Топливно-энергетический комплекс

Представлены тексты для освоения английской терминологии из области энергетики, грамматический материал для обучения чтению, переводу и аннотированию, а также дополнительные упражнения для самостоятельной работы.

В монографии изложены принципы построения и алгоритмы управления нового класса энергоэффективных устройств и систем силовой электроники на основе резонансных структур с переключаемыми конденсаторами. Снижение их массы и объема объясняется более чем на два порядка лучшими удельными энергетическими показателями современных многослойных керамических конденсаторов по сравнению с аналогичными показателями трансформаторов и дросселей. Предложенная концепция их совершенствования, обеспечивающая дополнительное улучшение энергетических и массогабаритных показателей, базируется на фундаментальных принципах временнóй и пространственной симметрии. Проведен детальный анализ электрических процессов, протекающих в силовой цепи, разработанных устройств и систем, позволяющий осуществить инженерный расчет и оптимизацию параметров их реактивных элементов.

Рассмотрены способы повышения энергоэффективности и снижения потерь электрической и тепловой энергии, а также энергосберегающие режимы работы оборудования.

Учебное пособие представляет собой набор задач по энергосбережению и повышению энергетической эффективности систем электроснабжения, потребителей и электроприемников. Для каждой задачи дано теоретическое введение, позволяющее студенту полнее понять задачу и принять наиболее рациональное ее решение. Все задачи сформированы на основе кейс-технологии обучения. С этой целью студентам предлагаются задачи, характерные для реальной инженерной практики в области энергетики. Постановки задач предполагают необходимость для студента не только знания расчетных выражений и понимания физического смысла решаемых задач, но и обоснования принимаемых им решений. Каждый студент получает индивидуальные исходные данные в соответствии с заданным ему вариантом.

Изложены режимные свойства и режимные задачи электростанций и энергосистем. Показана их важность для составления энергетических балансов мощности и электроэнергии. Специальное внимание уделено взаимосвязи энергетических балансов и коммерческих задач электроэнергетического рынка. Приведены принципы и методы оптимизации энергетических режимов.

Энергетические балансы мощности и выработки электроэнергии играют большую роль в управлении режимами электроэнергетических систем. Такие балансы необходимо составлять на всех стадиях планирования режимов. В настоящем пособии рассмотрено только оперативное планирование (на сутки вперед), которое лежит в основе работы электрических станций, электрических сетей и обеспечения потребителей электроэнергией. Учебное пособие дает алгоритм решения задачи планирования от прогнозирования графика нагрузки до принятия решений по управлению режимом при влиянии случайных факторов. Для более полного усвоения темы и закрепления знаний студенты выполняют расчетно-графическую работу «Составление балансов мощности и выработки электроэнергии в электроэнергетической системе». В связи с этим в тексте даны теоретические пояснения и методика расчетов оперативных балансов для энергосистемы c разными типами электростанций.

Учебное пособие содержит описание математических моделей элементов электрических систем и сетей, которые используются в расчетах установившихся режимов по специализированным программно-вычислительным комплексам. Рассматриваются вопросы подготовки данных и анализа результатов расчета установившихся режимов. Приводятся теоретические материалы и задания для практических расчетов в задачах определения области допустимых режимов и регулирования напряжения электрических сетей, повышения пропускной способности электропередачи, повышения качества электрической энергии и снижения потерь мощности.

Изложены теоретические основы электрофизических процессов, возникающих в электрических установках высокого напряжения, подкрепленные практическими работами.

Приведены основные положения теории электропечей сопротивления, включая классификацию, изложены законы теплопередачи, электротехнические и тепловые расчеты нагревателей; рассмотрены вопросы стационарной и нестационарной теплопроводности, свободной и внутренней конвекции, излучения. Содержатся сведения по тепловым расчетам электропечей сопротивления периодического и непрерывного действия, нагрева загрузок различной конфигурации и свойств.

Учебное пособие в краткой форме поясняет основные понятия электротехнического и конструкционного материаловедения, дает определения основным тепловым, электрическим и механическим параметрам материалов, описывает основные классы материалов, применяемых в электроэнергетике и электротехнике. В пособии также приводятся числовые характеристики свойств различных материалов, рассматриваются вопросы их долговечности. Форма изложения позволяет продуктивно готовиться к зачету по курсу и вспомнить основные понятия, изученные ранее в курсах физики и химии.

Цель учебного пособия – формирование иноязычной коммуникативной компетенции для решения задач межличностного взаимодействия в сфере общепрофессионального общения. Учебное пособие состоит из шести разделов: 1. History of electrical drive development, 2. Electrical drive design, 3. Materials, 4. Lubrication, 5. Typical electrical drive failures, 6. Earthing и текстов для дополнительного чтения. Каждый раздел пособия содержит тематические текстовые материалы и разработанный к ним комплекс заданий, нацеленный на развитие языковых, речевых и коммуникативных умений и навыков. Изучение тематического материала завершается выполнением заданий творческого характера в устной и письменной форме. Учебное пособие может использоваться как в аудиторном режиме работы, так и в самостоятельной работе обучающихся.

Приводится краткое изложение принципов действия, порядок и примеры расчета устройств электропитания: трансформаторов, неуправляемых выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов и инверторов напряжения, а также токораспределительной сети постоянного тока и требования к выбору типового промышленного оборудования систем электропитания. Рассмотрены примеры решения задач по всем разделам учебного курса и комплекс тестовых заданий с ответами.

Рассматриваются различные подходы в вопросах анализа электромеханических процессов в движущихся элементах электромеханики. Особое внимание уделяется вопросам энергопреобразования и определения электромагнитных сил в динамических режимах работы электромеханических устройств с постоянной и переменной индуктивностью.

Настоящее учебно-методическое пособие является девятым продолжением запланированной серии учебно-методических пособий для практических занятий по курсу «Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники», предназначенных для магистрантов и бакалавров специальности «Промышленная электроника». Во-первых, оно является учебным пособием, дополняя учебник «Основы силовой электроники», по одному важному новому подклассу старейшего класса выпрямительных устройств, а именно транзисторным трехфазным выпрямителям, управляемым в полном диапазоне регулирования выпрямленного напряжения, с улучшенной электромагнитной совместимостью за счет формирования практически синусоидального входного тока, фактически синфазного с питающим напряжением. Во-вторых, данное руководство используется и как методическое пособие для практических занятий по курсу ЭМС устройств силовой электроники применительно к анализу указанных новых устройств.

Учебное пособие посвящено характеристике электротехнологического оборудования – дуговых сталеплавильных, рудно-термических печей, установок индукционного, резистивного, специального нагрева – как нагрузки систем электропитания. Рассмотрены вопросы качества электроэнергии и его обеспечение при эксплуатации электротехнологического оборудования. Представлены реальные схемы электроснабжения электротехнологических установок.

Изложены метод и порядок проектирования электрических аппаратов постоянного тока низкого напряжения, особенности конструктивных форм, определение основных размеров и параметров, общие вопросы проектирования частей токоведущего контура, механизмов аппаратов и электромагнитов, конструктивная разработка аппаратов. Справочный материал пособия ориентирован на выполнение курсового проектирования и расчетно-графической работы.

Приведены основные сведения об электроустановках, дана краткая характеристика всех типов электростанций. Изложены вопросы выбора генераторов, трансформаторов, токоограничивающих реакторов, коммутационных аппаратов, измерительных трансформаторов тока и напряжения, линий нагрузки и связи с энергосистемой, сборных шин и ошиновок при проектировании тепловых электростанций. Большое внимание уделено особенностям конструкции и режимам работы автотрансформаторов. Рассмотрена методика расчета токов коротких замыканий и отдельных их составляющих для выбора и проверки электрооборудования. Представлены наиболее распространенные электрические схемы распределительных устройств, указаны их области применения и основные свойства. Приведены примеры фрагментов принципиальных схем электрических соединений электрооборудования, даны указания по составлению на их основе полной принципиальной электрической схемы электростанции. Отдельный раздел посвящен примерам решения задач, закрепляющих практические навыки по разработке структурных схем электростанций и выбору электрооборудования.

Рассмотрены общие вопросы надежности технических систем, принципы построения систем технического обслуживания и ремонта, виды износа и способы восстановления и повышения износостойкости деталей. Описаны типовые технологии восстановления узлов и агрегатов электроподвижного состава городского транспорта, раскрыты вопросы организации и повышения производительности и контроля качества эксплуатационных и ремонтных предприятий. Рассмотрены вопросы эксплуатации современных конструкций электроподвижного состава, организации деятельности эксплуатационных предприятий в XXI веке. При написании пособия ставилась цель дать краткий обзор широкого спектра технологий, применяемых в ремонтном производстве, показать их физические основы и причины возникновения технических требований и ограничений, объяснить логику применения различных технологических подходов и решений, обеспечить будущим специалистам базу для поиска и изучения технологической документации, дающей углубленные сведения о технологиях обслуживания и ремонта техники.

Рассмотрены общие вопросы надежности технических систем, принципы построения систем технического обслуживания и ремонта, виды износа и способы восстановления и повышения износостойкости деталей. Описаны типовые технологии восстановления узлов и агрегатов электроподвижного состава городского транспорта, показаны способы организации и повышения производительности и контроля качества эксплуатационных и ремонтных предприятий. Рассмотрены вопросы эксплуатации современных конструкций электроподвижного состава, организации деятельности эксплуатационных предприятий в XXI веке. Цель пособия – дать краткий обзор широкого спектра технологий, применяемых в ремонтном производстве, показать их физические основы и причины возникновения технических требований и ограничений, объяснить логику применения различных технологических подходов и решений, помочь будущим специалистам в поиске литературе, дающей углубленные сведения о технологиях обслуживания и ремонта техники.

Представлены основные положения дифференциально-эксергетического подхода к термодинамическому анализу процессов в энергоблоках ТЭЦ. Разработаны методы расчета, анализа и оптимизации режимов работы ТЭЦ. На основе разработанных программно-вычислительных комплексов проведены серии расчетов по анализу работы Улан-Баторской ТЭЦ-4 и Новосибирской ТЭЦ-5. Проведены расчеты по оптимизации режимов Новосибирской ТЭЦ-2 и Бийской ТЭЦ. Выполнен анализ расчетов и сформулированы выводы.

Рассмотрены основные принципы построения функциональных элементов аналоговой части устройств релейной защиты и автоматики, выполненных на базе операционных усилителей. Для анализа работы операционных схем использовано понятие идеального операционного усилителя, что позволило в достаточно простой форме представить работу изучаемых устройств.

В пособии даны физические основы газового анализа для геохимической съемки по углеводородам при поиске залежей нефти и газа. Рассмотрена общая теория газовой хроматографии, в том числе газо-жидкостной, газоадсорбционной, капиллярной и поликапиллярной. Приведены расчетные модели сорбционного концентрирования паров из воздуха и экспрессного термодесорбционного ввода пробы с концентратора в газохроматографическую колонку. Кратко изложены общие понятия масс-спектрометрии. Даны геологические и методические основы поверхностной геохимической съемки углеводородов при поиске залежей с использованием естественных и искусственных пассивных концентраторов с анализом проб на портативном газовом хроматографе ЭХО в полевых условиях.

В монографии изложена теория дальних электропередач как элемента энергосистемы. Рассмотрена структура, основные технические параметры, физико-технические вопросы дальних электропередач, их функционирование в составе энергообъединения, включая вопросы устойчивости и перенапряжений.

Пособие является второй частью курса «Силовая электроника». Рассмотрены принципы построения и расчета силовых преобразователей электрической энергии. Предназначено для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения, а также может быть рекомендовано для студентов других технических направлений подготовки.

Излагаются общие вопросы теории тягового электропривода для электротранспорта. Анализируются физические свойства механической части подвижного состава электротранспорта, электрической части, включая электродвигатели, преобразователи электрической энергии и источники энергии для движения транспортных средств и их характеристики при совместной работе. Рассматриваются общие свойства разомкнутых электромеханических систем с комбинированной нагрузкой и вопросы регулирования их основных характеристик. Значительное внимание уделяется энергетике тяговых электроприводов и энергосбережению. Основные теоретические положения учебного пособия иллюстрируются примерами электрических схем и графическими характеристиками.

Учебное пособие включает в себя основные понятия и законы технической термодинамики, приложения этих законов к процессам и системам. Оно написано доступно и просто, на высоком научном и методическом уровне, предназначено для студентов направления 13.03.01 – Теплоэнергетика и теплотехника, профиль «Производство тепловой и электрической энергии».

Работа подготовлена кафедрой тепловых электрических станций и утверждена Редакционно-издательским советом университета в качестве учебно-методического пособия для студентов-заочников направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Производство тепловой и электрической энергии».

В пособии в краткой форме изложены теоретические основы внутренних и грозовых перенапряжений, воздействующих на электроустановки высоких напряжений. Наряду с теоретической частью приводится описание лабораторных работ по технике высоких напряжений. Рассмотрены различные режимы заземления нейтрали электрических сетей среднего и высокого напряжения, технические мероприятия и средства по защите электроустановок от перенапряжений различного происхождения, основные виды внутренней и внешней изоляции.

Рассматривается новое поколение структурированных каталитических систем на основе стекловолокнистых катализаторов, отличающихся необычной геометрической структурой и высокой механической гибкостью, что открывает путь к разработке принципиально новых конструкций каталитических реакторов на их основе. Обсуждаются вопросы синтеза стекловолокнистых катализаторов, конструкций каталитических картриджей на их основе, описаны исследования их гидравлических и массообменных свойств. Приводятся примеры эффективного практического применения таких катализаторов и процессов на их основе для целей очистки отходящих газов от токсичных органических примесей и диоксида серы, кондиционирования дымовых газов ТЭЦ для снижения золопылевых выбросов, экологически чистого производства электрической и тепловой энергии.

В учебном пособии изложены вопросы расчета систем электропривода. Рассмотрено моделирование систем электропривода. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Изложены вопросы расчета систем автоматизированного электропривода. Рассмотрен тиристорный и транзисторный электропривод постоянного тока, а также транзисторный асинхронный электропривод переменного тока. Даны методики выбора параметров регуляторов. Приведено описание функциональных схем электроприводов типа «ЭШИР», «ЭРАТОН», «ИРБИ» и «FRS-520». Рассмотрено моделирование систем электропривода.

Монография посвящена разработке методов структурного синтеза и схемотехнического анализа вентильных преобразователей переменного тока в постоянный ток. В ней рассмотрена теория построения схемных решений многопульсных выпрямителей с естественной коммутацией и на конкретных примерах показаны пути их дальнейшего развития и совершенствования. Проведен детальный анализ классификационных признаков существующих вентильных преобразователей и установлено, что они не в полной мере реализуют гносеологическую роль, не отражают иерархию и суть происходящих в них процессов. Предлагаемая топологическая классификация не зависит от элементной базы и помогает ориентироваться в огромном множестве схемных решений вентильных преобразователей, систематизируя принципы их работы. Это упрощает проведение анализа, делая более осмысленным подход к изучению электромагнитных процессов для решения прикладных задач потребительского характера.

Изложены вопросы выбора расчётных напряжений наружной и внутренней изоляции высоковольтных вводов конденсаторного типа. Рассмотрены методы электрического расчёта изоляции и порядок её расчета. Кроме того, приведены основные положения тепловой устойчивости изоляторов конденсаторного типа и порядок её расчёта.

Изложены принципы выполнения расчетов электромагнитных полей с использованием программного продукта FEMM. Приведены принципы автоматизации работы с программным обеспечением через написание скриптов. Приведены примеры скриптов, справочник интерфейса программы FEMM.

Пособие дает общее представление об организации эксплуатационной работы предприятий городского электротранспорта и последовательности расчета основных ее характеристик. В работе приведены краткие сведения о проектировании эксплуатационных предприятий городского электрического транспорта, а также рассмотрен расчет показателей надежности и анализа деятельности предприятия на основе контрольных карт Шухарта.

Одной из основных задач данного пособия является закрепление у студентов знаний теоретического курса, изучаемого в первом семестре I курса. Кроме того, решение практических задач поможет лучше понять и представить физические процессы, происходящие в электрических сетях при передаче и распределении электроэнергии.

В учебном пособии рассмотрены вопросы проектирования асинхронных машин на примере расчета машин серии 4А. Представленная методика расчета содержит все основные разделы проектирования от выбора главных размеров до расчета рабочих характеристик. Однако особое внимание уделяется электромагнитному расчету асинхронного двигателя.

В настоящей работе рассмотрена специфика определения поражающих факторов при возникновении аварийного взрыва облака ТВС. Пособие включает в себя материал курса лекций «Экспертиза промышленной и пожарной безопасности», разработанный на кафедре безопасности труда НГТУ.

Приведены задачи по расчету релейной защиты наиболее распространенных элементов энергосистем. Эти задачи в течение нескольких лет использовались на практических занятиях по дисциплине «Релейная защита и автоматика» для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика и электротехника». Примеры, приведенные в пособии, будут полезны при выполнении лабораторных и расчетно-графических работ указанного курса. Все расчеты снабжены пояснениями, которые помогут студентам в усвоении изучаемого материала. Настоящее пособие будет особенно полезно студентам заочной формы обучения.

Рассматриваются методы искусственного интеллекта в задачах управления и оптимизации режимов электрических интеллектуальных сетей (Smart Grid) с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии. Введены и обоснованы понятия генерирующих потребителей (холонов) и иерархической структуры в виде холархии для сетей с двусторонним потоком энергии и информации. Применены различные алгоритмы роевого интеллекта и их сравнительный анализ с методом градиентного спуска. Рассмотрены принципы Q-обучения с подкреплением.

Рассмотрены возможности применения методов искусственного интеллекта, вероятностно-статистических методов и экспертных оценок для технической диагностики электрооборудования электроэнергетических систем с учетом их текущего технического состояния, а также управление жизненным циклом и их остаточным эксплуатационным ресурсом.

В учебном пособии изложены методологические основы построения математических моделей, используемых при исследовании физических процессов, проектировании и управлении техническими объектами. Представлены математические модели, применяемые для описания процессов в однородных протяженных линиях электропередач. Основное внимание уделено математическим моделям и методам расчета установившихся режимов электроэнергетических систем.

Для развития всех сфер экономики необходимы электрическая энергия и тепловая энергия. Преобразователи энергии являются базовыми элементами в процессе производства определенного типа энергии или, другими словами, в процессе преобразования одного типа энергии в другой. В настоящем учебном пособии рассмотрены различные типы преобразователей энергии. Многообразие преобразователей связано с тем, что не всегда нужна энергия в том виде, в котором она есть в природе. Химическая энергия, запасенная в топливе, энергия падения воды, солнечная, ветровая, ядерная и другие виды энергии последовательно преобразовываются в тепловую, механическую и электрическую энергию. Описаны принципы действия как традиционных преобразователей энергии, так и наиболее перспективных.

Рассмотрены вопросы параллельной работы электрических систем. Дано описание некоторых крупных системных аварий. Отражены особенности протекания электромеханического переходного процесса в электроэнергетической системе. Разобраны угловые характеристики мощности генераторов, статические характеристики асинхронных двигателей и комплексной нагрузки. Изложены основные методы анализа устойчивости электроэнергетических систем. Рассмотрен асинхронный режим. Даны сведения по противоаварийной автоматике, применяемой в современных условиях. Приведены уравнения Парка–Горева, отмечено их место в расчете электромеханических переходных процессов синхронных и асинхронных машин. Рассмотрены вопросы самозапуска синхронных и асинхронных двигателей. Материал сопровождается примерами и контрольными вопросами.

Пособие знакомит студентов с особенностями дальних электропередач. Рассмотрены структура, основные технические параметры, физико-технические вопросы дальних электропередач, их функционирование в составе энергообъединения. Также уделено внимание вопросам сверхдальнего транспорта электроэнергии.

Настоящее пособие содержит теоретический материал и учебно-методические указания к лабораторным работам по курсу «Передающие электрические сети». Пособие адресовано магистрантам, обучающимся по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», а также студентам старших курсов бакалавриата.

Рассматривается круг вопросов, связанных с изучением процессов электромеханического преобразования энергии на основе общих законов физики, электродинамики и аналитической механики. Единство анализа электрической и механической частей, связанных электромагнитным полем, обеспечивается за счет функций для кинетической и потенциальной энергий. Они, записанные через обобщенные координаты, содержат всю информацию о внутренних связях электромеханической системы, позволяя получить уравнения движения, либо на основе функций Лагранжа или Гамильтона. При этом оказывается, что они могут использоваться и при введении квазикоординат, дающих возможность избавиться от переменных коэффициентов в уравнениях движения вращающихся преобразователей энергии. В целом в результате такого подхода наглядно проявляется единство законов электродинамики с законами движения механических систем. Анализ многофазных электрических машин проведен на основе результирующих векторов, их роль подобна обобщенным переменным механической системы. Они, наглядно отражая природу явлений, позволяют уменьшить число переменных до минимума, дают возможность провести исследование режимов работы при неуравновешенной системе напряжений и различных значениях электрических параметров отдельных фаз, не прибегая к методу симметричных составляющих. Отдельно рассмотрены индукторные машины, работа которых основана на пространственных гармониках магнитного поля, возникающих благодаря переменной проводимости воздушного зазора, образованного открытыми пазами на поверхностях статора и ротора. Для закрепления каждый раздел книги сопровождается циклом задач.

Представлены основные определения и классификации видов эксергии, видов потерь эксергии, подробно рассмотрены основы эксергетического анализа некоторых теплоэнергетических установок. Изложены основы расчета эксергетического баланса парового котлоагрегата на основе материального и энергетического балансов.

Настоящее учебно-методическое пособие охватывает полный цикл практических работ, выполняемых студентами IV курса по «Основам силовой электроники». В пособии содержится описание аппаратного комплекса, включающего разного рода типы преобразователей и нагрузок. Студенты выполнят работы по мостовому инвертору тока, однофазному и трехфазному инвертору напряжения. Приводятся порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов. Кроме того студенты ознакомятся теоретически с матричными преобразователями частоты.

Данное учебно-методическое пособие по расчетно-графическому заданию является новой версией пособия, взамен ранее изданных нами, по дисциплине «Основы силовой электроники» и охватывает все основные этапы электротехнического проектирования электронного конвертора электрической энергии на примере проектирования тиристорного выпрямителя, включая формализованную методику выбора силовой схемы (этап структурного синтеза), расчет параметров элементов схемы (этап параметрического синтеза), расчет основных характеристик выпрямителя, определение структуры системы управления, оценку удельных технико-экономических показателей выпрямителя. Приведены краткие справочные данные по элементам силовой схемы для их выбора по результатам расчета.