандерный цикл с теплообменным аппаратом более эффективен, чем без него, на всем исследуемом интервале температур и давлений низкокипящего рабочего тела
Математическая модель и характеристики асинхронного двигателя при питании от источника тока
Get PDF. Methods and mathematical models for studying the modes and characteristics of the three-phase squirrel-cage induction motor with the power supplied to the stator winding from the current source have been developed. The specific features of the algorithms for calculating transients, steady-state modes and static characteristics are discussed. The results of the calculation of the processes and characteristics of induction motors with the power supply from the current source and the voltage source are compared. Steady-state and dynamic modes cannot be studied with a sufficient adequacy based on the known equivalent circuits; this requires using dynamic parameters, which are the elements of the Jacobi matrix of the system of equations of the electromechanical equilibrium. In the mathematical model, the state equations of the stator and rotor circuits are written in the fixed two-phase coordinate system. The transients are described by the system of differential equations of electrical equilibrium of the transformed circuits of the motor and the equation of the rotor motion and the steady-state modes by the system of algebraic equation. The developed algorithms are based on the mathematical model of the motor in which the magnetic path saturation and skin effect in the squirrel-cage bars are taken into consideration. The magnetic path saturation is accounted for by using the real characteristics of magnetizing by the main magnetic flux and leakage fluxes of the stator and rotor windings. Based on them, the differential inductances are calculated, which are the elements of the Jacobi matrix of the system of equations describing the dynamic modes and static characteristic. In order to take into account the skin effect in the squirrel-cage rotor, each bar along with the squirrel-cage rings is divided height-wise into several elements. As a result, the mathematical model considers the equivalent circuits of the rotor with different parameters which are connected by mutual inductance. The non-linear system of algebraic equations of electrical equilibrium describing the steady-state modes is solved by the parameter continuation method. To calculate the static characteristics, the differential method combined with the Newton’s Iterative refinement is used.Разработаны методы и математические модели для исследования режимов и характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при питании обмотки статора от источника тока. Изложены особенности созданных на их основе алгоритмов расчета переходных процессов, установившихся режимов и статических характеристик. Приведено сравнение результатов расчета процессов и характеристик асинхронных двигателей при питании от источника тока и источника напряжения. Исследование установившихся и динамических режимов не может быть осуществлено с достаточной адекватностью на основе известных схем замещения и требует использования динамических параметров, являющихся элементами матрицы Якоби системы уравнений электромеханического равновесия. В математической модели уравнения состояния контуров статора и ротора составлены в неподвижной двухфазной системе координат. Переходные процессы описываются системой дифференциальных уравнений электрического равновесия преобразованных контуров двигателя и уравнением движения ротора, а установившиеся режимы – системой алгебраических уравнений. В основу разработанных алгоритмов положена математическая модель двигателя, в которой учитываются насыщение магнитопровода и явление скин-эффекта в стержнях короткозамкнутой обмотки. Для учета насыщения используются реальные характеристики намагничивания основным магнитным потоком и потоками рассеяния обмоток статора и ротора. На их основе вычисляются дифференциальные индуктивности, которые являются элементами матрицы Якоби систем уравнений, описывающих динамические режимы и статические характеристики. С целью учета скин-эффекта в обмотке короткозамкнутого ротора каждый стержень вместе с короткозамыкающими кольцами разбивается по высоте на несколько элементов. В результате в математической модели рассматриваются эквивалентные обмотки ротора с разными по значению параметрами, между которыми существуют взаимоиндуктивные связи. Решение нелинейной системы алгебраических уравнений электрического равновесия, которой описываются установившиеся режимы, выполняется методом продолжения по параметру. Для расчета статических характеристик используется дифференциальный метод в сочетании с итерационным уточнением методом Ньютона
Исследование возникновения резонанса при воздействии динамических усилий на конструктивные элементы электроустановок
Get PDFThe increase in the levels of short-circuit currents in the power system of the Republic of Belarus requires the study of the parameters of the electrodynamic stability of the main structural elements of electrical installations with flexible conductors. In case of a short circuit in the network, currents tenfold exceeding the rated one hundreds of times can flow through the current-carrying part of the device. When the magnetic fields formed by these currents interact, significant electromagnetic forces arise, which have a destructive effect both on the current-carrying parts themselves and on the structural elements of electrical installations, viz. support insulators, switching devices, measuring equipment. The movement of the wires in a short-circuit mode leads to the appearance of significant dynamic loads in them, which, in turn, are transmitted to the portals, support insulators and electrical devices. A topical problem is the occurrence of unacceptable mechanical forces in the main structural elements that can cause their destruction. Thus, the analysis of the physical and mechanical parameters and geometric dimensions of the flexible busbar of switchgear shows that a violation of the condition of electrodynamic resistance to tension is unlikely due to the high mechanical strength of the large-section steel-aluminum wires used. At the same time, span-limiting portals, support insulators and other electrical devices have significantly lower permissible bending loads. When exposed to dynamic forces, the conductors bend and transfer the load to the structural elements which have certain elasticity. Thus, a reliable determination of dynamic loads, taking into account the current-carrying parts acting on the supporting structures, is possible only if a dynamic task is set. The article describes the methods of mathematical modeling and computational experiment for analyzing the parameters of the electro-dynamic stability of the main structural elements which are determined using coefficients that depend on the natural frequencies of oscillations and the nature of changes in dynamic forces over time. To solve these problems, mathematical models are compiled and boundary value problems are formulated for calculating the electrodynamic stability of structural elements, taking into account the possible coincidence of the frequencies of natural and forced oscillations of structural elements taking into account the probable coincidence of the frequencies of forced and natural vibrations of structural elements.Рост уровней токов короткого замыкания в энергосистеме Республики Беларусь требует исследования параметров электродинамической стойкости основных конструктивных элементов электроустановок с гибкими проводниками. В режиме короткого замыкания по проводникам электроустановок протекают токи, в сотни раз превышающие токи рабочего режима. При взаимодействии магнитных полей, образованных этими токами, возникают значительные электромагнитные усилия, оказывающие разрушающее воздействие как на сами токоведущие части, так и на конструктивные элементы электроустановок: опорные изоляторы, коммутационные аппараты, измерительную аппаратуру. Движение проводов в режиме короткого замыкания приводит к появлению в них существенных динамических нагрузок, которые, в свою очередь, передаются на порталы, опорные изоляторы и электрические аппараты. Актуальной проблемой является возникновение в основных конструктивных элементах недопустимых механических усилий, способных вызвать их разрушение. Так, анализ физико-механических параметров и геометрических размеров гибкой ошиновки распределительных устройств показывает, что нарушение условия электродинамической стойкости по тяжению маловероятно в силу высокой механической прочности применяемых сталеалюминевых проводов большого сечения. Вместе с тем ограничивающие пролет порталы, опорные изоляторы и другие электрические аппараты имеют значительно меньшие допустимые изгибающие нагрузки. При воздействии динамических усилий проводники изгибаются и передают нагрузку на конструктивные элементы, которые обладают определенной упругостью. Таким образом, достоверное определение динамических нагрузок с учетом действующих на опорные конструкции токоведущих частей возможно лишь при постановке динамической задачи. В статье излагаются методы математического моделирования и вычислительного эксперимента для анализа параметров электродинамической стойкости основных конструктивных элементов, которые определяются с помощью коэффициентов, зависящих от собственных частот колебаний и характера изменения динамических усилий во времени. Для решения поставленных задач составлены математические модели, сформулированы краевые задачи расчета электродинамической стойкости конструктивных элементов с учетом вероятного совпадения частот вынужденных и собственных колебаний конструктивных элементов
Совершенствование алгоритма формирования ортогональных составляющих входных величин в микропроцессорных защитах
Get PDFThe use of orthogonal components (OC) underlies the construction of measuring elements of modern protection and automation devices. In most microprocessor-based protections, the orthogonal component of the input signal is extracted using a discrete Fourier transform (DFT). The DFT disadvantages are its low speed, which is more than one period of the fundamental frequency, as well as the sensitivity to the free aperiodic component, which creates significant conversion errors depending on the time constant of its decay. Such a settling time of the true output signal is often unacceptable for the design of high-speed measuring devices. The paper proposes to form the OC of the equivalent signal according to the values of the cosine and sine OC of the fundamental harmonic, formed using the DFT by multiplying them by the resulting correction factor. The developed algorithm for the formation of orthogonal components of input signals in microprocessor protections is characterized by high speed in transient modes and it has wide functionality. So, the proposed digital device for forming the orthogonal components of an equivalent signal, in comparison with digital filter based on the DFT, has an increased operating speed both in the mode of occurrence of a short circuit and during the decay of the monitored signal, while maintaining the same characteristics as in the DFT in other modes. A block diagram of the proposed digital device for forming the OC of an equivalent signal has been developed, all blocks of which can be implemented on a microelectronic and microprocessor element base. A digital model of the specified device has been developed in the dynamic modeling system MatLab-Simulink in accordance with the structural diagram. As a result of the calculations, a significant (up to two times) increase in the performance of the proposed digital device for forming the OC in transient modes has been established in comparison with the shapers based on the DFT.Использование ортогональных составляющих (ОС) лежит в основе построения измерительных органов современных устройств защиты и автоматики. В большинстве микропроцессорных защит выделение ОС входного сигнала осуществляется с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Недостатками ДПФ являются его невысокое быстродействие, превышающее один период основной частоты, а также чувствительность к свободной апериодической составляющей, создающей, в зависимости от постоянной времени ее затухания, существенные погрешности преобразования. Для построения быстродействующих измерительных органов такое время установления истинного выходного сигнала часто является неприемлемым. В статье предлагается формировать ОС эквивалентного сигнала по значениям косинусной и синусной ОС основной гармоники, сформированных с использованием ДПФ, путем их умножения на результирующий корректирующий коэффициент. Разработанный алгоритм формирования ОС входных сигналов в микропроцессорных защитах отличается высоким быстродействием в переходных режимах и обладает широкими функциональными возможностями. Так, предлагаемое цифровое устройство формирования ОС эквивалентного сигнала по сравнению с цифровым фильтром на основе ДПФ отличается повышенным быстродействием функционирования как в режиме возникновения короткого замыкания, так и при спаде контролируемого сигнала, сохраняя такие же, как у ДПФ, характеристики в остальных режимах. Разработана структурная схема предлагаемого цифрового устройства формирования ОС эквивалентного сигнала, все блоки которого могут быть реализованы на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. В соответствии со структурной схемой разработана цифровая модель указанного устройства в системе динамического моделирования MatLab-Simulink. В результате проведенных расчетов установлено существенное (до двух раз) повышение быстродействия предлагаемого цифрового устройства формирования ОС в переходных режимах по сравнению с формирователями, основанными на ДПФ
Приближенное решение смешанной задачи для телеграфного уравнения с однородными краевыми условиями первого рода с помощью специальных функций
Get PDFThe mixed problem for the telegraph equation well-known in electrical engineering and electronics, provided that the line is free from distortions, is reduced to a similar problem for one-dimensional inhomogeneous wave equation. An effective way to solve this problem is based on the use of special functions – polylogarithms, which are complex power series with power coefficients, converging in the unit circle. The exact solution of the problem is expressed in integral form in terms of the imaginary part of the first-order polylogarithm on the unit circle, and the approximate one – in the form of a finite sum in terms of the real part of the dilogarithm and the imaginary part of the third-order polylogarithm. All the indicated parts of the polylogarithms are periodic functions that have polynomial expressions of the corresponding degrees on an interval of length in the period, which makes it possible to obtain a solution to the problem in elementary functions. In the paper, we study a mixed problem for the telegrapher’s equation which is well-known in applications. This problem of linear substitution of the desired function witha time-exponential coefficient is reduced to a similar problem for the Klein – Gordon equation. The solution of the latter can be found by dividing the variables in the form of a series of trigonometric functions of a line point with time-dependent coefficients. Such a solution is of little use for practical application, since it requires the calculation of a large number of coefficients-integrals and it is difficult to estimate the error of calculations. In the present paper, we propose another way to solve this problem, based on the use of special He-functions, which are complex power series of a certain type that converge in the unit circle. The exact solution of the problem is presented in integral form in terms of second-order He-functions on the unit circle. The approximate solution is expressed in the final form in terms of third-order He-functions. The paper also proposes a simple and effective estimate of the error of the approximate solution of the problem. It is linear in relation to the line splitting step with a time-exponential coefficient. An example of solving the problem for the Klein – Gordon equation in the way that has been developed is given, and the graphs of exact and approximate solutions are constructed.Смешанная задача для хорошо известного в электротехнике и электронике телеграфного уравнения при условии, что линия свободна от искажений, сводится к аналогичной задаче для одномерного неоднородного волнового уравнения. Эффективный способ решения этой задачи основан на использовании специальных функций – полилогарифмов, которые представляют собой комплексные степенные ряды со степенными же коэффициентами, сходящиеся в единичном круге. Точное решение задачи выражается в интегральной форме через мнимую часть полилогарифма первого порядка на единичной окружности, а приближенное – в виде конечной суммы через действительную часть дилогарифма и мнимую часть полилогарифма третьего порядка. Все указанные части полилогарифмов являются периодическими функциями, имеющими полиномиальные выражения соответствующих степеней на отрезке длиной в период, что позволяет получить решение задачи в элементарных функциях. В работе исследуется смешанная задача для хорошо известного в приложениях телеграфного уравнения. Эта задача линейной подстановкой искомой функции с экспоненциальным по времени коэффициентом сводится к аналогичной задаче для уравнения Клейна – Гордона. Решение последней можно найти методом разделения переменных в виде ряда по тригонометрическим функциям точки линии с коэффициентами, зависящими от времени. Такое решение малопригодно для практического применения, так как для него требуется вычисление большого числа коэффициентов-интегралов и при этом трудно оценить погрешность вычислений. В настоящей статье предлагается другой способ решения этой задачи, основанный на использовании специальных He-функций, которые представляют собой комплексные степенные ряды определенного вида, сходящиеся в единичном круге. Точное решение задачи представляется в интегральной форме через He-функции второго порядка на единичной окружности. Приближенное решение выражается в конечном виде через He-функции третьего порядка. В работе также найдена простая и эффективная оценка погрешности приближенного решения задачи. Она линейна относительно шага разбиения линии с экспоненциальным по времени коэффициентом. Приведен пример решения задачи для уравнения Клейна – Гордона разработанным способом, построены графики точного и приближенного решени
Старение изоляции из сшитого полиэтилена кабельных линий
Get PDFAbstract. Preference is given to cable lines with cross-linked polyethylene insulation in electrical networks with a nominal voltage of 10 kV during reconstruction of existing and construction of new industrial enterprises. The standard service life of such cables is at least 30 years (subject to the conditions of storage, transportation, installation and operation), and the actual one is determined by the technical condition of the cable. The service life of a cable line depends on the state of its insulation, the aging of which occurs under the influence of several factors. Conventionally, all factors influencing one or another degree on the cable insulation resource can be divided into thermal, electromagnetic, climatic, mechanical and operational. The most significant reason for the insulation aging is high temperature, which accelerates the reaction of thermo-oxidative destruction, during which high-molecular polymer compounds decompose. In fact, cables are operated at temperatures below the long-term permissible values, and, therefore, the aging of the insulation is slower, and the actual service life will be longer than the standard. At present, condition of the insulation is monitored with the use of high voltage tests related to destructive testing methods. When designing and operating cable lines, it is necessary to estimate the duration of the actual service life under various operating conditions. In theory, there are several expressions for calculating the service life of a cable line when exposed to temperature, humidity, electric field and aggressive environments, but all of them are not applicable in practice due to the presence of a large number of coefficients whose values are unknown. The paper presents an analytical expression obtained for determining the service life of power electric cables, taking into account the aging of the insulation under the influence of temperature and electric field.. В электрических сетях с номинальным напряжением 10 кВ при реконструкции существующих и сооружении новых промышленных предприятий предпочтение отдается кабельным линиям с изоляцией из сшитого полиэтилена. Нормативный срок службы таких кабелей составляет не менее 30 лет (при соблюдении условий хранения, транспортировки, монтажа и эксплуатации), а фактический определяется техническим состоянием кабеля. Ресурс кабельной линии зависит от состояния ее изоляции, старение которой происходит под действием нескольких факторов. Условно все факторы, влияющие в той или иной степени на ресурс изоляции кабелей, можно разделить на тепловые, электромагнитные, климатические, механические и эксплуатационные. Наиболее существенной причиной старения изоляции является высокая температура, ускоряющая реакцию термоокислительной деструкции, в ходе которой распадаются высокомолекулярные соединения полимеров. Поскольку в действительности кабели эксплуатируются при температурах, значения которых ниже длительно допустимых, следовательно, старение изоляции происходит медленнее и фактический срок службы больше нормативного. В настоящее время состояние изоляции контролируется с применением испытаний повышенным напряжением, относящихся к методам разрушающего контроля. При проектировании и эксплуатации кабельных линий необходимо оценивать продолжительность фактического срока службы в различных условиях работы. В теории существует несколько выражений для расчета срока службы кабельной линии при воздействии температуры, влажности, электрического поля и агрессивных сред, однако все они неприменимы на практике из-за большого числа коэффициентов, значения которых неизвестны. В статье представлено полученное автором аналитическое выражение для определения срока службы силовых электрических кабелей, учитывающее старение изоляции под действием температуры и электрического поля
Анализ производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода с учетом условий внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР
Get PDFLocalizing safety systems are provided to contain radioactive substances in an accident and attenuate ionizing radiation at a modern nuclear power plant. Together with radioactive substances, hydrogen is also retained, which is formed during the decomposition of the primary coolant. The accumulation of hydrogen in the presence of oxygen from the atmosphere in the accident localization zone carries the danger of the formation of flammable and explosive concentrations of these components. Nuclear power plant (NPP) deigns with water-water energetic reactor (WWER) provides for a hydrogen removal system including passive catalytic hydrogen recombiners. The device capacity is confirmed experimentally under reference conditions (lean air-hydrogen mixture, pressure and temperature close to normal, no interference with gas exchange). Capacity is an important safety parameter. In the event of an accident, conditions inside the ealed enclosure of the localizing system of NPP with WWER can differ from the reference ones and affect the capacity. On the basis of calculations, the operation of recombiners with lack of oxygen and with hindered gas exchange has been investigated in the paper. The decrease in capacity with lack of oxygen reaches 50 %, which is mainly caused by an increase in underburning. Compared to the reference conditions, the effect is more pronounced in the event of an accident – 60–70 %. The hindered gas exchange is modeled by a decrease in the height of recombiner traction channel. This case can be reduced to the placement of the device in cramped conditions and the effect of the atmosphere speed inside the enclosure. Regardless of the hydrogen concentration, the operating characteristic of the device remains linear, with a two-fold decrease in height leads to a decrease in capacity by 20 %. The results can be used to substantiate the safety of NPPs with WWER and to review on the safety subtantiation of power units.На современной атомной электростанции предусмотрены локализующие системы безопасности для удержания при аварии радиоактивных веществ и ослабления ионизирующего излучения. Вместе с радиоактивными веществами удерживается и водород, образующийся при разложении теплоносителя первого контура. Накопление водорода в присутствии кислорода из атмосферы в зоне локализации аварии несет опасность формирования горючих и взрывоопасных концентраций этих компонентов. В проектах АЭС с ВВЭР предусмотрена система удаления водорода, включающая пассивные каталитические рекомбинаторы водорода. Производительность устройств подтверждается экспериментально в эталонных условиях (бедная воздушно-водородная смесь, давление и температура близки к нормальным, отсутствие помех для газообмена). Производительность – важный для безопасности параметр. Внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР при аварии условия могут отличаться от эталонных и влиять на производительность. На основе расчетов исследована работа рекомбинаторов при недостатке кислорода и при затрудненном газообмене. Снижение производительности при недостатке кислорода достигает 50 %, что вызвано в основном ростом недожога. По сравнению с эталонными условиями, при аварии эффект выражен сильнее – 60–70 %. Затрудненный газообмен моделируется уменьшением высоты тягового канала рекомбинатора. К этому случаю можно свести размещение устройства в стесненных условиях и влияние скорости атмосферы внутри ограждения. Независимо от концентрации водорода рабочая характеристика устройства остается линейной, двукратное уменьшение высоты приводит к снижению производительности на 20 %. Результаты могут использоваться при обосновании безопасности АЭС с ВВЭР и экспертизе отчетов по обоснованию безопасности энергоблоков
Способы токоограничения в электрических сетях до 1 кВ
Get PDFThe article discusses and systematizes the causes of high values of short-circuit currents in electrical networks up to 1 kV and indicates their negative consequences. A brief analysis of some current limiting methods (both with and without additional investment) is given, which makes it possible to reduce the negative effects when significant short-circuit currents occur. The variants of the implementation of these current limiting methods recommended for study at the design stage or when replacing equipment that has exhausted its resource, are considered. The advantages and disadvantages of the methods of limiting short-circuit currents described in the article are indicated. Options for connecting equipment with low power consumption to nodes of the electrical network up to 1 kV with high values of short-circuit currents are also considered. Special attention is paid to current-limiting protection devices, a detailed description of the design of some of them is given, the advantages of their use in comparison with other current-limiting methods are indicated, the corresponding graphs of the limitation of the periodic component of the short-circuit current, shock short-circuit current and thermal pulse are presented. Based on the analysis of graphic materials, the issue of ensuring the selectivity of protections is considered. The degree of prevalence of equipment with the property of current limitation is determined. A method for determining selective current-limiting protection devices is given, viz. the method of energy selectivity, the corresponding graphs for determining energy selectivity are presented. The physics allowing to determine the degree of efficiency of limiting the short-circuit current is described. Recommendations on the use of current-limiting equipment are proposed.В статье рассмотрены и систематизированы причины возникновения высоких значений токов короткого замыкания в электрических сетях до 1кВ и указаны их негативные последствия. Приведен краткий анализ некоторых способов токоограничения (с дополнительным вложением средств и без него), позволяющих снизить негативные эффекты при протекании значительных токов короткого замыкания. Рассмотрены варианты реализации данных способов токоограничения, рекомендуемых к проработке на этапе проектирования или при замене оборудования, выработавшего свой ресурс. Указаны преимущества и недостатки описанных в статье методик ограничения токов короткого замыкания. Проанализированы варианты подключения оборудования с низким энергопотреблением в узлы электрической сети до 1кВ с высокими значениями токов короткого замыкания. Особое внимание уделено токоограничивающим аппаратам защиты, дано подробное описание конструкции некоторых из них, указаны преимущества их применения по сравнению с иными методами токоограничения, представлены соответствующие графики ограничения периодической составляющей тока короткого замыкания, ударного тока короткого замыкания и термического импульса. На основании анализа графических материалов рассмотрен вопрос обеспечения селективности защит. Изучена степень распространенности оборудования, обладающего свойством токоограничения. Приведен способ определения селективных токоограничивающих аппаратов защиты – метод энергетической селективности, представлен соответствующий график определения энергетической селективности. Описана физика процессов, позволяющих выявить степень эффективности ограничения тока короткого замыкания. Предложены варианты применения токоограничивающего оборудования
Обоснование выбора винтовых насосных установок как энергоэффективной технологии механизированной добычи
Get PDFThe paper analyzes the main techniques and technologies of oil fluid recovery in the context of energy consumption, significantly rising over the latest decade. It is recognized that the number of publications in the area of energy efficiency is growing steadily. Currently Russian oil and gas industry are facing the task of accelerating reduction of energy consumption while preserving, or even increasing, production rates. The task is complicated by the fact that the majority of deposits in Russia either have already entered (primarily, Volga-Ural region) or are now entering (West Siberia) their last stage of exploration, whereas new deposits in East Siberia are only being brought into production. Furthermore, a lot of new deposits, which provide for high recovery rates, are profitable a priori as at the first stage of exploration they do not need any artificial lift due to their free flow production without any oil well pumps. However, there is a significant share of new deposits with low-permeability reservoirs, which require either a system of reservoir pressure maintenance or periodic hydraulic fracturing. At the same time deposits at the late stages of exploration, apart from the use of pump units, systems of reservoir pressure maintenance and hydraulic fracturing, require regular repair and restoration, measures against salt and heavy oil sediments, mechanical impurities, flooding, etc., which all has a negative effect on well profitability. In order to solve these problems, the authors review existing methods and calculate specific energy consumption using various pump systems for hypothetical wells, varying in yield. According to the research results, it has been revealed that from the point of view of energy efficiency, it is desirable to equip low- and low-yield wells with sucker rod progressive cavity pump units, medium-yield ones – with electric progressive cavity pumps driven by permanent magnet motor, medium- and high-yield wells – with electric progressive cavity pumps or electric submersible pumps driven by permanent magnet motor, depending on the characteristics of the pumpedout oil fluid.В статье проанализированы основные техники и технологии добычи нефтяного флюида в условиях значительного роста цен на электроэнергию за последнее десятилетие. Отмечен стабильный рост публикаций по теме энергоэффективности. Для российской нефтегазодобывающей промышленности актуальна задача снижения энегозатрат при сохранении или даже увеличении темпов производства. Она осложняется тем, что большинство месторождений либо уже вступило (Волго-Уральский регион), либо вступает (Западная Сибирь) в последнюю стадию разработки, тогда как новые месторождения Восточной Сибири еще только вводятся в эксплуатацию. Кроме того, многие новые месторождения, обеспечивающие высокий дебет, рентабельны априори, на первом этапе эксплуатации не требуют механизации, поскольку разрабатываются фонтанным способом, без использования скважинных насосных установок. Но при этом немало и новых месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, на которые необходимо воздействовать системой поддержания пластового давления либо проведением периодически гидравлического разрыва пласта. На месторождениях поздней стадии разработки необходимо регулярно осуществлять ремонтно-восстановительные работы, вести борьбу с отложениями солей, асфальтосмолопарафинов, механическими примесями, обводнением и пр., что негативно сказывается на рентабельности скважин. Для решения этих задач в статье рассмотрены существующие методики и проведены расчеты удельных энергозатрат при использовании различных насосных установок для условных скважин, отличающихся дебитом. По результатам исследований выявлено, что с точки зрения энергоэффективности низко- и малодебитные скважины желательно оснащать штанговыми винтовыми насосными установками, среднедебитные – электровинтовыми с вентильными двигателями, средне- и высокодебитные – электровинтовыми или электроцентробежными в зависимости от характеристик выкачиваемого нефтяного флюида
Повышение надежности вторичного источника питания постоянного тока резервированием сигналов обратной связи
Get PDFThe paper deals with the problem of improving the reliability of DC-DC power supplies with pulse-width modulation. The topicality of the work is related to the importance of power supply issues in modern electronics, since the quality of operation of consumer electrical appliances, including critical ones, directly depends on the serviceability of sources. The object of the study is feedback circuits aimed at stabilization of the parameters of power supply of consumers. Failures of the mentioned feedback circuits most often occurs due to the electronic components degradation under harsh operating conditions as well as under severe mechanical overloads. Such failures are dangerous for uncontrolled increase of power supply output voltage and output current. To avoid this, a new method of reserving voltage feedback signals is presented in the paper which is implemented on the basis of flyback supply topology. Feedback signals are formed from the optocoupler located on the load side and from the auxiliary winding of the power transformer, together forming two independent output voltage control circuits. Only one circuit performs stabilization at any given moment of time. If one of these circuits fails, the second one can simply replace it in its operation. The proposed method does not require any digital signal processing algorithms or microprocessor control modules and can be implemented on the basis of cheap, widely available analog chips that perform pulse-width control of the output voltage. As a result, the problem of sudden feedback loop failure is solved and the reliability of electrical equipment is increased. The validity of the proposed method is confirmed by the results of computer simulation with the use of MatLab-Simulink environment. The obtained results can be used in design of fault-tolerant secondary power supplies that operate in harsh operating conditions.В статье рассматривается проблема повышения надежности импульсных источников вторичного электропитания постоянного тока. Актуальность работы связана со значимостью электропитания в современной электронной технике, поскольку от исправности источников напрямую зависит качество работы электроприборов-потребителей, в том числе критически важных. Объектом исследования являются цепи обратной связи, осуществляющие стабилизацию параметров электропитания потребителей. Выход из строя указанных цепей чаще всего происходит из-за деградации электронных компонентов схемы в жестких условиях эксплуатации и при сильных механических перегрузках и опасен бесконтрольным увеличением выходного напряжения и тока источника. Чтобы этого избежать, авторами предложен способ резервирования сигналов обратной связи по напряжению, реализованный на базе источника, выполненного по обратноходовой топологии. Сигналы обратной связи формируются с оптрона, расположенного на стороне нагрузки, и с дополнительной обмотки силового трансформатора, вместе образуя два независимых контура регулирования выходного напряжения. В каждый момент времени стабилизацию осуществляет только один контур. При выходе из строя первого контура второй способен заменить его работу. Представленный способ не требует цифровой обработки сигналов и микропроцессорного управления и может быть реализован на базе доступных аналоговых микросхем, осуществляющих широтно-импульсное регулирование выходного напряжения источника. В результате решается проблема аварийного отказа цепей обратной связи, повышается надежность работы электрооборудования. Правильность предлагаемого подхода подтверждена результатами имитационного компьютерного моделирования в программе MatLab-Simulink. Полученные результаты могут использоваться при проектировании отказоустойчивых вторичных источников электропитания для работы в жестких условиях эксплуатации