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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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