Электричество

Использование искусственных грозовых облаков/ячеек для исследования проблем физики молнии и молниезащиты

Александр Георгиевич Темников — 2024-02-29

В статье рассматриваются актуальные вопросы физики молнии и молниезащиты, которые для своего решения требуют новых экспериментальных подходов. Среди них процессы инициирования молнии, формирования главной стадии разряда молнии, особенности процессов поражения молнией наземных объектов и самолетов и совершенствования методов их молниезащиты. Одним из таких подходов является использование искусственных грозовых облаков/ячеек и электрических разрядов из них для физического моделирования процессов поражения молнией наземных объектов и летательных аппаратов. Сформулированы требования к экспериментальным комплексам для исследования физики молнии и молниезащиты наземных объектов и летательных аппаратов с использованием искусственных грозовых облаков/ячеек. Дан обзор современного состояния по проблеме создания сильно заряженных аэрозольных образований (искусственных грозовых облаков/ячеек), способных инициировать электрические разряды различного вида. Представлены основные характеристики и возможности экспериментально-измерительного комплекса «ГРОЗА». Сделаны выводы о перспективах использования искусственных грозовых облаков/ячеек и электрических разрядов из них при физическом моделировании и исследовании ряда ключевых проблем физики молнии и молниезащиты наземных объектов и летательных аппаратов.

Электротехнологии производства алюминия и его сплавов в России

Павел Анфимович Бутырин — 2024-02-29

Дана краткая история получения алюминия в промышленных масштабах. Подчеркивается, что гидроэлектростации Восточной Сибири способствовали строительству мощных алюминиевых заводов в этом регионе. Особое внимание уделяется применению электротехнологий в плавильно-литейном производстве алюминиевых сплавов. Перечислены основные проектные институты и изготовители оборудования литейных цехов алюминиевых заводов, подчёркнута роль НПЦ Магнитной гидродинамики в оснащении российских заводов поворотными миксерами, МГД-перемешивателями и системами электронагрева. Приведены примеры взаимовыгодного сотрудничества с ведущими мировыми поставщиками оборудования. Рассмотрены вопросы подготовки кадров для данной отрасли, подчеркнута важность взаимодействия кафедр вузов с предприятиями при формировании образовательной программы. Большое внимание уделено роли науки в разработке электротехнологий и оборудования. Показано, как фундаментальные и прикладные исследования способствовали появлению новой электротехнологии получения литых заготовок с уникальными физико-механическими свойствами. В заключение дается информация о разработчике и поставщике электротехнологического оборудования металлургического назначения НПЦ Магнитной гидродинамики, о вводе в эксплуатацию в сентябре 2023 г. нового завода в Красноярске. Статья построена в форме ответов директора ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» В.Н. Тимофеева на вопросы главного редактора журнала «Электричество» П.А. Бутырина.

Моделирование технологий плавки и литья легких сплавов в электромагнитном поле

Виктор Болеславович Демидович — 2024-02-29

Статья посвящена научным основам разработки технологий плавки и литья в переменном электромагнитном поле сплавов на основе алюминия и титана. Инновационные технологии плавки и литья легких сплавов в переменном электромагнитном поле в ХХI в. уже невозможно разработать и реализовать без цифрового сопровождения, методологии цифровых двойников и численных моделей, сочетающих тесно связанные электромагнитные, термодинамические, гидродинамические и механические процессы. Разработана уникальная технология непрерывного литья круглых слитков малого диаметра в электромагнитный кристаллизатор с непосредственным охлаждением водой поверхности кристаллизующегося металла. Технология позволяет одновременно достичь ряд уникальных эффектов, существенно изменяющих качество и свойства получаемых заготовок (снижение количества нежелательных примесей и включений в структуре металла, равномерное распределение фаз и зерен в структуре металлического слитка, равномерное распределение химических элементов и соединений в металлической матрице). Явление образования внутри цилиндра жидкой фазы титановых сплавов было предсказано на численной модели и подтверждено экспериментальными исследованиями. Уникальное сочетание теплофизических свойств титана с воздействием переменного электромагнитного поля в индукторе позволяет получить до 90 % общей массы титановой цилиндрической заготовки в жидкой фазе. Особую роль в достижении этого результата играют магнитогидродинамические (МГД) эффекты после начала расплавления.

Анализ удельных электрических нагрузок коттеджных поселков

Юрий Иванович Солуянов — 2024-02-29

При строительстве коттеджных поселков значительные затраты приходятся на системы внешнего и внутреннего электроснабжения. В то же время нормативные данные по удельным электрическим нагрузкам объектов индивидуального жилищного строительства либо отсутствуют, либо не имеют достаточного экспериментального обоснования. Статья посвящена разработке научно-обоснованных значений удельных электрических нагрузок коттеджных поселков. Для ряда коттеджных поселков в городской и сельской местности Республики Татарстан исследовано электропотребление объектов индивидуального жилищного строительства за летний и зимний периоды. Статистический анализ данных электропотребления показал, что для 15 % общего количества коттеджей характерны нетипичные электрические нагрузки, увеличивающие расчетную мощность, что необходимо учитывать при проектировании электроснабжения таких объектов. Среднее значение максимальной получасовой электрической нагрузки 85 % коттеджей поселков является важной характеристикой, позволяющей уточнить нагрузки подстанций и мощности силовых трансформаторов. Установлено, что средние электрические нагрузки для объектов индивидуального жилищного строительства в сельской местности выше, чем в городской черте. Полученные графики удельных расчетных электрических нагрузок и коэффициентов одновременности позволят разработать нормативный документ для проектирования электрических сетей коттеджных поселков.

Алгоритм работы системы накопления энергии в структуре электротехнического комплекса объекта газовой отрасли

Иван Сергеевич Токарев — 2024-02-29

В системах электроснабжения различных бытовых и технологических объектов все большее распространение получают системы накопления энергии на основе аккумуляторных батарей различных типов. Эксплуатация систем накопления характеризуется рядом технологических сложностей, связанных с физико-химическими особенностями работы аккумуляторов (ограниченное количество циклов заряда-разряда, ускоренное старение). Для рационального расходования накопленной энергии и оптимизации эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей необходима разработка специализированной системы управления работой системы накопления энергии. В рамках данного исследования разработано два алгоритма планирования работы электротехнического комплекса объекта газовой отрасли: алгоритм жестких правил и динамического планирования. Основными методами исследования были сценарный анализ работы электротехнических комплексов для построения алгоритмов автоматического управления на логических блоках, а также математическая многокритериальная оптимизации на основе целевых функций и алгоритма типа «хищник-жертва». Для каждого из разработанных алгоритмов проработаны сценарии функционирования, а также определено соотношение между типами систем управления и структурами существующих типовых электротехнических комплексов объектов газовой отрасли.

Разработка виртуального испытательного стенда для исследования плавких предохранителей

Юрий Васильевич Мурашов — 2024-02-29

Современные концепции проектирования электротехнических изделий базируются на создании компьютерных моделей, которые, по сути, представляют выполненные в компьютерной среде математические модели мультифизических процессов. Разработка корректных компьютерных моделей для процессов, происходящих в плавких предохранителях, позволяет уменьшить объем необходимых натурных испытаний и сократить время разработки новых конструкций под требуемые характеристики. Статья посвящена разработке математических и компьютерных моделей с высоким уровнем адекватности, а также виртуального испытательного стенда для цифровых (виртуальных) испытаний быстродействующих роторных плавких предохранителей. На основе фундаментальных физических законов разработана математическая модель, описывающая газодинамические, тепловые и электрические процессы в предохранителе. Разработана трехмерная нестационарная компьютерная модель предохранителя. Выполнено сопряжение компьютерных моделей предохранителя и экспериментальной установки в единую компьютерную модель. На основе единой компьютерной модели разработан виртуальный испытательный стенд и проведены цифровые испытания предохранителя. Выполнена валидация результатов численного исследования на основе данных натурных испытаний плавкого предохранителя

Двухтрансформаторная подстанция с общим двухподдиапазонным управляемым регулятором напряжения

Бехруз Довудходжаевич Табаров — 2024-02-29

Статья посвящена вопросам повышения эффективности и надежности систем электроснабжения, построенных на базе цеховых двухтрансформаторных подстанций. Слабым звеном трансформаторов таких подстанций является механический регулятор напряжения типа ПБВ, имеющий известные недостатки. Предлагается до первичных обмоток трансформаторов установить общий двухподдиапазонный управляемый регулятор напряжения, реализуемый на основе реакторно-тиристорных управляемых ключей. Для оценки эффективности предлагаемого решения проведен ряд численных экспериментов в стационарных и динамических режимах работы электрической сети и цеховых трансформаторов подстанции. Для исследования разработана имитационная модель двухтрансформаторной подстанции с трансформаторами мощностью 1000 кВ•А напряжением 6/0,4 кВ с одним общим двухподдиапазонным реакторно-тиристорным управляемым регулятором напряжения. MATLAB-модель позволяет проводить исследования при снижении напряжения питающей сети и колебаниях тока активно-индуктивной нагрузки. Полученные результаты подтвердили эффективность предложенного технического решения. Применение двухподдиапазонного реакторно-тиристорного управляемого регулятора позволяет обеспечить плавность и точность регулирования напряжения, что ведет к повышению надежности системы электроснабжения и улучшению показателей качества электроэнергии, поставляемой потребителю.