Національний гірничий університет — відповідність Часу
Наукові дослідження кафедри на сучасному етапі


Період 1991–2012 рр. характеризується значним щорічним зменшенням замовлень (договорів) на виконання НДР і відповідно – об’ємів фінансування. Безумовно, 20-річний період сучасного етапу не має чітких кордонів. Так, виконання окремих НДР продовжувалося деякий час у 1992 р., з наступним постійним зниженням їх кількості, і до 1995–1996 рр. практично припинилося. Об’єми фінансування на виконання НДР по кафедрі до 1991 р. складали приблизно 50 тис. крб., тобто біля 500 тис. грн. на рік.

Таке становище пояснюється багатьма чинниками, особливо економічним станом і бурхливим зростанням комерційних стосунків в усіх галузях діяльності. Було створено труднощі, навіть неможливість отримання достовірних статистичних даних щодо всього спектру процесів, функціонування систем та апаратів, повністю виключено проведення промислових експериментів і випробувань. Нинішня незатребуваність інтелектуального потенціалу кафедри, безумовно, не створює кращих умов фінансування НДР, що виконуються головним чином аспірантами, докторантами і пошукувачами.

На сучасному етапі виконання НДР здійснюється на комп’ютерній базі з використанням відповідних програмних продуктів шляхом математичного моделювання будь-яких найскладніших процесів електричних систем. Експериментальна частина НДР виконується шляхом проведення комп’ютерного експерименту в діапазоні можливих граничних умов.



Досвідчені науковці кафедри
в лабораторії електрифікації підземних гірничих робіт


Такі підходи до виконання НДР забезпечуються розвиненою комп’ютерною базою, а формування тематики визначається шляхом подальшого розвитку наукових ідей академіка НАН України Г.Г. Півняка і професорів кафедри: С.І. Випанасенка, В.Т. Заїки, Ю.Т. Разумного й ін.

Напрям наукової діяльності професора С.І. Випанасенка нерозривно пов’язаний з проблематикою наукової школи академіка НАН України Г.Г. Півняка. У 1970–80-і роки на кафедрі електрифікації гірничих робіт і промислових підприємств вирішувалася проблема створення теоретичних основ передачі енергії рухомому потягу (шахтному електровозу) індуктивним методом і впровадженням нового виду транспорту на шахтах України. Це багато в чому зумовило напрями досліджень, що виконувалися співробітниками кафедри на той період. Більшість наукових результатів як теоретичного, так і практичного характеру стали основою кандидатських і докторських дисертацій.

Передача енергії шахтним електровозам безконтактним методом здійснювалася з використанням струму підвищеної частоти (5 кГц). Джерелом такого струму був тиристорний перетворювач, працюючий у складних умовах навантаження, що безперервно змінюється, характерного для транспортних засобів. Створення перетворювача вимагало глибокого і всебічного вивчення перетворювальної техніки, генерації нових ідей, що враховують незвичність умов експлуатації шахтних транспортних засобів. Кандидатська дисертація проф. С.І. Випанасенка  «Инвертор с отсекающим диодом в двухзвенном тиристорном преобразователе частоты для бесконтактного электрического транспорта», захищена у 1983 році в Київському політехнічному інституті за фахом 05.09.03 «Електричні і напівпровідникові перетворювачі», вирішила наукове завдання розширення функціональних можливостей тягового перетворювача, поліпшення його енергетичних характеристик.

Слід підкреслити, що на той період намітилася тенденція до використання струмів підвищеної частоти у найрізноманітніших сферах, що визначалося можливостями цих струмів і специфічними ефектами, виникаючими при їх дії. Інтерес до цього напряму був величезний. У 1995 році в Державній гірничій академії України С.І. Випанасенко захистив докторську дисертацію «Електротехнічні комплекси струму підвищеної частоти для технологій і транспорту (розвиток теорії, синтез параметрів, розробка)» за фахом 05.09.03 «Електротехнічні комплекси і системи», включаючи їх управління і регулювання. В роботі науково обґрунтовано технічні й технологічні рішення, реалізація яких забезпечила ефективні режими роботи електротехнологічних комплексів струму підвищеної частоти. Робота характеризувалася багатовекторністю досліджень, їх практичною спрямованістю на вирішення актуальних наукових завдань.

У своїх подальших дослідженнях професор С.І. Випанасенко неодноразово повертався до тематики, пов’язаної з використанням струмів підвищеної частоти. Ці дослідження, в першу чергу, стосувалися наукових завдань створення нових технологій обробки залізняку в магнітному полі, індукційного нагріву матеріалів несинусоїдальними струмами. Результати проведених досліджень було визнано науковим відкриттям. У 1996 р. Міжнародна асоціація авторів наукових відкриттів зареєструвала відкриття «Закономірність знеміцнення подрібнених залізних руд при впливі неоднорідного імпульсного магнітного поля» (диплом № 45). У співавторстві з іншими вченими професор С.І. Випанасенко встановив закономірність, яка пов’язує показники знеміцнювання з параметрами імпульсного поля, що відкрило нові можливості для вирішення актуальних завдань промислової дезинтеграції мінеральної сировини. У співавторстві його нагороджено премією Національної академії наук України ім. С.А. Лебедєва за роботу «Управління енергоємними технологічними процесами підприємств гірничо-металургійного комплексу».

У новому тисячолітті Україна зіткнулася з серйозними енергетичними проблемами. Гірничовидобувна промисловість опинилася серед найбільш енергоємних галузей. При обмежених інвестиціях в енергетику України завдання полягає у наведенні ладу енерговикористання промисловими підприємствами. Дослідження професора С.І. Випанасенка спрямовано на створення системи енергоменеджменту для вугільних шахт; організацію контролю за енерговикористанням; аналіз, що базується на наукових методах енергоефективності.

До найбільш значимих результатів наукової діяльності професора С.І. Випанасенка слід віднести наступні.

  • Запропоновано і обґрунтовано підходи до формування режимів роботи електротехнологічних комплексів струму підвищеної частоти.

Суть проблеми полягає в недостатньому врахуванні особливостей електротехнології при проектуванні перетворювальних пристроїв, що працюють на підвищених частотах, і недооцінці можливостей перетворювачів у частині ефективного управління технологічним процесом. Було запропоновано формувати режими роботи таких комплексів електроустаткування з врахуванням існуючих зв’язків між окремими ланками системи, показниками якості технологічного процесу і комплексу електроустаткування в цілому.

Такий системний підхід виявився в низці досліджень, проведених професором С.І. Випанасенком  і його аспірантами. Так, наприклад, запропоновано: поліпшити енергетичні показники регульованого випрямляча тягового перетворювача частоти шляхом підбору раціональної структури і режимів пов’язаного з ним автономного інвертора (кандидатська дисертація професора С.І. Випанасенка); поліпшити режими роботи випрямляча шляхом використання раціональних режимів управління автономним інвертором в установках індукційного нагріву (кандидатська дисертація аспіранта Аззама Аль Сатрі); управління режимами електропривода компресорної установки, що мінімізує втрати в усьому ланцюзі перетворення електричної енергії в пневматичну з її подальшим розподілом (напрям досліджень аспіранта О.В. Боброва ). Ця ідея була присутня і в інших наукових роботах, що виконуються аспірантами кафедри систем електропостачання.

  • Запропоновано декілька способів незалежного регулювання потужності споживачів, підключених до електричного ланцюга послідовно.

Суть проблеми полягає в тому, що при послідовному підключенні споживачів незалежне регулювання потужності в кожному з них, за відсутності взаємного впливу, здійснюється шляхом стабілізації струму в послідовному електричному ланцюзі. При стабільному струмі в ланцюзі втрати електроенергії постійні й не залежать від потужностей, споживаних окремими приймачами. Рівень втрат енергії, як правило, високий. Запропоновані професором С.І. Випанасенком  способи дозволяють здійснювати незалежне регулювання потужності споживачів при струмі, що змінюється, в послідовному ланцюзі. При цьому взаємний вплив споживачів в процесі регулювання виключається. Це відкриває широкі можливості для економії електроенергії в таких електричних ланцюгах. Особливо значимий ефект спостерігається в системах, що використовують струми підвищеної частоти, наприклад в системі шахтного транспорту з індуктивною передачею енергії. Перспективне використання запропонованих способів – і в системах, де традиційно застосовуються режими стабілізованого струму.

  • Запропоновано новий підхід до управління індукційним нагрівом матеріалів, пов’язаний з використанням несинусоїдальних струмів підвищеної частоти.

У процесі такого управління запропоновано змінити спектральний склад індукованого струму і рівні окремих гармонік. На відміну від традиційного підходу, що використовує струм однієї частоти, розширення частотного діапазону, зміна інтенсивності окремих гармонік дозволяють регулювати глибину проникнення струму, створюють нові можливості для гнучкого управління технологічним процесом. Один з напрямів такого підходу до регулювання було реалізовано в кандидатській дисертації аспіранта Аззама Аль Сатрі. Широке використання струмів несинусоїдальної форми в сучасних електротехнологіях підтверджує перспективність створення на цій основі цілого ряду способів управління, характерних для частотно-залежних технологічних процесів.

  • Розкрито нові сторони механізму дії магнітного поля на міцнісні властивості магнетитових залізняків.

Показано, що в умовах неоднорідних магнітних полів, які швидко змінюються в часі (імпульсних), виникаюча в шматках залізняку магнітострикція веде до поширення в пружному середовищі механічних коливань, що впливають на міцнісні властивості руди. Таким чином, було доведено вплив швидкості зміни магнітного поля і його градієнта на показники знеміцнення. Це змінило існуючі уявлення про характер протікаючих процесів, створило нові можливості для ефективного управління технологічними параметрами.

У своїх подальших роботах з проблем промислової дезінтеграції залізняку на збагачувальних фабриках професор С.І. Випанасенко  довів можливість і доцільність одночасного вирішення двох актуальних завдань технологічного процесу: знеміцнення руди і забезпечення необхідного рівня залишкової намагніченості шляхом обробки руди в магнітному полі з певними тимчасовими і просторовими параметрами. Створено установку, що дозволяє змінювати параметри поля відповідно до умов різних стадій процесу збагачення (подрібнення, сепарації, флотації). Цей напрям досліджень має особливу актуальність у зв’язку з надмірною енергоємністю процесів збагачення залізняку, впливом досягнутих показників збагачення на енергоефективність технологічних процесів металургійного виробництва.

У 2012 році професор С.І. Випанасенко отримав Державну премію України в галузі науки і техніки за роботу «Створення та впровадження комплексу обладнання для живлення, управління й захисту технологічних систем гірничих виробництв» (співавтори: Є.О. Вареник, В.С. Дзюбан, О.М. Омельченко, М.В. Савицький, В.В. Соболєв, І.Я. Чернов, Ф.П. Шкрабець).

Сфера наукових інтересів професора В.Т. Заїки – створення моделей для аналізу систем електропостачання та рівня енерговикористання гірничих машин і комплексів; інтеграція технічних засобів та інформаційних технологій для управління електропостачанням і енергозбереженням у вугільній промисловості. В цьому напрямі досягнуто наступних результатів.

Для процесів електропостачання вугільних шахт розкрито феномен тотального завищення розрахункових навантажень, що спостерігається на всіх рівнях розподілу електроенергії (ЕЕ), та виявлено причини його виникнення; в електроспоживанні виявлено техноцінологічні властивості використання електроенергії, що сформувались за останні десятиріччя в підземному електроенергетичному комплексі шахт для гірничих машин і комплексів, описуються дрібно-лінійними функціями гіперболічного типу; в енергозбереженні доведено необхідність переходу до моніторингу рівня енерговикористання на видобувних і прохідницьких дільницях, енергоємних установках і технологічних процесах у реальному часі. Для вугільних шахт доведено ефективність застосування саме інтегрального критерію для управління споживачами-регуляторами (СР), що знімає невизначеність при виборі глибини і тривалості чергової управляючої дії за допомогою СР та ризик, пов’язаний з невиконанням шахтою виробничих завдань.

Професором В.Т. Заїкою  розроблено техніко-економічні моделі елементів шахтних СЕП, що пов’язують витрати з похибкою визначення електричних навантажень, для їх вибору. На відміну від моделей, запропонованих академіком Б.В. Гнеденком, крім капіталовкладень в них враховано витрати на відшкодування втрат ЕЕ, що дає можливість будувати й аналізувати моделі складних СЕП у випадку вибору параметрів їх елементів не тільки за нагріванням, але й економічною щільністю струму, втратами напруги – параметрами, що реально використовуються при розрахунках шахтних електричних мереж.

Для неоднорідних електричних мереж визначено граничну, економічно доцільну похибку, що припустима при розрахунку 30-хвилинного максимуму. Причому для ступенів розподілу ЕЕ підземних високовольтних мереж і трансформаторів вона у 1,1–2 рази нижча узвичаєного значення, що дорівнює ±10 %. Для кабельних і повітряних ЛЕП на поверхні шахти навпаки – її значення у 1,5–3 і більше разів перевищують узвичаєний норматив. За допомогою моделей встановлено, що для елементів СЕП (провідниковий матеріал – алюміній) із відносно тривалим максимумом навантажень Тм нормовану щільність струму невиправдано завищено, а для провідників з міді з відносно малим Тм – занижено. Тому при виборі перерізів для перших вигідніше, як захід для підвищення ефективності СЕП, застосовувати менші щільності струму, аж до дійсно економічно доцільних. Для других більш вигідно застосовувати її граничні за нагріванням значення.

Удосконалено метод розрахунку електричних навантажень вугільних шахт, що базується на застосуванні статистичних моделей формування максимальних навантажень споживачів.

Відмінність його у тому, що для підвищення точності активне середньозмінне навантаження, як базову частину розрахункової моделі, рекомендується визначати за питомою витратою (нормою) ЕЕ або енергетичними характеристиками гірничих машин і комплексів. А ймовірне i-те значення реактивної потужності , що відповідає заданому значенню активної потужності (у т.ч. розрахунковому максимуму ), – за кореляційним рівнянням зв’язку з активним навантаженням.

Розроблено систему статистичних моделей для контролю рівня енерговикористання гірничими машинами й установками по видобутку і транспортуванню вугілля, а також при проходці гірничих виробок.

Моделі – універсальні, тому що різняться лише їх коефіцієнти, які залежать від типу гірничої машини і конкретних умов її експлуатації. Їх практична цінність у тому, що в умовах експлуатації вони дозволяють контролювати питомі витрати ЕЕ і таким чином впливати на рівень енерговикористання гірничими машинами, комплексами й установками.

Ураховуючи ринкові умови, запропонований двокритеріальний принцип регулювання режиму роботи багатоагрегатних водовідливних установок шахт, підвищення енергоефективності кожного агрегату – задача локального рівня управління. Мінімізація сплати за ЕЕ в цілому по водовідливному комплексу при виконанні обмежень, що накладаються енергосистемою, – завдання більш високого рівня управління.

Для систем підземного електропостачання, обладнання яких звичайно має мінімальну кількість первинних перетворювачів, запропоновано імітаційний метод визначення базових для енергоконтролю електричних величин.

Уперше в Україні на початку 1990-х років зусиллями співробітників кафедр СЕП і АКС для підземних гірничих робіт створено ієрархічну за структурою територіально розподілену систему оперативного енергоконтролю нового технічного рівня.

Порівняно з розробками аналогічного застосування система має високу гнучкість і надійність функціонування, кращі масогабаритні показники, метрологічні характеристики (гранична похибка без урахування внеску первинних датчиків не перевищує 2,5 %), забезпечує діагностику електроустаткування, потрібну глибину контролю, дружній інтерфейс і не поступається розробкам такого ж цільового призначення розвинутих країн, наприклад, Німеччини.

Наукову діяльність професора Ю.Т. Разумного присвячено вирішенню найважливішої проблеми підвищення енергоефективності роботи двох складних систем – «генерування» і «споживання», функціонування яких за законами фізики пов’язане з електромагнітною енергією. Робота будь-якої з двох систем неможлива без іншої. Науковий інтерес до вказаної проблеми полягає в знаходженні таких режимів генерування і споживання електричної енергії, які могли б економічно задовольнити обидві системи і сумарно досягати максимальної енергоефективності. Над вирішенням цієї проблеми працювали і продовжують працювати багато наукових колективів, таких як Московський енергетичний інститут, Енергетичний інститут імені Г.М. Кржижанівського (Москва), Інститут електродинаміки НАН України (Київ) і багато інших. Проте чимало кращих наукових розробок з різних причин не впроваджено і проблема станом на 2012 р. збереглася не лише для України, а й для багатьох країн світу. Видиму частину проблеми підвищення енергоефективності можна вирішити шляхом зниження витрат палива при генеруванні енергії за рахунок поліпшення характеристик системи, а також при споживанні електроенергії за рахунок скорочення її нераціональних витрат.

Оригінальні рішення отримано Ю.Т. Разумним у період проведення досліджень надійності при оптимізації систем електропостачання шахт, де було застосовано метод критерійного програмування, що базується на принципах математичного моделювання, теорії розмірності та теорії подібності. Результати цих досліджень, у поєднанні з вивченням режимів електроспоживання, послужили основою підготовки і захисту ним у 1977 р. дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за темою: «Дослідження відокремленого електропостачання підземних установок вугільних шахт Донбасу» за фахом 05.09.03 «Електроустаткування гірничої промисловості». Впровадження результатів досліджень були вельми істотними. Вони стали обґрунтуванням для виготовлення з 1978 р. заводами електротехнічної промисловості трансформаторів типу ТДТНШ з обмоткою вищої напруги 110 кВ, двома вторинними обмотками напругою 6,3 і 6,6 кВ, потужністю від 16 до 40 МВ·А. Останню призначено для підключення до неї підземних споживачів. Як результат, ємкісні струми в підземній електричній мережі зменшилися, а напруга на віддалених ділянках мережі відповідає номінальному значенню. Вирішення науково-практичної задачі дозволило здійснити впровадження систем відокремленого електропостачання на багатьох вугільних шахтах СРСР, що сприяло підвищенню надійності й електробезпеки.

Результати впровадження розробок широко опубліковані, експонати системи демонструвалися на ВДНГ СРСР і отримали першу премію та золоті медалі. В усіх роботах Ю.Т. Разумному  допомагав, надихав і консультував його керівник і соратник Сергій Андроникович Волотковський, з яким можна було цікаво обговорювати будь-яку проблему без обмежень у часі.

Подальші дослідження було присвячено розробкам, спрямованим на підвищення стійкості роботи підприємств вугільної промисловості, головним чином для екстремальних умов, включаючи форс-мажорні обставини, обумовлені терористичними актами, військовими діями й ін. До цього періоду (початок 80-х рр. минулого століття) остаточно сформувався науковий інтерес Ю.Т. Разумного, який полягав у пізнанні явища й єства енергій, зокрема електромагнітної. А це, з врахуванням нерозривності та взаємного зв’язку режимів її генерування і споживання для умов функціонування підприємств вугільної промисловості при обмеженнях електропостачання, потребувало знань відносно технологічних процесів, режимів роботи шахт, теорії катастроф, методів вирішення проблемних завдань й інших наукових і практичних відомостей. Тому Ю.Т. Разумний  з кінця 1970-х рр. до 1990 р. відвідав вугільні шахти Донбасу, включаючи і Ростовський регіон, Кузбасу, Воркути, Караганди, Сахаліну, Туреччини. Було отримано необхідні матеріали щодо запасів вугілля, роботи механізованих кріплень, машин і механізмів, режимів роботи шахт, схем електропостачання і режимів електроспоживання. Величезний інформаційний матеріал необхідно було обробити, узагальнити і застосувати для поліпшення стану вугільної промисловості країни.

За рекомендацією координаційної групи Ради Мінвуглепрому СРСР Ю.Т. Разумний відвідав обчислювальний центр АН СРСР (академмістечко в Новосибірську), де познайомився з академіком Н.Н. Моїсеєвим, за сприянням якого було отримано програмні продукти. Таким чином, з’явилася можливість обробити масив матеріалів по вугільних шахтах СРСР. Складність обробки матеріалів в умовах великої різноманітності і нерегулярності зв’язків між елементами системи показала, що класичними методами вирішити питання виявилося неможливим. Тому як метод дослідження (в умовах, коли натурні експерименти неможливі) було розроблено і використано імітаційні моделі, що відображають реальні технологічні режими для різних станів виробництва (шахти) й умов роботи систем електропостачання.

На наступному етапі досліджень стала необхідною інформація щодо стану діючих джерел енергії та розробку нових. З цією метою вивчалися матеріали у Центральному котельно-турбінному інституті ім. І.І. Ползунова (Ленінград), Енергетичному інституті ім. Г.М. Кржижанівського (Москва), Інституті атомної енергії ім. І.В. Курчатова (Москва), Об’єднаному інституті ядерних досліджень (м. Дубна, Московська область), Московському енергетичному інституті, Гідропроекті ім. С.Я. Жука й інших організаціях. Крім цього, для отримання практичних знань Ю.Т. Разумний  відвідав підземні атомні електростанції на Північному Уралі. Увесь цей інформаційний масив був необхідним для розробки пропозицій і обґрунтувань щодо спорудження для вугільних шахт підземних АЕС і підземних гідроакумулюючих гідроелектростанцій (ПГАЕС) на базі підземних гірських виробок вугільних шахт. Вивчалися різні види палива, включаючи шахтний метан, розроблялися газові двигуни на базі дизельних агрегатів для підводних човнів (завод «Російський дизель», Ленінград). При цьому газодизельні машини повинні були працювати на шахтному газі з концентрацією не менше 25 % по метану. Це поставило вимогу переобладнання паливної системи для нових енергетичних машин.

На початку 1980-х рр. Ю.Т. Разумним активно виконувалися науково-дослідні роботи по регулюванню режимів електроспоживання на вугільних шахтах. У цих роботах активно брали участь співробітники проектного інституту «Дніпродіпрошахт». Результати роботи широко впроваджувалися на вугільних шахтах Донбасу. Під керівництвом Ю.Т. Разумного у 1989 р. захистив кандидатську дисертацію В.Н. Герасимович на тему: «Області ефективного регулювання режимів електроспоживання з використанням споживачів-регулювальників» за фахом 05.09.03 – Електроустаткування (промисловість). У результаті отримано добрі практичні рішення по створенню споживачів-регуляторів за рахунок спорудження додаткових ємностей, задіяних у технологічних процесах. Тут вперше було розроблено імітаційні моделі технологічних процесів, на основі яких отримано нові наукові та практичні результати.

У 1996 р. Ю.Т. Разумний захистив докторську дисертацію на тему: «Наукові основи підвищення ефективності регулювання режимів електроспоживання при обмеженнях електропостачання вугільних шахт» за фахом 05.09.03 «Електротехнічні комплекси і системи», включаючи їх управління і регулювання. Науковим консультантом був тоді член-кореспондент НАН України, докт. техн. наук, професор Г.Г. Півняк. Це було не формальне консультування, а глибоке проникнення в наукову новизну і критичне відношення до наукової роботи, з величезною увагою і розумінням важливості її завершення. Річ у тому, що на той період, коли виконувалася робота, вона базувалася на НІОКР закритої тематики. Тому були проблеми захисту дисертації за фахом 05.09.03. За допомогою Г.Г. Півняка матеріал дисертації був перероблений і представлений до захисту з грифом «Для службового користування», що забезпечило її завершення. У дисертації розкрито нові сторони можливостей регулювання режимів електроспоживання. Новизна їх полягає в тому, що розширено діапазон регулювання режимів і обґрунтовано можливості адаптувати регульований графік електроспоживання до умов електропостачання. Регулювання електроспоживання здійснюється за реальними технологічними процесами відповідно до розроблених алгоритмів управління. До умов електропостачання віднесено: централізовану систему без обмеження і з обмеженнями до рівня аварійної броні електропостачання; децентралізовану систему електропостачання, для якої графік електроспоживання представляється рівномірним. Отримано залежності, що описують «життєвий» цикл функціонування системи електропостачання як централізованої, так і децентралізованої, при будь-яких змінах і діях на тривалість обмежень. Це дозволило вирішити найважливіші завдання, пов’язані з економією витрат на створення систем і зниження витрат палива. Безумовно, постійні дискусії щодо проблемних питань з колегами по кафедрі і на конференціях, семінарах сприяли формуванню наукових напрямів.

В роботах професора Ю.Т. Разумного  обґрунтовано і доведено: щоб досягти істотних результатів у підвищенні енергоефективності й енергетичної безпеки України необхідна єдина нероз’єднана економічна зацікавленість систем «генерування» і «споживання» енергії. Напрям вказаних досліджень до сьогодні, і тим більше у майбутньому, вельми актуальний, тому є всі підстави для його розвитку.

Наукові інтереси професора М.М. Білого  нерозривно пов’язані з одним з напрямів наукової школи академіка НАН України Г.Г. Пивняка – електроустаткування й електропостачання шахтного електровозного транспорту.

Вагоме місце в технології видобутку корисних копалин в шахтах, небезпечних за газом та пилом, займає рудниковий транспорт (акумуляторні електровози). Досвід роботи такого транспорту показує, що 55–65 % часу його простоїв припадають на пошук пошкодження в батареї, а 35–45 % – на його усунення. Таким чином, швидке виявлення в акумуляторній батареї (АБ) елементу зі зниженим опором ізоляції і його заміна сприяє зменшенню часу простою рудникової відкатки акумуляторними електровозами. Таке завдання успішно вирішене професорами М.М. Білим і В.В. Коренським, інженером С.В. Івановою. Запропонований спосіб і пристрій визначення пошкодженого елементу АБ дозволяють швидко, з високою точністю і без розбирання АБ виявити не лише пошкоджений елемент, але й визначити величину опору витоку. Це дає можливість діагностувати електровозні АБ, унеможливлюючи розвиток каналу пошкодження до критичного стану.

Позитивні результати отримано професором М.М. Білим  при проведенні досліджень аварійних режимів роботи систем електропостачання електровозного транспорту вугільних розрізів. Одним з таких режимів є замикання контактного проводу на землю. Максимальний струмовий захист не може відключити тягову мережу при вказаних аваріях. Це приводить не лише до пошкоджень елементів системи тягового електропостачання, а й до небезпеки для обслуговуючого персоналу і простою технологічного устаткування. Спільно з професором В.В. Коренським  запропоновано спосіб і пристрій централізованого захисту контактних мереж від струмів замикання на землю.

Сьогодні професор М.М. Білий  працює над проблемою підвищення ефективності використання електричної енергії на гірничих підприємствах.

Останніми роками наукові інтереси професора Вол. Д. Трифонова  пов’язані з підвищенням ефективності використання електричної енергії гірничодобувними підприємствами на базі енергетичного аудиту. Розроблено новий критерій оцінки енергоефективності з використанням інформативного факторного простору, що формує режим електроспоживання вугільними шахтами.

У результаті наукових досліджень розроблено комплексну модель вугільної шахти. На шахті «Благодатна» ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля» упроваджено інформаційну систему обліку електроенергії на основі спеціалізованого обчислювального комплексу (Вол. Д. Трифонов, В.Х. Чирва, Д.В. Трифонов, В.В. Слєсарєв).

З 2001 по 2005 рр. асистентом А.В. Рухловим  під керівництвом професора Ю.Т. Разумного  виконувалася наукова робота, спрямована на підвищення стійкості функціонування і забезпечення збереження вугільних шахт при обмеженнях електропостачання. Як наслідок, у 2005 р. ним було захищено кандидатську дисертацію на тему: «Метод визначення потужності аварійної броні електропостачання вугільних шахт». Виконання досліджень дозволило забезпечити вирівнювання групового графіка електричних навантажень шахти шляхом поєднання реально сумісних технологічних процесів, що забезпечують збереження виробництва, і понизити тим самим сумарну потужність аварійної броні електропостачання. Основні наукові результати: розроблено алгоритми імітаційного моделювання технологічних режимів індивідуальних графіків електричного навантаження і відповідних ним режимів роботи для водовідливної установки й електроприймачів, що беруть участь в оновленні ліній очисних вибоїв і доставці вугілля на поверхню; розроблено імітаційну модель формування групових графіків навантаження шахти та визначення потужності аварійної броні, що враховує гірничо-геологічні умови і технологічні взаємозв’язки в роботі гірничих комплексів та установок і дозволяє реалізувати найбільш рівномірний груповий графік; встановлено, що представлення навантаження аварійної броні як двоступінчатої функції часу дозволяє гарантовано мінімізувати можливий збиток вугільних шахт від тривалого обмеження електропостачання.

Результати досліджень представлено алгоритмами і програмою для комп’ютерного розрахунку потужності аварійної броні та впроваджено у ДВАТ «Інститут «Дніпродіпрошахт» і на шахті ім. Н.І. Сташкова ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля». Виконані А.В. Рухловим  дослідження є подальшим розвитком частини робіт професора Ю.Т. Разумного.

Доцент А.В. Рухлов  проводить дослідження по вдосконаленню режимів електроспоживання вугільними шахтами. Планує в своїй науковій діяльності, після завершення основного циклу дослідницьких робіт, вступ до докторантури для завершення докторської дисертації. Виконує аналіз і синтез потоків енергії, моделювання режимів електроспоживання з врахуванням комбінованого вироблення енергії та економічної зацікавленості двох сторін: систем генерування і споживання електроенергії. Вказані дослідження вельми актуальні, оскільки вони дозволяють економити паливні ресурси і тим самим підвищують енергетичну безпеку.

До 2011 р. на кафедрі сформовано групу талановитої молоді – випускників Національного гірничого університету, яка продовжує виконувати дослідження з актуальних тем.

Ю.А. Папаїка  активно виконує дослідження з оптимізації режимів електроспоживання печей опору. Актуальність роботи полягає в тому, що на сучасному етапі розвитку технологій відбувається масова заміна застарілого пічного електроустаткування металургійних і машинобудівних підприємств. На зміну старим пічам приходять сучасні установки з плавним регулюванням температури. Головна вирішувана проблема – забезпечення електромагнітної сумісності печей і живлячої мережі. Вона вирішується шляхом дослідження параметрів режимів електроспоживання печей опору з тиристорним управлінням і визначення оптимального з безлічі енергоефективних. Таким чином, було сформовано принципово нові режими, при яких процес нагріву в пічах відбувається в неповнофазних режимах, а також визначено залежності для розрахунку показників якості електроенергії й енергетичних коефіцієнтів при застосуванні нового способу управління режимами. Як наслідок –розроблено і запатентовано спосіб управління режимами нагрівальної установки з обґрунтуванням його енергоефективності. У 2011 р. захистив кандидатську дисертацію. Працює на посаді доцента.

А.Г. Лисенко виконує дослідження енергетичних показників роботи транспорту з індуктивною передачею енергії в перехідних режимах. Робота відноситься до розвитку наукової школи академіка НАН України Г.Г. Півняка по вдосконаленню шахтного транспорту. В результаті виконання роботи було отримано: математичну модель для розрахунку енергетичних показників тягової мережі в перехідних режимах; початкові умови для тягового перетворювача частоти, при яких забезпечуються мінімальні втрати потужності в пускових режимах.

Очікується отримання принципово нових режимів роботи тягової мережі, при яких рівні струму змінюватимуться ступінчасто, залежно від кількості електровозів на лінії, що дозволить підвищити енерго-ефективність режимів роботи для устаткування даного виду рудникового транспорту.



Професор Заїка В.Т. ділиться досвідом з молодими вченими кафедри

Ю.В. Хацкевич розробляє моделі і методи оперативного управління системами повітряно-променевого опалювання, що мають забезпечувати підтримку необхідного температурного режиму в приміщенні і зниження витрат палива. По суті робота полягає в прогнозуванні температурного режиму приміщення з системою повітряно-променевого опалювання і виборі управління ним за декількома критеріями. Опалювання виробничих приміщень є досить енерговитратним, а система повітряно-променевого опалювання як перспективна технологія має високий потенціал енергозбереження, що зумовлює актуальність виконуваних досліджень. Такі системи вигідно відрізняються від систем центрального опалювання можливістю зниження втрат енергії при транспортуванні енергоносія, вищою швидкістю і гнучкістю нагріву, зниженим ефектом стратифікації. Необхідно також відзначити, що використання променевої складової теплоти дозволяє знизити комфортну температуру в приміщенні. Проте, реалізація цих переваг систем можлива лише при ефективному оперативному управлінні їх роботою. У 2009 році Ю.В. Хацкевич захистила кандидатську дисертацію. Працює на посаді доцента.

Напрям наукової діяльності асистента С.В. Дибріна  пов’язаний з підвищенням енергоефективності устаткування виробничих процесів, зокрема, транспортних засобів і електровозів з індуктивною передачею енергії за рахунок використання нових перспективних, енергоємних, швидкодіючих, ємкісних накопичувачів енергії. Сформульовано алгоритм розрахунку енергоємності накопичувача для будь-якої енергоустановки. Виконано розрахунки за визначенням і оцінкою необхідної енергоємності накопичувача і розглянуто критерії порівняння різних типів накопичувачів енергії. Передбачається, що введення ємнісного накопичувача енергії в електроустановку дозволить знизити максимум споживаної потужності з живлячої мережі і вирівняти графік навантаження.

Асистент А.С. Румянцев  виконує роботу, присвячену питанням підвищення енергоефективності електроустаткування гірничих машин і систем підземного електропостачання вугільних шахт. У роботі розглядаються методи діагностики й управління електроустаткуванням систем підземного електропостачання. Впровадження результатів роботи дозволить підвищити енергоефективність систем підземного електропостачання за рахунок зменшення часу холостого ходу устаткування і зниження часу відновлення нормального режиму роботи системи електропостачання.

Н.Ю. Рухлова  працює над дисертаційною роботою на тему: «Дослідження і техніко-економічне обґрунтування режимів і термінів експлуатації зношеного електроустаткування електричних мереж споживачів». У роботі передбачається: встановлення залежності показників аварійності зношеного обладнання електроустановок від умов і режимів експлуатації; розробка критеріїв, що забезпечують надійне визначення складових електроустаткування в умовах експлуатації, і рекомендацій по підвищенню ефективності експлуатації зношеного обладнання електроустановок; техніко-економічне обґрунтування розроблених заходів, спрямованих на підвищення ефективності експлуатації зношеного обладнання електроустановок.

А.В. Бобров  виконує дослідження з оптимізації роботи електроустаткування компресорних установок шляхом математичного моделювання режимів роботи системи: електрична мережа – компресор – пневматична мережа. Відстежуючи споживання стислого повітря, система управління вибирає такий режим роботи, що забезпечує максимальний ККД.

І.М. Луценко розробляє методи і моделі оперативної діагностики електрообладнання вугільних шахт для підвищення надійності електропостачання. Запропоновано принципи удосконалення парку пересувних вибухозахищених трансформаторних підстанцій для формування його оптимального складу на розрахунковому періоді. Подальшу роботу спрямовано на підвищення інформаційного забезпечення процесів електроспоживання технологічних дільниць вугільних шахт разом з діагностикою поточного стану найважливішого електрообладнання.

К.С. Родная  проводила дослідження режимів електроспоживання водовідливними установками вугільних шахт. Для пошуку й аналізу раціональних режимів електроспоживання водовідливного комплексу вугільних шахт використано імітаційну, жорстко детерміновану факторну модель. В результаті отримано вдосконалену техніко-математичну модель водовідливного комплексу вугільної шахти, яка відрізняється тим, що багатоагрегатна шахтна водовідливна установка розглядається як єдиний об’єкт управління з високою розмірністю вектора варійованих параметрів. Технічні й технологічні характеристики водовідливу представляються в просторі параметрів станів, що є подальшим розвитком методів дослідження операцій. Це дозволило вирішити оптимізаційні завдання управління. По суті вперше запропоновано економіко-математичний критерій вибору величини основної факторної ознаки (діаметру магістрального трубопроводу), яка відрізняється тим, що при розрахунку економічно вигідних діаметрів магістральних трубопроводів водовідливу повинен використовуватися інтегральний критерій максимізації математичного сподівання прибутку за весь термін його експлуатації.

Д.А. Посмітюха  проводив дослідження у галузі індукційного нагріву сталевого дроту в технологічних процесах нанесення захисних покриттів. Ним пропонується використовувати спосіб термічної обробки дроту в процесах волочіння і оцинкування. Предмет досліджень аспіранта Д.А. Посмітюхи  – індукційний нагрів рухомого дроту, що представляє науковий інтерес, оскільки в промисловості індукційному нагріву піддають, в основному, великогабаритні металеві предмети, нерухомі або з поступальним переміщенням. Вивчення теорії індукційного нагріву, а також аналіз сучасних установок дозволили зробити висновок про доцільність відмови від використання класичних конструкцій індукторів для нагріву рухомого дроту. Для цього запропоновано використовувати новий тип індуктора, конструкція якого є власною розробкою молодого фахівця. Дослідницька робота проводилася з діючою моделлю установки індукційного нагріву дроту.

В.В. Винокуров займався обґрунтуванням параметрів режиму живлячої мережі в системі транспорту з індуктивною передачею енергії за умов скидання-накидання навантаження.

Усі вказані дослідження, що проводяться молодими вченими кафедри, виконуються відповідно до тематик щорічних бюджетних НДР.

Кафедра бере участь в роботі навчально-наукового Інституту гірничої і металургійної електроенергетики, який створено у 2004 р. при Національному гірничому університеті за ініціативою Національної академії наук і Міністерства освіти і науки України.

Ведеться активна участь фахівців кафедри у роботі науково-освітнього центру (НОЦ) за грантом Фонду CRDF (США). Доцент кафедри Рухлов А.В. за результатами проведених досліджень отримав від Фонду винагороду.



На загальних зборах НАН України академік Г.Г. Півняк
та члени-кореспонденти Е.І. Єфремов і А.Г. Шапар (2012)

Спільно з НАН і НАПН України створено навчально-науково-виробничий комплекс (ННЦ) з проблем енергетики, у рамках якого, відповідно до програм Уряду і НАН України, співробітниками кафедри виконуються фундаментальні наукові дослідження в галузі гірничо-металургійної електроенергетики. Результати виконаних досліджень опубліковані у фундаментальних виданнях НАН України. Одна з таких публікацій – „Енергоефектівність та відновлювані джерела енергії" (автори: Г.Г. Півняк, Ю.Т. Разумний) під загальною редакцією академіка НАН України А.К. Шидловського (2007).

У роботі над „Стратегією енергозбереження в Україні", виданій НАН України, взяли участь академік НАН України Г.Г. Півняк, професори кафедри С.І. Випанасенко, В.Т. Заїка й Ю.Т. Разумний.

Співпраця з Національним технічним університетом України "Київський політехнічний інститут" НАН України дозволила визначити нові напрями в електроенергетиці. На особливу вдячність кафедри заслуговує академік НАН України А.К. Шидловський, який взяв активну участь у наукових дослідженнях, що й визначило подальший розвиток досліджень в галузі електромагнітної сумісності. У 2009 році видано навчальний посібник „Особливі режими електричних мереж" (автори: Г.Г. Півняк, А.К. Шидловський, Г.А. Кигель, А.Я. Рибалко, О.І. Хованська).



Академіки НАН Украни А,К. Шидловський і Г.Г. Півняк



Професор І.В. Жежеленко серед колег кафедри СЕП після лекції в НГУ

Важлива роль у розвитку досліджень з електромагнітної сумісності на кафедрі належить видатному вченому, професору І.В. Жежеленку, який проводить лекції за цією тематикою. У 2009 р. видано підручник „Електромагнітна сумісність у системах електропостачання" (автори: І.В. Жежеленко, А.К. Шидловський, Г.Г. Півняк, Ю.Л. Саєнко).

Кафедра систем електропостачання співробітничає зі спорідненими кафедрами Національного технічного університету „Київський політехнічний інститут", Національним університетом „Львівська політехніка", Донецьким національним політехнічним університетом, Івано-Франківським національним технічним університетом нафти і газу, Харківським, Вінницьким, Одеським національними технічними університетами й ін.

Здійснюється співпраця з обміну різними виданнями підручників, навчальних посібників, методичних матеріалів, відгуків на дисертаційні роботи, опонування дисертацій та ін., що взаємно збагачує науково-педагогічну діяльність кафедри.

Міжнародна співпраця з Московським державним університетом здійснюється в галузі спільних публікацій. У 2007 р. видано спільний підручник "Електрифікація гірничого виробництва" у 2-х томах під загальною редакцією Г.Г. Півняка і Л.А.Пучкова (автори від НГУ: Ф.П. Шкрабець, В.Т. Заїка, Ю.Т. Разумний, А.Я. Рибалко).

За участю академіка НАН України Г.Г. Півняка і співробітників кафедри спільно з УкрНДІВЕ виконано важливі дослідження з проблем створення й освоєння серійного виробництва комплексу вибухозахищеного електроустаткування нового покоління для виробництв у вибухо- та пожежонебезпечному й агресивному середовищах.

Кафедрою під керівництвом акад. Г.Г. Півняка проводиться спільна наукова робота (відповідальний виконавець – Хацкевич Ю.В.) з Есслінгенським університетом прикладних наук (ФРН) за темою „Підвищення енергетичної ефективності роботи систем теплопостачання з тепловими насосами". У рамках виконання цієї роботи відбуваються двосторонні візити науковців для проведення експериментальних досліджені, обговорення результатів та планів подальшої роботи. Роботу представлено на конкурс спільних наукових проектів України та Германії й обрано для фінансування Міністерствами освіти обох країн.

Колектив кафедри бере постійну участь у розробці науково-прикладних проблем в галузі електропостачання гірничо-металургійної промисловості.


© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт