Аннотация: В пособии представлены различные типы дисперсионного ядерного топлива и области его применения в ядерной энергетике, рассмотрены делящиеся и матричные материалы, а также традиционные методы изготовления топливных композиций на их основе (раздельное получение и механическое смешение, золь-гель-процесс и др.), их достоинства и недостатки. Описаны плазмо-химические процессы получения топливных оксидных композиций для дисперсионного ядерного топлива из водно-органических нитратных растворов, включающих органический компонент (спирты, кетоны), делящиеся и матричные металлы. Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 14.04.02 «Ядерные физика и технологии», профилю «Изотопные технологии и материалы».

Аннотация: В пособии представлены основные типы генераторов низкотемпературной плазмы (плазмотронов), их достоинства и недостатки. Рассмотрены принципиальная схема и основные стадии плазмохимических процессов, включая смешение исходного сырья и плазмы, нагрев сырья, превращение его в целевые продукты, различные способы «закалки» и отделения целевых продуктов. Описаны плазмохимические процессы переработки газообразного, жидкого и твердого сырья в условиях различных плазменных теплоносителей применительно к ядерному топливному циклу. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 14.04.02 «Ядерные физика и технологии», профилю «Изотопные технологии и материалы».

Аннотация: В учебном пособии проанализированы современные виды теплоизоляционных и огнеупорных материалов, предложены рекомендации по их применению при разработке и расчетах футеровок электротермических установок. В пособии приведены примеры тепловых расчетов электротермических установок, в том числе и нового класса печей – высокотемпературных СВЧ-установок. Для студентов специальности 140605 «Электротехнологические установки и системы» и направления 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника». Рекомендуется для научных сотрудников и аспирантов соответствующего профиля.

Аннотация: Предложен инженерный подход для приближенного расчета тепловой энергии, выделяющейся в плазменном канале искры и на массивных металлических электродах воздушного сильноточного коммутатора (СК) атмосферного давления, а также электрической эрозии электродов СК, входящего в состав высоковольтной электрофизической установки (ВЭФУ) с мощным емкостным накопителем энергии (ЕНЭ). Отличительной особенностью данного подхода является то, что для определения энерговыделения и эрозии электродов в воздушном СК необходимы лишь данные об электро- и теплофизических характеристиках металла его электродов, удельной электропроводности низкотемпературной плазмы в канале искры и амплитудно-временных параметрах импульсного тока в разрядной цепи ВЭФУ с ЕНЭ. Введено и математически определено понятие эквивалентного активного сопротивления плазменного канала сильноточной искры, постоянного в течение всего времени разряда мощного ЕНЭ на электрическую нагрузку. В приближенном виде рассмотрен электрофизический процесс переноса в плазменном канале ионизированных атомов расплавленного металла электрода коммутатора на катод исследуемого СК. Предложенный подход позволяет оперативно выполнять расчетную оценку баланса электрической энергии в разрядной цепи ВЭФУ с ЕНЭ с учетом ее тепловых потерь в коммутаторе. Эксперименты подтверждают достоверность полученных расчетных соотношений для оценки энерговыделения и эрозии металлических электродов в воздушном коммутаторе.

Аннотация: Разработаны нестационарные математические модели дугового плазмотрона с межэлектродными вставками с вихревой стабилизацией и осевой подачей плазмообразующего газа с учетом явлений неустойчивости плазменного потока в программном продукте Comsol Multiphysics. Произведен анализ физических явлений, влияющих на устойчивость плазменного потока. Согласно анализу полученных данных были установлены факторы, влияющие на стабильность плазменного потока, а также установлено их взаимовлияние с целью компенсации развития неустойчивости потока. Произведено уточнение значений критического числа Рейнольдса путем сопоставления результатов численного моделирования верифицированной математической модели в идентичных режимах работы дугового плазмотрона с проведенными экспериментальными исследованиями. В результате исследования критическое значение числа Рейнольдса для конструкции плазмотрона ПН-В1 составляет 267 и 212 при использовании источников питания АПР-403 и АПР-404 соответственно.

Аннотация: Предложена физическая модель индукционного электрического нагревателя криогенных регулирующих аппаратов. Обоснован выбранный метод исследования. Приведена схема модели, состав измерительного оборудования и методика исследования, на основе которых определены энергетические характеристики индукционного нагревателя и даны рекомендации по его проектированию. Показано, что в качестве базового элемента в предлагаемой модели целесообразно использовать трехстержневую конструкцию шихтованного магнитопровода с обмоткой, расположенной на среднем стержне. Такая конструкция индукционного нагревателя позволяет проводить исследования с варьированием материала и формы нагреваемого объекта. Обосновано применение микропроцессорного измерительного комплекса, позволяющего контролировать и записывать в память компьютера до шести электрических сигналов с погрешностью не более 2%.

Аннотация: Рассмотрено управление режимом компенсации емкостных токов, возникающих в месте однофазного замыкания на землю, по измеряемым параметрам контура нулевой последовательности распределительной электрической сети. Приведена краткая характеристика распределительных сетей с компенсацией емкостного тока. Отмечены недостатки существующих методов и средств автоматической настройки дугогасящих реакторов. Обоснована необходимость разработки способа оценки параметров контура нулевой последовательности сети, лишенного недостатков известных методик настройки компенсации. Описан способ оценки параметров контура нулевой последовательности сети. Проведено исследование предложенного способа на модели контура и в условиях действующей распределительной сети. Результаты исследования подтверждают реализуемость предлагаемого способа оценки и его удовлетворительные метрологические характеристики.

Аннотация: Рассмотрены общие тенденции развития распределительных электрических сетей и требования, предъявляемые к комплектным распределительным устройствам (КРУ) на средние классы напряжения. Отмечены основные достоинства традиционных КРУ с воздушной изоляцией. Рассмотрены вопросы перехода к КРУ с твердой изоляцией и твердой экранированной изоляцией. Объем ячеек с воздушной изоляцией в 3-5 раз превышает объем современных ячеек КРУ с твердой изоляцией и газонаполненных ячеек. Определено, что основным направлением совершенствования КРУ с твердой изоляцией является применение технологии SISS (Solid Insulated Switchgear with earthed Shield - КРУ с твердой изоляцией и заземленным экраном). Экранированная твердая изоляция продлевает срок службы оборудования до возможного ремонта, уменьшая тем самым стоимость обслуживания. Описано принципиальное конструктивное выполнение ячеек с твердой изоляцией отдельных производителей. Приведены основные технические решения предлагаемых разработок, отмечены их преимущества и недостатки. Применение такой системы изоляции позволяет существенно снизить габариты КРУ и значительно повысить безопасность, поскольку в шкафу КРУ исключено прикосновение к высоковольтным элементам. При этом наличие подвижных элементов КРУ, находящихся под высоким потенциалом, требует применения другой изоляционной среды, позволяющей этим элементам двигаться - газа, жидкости или вакуума. Это означает, что изоляция подобных КРУ по существу является комбинированной. Кроме того, слой твердой изоляции ухудшает отвод тепла, а высокие напряженности электрического поля в твердом диэлектрике и большие объемы литого твердого диэлектрика требуют специальных мер по исключению частичных разрядов. Серьезной проблемой является и соединение различных элементов между собой, так как поверхность раздела элементов - это наиболее ослабленный изоляционный узел. Поэтому внедрение таких устройств связано с тщательной технической проработкой и выбором специальных технических решений, повышающих надежность работы изоляции и облегчающих тепловые режимы.

Аннотация: Тепловые расцепители на основе термобиметаллических элементов (ТБЭ) формируют зависимую от тока часть защитной характеристики автоматического выключателя. В статье проанализированы устройство механизма свободного расцепления и характеристики термобиметаллического элемента. Сформулировано условие срабатывания теплового расцепителя на основе сопоставления механической характеристики исполнительного механизма и термомеханической характеристики ТБЭ. Выполнены экспериментальные исследования термобиметаллических расцепителей - аналогов разрабатываемых выключателей. С учетом результатов этих экспериментов разработана методика расчета термобиметаллического расцепителя, которая применима при всех видах нагрева ТБЭ (непосредственный, косвенный, комбинированный). Методика позволяет определить размеры ТБЭ, способы его нагрева, а также температуру срабатывания расцепителя в зависимости от номинального тока выключателя. Установлено, что для обеспечения возможности настройки тока срабатывания, а также надежной работы автоматических выключателей в условиях вибрации и ударов, необходимо предусматривать при их конструировании свободный ход ТБЭ. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало приемлемую для практических расчетов точность методики.

Аннотация: Автоматические выключатели являются одним из наиболее широко распространенных электрических аппаратов в системах управления и распределения потоками электрической энергии, обеспечивающих защиту от коротких замыканий и токовых перегрузок. В первом случае автоматические выключатели должны обеспечить высокое быстродействие при отключении, которое может быть достигнуто при малой массе и значительных электромагнитных силах. Для приближенного определения размеров магнитной системы автоматических выключателей применяются методы теории цепей. При этом может быть существенно упрощена модель структуры магнитного поля. Проводимость воздушных промежутков между ферромагнитными элементами магнитной системы может быть описана модифицированным методом вероятных путей магнитного потока, сопротивление ферромагнитных элементов (падение магнитного потенциала) учтено математически выраженной кривой намагничивания (для стали марки 10895).

Аннотация: Случай падения на проводящее тело плоской электромагнитной волны, у которой векторы электрического и магнитного полей изменяются по синусоидальному закону, широко распространен в практике индукционного нагрева. В статье решена задача о распространении в проводящем полупространстве плоской электромагнитной волны несинусоидального периодического поля, создаваемой плоским индуктором. Решение получено в виде рядов Фурье в комплексной форме. Определены дифференциальные и интегральные характеристики системы "индуктор - проводящее полупространство" для различного значения постоянной времени индуктора. Сделано сравнение полученных результатов с электромагнитными характеристиками процесса распространения плоской электромагнитной волны синусоидального поля, полученные результаты проверены экспериментально.

Аннотация: Обработка различных материалов с помощью низкотемпературной газоразрядной плазмы с целью очистки поверхности или изменения структуры материала является весьма перспективным способом из-за генерации частиц, которые вступают в реакцию с молекулами примесей или основного материала. Кроме того, молекулы поверхностного слоя материала подвергаются воздействию ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, генерируемых в катодном слое разряда. Только объемный газовый разряд может обеспечить высокую степень однородности воздействия на поверхность материала. Для повышения интенсивности плазмохимических реакций целесообразно повышать частоту питающего напряжения источника газоразрядного реактора или переходить к импульсно-периодическому режиму электропитания. Частота повторения импульсов должна быть согласована с характерной частотой протекания плазмохимических реакций. Опытные установки, основным элементом которых является газоразрядный реактор, продемонстрировали успешную работу при модификации объемной структуры тонкой бумажной ленты с целью повышения ее гидрофильности.

Аннотация: Рассмотрены вопросы системной структуры и перспективности применения электродных водоподогревателей. Приведена их характеристика. Показана возможность системного использования.

Аннотация: Рассмотрен метод проектирования дугогасительной системы с деионной решеткой в автоматических выключателях переменного тока. За основу метода принято соотношение характеристик восстанавливающейся прочности и восстанавливающегося напряжения (ВН) для момента перехода тока дуги через нуль. При применении решетки дуга разбивается на ряд дуг, каждая из которых характеризуется сопротивлением частичных дуг. Суммарное активное сопротивление дуги существенно уменьшает амплитуду тока, уменьшает угол сдвига между током и напряжением, что уменьшает амплитуду восстанавливающегося напряжения и облегчает гашение дуги. Рассмотрены процессы гашения дуги в автоматическом выключателе в трехфазной цепи. Показано, что при погасании дуги в первом гасящем полюсе трехфазной цепи происходит деформация треугольника напряжений за счет сопротивления дуг в двух других полюсах. При проектировании автоматического выключателя рекомендовано принимать уменьшенный коэффициент схемы (1, 1 - 1, 3 вместо 1, 5). Это позволяет при проектировании дугогасительной камеры принять облегченные конструктивные решения (число и толщину дугогасительных пластин и расстояние между ними), объективно оценить отключающую способность автоматического выключателя, оптимизировать параметры дугогасительной системы.

Аннотация: Существующие методы расчетов электромагнитных процессов в системе токоподводов печи графитации и шинных пакетов печной петли требуют принятия существенных допущений, которые значительно искажают реальную картину и не отвечают современным требованиям по точности. Применение трехмерного полевого моделирования ограничено устойчивостью вычислительного процесса, значительными затратами вычислительных ресурсов и времени. В статье выполнено численное моделирование сопряженных пространственных электрических и магнитных полей в области систем шинных пакетов печной петли, токоподводов и керна печей графитации переменного тока методом конечных элементов. Разработан новый метод декомпозиции и динамического синтеза параметров по критерию минимизации токовой погрешности для расчета электрических контуров систем питания электропечей сопротивления прямого нагрева. Метод обеспечивает высокую точность расчета активных и индуктивных сопротивлений, потерь активной мощности и энергии магнитного поля по данным трехмерного численно-полевого моделирования сложных систем шинных пакетов печной петли, токоподводов и керна печи графитации. Определены критерии декомпозиции трехмерных областей систем проводников переменного тока, имеющих сложную пространственно-геометрической конфигурацию на подобласти. Применение метода конечных элементов и метода декомпозиции 3D области печной петли печи графитации переменного тока малой мощности обеспечило высокую точность и вычислительную эффективность численной реализации трехмерного моделирования электромагнитных полей. Относительные погрешности метода не превышают 0, 35% - для энергии магнитного поля, 1, 45% - для электрических потерь, 1, 48% - для модуля падения напряжения и 0, 67% - для фаз падения напряжения по сравнению с данными численно-полевого моделирования электрического контура печной петли. Предложенный метод может применяться при расчетах параметров электрических машин и коротких сетей дуговых сталеплавильных печей.

Аннотация: В настоящее время в эксплуатации находится значительное количество маломасляных выключателей. Они считаются морально устаревшими и уступают по своим характеристикам более современным выключателям - вакуумным и элегазовым. При срабатывании маломасляные выключатели могут быть источником существенных перенапряжений, одной из причин которых является срез тока, связанный с механизмом гашения дуги в плотной среде. Срез тока обычно возникает при отключении малых индуктивных токов, например, тока холостого хода трансформаторов и электродвигателей. При исследовании дуговых процессов в выключателях используются различные методы, в том числе адаптивные (метод "черного ящика"). В статье рассматривается возможность применения модели дуги на основе уравнения Майра для изучения среза тока и перенапряжений, генерируемых маломасляным выключателем. Анализируются особенности построения такой модели, приводится её структура, внешний вид и описание. Построение модели осуществлялось в программном пакете MATLAB. Рассматривался случай отключения RLC-цепи от источника ЭДС с малым сопротивлением с учетом механизма гашения дуги. Цепь моделировала отключение электродвигателя, присоединенного кабельной линией. В статье также проведено сравнение экспериментальных и расчётных данных.

Аннотация: Статья посвящена мониторингу состояния контактных соединений шин силовых электроустановок. Стационарные измерения температуры шин в рабочем режиме установки не позволяют с достаточной точностью диагностировать качество контактного соединения, например, измерить переходное сопротивление вследствие высокой теплопроводности материала ошиновки, приводящей к существенному выравниванию поля температуры вдоль шины. Предлагается использовать динамические измерения температурных режимов установки, возникающих в частности при отключении тока короткого замыкания, пуске электродвигателей и т. п. Температурные поля вблизи контактного соединения, возникающие в процессе протекания больших кратковременных токов, отличаются от стационарных полей существенно большей контрастностью, что заметно повышает возможности его диагностики. Наибольший интерес представляет максимальные значения температуры контактирующих поверхностей шинного соединения, недоступной для прямых измерений. Рассмотрены критерии качества контактного соединения плоских шин и алгоритм определения температуры контактного соединения, определяемые по данным зависимости температуры от времени, регистрируемой на внешней поверхности шины вблизи контакта при отключении тока короткого замыкания. Для анализа нестационарных полей плотности тока и температуры в области контакта использованы численные методы моделирования и известные аналитические результату теории теплопередачи.

Аннотация: Рассмотрена задача расчета тепловыделения при индукционном нагреве технологического оборудования на примере ферромагнитных плит, предназначенных для комплектации гидравлических рамных прессов. Приведена математическая модель индукционного нагрева, включающая расчет уравнения электромагнитного поля и распространения тепла в трехмерной постановке. Расчет трехмерных полей вихревых токов в ферромагнитных телах связан с большими затратами машинного времени на решение нелинейных уравнений Максвелла. Кроме того, используемые инженерные методы расчета не обеспечивают требуемой точности, поскольку не учитывают особенности геометрии объекта. Предложена методика расчета трехмерных полей вихревых токов в ферромагнитных телах с применением линейных дифференциальных уравнений, которая позволяет сократить объем вычислений более чем на порядок. Такое упрощение математической модели индукционного нагрева основано на допущении о постоянстве магнитной проницаемости материала плиты в процессе ее разогрева. Определена зависимость магнитной проницаемости, эквивалентной кривой намагничивания по активной мощности, от характеристик индуктора и его расположения, полученная при решении нелинейных уравнений электромагнитного поля в двумерной постановке. В качестве метода решения используется метод конечных элементов, реализуемый системой ANSYS. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании установок индукционного нагрева, к которым предъявляются особые требования по конфигурации температурного поля.

Аннотация: Рассмотрено моделирование процесса дугогашения при отключении сильноточных цепей постоянного тока аппаратами с жидкометаллическим рабочим телом. Так как устройства с жидкометаллическим контактом предназначены для коммутации конкретных цепей электропитания, использована возможность совместного рассмотрения электрической цепи и выключателя для оптимизации процесса отключения. Полученная математическая модель позволяет по известному температурному профилю динамической дуги определять основные динамические характеристики дугового разряда - ток, напряжение, проводимость, температуру, радиус проводящей зоны ствола. Показано, что если реальный температурный профиль дуги не известен, расчет таких интегральных характеристик процесса дугогашения, как ток, сопротивление и напряженность дугового ствола может проводиться по эквивалентному температурному профилю. На основе полученной модели разработана методика расчета процесса отключения цепи аппаратами с жидкометаллическими контактами с изменением топологической структуры отключаемой цепи в процессе коммутации.

Аннотация: На кафедре "Электротехника и электроэнергетика" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого выполняются разработки различных плазменных электротехнологических процессов с применением методов математического моделирования. Представлена базовая математическая модель для расчета плазменных электротехнологических процессов и приведены результаты расчета по разработанным моделям воздушно-дугового плазмотрона для нанесения покрытий; высокочастотного индукционного плазмотрона для очистки кремния; комбинированного плазмотрона для получения наноматериалов; плазменной струи, загруженной мелкодисперсным порошком; аргоно-дуговой сварки и плазменной сварки. Полученные при математическом моделировании результаты подтверждаются экспериментальными исследованиями, что позволяет говорить об адекватности разработанных моделей.