Наукові звіти

Звіт про наукову роботу кафедри теоретичної електротехніки у 2013 році

Узагальнена інформація про наукову діяльність кафедри

У 2013 році наукова робота кафедри проводилася у напрямках: компенсація реактивної потужності, імпульсна електротехніка, електрофізичні та електродинамічні процеси в струмопровідних гетерогенних середовищах, перетворення параметрів електричної енергії для сучасних технологій, вторинні джерела живлення автономних об’єктів, енергозбереження у пристроях електротехнології, ідентифікація та управління нелінійними динамічними об’єктами.

Протягом звітного періоду на кафедрі виконувалась одна НДР за темою "Розробка науково-технічних засобів неруйнівної діагностики вітчизняних надвисоковольтних кабелів світового рівня для підвищення їх експлуатаційної надійності та ресурсу" та одна госпдоговірна робота «Структурно-параметрична оптимізація надвисоковольтної установки для випробування зшитої поліетиленової ізоляції силових кабелів», у яких приймали участь 6 співробітників. Інші дослідження проводились у рамках другої половини робочого дня викладачів.

Спільні наукові досягнення штатних співробітників кафедри відображені у 1 підручнику з грифом МОН України, 1 монографії та 3 навчальних посібниках з грифом МОН України. За звітний період опубліковано 28 наукових ста-тей у фахових виданнях України, зроблено 20 доповідей на Міжнародних науково-технічних та науково-практичних конференціях, у яких взяли участь 16 співробітників, отримано 1 патент України на винаходи, 1 позитивне рішення на патентування винаходу та подана 1 заявка на патентування винаходу.

Кафедра не є випускаючою, однак, окрім зазначених вище, опубліковано зі студентами 35 наукових статей.

1. Підготовка наукових кадрів та інтеграція наукової роботи з навчальним процесом

1.1. Підготовка кандидатів та докторів наук

На кафедрі 2 аспіранта. У звітному періоді захищено 3 кандидатські дисертації:

1. Лободзинська Тетяна Петрівна "Формування механізму забезпечення конкурентоспроможності інноваційної продукції" (на прикладі підприємств електротехнічної галузі). Науковий керівник Яловий Гаррі Кирилович. Захище-на 28.02.2013 р.
2. Щерба Максим Анатолійович "Закономірності локальних підсилень електричного поля в діелектричному середовищі з провідними близько розта-шованими включеннями". Науковий керівник Подольцев Олександр Дмитро-вич. Захищена 02.04.2013 р.
3. Михайленко Владислав Володимирович "Моделювання усталених і перехідних процесів у електричних колах з напівпровідниковими комутаторами з використанням методу багатопараметричих функцій". Науковий керівник Щерба Анатолій Андрійович. Захищена 30.09.2013 р.

1.2. Інтеграція наукової роботи з навчальним процесом

(Нових курсів на кафедрі не створювалось, однак результати наукових досліджень знайшли відображення у окремих розділах курсів ТОЕ, Електротехніка та Електроніка і мікросхемотехніка).

1.3. Науково-дослідна робота та інноваційна діяльність студентів і молодих учених

Кафедра теоретичної електротехніки студентів на випускає. Однак у держбюджетній темі, яка протягом року виконувалась на кафедрі, приймали участь 3 студенти. Також кожного року кафедрою проводяться університетські і факультетські олімпіади з ТОЕ та Електротехніки.

16-19 квітня 2013 року кафедрою проведена Всеукраїнська олімпіада з ТОЕ, у якій приймали участь 43 студента із 21 ВНЗ України. Команда НТУУ "КПІ" зайняла 1 командне місце, студент Сипченко Михайло Валерійович посів 1 особисте місце, а студент Філь Микита Андрійович зайняв 3 особисте місце.

2. Основні результати наукових досліджень та НТ розробок за пріоритетними напрямами

Науково-дослідна робота на кафедрі виконується за пріоритетним на-прямом “Енергетика та енергоефективність”. У НДР № 2536-п "Розробка науково-технічних засобів неруйнівної діагностики вітчизняних надвисоковольтних кабелів світового рівня для підвищення їх експлуатаційної надійності та ресурсу" з річним обсягом фінансування на звітний рік 240 тис. грн. розроблено методику моніторингу якості ізоляції кабелів з використанням розрахунку густини поверхневого заряду на мікровключеннях.

Для випробувань кабелів з твердою полімерною ізоляцією неможливо використовувати звичні методи їх випробовування підвищеними напругами (в 2-2,5 рази більшими від режимних), оскільки часткові пробої такої ізоляції не відновлюються. Тому після таких випробувань електрична міцність кабелів може бути суттєво знижена.

Розвинуто і використано розроблену авторами роботи основну науково-технічну ідею про позитивний зворотний зв'язок між підсиленням електричних полів в локальних областях ЗПЕ ізоляції кабелів, міграцією до них водяних мікровключень, утворенням і зростанням водяних дендритів, що може бути основним електрофізичним механізмом інтенсифікації процесів деградації такої ізоляції.

Використання надвисоких напруг при випробуваннях кабелів вимагає забезпечення високої стійкості випробувального електрообладнання до режимів повного пробою ізоляції кабелів, при яких потужність споживання електроенергії від електромережі зростає в 40-60 разів. Тому в роботі для проведення такого типу випробувань кабелів використано енергоефективні електричні схеми послідовного резонансу (резонансу напруг), які є стійкими до режимів пробою ізоляції кабелів і забезпечують споживання потужностей від мережі електроживлення в 20-60 разів менших, ніж при використанні трансформаторних схем.

Для уточнення змінення з часом якості ЗПЕ ізоляції кабелів використано метод диференційного аналізу амплітудних спектрів ЧР з визначенням їх рівнів на частотах вищих від 1 МГц та урахуванням неоднорідності товщини всіх її полімерних шарів після виготовлення.

На підставі аналізу закономірностей зміни питомої густини та величини однойменних зарядів, наведених на локальних поверхнях рідких провідних мікровключень, а також величини силової взаємодії цих зарядів із зовнішнім низькочастотним електричним полем у твердій ізоляції кабелів, обґрунтовано один із механізмів появи та розвитку (розгалуження) в ній субмікронних тріщин і водяних мікротриїнгів.

Для оцінки технічного стану кабелів з ізоляцією, які тривалий час були в експлуатації використано науково-технічну ідею аналізу чотирьох електричних параметрів: амплітуди відновлювальної напруги, тривалості її досягнення, сталої часу саморозряду та нелінійного зменшення електричного опору полімерної ізоляції. Використано випробувальні напруги менших за величиною, ніж експлуатаційні, та динамічні параметри (так званих відновлюваних напруг) у кабелях. Проаналізовано умови виникнення критичних напруженостей електричних полів з урахуванням сукупного впливу на їх параметри структурних і технологічних мікродефектів в екструзійно модифікованій полімерній ізоляції.

Враховано змінення таких характеристик, як градієнт величини напруженості електричного поля в ізоляції, питома густина та величина однойменних зарядів на локальних поверхнях провідних включень у діелектрику. Найбільш важливим є урахування силової взаємодії електричних зарядів, наведених зовнішнім електричним полем на поверхні водяних включень, та взаємодії цих зарядів із зовнішнім низькочастотним полем. Розроблено математичну модель для розрахунку електричних полів в ЗПЕ кабелях із урахуванням густини поверхневого заряду на мікровключеннях.

У госпдоговірній роботі «Структурно-параметрична оптимізація надвисоковольтної установки для випробування зшитої поліетиленової ізоляції силових кабелів» з річним фінансуванням 90 тис. грн. виконано структурний синтез електричної схеми надвисоковольтної установки з послідовним резонансом регульованого реактивного опору реактору та ємності бухти вимірювального силового кабелю для випробовування та діагностики полімерної ізоляції силових кабелів синусоїдною напругою. Проведено оптимізацію параметрів окремих елементів структурної та електротехнічної схеми установки випробування та діагностики.

У звітному році з використанням виконаних робіт опубліковано 18 нау-кових статей, зроблено 15 наукових доповідей на Міжнародних науково-технічних конференціях. До виконання роботи залучалися 3 студенти.

3. Інноваційна діяльність

Отримано патент України на винахід:

"Електрична модель відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом": Патент UA № 80301, МПК G06G 7/57./Бойко В.С., Бойко В.В., Сотник М.І. - u 2012 12710. Заявл. 07.11.2012. Опубл. 27.05.2013, Бюл. № 10. Заявник НТУУ "КПІ".

Отримано позитивне рішення по заявці на патентування "Насос відцентровий" / Бойко В.С., Сотник М.І. - u 2013 07681. Заявл. 17.06.2013. Заявник автори винаходу.

Подана заявка на об'єкт права інтелектуальної власності "Спосіб вимірювання нульової послідовності" / Щерба А.А., Маков Д.К., Заявл. 18.07.2013. Заявник НТУУ "КПІ".

4. Міжнародне наукове співробітництво.

5. Аналіз наукового співробітництва з науковими установами НАН України та галузевими академіями наук України.

Кафедра плідно співпрацює з НАН України. В НДР, яка виконувалась на кафедрі, брали участь і співробітники Інституту електродинаміки НАН Украї-ни. Співробітники підрозділів національної академії наук є співавторами деяких публікацій, виданих у 2013 році.

6. Публікації

Підручники з грифом МОН України:

1. Теоретичні основи електротехніки: Підручник: У 3-х т. Т.3/ В.С.Бойко, В.В.Бойко, Ю.Ф.Видолоб та ін. // За заг. ред. І.М.Чиженка, В.С.Бойка. - К.: НТУУ "КПІ", 2013. - 242 с. - 500 пр.

6. Монографії:

Кабели с полимерной изоляцией на сверхвысокие напряжения: Монография / А.К.Шидловский, А.А.Щерба, А.Д.Подольцев. - Киев, Наш Формат, 2013. - 550 с. - 160 экз.

Навчальні посібники з грифом МОН України

1. Електротехніка. Частина 2: Навч. посібн./ А.А.Щерба, Н.І.Поворознюк 2013. - 458 с. - 300 пр.

2. Розрахунок перехідних процесів у лінійних електричних колах із зосередженими і розподіленими параметрами: Навч. посібн./ І.А.Курило, В.П.Грудська, Л.Ю.Спінул, М.А.Щерба. 2013. - 269 с. - 300 пр.

3. Електроніка і мікросхемотехніка "Силова електроніка": Навч. посібн.: У 4-х т. Т. 4./ В.І.Сенько, М.В.Панасенко та ін.// За заг. ред. В.І.Сенька. - Каравела, 2013. - кн.1 - 620 с. - кн.2 - 410 с.

Також опубліковано у фахових виданнях України 28 наукових статей загальним обсягом приблизно 178 сторінок, у тому числі 8, що входять до Міжнародних науковометричних баз даних, та зроблено 20 доповідей на Міжнародних науково-технічних та науково-практичних конференціях.

7. Наукові конференції, семінари, виставки.

7.1. Конференції

зроблено 20 доповідей на Міжнародних науково-технічних та науково-практичних конференціях, у яких взяли участь 16 співробітників кафедри.

8. Наукові досягнення.

9. Організаційне забезпечення наукової діяльності.

На основі сумісництва до викладацької роботи залучено 2 висококваліфікованих спеціаліста. Оновлений Web-сайт кафедри.

10. Матеріальна база

11. Проект плану розвитку підрозділу на 2014 рік

Звіт заслухано і затверджено на засіданні кафедри теоретичної електротехніки 06.11.2013 р. протокол № 3. Керівник підрозділу Щерба А.А.