Разработка пермских ученых улучшит надежность энергосистем при коротком замыкании
Синхронные двигатели — это сердце современной энергетики. Их применяют в электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды, компрессорах и даже робототехнике. Они преобразуют механическую энергию в электрическую, обеспечивая работу промышленных предприятий и городов. При возникновении короткого замыкания в таких генераторах могут возникать мощные ударные токи, которые способны повредить оборудование и привести к серьезным авариям. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод оценки этих ударных токов, который повышает точность расчетов в два раза, что поможет улучшить безопасность энергосистем.
Статья опубликована в журнале Russian Electrical Engineering. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Синхронные машины используются в качестве генераторов на тепловых, гидро- и атомных электростанциях, применяются для регулирования напряжения в электрических сетях, а также в устройствах, требующих высокой точности и стабильности, например, в медицинских сканерах и роботизированных системах.
В основе их работы лежит взаимодействие магнитного потока, который генерируют обмотки статора и ротора – статичной и подвижной частей машины. При включении в сеть обмотка статора создает магнитное поле, которое стремится «притянуть» к себе поле ротора, чтобы вращаться с одной и той же частотой. Так механическая энергия преобразуется в электрическую. Благодаря этому синхронные машины могут работать и как генераторы по преобразованию энергии, и как двигатели.
Иногда в электросетях может произойти короткое замыкание, в момент которого в механизмах возникает кратковременный, но очень мощный ударный ток. В синхронных генераторах он может достигать 5-15 кратного увеличения значения от нормального, создавая значительные тепловые нагрузки на обмотки статора и другие элементы конструкции. Если не учесть их при проектировании и эксплуатации генераторов, это может привести к разрушению оборудования и серьезным авариям, которые не только останавливают процесс работы предприятий, но также представляют непосредственную опасность для жизни и здоровья людей: взрыв генератора, пожар на электростанции, поражение человека электрическим током механизма под высоким напряжением.
Традиционно ударный ток оценивается с помощью графико-аналитического метода, который основан на усредненных данных и стандартных параметрах. Проблема в том, что такой метод занижает реальные значения ударного тока, что делает расчеты недостаточно точными для современных мощных генераторов. Обычный способ может недооценивать потенциальную опасность.
Ученые Пермского Политеха предложили новый метод оценки ударного тока. Он учитывает реальные пиковые (максимальные) значения токов в каждой фазе генератора, что позволит более точно рассчитать их максимальное воздействие на конструкцию синхронной машины.
Фазы переменного электрического тока – это его независимые пути протекания. Они представляют собой отдельный синусоидальный сигнал, имеющий свою амплитуду и частоту. График фазы тока можно представить в виде плавной волны, а пик – это ее наивысшая точка.
– Стандартные методики расчета предполагают, что пики тока возникают одновременно, как если включить все приборы в розетки сразу с максимальным энергопотреблением. На самом же деле в разных фазах это происходит с небольшим сдвигом – до 0,01 секунды. Даже такой показатель может внести существенную разницу в расчеты. Помимо этого, наш способ измеряет те пики, которые происходят сразу после короткого замыкания, а не позже, как это делается в классических расчетах. Все это позволяет более точно оценить опасность, – комментирует Анатолий Судаков, доцент кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
– В ходе экспериментов мы сравнили результаты традиционного и нашего методов. Оказалось, что ударный ток, рассчитанный предлагаемым способом, может быть почти в два раза выше, чем при использовании стандартного подхода. Так, для синхронного турбогенератора (используется на электростанциях для генерации электричества с помощью турбины) ударный ток, определенный по стандартной методике, составил 714,8 А, а по новому методу – 1254,26 А, – рассказывает Илья Зиятдинов, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электромеханика» ПНИПУ.
Такое различие объясняется тем, что метод политехников учитывает реальные пиковые значения токов в каждой фазе, а также временные сдвиги между ними. Это позволяет более точно оценить максимальное воздействие ударного тока на конструкцию генератора, особенно на лобовые части обмоток статора, которые наиболее уязвимы к механическим нагрузкам.
Метод оценки ударного тока, предложенный учеными Пермского Политеха, позволяет более точно оценивать риски ударного тока, что важно для современных мощных энергосистем. Это исследование не только улучшает понимание переходных процессов в синхронных машинах, но и может помочь инженерам и проектировщикам, которые работают над созданием более надежных и безопасных энергосистем.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили универсальный подход для определения с высокой точностью так называемой внутримолекулярной потенциальной функции — информация о ее свойствах позволяет делать прогноз поведения молекулы в различных условиях. Новый подход подходит для самых разных многоатомных молекул. В будущем он позволит точнее предсказывать спектры и динамику молекул как в условиях атмосфер планет Солнечной системы, а также более точно моделировать химические процессы на квантовом уровне.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно