ЭНЕРГЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/203.pdfСборник...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЭНЕРГЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯ

Сборник студенческих научных работ

Ульяновск УлГТУ

2015

УДК 620.9:54:504.72 ББК 31:24:20.1 Э65 Редколлегия: Меньшов Е. Н. канд. техн. наук; (отв. за выпуск), Бартенева В. А.

УДК 620.9:54:504.72 Энергетика, экология, химия : сборник студенческих научных работ. – Ульяновск : УлГТУ, 2015. – 176 с. В сборнике представлены научные работы студентов, выполненные под руководством преподавателей энергетического факультета УлГТУ. Сборник составлен по итогам конференций, проведенных на факультете в 2015 году.

© Коллектив авторов, 2015 © Оформление. УлГТУ, 2015

СРАВНЕНИЕ ТОЧНОСТЕЙ РАСЧЕТА ОПРЕДЕЛИТЕЛЯ МАТРИЦЫ ГИЛЬБЕРТА В СИСТЕМАХ SCILAB И DERIVE

И. А. Маркина, студентка гр. Эбд-22 Научный руководитель – профессор кафедры «Электроснабжение»

С. А. Курганов

Матрица Гильберта является классическим примером плохо обусловленной матрицы. Каждый ее элемент hij определяется по формуле

,

где i, j – номера строки и столбца матрицы соответственно. Целью работы является сравнение количества достоверных знаков мантиссы определителя, вычисленного с помощью систем компьютерной математики SciLab [1] и Derive [2]. Исследование проводилось при 9-ти разрядах. Для сравнения полученные данные для определителей матрицы порядка n=10…14 сведены в табл.1. Число точных цифр в результате уменьшается с 4 при n=10 до 0 при n=14 для Derive и n=13 для SciLab.

Таблица 1 Сравнение численных значений определителя

матрицы Гильберта n-го порядка, рассчитанных в системах Derive и SciLab

n Значение с 10-ю точными цифрами

Derive SciLab

Приближенное значение

Число точ-ных

цифр

Приближенное значение

Число точ-ных

цифр

10 2.164179226·10-53 2.164781084·10-53 4 2.1644052646·10-53 4

11 3.019095334·10-65 3.013767672·10-65 3 3.0272790566·10-65 2

12 2.637780651·10-78 2.638969942 ·10-78 3 2.8580712965·10-78 1

13 1.442896518·10-90 1.741806376·10-90 1 4.4480442151·10-92 0

14 4.940314914·10-108 2.628707471·10-104 0 3.9219996263·10-107 0

При расчете определителя матрицы Гильберта с помощью системы

компьютерной математики Derive c 9-ти разрядной десятичной сеткой достоверность результата теряется при 14-м порядке матрицы, что совпадает с результатом [3]. А при расчете определителя с помощью системы SciLab достоверность теряется уже при 13-м порядке матрицы.

3

Таким образом, для более точного вычисления определителя матрицы Гильберта из двух выше представленных систем компьютерной математики следует выбирать систему Derive.

ЛИТЕРАТУРА

1. Архипов И.О. Методическое пособие по самостоятельному изучению системы математического моделирования Scilab – Ижевск: Издательство ИжГТУ, 2008. – 31 с. 2. Дьяконов В.П. Справочник по системе символьной математики Derive. – М.: «СК Пресс», 1998. – 256 с. 3. Нечаев А.С. Точность расчета определителя матрицы Гильберта с помощью системы Derive. Энергетика, экология, химия: сборник студенческих работ. – Ульяновск: УлГТУ, 2013. – 238 с.

4

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРГУМЕНТА КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ РАСЧЁТЕ

ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКОВ А. А. Чаадаев, студент гр. ЭАбзу-12

Научный руководитель – профессор кафедры «Электроснабжение» С. А. Курганов

Программный пакет компьютерной алгебры Maple широко используется

в прикладных математических и инженерно-технических расчётах. Он позволяет значительно ускорить и упростить построение и исследование различных моделей широкого спектра задач, в том числе электротехнических [1, 2]. Несмотря на наличие специализированных расчётных систем, Maple удобен своей универсальностью и вариативностью.

Однако при его использовании могут возникать ошибки расчётов. Рассмотрим подобный случай при исследовании четырёхполюсника в лабораторной работе по теоретическим основам электротехники. В данной работе [3] на основании опытов холостого хода и короткого замыкания находятся параметры А-формы:

На основе A-параметров для любого пассивного четырехполюсника

можно составить эквивалентную Т-схему замещения [1], сопротивления которой вычисляются следующим образом [2]:

В используемом в лабораторной работе четырехполюснике входное

сопротивление имеет активно-ёмкостный характер. Следовательно, сдвиг фаз между напряжением и током всегда отрицательный, что и показал эксперимент. При этом параметры схем замещения, вычисленные с помощью (2)-(4) в любом режиме должны давать входное сопротивление с отрицательной фазой.

Так входное сопротивление, рассчитанное по опыту холостого хода: (5)

Однако, согласно Т-схеме замещения, входное сопротивление: (6)

что не соответствует данным опыта холостого хода (5). Возникает ситуация, при которой уравнение связи для параметров А-формы тождественно выполняется, а параметры схем замещения не верны,

5

несмотря на использование формул (2)-(4). Противоречие снимается, если обратить внимание на неоднозначность при вычислении фаз параметров схем замещения. Рассмотрим для примера фазу параметра (2)

Приведём также фрагмент листинга программы в Maple для вычисления фазы:

.

Согласно (7), мы можем представить дробь в виде отношения синуса и косинуса некоторого угла , т.е.

где , . Тогда очевидно, что при различных знаках синуса и косинуса данного угла (8) мы можем получить угол, отличный от истинного на величину .

Существует всего 4 знаковые комбинации для синуса и косинуса. Рассмотрим каждую из них

1) Очевидно, что при положительных значениях синуса и косинуса мы получим из (8) истинный положительный угол.

2) Если синус отрицательный, а косинус положительный, то мы получим истинный отрицательный угол.

3) Если синус положительный, а косинус отрицательный, то (8) даст отрицательный угол, равный углу из пункта 2. Однако очевидно, что истинный угол находится в противоположном (втором) квадранте симметрично относительно нуля. Т.о. необходимо ввести поправку .

4) Если и синус, и косинус отрицательны, то (8) даст положительный угол в первом квадранте, хотя также очевидно, что угол должен находится в третьем квадранте симметрично относительно 0. В этом случае также необходимо ввести поправку .

Таким образом, следует проверять знаки функций синуса и косинуса угла и вводить фазовую поправку . Приведём фрагмент листинга, где вручную,

после проверки на отрицательность, введена фазовая поправка:

.

Однако более целесообразно применять автоматическую проверку. Для этого нужно модифицировать программу, введя проверку знаков через функцию условия «if» [4], так, как это показано ниже на фрагменте листинга для фазы параметра :

6

При этом в зависимости от значения фазы параметра А будет учитываться использование фазовой поправки.

Отметим, что и сами значения A-параметров, а точнее их фазы вычисляются аналогично с учётом фазовых поправок. Однако вычисления показали, что уравнение в данном случае не чувствительно по отношению к наличию или отсутствию фазовых поправок. Проверка входных сопротивлений показывает полное соответствие экспериментальным данным.

Вывод. В системе Maple tan-1(х) – это функция главного арктангенса, область значений которого ограничивается значениями от –π/2 до + π/2. Поэтому при отрицательной действительной части в комплексном числе к полученному значению аргумента нужно прибавить или вычесть π.


1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.

Электрические цепи: учебник для бакалавров. – 12-е изд., исправ. и доп. – М. : Юрайт, 2014. –701 с.

2. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники: учебное пособие для вузов / под ред. проф. П.А. Ионкина. – М. : Энергоиздат, 1982. – 768 с.

3. Переходные и установившиеся режимы в электрических и магнитных цепях: методические указания к лабораторным работам по теоретическим основам электротехники / сост.: С.А. Курганов, Е.Н Меньшов. – Ульяновск : УлГТУ, 2013. – 40 с.

4. Дьяконов В.П. Maple 10/11/12/13/14 в математических расчетах. – М. : ДМК-Пресс, 2011. – 800 с.

7

ПРИНЦИП РАБОТЫ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА (РАДИО ЖУЧКА)

О. А. Сухенко, студент гр. Атсд-21 Научный руководитель − доцент кафедры «Электроснабжение»

К. С. Горшков

Принцип работы радио. Передача происходит следующим образом: на передающей стороне (в радиопередатчике) формируются высокочастотные колебания (несущий сигнал) определенной частоты. На него накладывается сигнал, который нужно передать (звуки, изображения и т. д.) – происходит модуляция полезного сигнала. Сформированный таким образом высокочастотный сигнал излучается антенной в пространство в виде радиоволн. На приемной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в приемной антенне, он поступает в радиоприемник. Здесь система фильтров выделяет из множества наведенных в антенне токов от разных передатчиков сигнал с нужной несущей частотой, а детектор выделяет из него модулирующий полезный сигнал. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком вследствие влияния разнообразных помех. Данная работа является миниатюрной копией радио. С уменьшенным размером, диапазоном и прочими характеристиками.

Принципы схематической реализации. В радио прослушивающих устройствах для передачи сигнала на

расстояние используют высокочастотные радиоволны. Обычно используют УКВ диапазон (с частотами 64 – 108), реже другие

частоты. В состав радио прослушивающего устройства входит передающее устройство (радио жучок) и радиоприемник. Радио жучок преобразует звук в электрический сигнал, усиливает, преобразует его и излучает в виде радиоволн. Представляет собой небольшое компактное устройство способное к скрытой закладке в прослушиваемом помещении. Для увеличения срока службы от батареи и от обнаружения, обычно изготовляется с небольшой мощностью (до 1 км).

Радио-жучок обычно состоит из пяти основных каскадов: УНЧ –усилитель низкой частоты; ЗГ − задающий генератор; УМ − усилитель мощности; СК − согласующий каскад: БП − блок питания (батарея, фильтр).

Принцип работы. Электрический сигнал звука с микрофона поступает на УНЧ (усилитель низкой частоты), где происходит его первичное усиление, чем и добивается высокая чувствительность. Это позволяет в комнате прослушивать даже шепот. В некоторых профессиональных жучках предусмотрена система автоматической регулировки уровня усиления (АРУ) благодаря чему громкий сигнал звука не искажается. Принцип АРУ − слабый сигнал усиливается на 100%, а сильный ослабляется. После усилителя сигнал поступает на ЗГ (задающий генератор). ЗГ генератор вырабатывает незатухающие высокочастотные колебания определенной частоты, в которые вставляет низкую частоту (происходит модуляция по частоте). ЗГ − это по сути

8

«сердце» радио жучка, к которому предъявляются жесткие требования. Он должен поддерживать заданную частоту и препятствовать обрыву генерации. Для увеличения радиуса действия жучка применяют УМ (усилитель мощности радиочастоты). А чтобы согласовать радио жучек с антенной используют согласующий каскад (СК). Он позволяет выжать из жучка максимальную отдачу и препятствует уходу частоты при изменении длины и направлении антенны. Для приема сигнала используют радиоприемник, который настраивается на частоту радио жучка.

На рис. 1 представлена используемая схема и детали.

Рис. 1. Электрическая схема радиопередатчика (радио-жучка)

В качестве источника питания можно использовать батареи от 4.5в до 9в.

Антена-кусок провода, длиной 40 см. Микрофон от китайского магнитафона. Вывод. Исследовав принципы разработки портативного

радиопередатчика, мной был создан проект, который успешно прошел проверку на работоспособность.


1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E0%E4%E8%EE 2. http://radio-uchebnik.ru/radiokrujok_radioszuk.html

9

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E0%E4%E8%EE

http://radio-uchebnik.ru/radiokrujok_radioszuk.html

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЦЕНТНОГО СООТНОШЕНИЯ СМЕШИВАЕМЫХ ЖИДКОСТЕЙ

В СМЕСИ М. Е. Ротанов, студент гр. Рбд-11

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» К. С. Горшков

В настоящее время во многих областях промышленности в

технологических процессах возникает необходимость смешивания жидкостей, при этом требуется контроль и регулирование их процентного соотношения в смеси.

Таким образом, целью проекта является: разработка прибора для определения процентного соотношения смешиваемых жидкостей (рис. 1).

Задачи проекта. 1. Провести обзор существующих приборов для определения

содержания жидкостей в смеси. 2. Провести анализ физических свойств смешиваемых жидкостей. 3. Математически обосновать выбранный способ определения

соотношения двух видов жидкости в смеси. 4. Разработать и изготовить прибор для определения процентного

соотношения смешиваемых жидкостей в смеси. Научная новизна предлагаемых в проекте решений: определение

соотношения двух видов жидкости в смеси по различным оптическим характеристикам жидкостей

Анализ существующих приборов показал, что в аналогичных приборах для определения процентного соотношения жидкостей используются механические, термоанемометрические расходомеры, а также анализаторы жидкости на основе электропроводимости жидкостей или спектральные анализаторы, такие приборы имеют большую материалоемкость сложность конструкции, а, следовательно, и большую стоимость.

Анализируя физические свойства различных жидкостей, было выявлено, что эти жидкости различаются по вязкости, плотности и цвету. Так как многие жидкости имеют различную светопроницаемость (при смешивании прозрачных жидкостей в одну из них можно добавить нейтральный краситель), то прибор можно сделать на основе разности оптических свойств жидкостей.

При смешивании двух видов жидкостей темной и светлой светопроницаемость смеси будет больше чем у темной жидкости, но меньше чем у светлой.

Исходя из этого, мы предположительно взяли прямую зависимость изменения светопроницаемости смеси.

А для расчетов применили уравнение прямой:

Пусть целая часть y1=1,а y0=0, тогда

10

Для перевода в проценты умножим формулу (6) на 100% получим

где y – процентное содержание светлой жидкости в смеси, %; x – величина сигнала с датчика смеси, В; x0 – величина сигнала датчика темной жидкости, В; x1 – величина сигнала датчика светлой жидкости В.

Рис. 1. Принципиальная схема прибора для определения процентного соотношения смешиваемых жидкостей в смеси

Прибор на рис. 1 для определения процентного соотношения

смешиваемых жидкостей в смеси состоит из датчика смеси 1, датчика темной жидкости 2, датчика светлой жидкости 3, расчетного блока 5, монитора 6 и системы подачи жидкостей 4.

11

Оптический датчик состоит из светонепроницаемого корпуса, прозрачной трубки проходящей через корпус, перпендикулярно трубке с одной стороны вставлен фоторезистор с другой стороны светодиод. Основой расчетного блока является микроконтроллер STM 32. В качестве монитора используется жидкокристаллический монитор. Система подачи жидкости состоит из двух емкостей для жидкостей, двух электронасосов смесителя и трубок.

В настоящее время создан опытный образец, написана программа для расчетного блока. Прибор находится на стадии лабораторных испытаний.


1. Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники. – К. : Вища школа. 1989. – 423 с.

2. Жаворонков М.А., Кузьмин А.В. Электротехника и электроника: учебное пособие. – М. : Академия, 2005. – 400 с.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Колос, 2008. – 656 с.

12

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ МАСС И. В. Николаев, А. В. Назаров, студенты гр. Рбд-21


Введение. Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУ) − один из проектов

оружия XXI века. В нем энергия полей преобразуется в кинетическую энергию некоего тела, будем называть его снарядом.

Электромагнитный ускоритель масс основывается на электромагнитной индукции − явлении возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Целью данной работы является изучение действие ЭМУ, известного как пушка Гаусса, и реализация его из доступных материалов.

Типы ЭМУ. Выделяют несколько типов ускорителей масс. Первый тип − это рельсовый ускоритель масс, более известен как рельсотрон или рельсовая пушка. В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов, по которым подается ток. Снаряд является проводником с током, помещенным в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами.

Второй тип − снарядный ускоритель масс. Снарядный ЭМУ разгоняет снаряд из ферромагнетика посредством передачи ему импульса воздействием электромагнитного поля. Существует два варианта таких ускорителей: пушка Гаусса (в качестве снаряда − пуля) и пушка Томпсона (в качестве снаряда − диск).

В основу функционирования дискового ускорителя масс положен принцип электромагнитной индукции. В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо (диск) из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нем возникает электрический ток, создающий магнитное поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем мощнее вылетает кольцо.

Принцип действия пушки Гаусса можно описать так: в цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида железный снаряд, который от этого начинает разгоняться. Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки. Чем сильнее магнитное поле и чем быстрее оно отключается – тем сильнее вылетает снаряд.

Преимущества и недостатки. В качестве оружия пушка Гаусса имеет ряд преимуществ перед другими видами оружия: отсутствие гильз и

13

неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, большая надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Однако все преимущества сводятся на нет недостатками, такими как: − большие затраты энергии; − низкий КПД установки (примерно до 5%). Отчасти этот недостаток

можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %;

− большой вес и габариты установки при ее низкой эффективности; − достаточно длительное время накопительной перезарядки

конденсаторов. Реализация. В качестве опытной установки было решено изготовить

одноступенчатую пушку Гаусса с питанием от бытовой электросети (рис.1).

Схема работает следующим образом. На вход подается переменный ток напряжением 220 В. С помощью ключа

S1 (тумблер) подается питание на всю установку. Далее ток проходит через однополупериодный умножитель напряжения. На выходе имеем выпрямленный ток напряжением 500 В. Через ключ S2 (кнопка) производится зарядка электролитического конденсатора C2. С помощью ключа S3 ток с конденсатора C2 подается на катушку L1, производя запуск снаряда. Диод LED1 исполняет роль индикатора питания установки.

Ствол пушки представляет собой катушку, намотанную на корпус шариковой ручки медным эмалированным проводом длиной 9 м витком к витку. Характеристики катушки: длина − 32 мм, внешний диаметр − 23 мм, внутренний диаметр − 7 мм.

В качестве конденсатора С2 взяты 10 электролитических конденсатора общей емкостью 2380 мкФ.

Рис. 1. Схема пушки Гаусса

14

Вывод. Пушка Гаусса, не может быть использована в качестве оружия в ближайшее время из-за ряда серьезных недостатков. На КПД пушки и скорость снаряда для одной и той же катушки влияют множество факторов, таких как: емкость конденсатора, напряжение конденсаторов, материал снаряда, его диаметр, длина, начальное положение и т.д. Для повышения КПД можно использовать несколько ступеней, при этом стоит учитывать их характеристики, напряжение, подаваемое на них и время включения каждой


1. Электромагнитное оружие. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gauss2k.narod.ru

2. Электромагнитное оружие. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://coilgun.narod.ru

3. Материалы о «Гауссе». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gaussguns.narod.ru

4. Белопольский И.И. Источники питания радиоустройств. − М. : ЭНЕРГИЯ, 1971. – 312 с.

15

ПРИНЦИП РАБОТЫ «ВЕЧНОГО ФОНАРЯ» Е. Э. Васин, студент гр. АТсд-21


Введение. Вечный фонарь − это осветительный прибор, который может

работать автономно, не прибегая к методу зарядки аккумулятора от общей сети. Этот прибор должен быть хорошим помощником тем людям, которые занимаются активным отдыхом или рабочим, которые трудятся в условиях плохой освещенности и не имеют возможности доступа к электросети.

Рис. 1. Образец устройства

За основу было взято такое физическое явление как электромагнитная

индукция, с помощью которого мы и достигли поставленной цели. В данной статье мы рассмотрим способ, благодаря которому мы осуществили задумку в жизнь.

Требования к «Вечному фонарю». Главные требования к фонарику заключаются в его эксплуатационных способностях. Прибор должен хорошо подзаряжаться от генератора и долго держать заряд в аккумуляторе.

В добавку фонарь должен быть компактным и качественно собранным, ибо от этого зависит срок службы и правильность работы.

Так как генератор, который будет подзаряжать основной аккумулятор, выдает переменный ток, который может повредить основной источник питания, необходимо внести в конструкцию диодный мост, обязанностью которого будет убрать данную проблему за счет выпрямления тока в постоянный.

При постройке генератора надо учесть, что корпус компактный и намотать, к примеру, 1500 витков медной проволоки не представляется возможным. Решением данной проблемы является замена магнита в генераторе на более мощный, например, неодимовый. Изоляция неотъемлемый пункт в постройке данного прибора. Фонарик предполагается использовать в любых условиях, в том числе и в дождь или в снег. Плохая изоляция может повлечь проникновение влаги в корпус и повлечь за собой окисление контактов и вывод из строя, как генератор, так и аккумулятор.

Принципы схемотехнической реализации. Для реализации проекта нам потребовались следующие компоненты.

16

1. Аккумулятор. Главным источником тока была выбрана обычная «пальчиковая» батарейка емкостью 250 мA этого достаточно для обеспечения энергией светодиоды в течение 12 часов без прерывной работы.

2. Медная проволока сечением 0.3 и неодимовый магнит. Эти компоненты необходимы для постройки генератора. Принцип сборки следующий. На корпус фонарика наматывается медная проволока в количестве 500–800 витков и не забываем оставить два вывода, которые будут идти на диодный мост (см. рис. 3). Внутрь корпуса помещаем неодимовый магнит, при встряхивании которого за счет возникновения в катушке электромагнитной индукции и будет возникать переменный ток.

3. Диодный мост. Схема диодного моста будет представлена на рис. 2. Его задачей, как было описано выше, является преобразование переменного тока в постоянный, избавляя нас от риска повреждения аккумулятора.

4. Светодиоды являются основным источником света, взяты в количестве трех штук, что является достаточным для хорошего освещения затемненного пространства.

5. Корпусом может являться обычный канцелярский маркер. Стоит помнить, что корпус должен быть достаточно большим для размещения комплектующих и довольно компактным.

6. Трамблер для замыкания цепи желательно взять небольшой от маленького обычного фонарика.

Рис. 2. Схема диодного моста Рис. 3. Общая схема цепи «Вечного фонаря» Вывод: Данный прибор показал нам одно из большинства полезных

применений электромагнитной индукции. Если данную тему развивать дальше, то не за горами новые разработки и реализации. Прибор, о котором написана статья, работает исправно и выполняет заложенный в него функционал.


1. http://electricalschool.info/. 2. http://www.bibliotekar.ru/teh-tvorchestvo/69.htm. 3. Герасимов В.Г. «Электротехника и электрика». 4. http://www.radiosovet.ru/book/.

17

http://electricalschool.info/

http://www.bibliotekar.ru/teh-tvorchestvo/69.htm

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ SMATH STUDIO ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Д. С. Афанасьев, студент гр. ИВТВМбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»

К. С. Горшков

Введение. Анализ работы сложных электротехнических устройств невозможен без использования соответствующего математического аппарата. Например, при анализе электрических цепей необходимо использовать операции с векторами и матрицами, алгебру комплексных чисел, различные методы решения дифференциальных уравнений и другие разделы высшей математики. Таким образом, анализ электрических цепей становится достаточно сложным, и для его упрощения ученые-электротехники были вынуждены разрабатывать различные методы, такие, как метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод наложения, метод эквивалентного генератора. Суть всех этих методов заключалась в том, что сложная задача разбивалась на ряд более простых задач. При расчете в программе эти методы становятся ненужными.

Общие сведения о программе. SMath Studio − бесплатная программа для вычисления математических выражений и построения графиков функций. Работа с интерфейсом программы напоминает работу с обычным листом бумаги, так как все математические выражения в ней записываются не в строчку текстом, а в графическом, удобном для человека, виде. Первая публичная бета-версия программы была создана в 2005 году для карманных компьютеров на языке C# под платформу Microsoft .NET Compact Framework 1.0. На текущий момент SMath Studio имеет версии для нескольких платформ: КПК, коммуникаторов, смартфонов, персональных компьютеров на базе операционных систем Windows и Linux и логически разделена на две программы: Handheld (карманная) и Desktop (настольная), которые соответствуют типу поддерживаемых платформ. Разработчик программы − Ивашов Андрей (Россия). SMath Studio, в общих чертах, повторяет интерфейс Mathcad, т. е. у программы есть основное рабочее поле, в котором и производятся все вычисления в форме, максимально приближенной к нормальным математическим обозначениям. Поле при стандартных настройках выглядит как тетрадный лист в клетку, и в нем, как на тетрадном листе, пользователь и вводит математические выражения. Для этого надо просто установить курсор (красный крестик) в понравившееся место и начать ввод с клавиатуры. После того, как выражение введено, можно его посчитать, нажав «=». Похожим способом объявляется переменная: пишется имя, ставится знак присваивания «:=» с помощью кнопки на панели «Арифметика» или двоеточием на клавиатуре, вводится значение. Объявленную переменную можно использовать в выражениях, ее значение будет подставлено автоматически при вычислениях.

18

Если навести курсор мыши на невыделенное выражение, то появится его результат в символьной форме. Так как курсор во время сеанса работы можно разместить в любом месте экрана, то стоит учесть особенность, перекочевавшею в эту программу из MathCAD: все определения переменных справедливы только для выражений находящихся ниже них. То есть если сверху написать x:=2 под ним выражение z:=x*y, а определение y:=5 ниже определения z, то при попытке получить ответ программа выдаст сообщение, что число "y" не определено.

Рис. 1. Интерфейс

Возможности программы. Мультиязычный интерфейс (в том числе русский и украинский); работа на устройствах с любым разрешением и ориентацией экрана; поддержка единиц измерения; построение двумерных (2D) и трехмерных (3D) графиков функций; самое интересное – работа с файлами Mathcad (открытие и сохранение); стандартные функции программирования (if, for, while); меню вставки встроенных функций и операторов при редактировании; системы, матрицы, векторы, комплексные числа, дроби и работа с бесконечностью; сложение, вычитание, умножение (скалярное и векторное), деление, нахождение факториала, возведение в степень, работа с корнями, определение модуля, тригонометрические функции, обратные тригонометрические функции, гиперболические функции, обратные гиперболические функции, логарифмы, определение сигнатуры, вычисление аргумента числа, определение детерминанта (определителя) матрицы, транспонирование матриц и векторов, вычисление миноров матрицы,

19

вычисление алгебраических дополнений матрицы, вычисление следа матрицы, определение ранга, перевод комплексных чисел из алгебраического в тригонометрический вид, численное дифференцирование и символьное дифференцирование, интегрирование, поиск вещественных корней уравнений и другие.

Вывод. Применение программы SMath Studio значительно облегчает проведение математических расчетов и позволяет сэкономить время пользователя. Главное достоинство программы заключается в том, что для решения задач не нужно изучать языки программирования. Она сама составляет программы вычислений. Нужно только ввести обычным образом математические формулы.


1. Информатика: Системы компьютерной математики: методические указания к лабораторным работам для студентов инженерного направления обучения / сост.: Л.В. Васильева, С.В. Малыгина, Е.А. Клеваник. – Краматорск : ДГМА, 2013. – 74 с. 2. Ивашов А. Форум проекта SMath. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.smath.info/forum/. 3. Богданов М. Неофициальный справочник проекта Smath Studio. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sites.google.com/site/mikkhalichlab/home.

20

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ А. В. Романов, студент гр. ЭАбд-21

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» Е. Н. Меньшов

Научным руководителем была поставлена задача: провести измерения

датчиком Холла распределения напряженности магнитного поля постоянных магнитов (ПМ) и сопоставить их характеристики.

Исследовались два типа МП (рис. 1). Первый – цилиндрический магнит: D = 10 мм, l = 20 мм. Второй – кольцевой магнит: Dвнеш = 30 мм, Dвнут = 20 мм, l = 15 мм. Материал МП – сплав неодима с железом и бором (Nd-Fe-B).

а б

Рис. 1. Тиы ПМ: а – цилиндрический магнит; б – кольцевой магнит

На рис. 2 представлены результаты экспериментальных исследований распределения результирующей напряженности магнитного поля вдоль оси ПМ.

0123456789

101112131415

0 2 4 6 8 10 12 14

Н/Нm

x,мм

Рис.2. Экспериментальные зависимости напряженности магнитного поля вдоль оси ПМ: ∆-∆-∆ – для цилиндрического ПМ; □-□-□ – для кольцевого ПМ

Вывод: Кольцевой магнит создает более сильное магнитное поле по

сравнению с цилиндрическим магнитом.

21

КОММУТАТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТРАНСФОРМАТОРОВ И. И. Шакуров, студент гр. ЭАбд-21


Тепловой режим трансформаторов испытывался на специально

созданном нами стенде. Блок-схема стенда представлена на рис. 1: 1 – ЛАТР, 2 – коммутатор, 3 – исследуемый трансформатор, 4 – омметр, 5 – нагрузочные элементы, 6 – термометр ТБ-3М-1, 7 – электронный термометр В7-27А, 8 – амперметры и 9 – вольтметр. Внешний вид коммутатора показан на рис. 2.

Измерение температуры обмоток проводилось методом сопротивлений, после установления теплового режима (через 3 часа после загрузки). Использование коммутатора позволяет измерить омические сопротивления всех обмоток за 2 – 5 с. В качестве омметра использовались цифровые приборы типа В7-16А и В7-38. Точность измерения сопротивлений 0,01 – 0,1 Ом. Температура на поверхности магнитопровода определялась с помощью термометра и термопары прибора В7-27А контактным методом.

Рис. 1. Блок-схема измерительного стенда тепловых режимов трансформаторов

Рис. 2. Внешний вид коммутатора

22

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДАТЧИКОМ ХОЛЛА

И. И. Шакуров, студент гр. ЭАбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»

Е. Н. Меньшов

На рис. 1 представлена схема измерительного стенда, который включает: цифровой вольтметр – 4, миллиамперметр – 3, датчик Холла ДХК-7 – 2, источник постоянного напряжения Б5-49 – 1 и два сопротивления, одно регулируемое – 6, другое постоянное – 5.

Основные параметры ДХК-7: материал – кремний (Si), ток управления – 13–15 мА, магнитная чувствительность – 0,5 В/Тл, входное сопротивление – 500–1000 Ом.

Для закрепления образца постоянного магнита и фиксированного перемещения его относительно датчика Холла в двух взаимно перпендикулярных направлениях (аксиальном и радиальном) изготовлен штатив. Все элементы конструкции штатива состоят из немагнитных материалов, чтобы избежать влияния этих элементов на измеряемое магнитное поле.

Рис. 1. Схема измерительного стенда

Датчик Холла ДХК-7 предназначен для преобразования магнитной

индукции в выходное напряжение и является знакочувствительным как по отношению к направлению магнитной индукции, так и по отношению к

23

полярности управляющего тока. Принципом работы датчика основан на эффекте Холла (рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация эффекта Холла

По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I. Действие эффекта Холла заключается в том, что на боковых сторонах пластинки перпендикулярно направлению тока возникает разность потенциалов – напряжение Холла или ЭДС Холла Eн. Эта ЭДС пропорциональна векторному произведению плотности тока j на индукцию B магнитного поля:

где a – ширина пластины, q – заряд частицы носителя, n – концентрация носителей.

Для прямоугольной пластины в однородном магнитном поле, направленном, как показано, на рис. 2, ЭДС Холла равна:

где Rн – постоянная Холла, I – ток через датчик Холла, В – магнитная индукция, d – толщина пластины.

24

КАЛИБРОВКА ДАТЧИКА ХОЛЛА П. О. Петров, студент гр. ЭАбд-21


Научным руководителем поставлена задача: откалибровать линейный

датчик Холла ДХК-7А. В силу влияния посторонних полей линейная характеристика датчика Холла смещается относительно начала координат

β+α= хUB , (1) поэтому в процессе калибровки требуется определить постоянные коэффициенты α и β .

В качестве источника калибровочного магнитного поля использован соленоид с постоянным электрическим током. Однослойная обмотка изготовленного соленоида содержит 517 витков провода ПЭЛ–0.86. Запитанный номинальным управляющим током датчик Холла помещался в центр катушки. В ходе эксперимента снимались показания датчика Холла (выходное напряжение Uх в зависимости от тока соленоида I). Экспериментальные значения представлены в таб.1 и на рис. 1.

Таблица 1 Экспериментальные данные

Рис. 1. Экспериментальная зависимость напряжения датчика Холла от тока соленоида Величина индукции магнитного поля на оси длинного соленоида

конечной длины (сравнительно с его диаметром) вычисляется по формуле )2cos1(cos1

0 β−βµµ= −IWZB , (2) где Z = 262 мм – длина соленоида; 1β и 2β – углы, под которыми видны концы соленоида из точки А на его оси, к которой относится величина НB µµ= 0 (см. рис. 2).

I, A 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Uх, B 0,00259 0,00263 0,00267 0,00271 0,00277 0,00282

25

Рис. 2. К расчету магнитного поля однослойного соленоида

В начале координат по рис. 2 углы 1β и 2β соответственно определяются

по следующим выражениям:

22 /2)(

/21cosZr

Z

+=β ; (3)

11802 β−°=β , (4) где r =16 мм – радиус соленоида.

Подставляя геометрические параметры соленоида в (2) – (4) и при 1=µ ,

получим

IB 4,19360µ= . (5) Подставляя в (5) значения токов из табл. 1, например, для

А6.02 иА 2.01 == II , получим значения магнитных индукций:

Тл,10146004,1936

Тл,1048654,19367

202

7101

−

−

⋅=µ=

⋅=µ=

IB

IB.

Подставляя значения 1B и 2B в (1), получим систему из двух алгебраических уравнений и соответственно ее решение:

Тл,0315.0;ВТл,16.12 −=β=α (6)

Вывод. Численные значения (6) параметров для зависимости (1)

являются результатами процедуры калибровки датчика Холла.

,00271.000263.0

2

1β+⋅α=β+⋅α=

BB

26

ЕМКОСТЬ И КОНДЕНСАТОРЫ А. В. Сергеев, студент гр. Омбд-21


Емкость − это такой пассивный идеализированный элемент, в котором

происходит запасание энергии электрического поля. Термин «емкость» используется еще и во втором качестве − как характеристика этого элемента, определяющая его способность запасать энергию электрического поля. Эта мера обозначается буквой С и измеряется в фарадах.

Специальное устройство, реализующее это свойство, называется конденсатором. По конструкции конденсатор состоит их двух изолированных друг от друга металлизированных обкладок, на которых могут накапливаться заряды.

Если к обкладкам конденсатора приложить постоянное напряжение U, тогда на обкладках будет накапливаться заряд Q. Величина этого заряда пропорциональна приложенному напряжению U, такая зависимость выражается формулой.

Q=CU. (1) В этой формуле коэффициент пропорциональности C – является емкостью. Единицей измерения емкости – Ф (фарад).

Если пластины конденсатора образуют параллельные плоскости, то его называют плоским.

C= S. (2)

Емкость (2) зависит: от площади его пластин S; от расстояния между его пластинами d; от материала, заполняющего пространство между пластинами ε.

При изготовлении конденсатора большой емкости стремятся сделать большое S при малом d, а также заполнить его пространство диэлектриком с большим ε.

Если напряжение, прикладываемое к емкости, переменное, тогда на емкости будет накапливаться переменный заряд. Взяв производную от левой и правой частей и учтивая условия i=(dQ/dt), имеем

ic=C*dUc/dt. (3) Таким образом, получили формулу, устанавливающую связь между током

и напряжением на емкости. Это связь дифференциальная по своему характеру. Мгновенная мощность на емкости определяется по формулам:

. (4)

Энергия электрического поля, накапливаемая на емкости, определяется по формуле:

. (5)

27

Если к емкости подводится постоянное напряжение U, тогда du/dt=0, поэтому в соответствие с формулой (1) имеет место ic=0. Это означает то, что емкость не проводит постоянный ток − представляет собой обрыв участка цепи.

Электрическая схема замещения конденсатора представлена на (рис. 1), где С − емкость конденсатора; Rs − сопротивление выводов, пластин и контактов; Rp − сопротивление, обусловленное диэлектриком и материалом корпуса; L − индуктивность выводов и пластин конденсатора.

Рис. 1. Электрическая схема замещения конденсатора

Необходимо заметить, что емкость никогда не остается неизменной, за исключением некоторых определенных условий. Она изменяется в зависимости от температуры, частоты, срока службы и т. д. Номинальное значение емкости, указанное в маркировке конденсатора, строго говоря, соответствует только комнатной температуре и низкой частоте.

Характеристики диэлектриков Диэлектрики, используемые в производстве конденсаторов, могут быть

разделены на следующие пять основных классов: 1) слюда, стекло, керамика с низкими потерями и т.п.; используются в

конденсаторах с емкостью от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад;

2) керамика с высокой диэлектрической проницаемостью; используется при емкостях от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч пикофарад;

3) бумага и металлизированная бумага; используются в конденсаторах с емкостью от нескольких тысяч пикофарад до нескольких микрофарад;

4) оксидные пленки (в электролитах); используются при емкостях от единиц до многих микрофарад;

5) пленочные диэлектрики, такие, как полистирол, полиэтилентерефталат (майлар), политетрафторэтилен (тефлон); предел использования − от сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

28

Многие факторы влияют на такие свойства конденсаторных диэлектриков, как диэлектрическая проницаемость, угол потерь, ток утечки, диэлектрическая абсорбция, электрическая прочность, допускаемая температура.

Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость материала, используемого в качестве

диэлектрика, равна отношению емкости конденсатора, в котором диэлектриком служит данный материал, к емкости того же конденсатора с вакуумом в качестве диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость сухого воздуха приблизительно равна единице. Конденсатор с твердым или жидким диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого выше диэлектрической проницаемости воздуха или вакуума, может запасать в ε раз больше энергии при равном напряжении, поданном на пластины.

Диэлектрики могут быть разбиты на две основные группы: полярные и неполярные материалы. В полярных материалах внутри молекулярной структуры существует постоянное неравновесие электрических зарядов. Диполи представляют собой молекулы, в которых центры действия положительных и отрицательных зарядов находятся на некоторых расстояниях друг от друга. В условиях переменного электрического поля, если частота не слишком высока, диполи самоориентируются. Переориентация диполей вызывает при некоторых значениях частоты и температуры большие потери.

В неполярных материалах электрические заряды внутри молекулярной структуры уравновешены. По этой причине неполярные материалы не имеют острого максимума потерь при изменении частоты и температуры. Поливинилхлорид может служить характерным представителем полярных материалов. Диэлектрическая проницаемость поливинилхлорида, равная 10 при низких частотах, снижается до 3−4 при частоте в несколько мегагерц. Полистирол − типичный неполярный материал с диэлектрической проницаемостью, приблизительно равной 2,5 как при постоянном, так и при переменном напряжении при частоте до многих тысяч мегагерц.

Исключительным материалом, имеющим специальные свойства, является керамика с высокой диэлектрической проницаемостью. Высокое значение ε у этого материала сохраняется при частотах до многих тысяч мегагерц, но в то же время он обладает очень высокой индуктированной поляризацией. При некотором напряжении молекулярная структура искажается настолько, что становится чрезвычайно чувствительной к температуре, механическому давлению и приложенному напряжению. В этих условиях диэлектрическая проницаемость возрастает до очень высоких значений.

Потери в диэлектриках. Потери возникают за счет тока утечки, диэлектрической абсорбции и

тому подобных явлений в зависимости от частоты рабочего напряжения. Изменение ε с частотой незначительно до тех пор, пока потери малы.

29

Потери увеличиваются, когда столкновения молекул затрудняют их ориентацию в электрическом поле; при этом диэлектрическая проницаемость падает.

Вязкость молекулярной структуры ограничивает частоту, при которой может происходить полная ориентация диполей. Если приложенное напряжение имеет частоту, сравнимую с этим граничным значением, то потери резко возрастают. Сопротивление, эквивалентное потерям, может быть введено как в последовательную, так и в параллельную эквивалентную схему. Это зависит от способа измерения при заданном частном значении частоты. Важным критерием является отношение: мощность, затраченная за один период.

Эта величина называется коэффициентом мощности материала и для хороших диэлектриков не зависит от частоты. Когда через конденсатор протекает переменный ток, векторы тока и напряжения сдвинуты один по отношению к другому меньше чем на 90°. Это фазовый угол φ. Угол δ, дополняющий фазовый угол φ до 90°, называется углом потерь. Косинус фазового угла или синус угла потерь равен коэффициенту мощности. Поэтому диэлектрические потери могут быть представлены в виде произведения: UIcos φ или UIsinδ. Обычно угол потерь так мал (при значении коэффициента мощности менее 10%), что можно принять tgδ равным sinδ. Хотя более удобно выражать потери через tgδ, чем через cosφ, так как первый легче измерить, однако для характеристики диэлектрических потерь в конденсаторах используются оба обозначения. В идеальном конденсаторе, не имеющем диэлектрических потерь, δ = 0.

Коэффициент рассеивания (тангенс угла потерь)

, (6)

где f – частота, Гц; R – эквивалентное последовательное сопротивление, Ом; С – емкость, мкФ.

Коэффициент мощности может быть представлен в виде отношения потерь в диэлектрике к произведению из приложенного напряжения на ток.

Поэтому коэффициент мощности рассчитывают по формуле: , (7)

где Pa – активная мощность, Вт; f – частота, Гц; C – емкость, мкФ; U – напряжение, В.

Добротность конденсатора Q − величина, обратная значению tgδ. Она может быть представлена как отношение чисто реактивного сопротивления к эффективному сопротивлению, эквивалентному потерям.

30

Влияние частоты на диэлектрики и готовые конденсаторы. В области очень низких и очень высоких частот наблюдается увеличение

потерь, которое практически ограничивает использование конденсатора с любым диэлектриком. При очень низких частотах в диэлектрике становятся заметными различные формы утечки, такие, как ток утечки на постоянном токе и долговременные поляризационные явления, которых не бывает на высоких частотах. При очень высоких частотах некоторые процессы, связанные с поляризацией диэлектрика, не успевают полностью проявиться и поэтому вызывают потери.

Типы конденсаторов постоянной емкости. Важнейшие характеристики конденсатора определяются его

диэлектриком. Поэтому обычно конденсаторы классифицируются по виду диэлектрика: бумага, слюда, керамика и т. д.

Основные параметры конденсаторов. Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость

(С„Ом), которая обычно указывается на корпусе конденсатора, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и номинальное напряжение (U, OM). Номинальное напряжение − это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.

На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления. Маркируют конденсаторы, как и резисторы буквенноцифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ.

Слюдяные конденсаторы. Диэлектрик − слюда. Такие конденсаторы используют тот факт, что

слюда сама способна накапливать энергию. Ее диэлектрическая проницаемость намного больше единицы, так что при меньших габаритах удается накопить больше энергии.

Достоинства: высокая емкость на единицу объема, единицу массы, высокая электрическая прочность.

Недостатки: нелинейность, нестабильность параметров, зависимость емкости от силы тока, высокая цена. Слюда вообще ведет себя в электрическом поле странно.

Конденсаторы имеют следующие характеристики: 1) цена более высокая, чем у бумажных конденсаторов; 2) коэффициент

мощности при 25° С и 1 КГц равен 0,001, при 1 МГц уменьшается до 0,0002; 3) добротность Q высокая, обычно порядка 2500 при емкости от 100 до 1000 пФ

31

при 1 МГц; при более высоких и более низких значениях емкости уменьшается; 4) удельная емкость низкая по сравнению с бумажными конденсаторами; 5) рабочее напряжение постоянного тока: возможно получение высоких номинальных напряжений; 6) отклонение емкости от номинала (первоначальное) небольшое, до ±0,25%.

Керамические конденсаторы. Конденсаторы на основе керамики. Достоинства: низкие шумы, высокая температурная и временная

стабильность, надежность, низкие потери, электрическая прочность. Недостатки: плохие массогабаритные характеристики. Керамические

конденсаторы изготовляются из трех основных классов керамики: 1) с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями; 2) со средней величиной диэлектрической проницаемости и повышенной температурной стабильностью; 3) с высокой диэлектрической проницаемостью.

Бумажные конденсаторы. Диэлектриком является бумага, пропитанная трансформаторным маслом. Достоинства: высокая надежность и электрическая прочность. Для

конденсаторов, рассчитанных на высокое напряжение − достаточная высокая емкость на единицу объема, низкий ток утечки. Многие силовые конденсаторы делают именно по такой технологии: складывают две пластины с бумагой между ними, сворачивают в рулон, помещают рулон в банку, банку заполняют трансформаторным маслом и запаивают.

Недостатки: большой вес, большая собственная индуктивность и собственное сопротивление.

Эти конденсаторы имеют следующие характеристики (при сравнении со слюдяными конденсаторами):

1) цена относительно невелика; 2) коэффициент мощности относительно высок (до 0,01 при 25° С и 1КГц,

от 0,005 до 0,04 при –55° С, в зависимости от пропитки); 3) удельная емкость высока; 4) рабочее напряжение постоянного тока среднее; 5) отклонение емкости от номинала (начальное) большое: возможно ±5%,

обычно ±10% или больше.

32

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ УЛЬЯНОВСКОЙ

ОБЛАСТИ Д. В. Байгазин, студент ОГБОУ СПО «УМК»

Научный руководитель – преподаватель С. И. Королева

В сегодняшних условиях истощения традиционных энергетических

ресурсов и напряженной экологической обстановки крайне важно использовать возобновляемые источники энергии.

Рост выбросов парниковых газов, увеличение потребления воды, ее загрязнение, истощение земель и запасов природных энергоресурсов вынуждают искать новые источники энергии. Одним из них являются биогазовые технологии. По прогнозам, вклад биомассы как дополнительного источника энергии к 2040 г. достигнет 23,5% от общего энергопотребления.

Возобновляемые источники энергии пользуются в России все большим успехом. Российское правительство поставило цель увеличить долю возобновляемых источников энергии, которая составляет на сегодняшний день менее одного процента, как минимум до 4,5 процента.

При этом биогазовые установки должны играть значительную роль, так как потенциал ресурсов велик. При помощи биогазовых установок сельскохозяйственные предприятия могут выгодно вырабатывать энергию для собственного потребления, а также эффективно утилизировать жидкий навоз и органические вещества. По экономической эффективности генерирующие установки на биогазе могут оставить далеко позади технологии использования других энергоресурсов, как возобновляемых, так и не возобновляемых.

Биогаз – продукт анаэробного (без доступа воздуха) разложения органических веществ самого разного происхождения (навоз, отходы пищепрома, иные биологические отходы). Состоит биогаз на 50-70% из метана (CH4) и на 30-50% из углекислого газа (CO2). Его можно использовать как топливо для получения тепла и электричества. В энергобалансе европейских стран биогаз занимает 3-4%. В Финляндии, Швеции и Австрии, благодаря государственному стимулированию биоэнергетики, его доля достигает 15-20%. В Китае действует 12 млн. маленьких «семейных» биогазовых установок, снабжающих газом в основном кухонные плиты. Распространена эта технология в Индии, в Африке. В России же установки для получения биогаза можно сосчитать по пальцам.

Технология производства биогаза сравнительно проста (рисунок 1): органическая масса (навоз, отходы и пр.) периодически подается в резервуар-реактор, где и происходит процесс ферментации. Для протекания процесса в штатном режиме необходимо поддерживать определенную температуру в реакторе и перемешивать содержимое. Все операции проводятся так, чтобы исключить доступ воздуха в реактор. За процесс ферментации отвечают бактерии. Обычно они попадают в установку вместе с биомассой (содержатся в

33

навозе). Либо их вводят специально – одноразово в момент запуска реактора. Верхняя часть реактора – газгольдер служит для сбора и хранения биогаза. Соответственно снизу отводится «перебродившая» биомасса, являющаяся, по сути, универсальным органическим удобрением (биогумус).

Протекание данного процесса разделяют по температурному режиму: психофильный (до ≈ 25°C); мезофильный (от 32 до 42°C); термофильный (от 50 до 57°C).

Биогаз состоит из метана и углекислого газа. Их можно разделить, и использовать метан как обычный природный газ. Но чаще биогаз используют без сепарации в энергетических установках, отрегулированных именно под этот вид топлива.

Рис. 1. Технология производства биогаза

Подача газа происходит прямо из газгольдера. Биогаз может

использоваться в бойлерных установках (для получения тепла), в газовых турбинах или газопоршневых двигателях. Обычно они работают в режиме когенерации – на производство электроэнергии и тепла. Как замечает руководитель направления по генерации ГК «ЭнТерра» Марк Потеряев, в биогазовых энергоустановках лучшие характеристики показывают газопоршневые установки. У них эффективность выше, чем у газотурбинных.

Установки тригенерации (электричество-тепло-холод) развития пока не получили. Тем не менее, у биогаза в этом направлении хорошие перспективы. Если довести ситуацию до идеала, то биогазовый комплекс может работать в режиме «пентагенерации» − производить электроэнергию, тепло, холод, органические удобрения и «сухой лед». Последний можно получать в процессе разделения биогаза на метан и углекислый газ в мембранных контакторах.

34

Сырье для биогазовых установок имеется в достаточных количествах на станциях очистки сточных вод, на свалках мусора, на свинофермах, птицефабриках, в коровниках. Именно агропредприятия считаются основным потребителем биогазовых технологий на ближайшую перспективу. В пользу этого играет неплохая экономика подобных проектов. Из тонны навоза КРС получается 30-50 м3 биогаза с содержанием метана 60%. Фактически одна корова способна обеспечить получение 2,5 кубометра газа в сутки. А из одного кубометра биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии, плюс вырабатывается органическое удобрение, использование которого ощутимо улучшает экономические характеристики биогазовой установки.

Широкое применение биогазовые установки получили в Китае, США и

странах ЕС. Например, биогазовые установки в Зиггервизен (Австрия), в Лахольме (Швеция). Непрерывное энергоснабжение сахаро-рафинадного завода и бумажной фабрики в Варнанагаре (Индия) обеспечивается с помощью трех газовых двигателей «Енбахер» JGS 316 GS-B.L. Необходимый для этого газ на 75% получается из отработанной воды сахарной фабрики. Остальные 25% газа вырабатываются из сточных вод бумажной фабрики. В России применены биогазовые установки в животноводстве Амурской области, где идет переработка большого количества отходов растительного и животного происхождения, образующегося в хозяйствах и личных подворьях населения.

По данным расчетов НИИ Амурской области окупаемость затрат биогазовой установки 2,5 года (при расчетном сроке эксплуатации 10 лет).

Применение биогазового реактора-газгольдер-газопоршневой установки от компании ГК «ЭнТерра» возможно и в Ульяновской области. Например, на Ульяновской птицефабрике Чердаклинского района, поселок Мирный, которая хорошо развивается и могла бы стать одной из перспективных как в области, так и в России.

35

Биогазовые реакторы бывают двух основных типов: наземные (получили широкое развитие, например, в Германии) и заглубленные (популярны в Дании). В условиях России заглубленные реакторы более предпочтительны, так как лучше сохраняют тепло и требуют меньше энергии на поддержание оптимальной температуры. Специалисты ГК «ЭнТерра» заказчику предлагают сбалансированный проект, с характеристиками, подобранными точно под конкретные условия эксплуатации.

Установлено, что именно в условиях фермы или птицефабрики подобный проект имеет наилучшие экономические показатели. Например, для стада КРС в 900 голов (исходя из количества продуцируемого навоза) биогазовая установка обойдется в 45 млн. руб. Срок окупаемости проекта – 2,5 года. При определении срока окупаемости исходим из тарифа для агропредприятий 3,8-4,5 руб. за 1 кВт ч электроэнергии и из стоимости биогумуса 8 руб. за 1 кг. Если не брать в расчет производимое в реакторе удобрение, то срок окупаемости биогазовой установки увеличивается до 5 лет. Установка, работающая на отходах мясоперерабатывающего предприятия, окупается менее чем за два года.

Получение биогаза на Ульяновской птицефабрике экономически оправдано и является предпочтительным при переработке постоянного потока отходов. Экономичность заключается в том, что нет нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении их подачей, так как данный агропромышленный комплекс располагается близко к источнику сырья, имеет развитую инфраструктуру, имеет возможность осуществления полного экологического цикла. Биогаз может быть использован для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.


1. Баадер В. Биогаз: теория и практика. – М. : Колос, 1982. – 148 с. 2. Мариненко Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для

решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: учебное пособие. – Волгоград: ВолгГАСА, 2003. − 100 с.

3. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства. // Техника и оборудование для села. – 2006. − №11. – С. 28-30.

4. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – 69 с.

5. Шомин А. А. Биогаз на сельском подворье. − Балаклея: Информационно-издательская компания «Балаклійщина», 2002. – 68 с.

6. http://www.agroxxi.ru/selhoztehnika/stati/generiruyuschie-ustanovki-na-biogaze.htmlЗАО ГК «ЭнТерра». – [Электронный ресурс].

36

ПРИМЕНЕНИЕ КОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК НА БИОГАЗЕ В ЭНЕРГЕТИКЕ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

М. С. Демин, студент ОГБОУ СПО «УЭМК» Научный руководитель – преподаватель

С. И. Королева

В настоящее время большинство энергетических установок эксплуатируются на природном газе. Такое состояние неудовлетворительно по отношению к ископаемым. Существуют другие виды топлива из области возобновляемых источников. Одним из них является биогаз. Его применение решает вопросы энергетики и экологическую проблему, связанную с проблемой утилизации твердых бытовых отходов (ТБО). Экологическая безопасность Ульяновска во многом зависит от решения этой проблемы. В настоящий момент появилась концепции ее решения – планирование построить в Ульяновске завод по переработке твердых бытовых отходов, а пока в период жаркого лета горят свалки, выделяя едкий дым, создавая экологическую угрозу городу.

Ежегодно образуются сотни миллионов тонн бытовых отходов. Отходы с одной стороны, являются главными загрязнителями окружающей среды, с другой – могут стать ценным, потенциально пригодным сырьем для переработки и вторичного использования в области энергетики. В результате общество могло бы получать электроэнергию и тепло за счет применения биогазовых когенерирующих установок. По имеющимся оценкам правильное обращение с отходами может обеспечить прирост валового национального дохода не менее чем на 15%. Для этого необходимо как можно интенсивнее развивать систему промышленной переработки ТБО с получением биогаза для его использования в энергетике Ульяновской области.

Основными методами термического обезвреживания сейчас являются методы слоевого сжигания, низкотемпературной газификации и пиролиза, на их долю приходится около 80% всех мусоросжигательных заводов. Но сегодня наука предлагает другой боле перспективный метод утилизации отходов – термоселективный метод.

С помощью этого метода возможна утилизация самых разнообразных отходов, таких как бытовой и промышленный мусор, легкие фракции, получающиеся при дроблении материалов, крупногабаритный мусор, шламовые массы, получающиеся при очистке сточных вод, зараженная земля, а также вновь поступающий на свалку мусор.

Сегодня в Ульяновской области действуют 314 объекта хранения и захоронения ТБО, из них 9 полигонов и 1 мусоросортировочная станция, занимающие в общей сложности площадь в 125 гектаров.

В 2011 году полигоны ТБО построены в Карсунском и Сенгилеевском районах. В 14 муниципальных образованиях уже сформированы земельные участки и подготовлена проектно-сметная документация на строительство полигонов до 2016 года. В Старомайнском, Новомалыклинском,

37

Старокулаткинском, Базарносызганском, Карсунском, Инзенском, Мелекесском и др. районах Ульяновской области планируется строительство мусороперегрузочных станций, мусоросортировочных линий, оснащение контейнерных площадок, бункеров. Мусоросортировочная линия в регионе запущена – она является единственной в Ульяновской области; в среднем обрабатывает до 150 тонн отходов в месяц, но не дает электроэнергию и тепло.

Рис. 1. Полигон для отходов Рис.2. Городская свалка

Строительство полигонов выливается не в один десяток миллионов

рублей. Всего в программе на эти цели заложено 70 млн руб. Так какой же выход из мусорной проблемы и истощения природного топлива? Ситуацию может разрешить применение энергетических установок, работающих на биогазе, за счет привлечение федеральных средств или же привлечение инвесторов.

Примером может служить электрическая станция в Раутенвеге (Австрия) мощностью 7908 кВтэ, которая ежегодно перерабатывает приблизительно 35 млн Нм3 биогаза. Энергетическая установка утилизации газа была построена на свалке Раутенвег под Веной. Эта установка производит приблизительно 63 млн кВт/ч электроэнергии в год, что покрывает годовую потребность в электроэнергии примерно 25 000 семей. С помощью энергетической установки в Раутенвеге, работающей на газе мусорной свалки, экономится 1500…2500 Нм3/ч природного газа, необходимого для сжигания на электростанции для получения такого же количества энергии.

Уже через несколько месяцев после вывоза отходов на свалку под воздействием микроорганизмов начинается разложение органических веществ. Конечным продуктом этого процесса является, в частности газовая смесь, состоящая на 45…60% из метана (СН4), на 25…35% из двуокиси углерода (СО2) и на 10…20% из азота (N). Метан более чем в двадцать раз опаснее для климата, чем двуокись углерода.

Бесконтрольно выделяющийся газ осложняет или делает невозможной рекультивацию свалки. Поэтому для ускорения рекультивации и в целях устранения неприятных запахов, предупреждения тлеющих пожаров и блуждания газов, газ необходимо улавливать. Таким образом, он может быть использован в качестве энергоносителя. Теплотворная способность газа, выделяемого мусорной свалкой, составляет приблизительно 5 кВт*ч/Нм3, то есть половину теплотворной способности природного газа. Одна тонна

38

http://ulgrad.ru/wp-content/uploads/2011/06/IMG_6319.jpg�

бытовых отходов, находящихся на мусорной свалке, выделяет за 20-летний период времени примерно 150 –200 Нм3 газа, который может быть использован в энергетике.

Так с помощью термоселективного метода можно утилизировать самые разнообразные отходы: бытовой и промышленный мусор, легкие фракции, получающиеся при дроблении материалов, крупногабаритный мусор, шламовые массы, получающиеся при очистке сточных вод, зараженная земля, а также вновь поступающий на свалку мусор. С помощью уплотнения мусора, удаления воздуха, гомогенизации и дегазации при температуре в канале удаления газов более 600°С, добавления чистого кислорода, а также расплавления минеральных и металлических включений эта технология представляет собой замкнутую систему утилизации отходов. Установка работает по независимой схеме энергоснабжения. Вырабатываемый в высокотемпературном реакторе синтетический газ, который подвергается шоковому охлаждению и многоступенчатой очистке, снабжает, с одной стороны, установку необходимой энергией, с другой стороны, газ с помощью газового двигателя преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

Система сконструирована таким образом, что в целом достигается высокий коэффициент полезного действия. Реализованное в ней сочетание электроэнергии, тепла и холода обеспечивает высокий выход электрической энергии, в то время как остаточное тепло используется для всего технологического процесса. Тепловая энергия отработанных газов двигателя используется для получения перегретой воды, а отходящее тепло двигателя – для получения горячей воды. Энергия отработанных газов из системы обогрева канала удаления газов отбирается через теплообменник и используется для предварительного подогрева воздуха, участвующего в процессе горения. Отводимое тепло, кроме этого, в зависимости от места расположения установки, может использоваться и другими потребителями.

Рис. 3. Схема термоселективного метода

39

Применение данных установок разумно для использования в Ульяновской области. Так компания WELTEC BIOPOWER (Германия) или Remondis AG создают выгодные возможности для российского рынка. Товарная продукция Комплекса включает: извлеченные из ТБО черные и цветные металлы; электрическую энергию (продаваемую на рынке сверх используемой на собственные нужды); строительные материалы на минеральной основе; прием ТБО.

Возобновляемые источники энергии пользуются в России все большим успехом. Российское правительство поставило цель увеличить долю возобновляемых источников энергии, которая составляет на сегодняшний день менее одного процента, как минимум до 4,5 процента. При этом биогазовые установки должны играть значительную роль, так как потенциал ресурсов велик. Согласно предварительной оценке Газпрома в России можно ежегодно получать около 35 миллиардов кубических метров «зеленого газа», что соответствует приблизительно пяти процентам добычи природного газа на сегодняшний день.

Рис.4. Завод по переработке ТБО


1. Баадер В. Биогаз: теория и практика. – М. : Колос, 1982. – 148 с. 2. Мариненко Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для

решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: учебное пособие. – Волгоград : ВолгГАСА, 2003. –100 с.

3. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. – Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2010. – 69с.

4. Tags: Инвестиции, ТБО. – [Электронный ресурс]. 5. http://zorg.ua/– [Электронный ресурс]. 6. energoprice.ru›reshen/bio.php. – [Электронный ресурс]. 7. energyland.info. – [Электронный ресурс]. 8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Биогаз. – [Электронный ресурс].

40

http://ru.wikipedia.org/wiki/Биогаз

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ СО СТОРОНЫ ВН СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ ОДНОФАЗНЫХ

КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ НА СТОРОНЕ НН Р. Ш. Вахитов, А. В. Трунилин, студенты гр. Эд-52

Научный руководитель – ст. преподаватель кафедры «Электроснабжение» В. А. Митченко

Нами была поставлена цель, экспериментально определить, как

распределятся токи и напряжения со стороны высшего напряжения силового трансформатора со схемой соединения Υ/Υ0 ‒12гр. при однофазных коротких замыканиях различных фаз на стороне его низшего напряжения.

Для этого были поставлены следующие задачи: 1. Спланировать и собрать экспериментальную установку. 2. Непосредственно измерить модульные значения полученных токов и

напряжений в реальной схеме с силовым трансформатором. 3. Установить соотношения фаз полученных токов на стороне ВН. Установка для эксперимента была собрана на основе силового

трехстержневого трансформатора ТС-2,5/380. Схема установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки при КЗ между фазой С и N со стороны НН

Для безопасной работы трансформатора, имитация однофазных коротких

замыканий происходила при токах не выше его номинального значения. Поэтому напряжение со стороны питания соответствовало напряжению опыта короткого замыкания использованного трансформатора, которое рассчитывалось по формуле:

Uк.з. = uк ∙ Uном. = 0,055 ∙ 380 В = 12 В Достигалось это подключением высшей обмотки трехфазного

41

трансформатора к трем однофазным трансформаторам с необходимыми в данном случае выходными напряжениями 12 В.

Далее, проведя первую часть эксперимента, были получены модульные значения токов и напряжений со стороны ВН при однофазных коротких замыканиях на стороне НН. Они представлены в табл. 1.

Таблица 1 Экспериментальные данные по распределению токов и напряжений со стороны

ВН силового трансформатора

Теоретически определенные векторные диаграммы токов представлены на рис. 2. По ним видно, что соотношения между модулями одного из меньших фазных токов и большего находятся в пределах 1/2, что соответствует теоретическим ожиданиям при данной схеме и группе соединения обмоток.

Рис. 2. Теоретические векторные диаграммы токов

Однако по одним лишь этим данным нельзя определить соотношения фаз

данных токов на стороне ВН. Поэтому во второй части эксперимента как раз и предполагалось установить данное фазное соотношение, но ввиду нехватки времени данная часть была не завершена.

42

В ней предполагалось использовать дифференциальное подключение амперметра через трансформаторы тока, включаемых в две фазные стороны ВН для измерения разности между двумя фазными токами. Схема подключения представлена на рис. 3.

Рис. 3. Дифференциальное подключение амперметра

Уже, с полученными данными (разностью и модульными значениями) в полярной системе координат можно определить, на какой угол отстают друг от друга фазные токи на стороне ВН при однофазных коротких замыканиях различных фаз на стороне НН силового трансформатора.

Также для определения фаз токов можно использовать универсальный вольтамперфазометр (ВАФ).

43

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Р. А. Еланский, студент гр. Эд-42 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»

Д. С. Александров

Качество испытаний электроэнергетических объектов, определяемое такими характеристиками результатов испытаний, как достоверность и воспроизводимость, обеспечивается при соблюдении программ испытаний (ПИ), которые представляют собой организационно-методическую форму, где программа испытаний состоит собственно из самой программы в организационной части, методики испытаний и формы представления результатов испытаний (протоколов испытаний, актов на проведенные испытания, записей в специальные журналы и прочее). На разработку ПИ испытательными подразделениями и специализированными организациями систематически затрачивается колоссальное время, но существенной отдачи в части повышения качества испытаний не наблюдается. Причина кроется не только в отсутствии надлежащих условий, но и в отсутствии теоретических разработок в данной области, что и приводит к неудовлетворительному состоянию дел. Отсюда вытекает актуальность исследования данного вопроса.

В настоящее время ПИ разрабатываются, чаще всего, персоналом электролабораторий (ЭЛА) или специализированными организациями.

Опыт разработки ПИ персоналом ЭЛА показывает, что у него объективно отсутствуют условия для написания ПИ в части методик испытаний, обеспечивающим качество испытаний, и протоколов испытаний, убедительно представляющих результаты испытаний.

Эксплуатационный персонал, допущенный к испытаниям, не разрабатывает ПИ, а, либо применяет в своей деятельности методические указания нормативной [1–7], технической документации или рекомендации технической литературы по испытаниям, либо использует ПИ, представляемые специализированными организациями. ПИ специализированных организаций, например, таких, как: железные дороги, медицинские, торговые, легкой промышленности и грузоподъемных механизмов не отвечают требованиям обеспечения качества результатов испытаний в той или иной форме из-за несоблюдения требований к принципам формирования ПИ и их структуры.

Целью данной работы является обеспечение необходимого уровня таких характеристик качества результатов испытаний, как достоверность и воспроизводимость, которые бы оценивались не с помощью статистических методов теории вероятности, а опосредованно в неявной форме за счет:

− обоснованного формирования принципов и структуры программ испытаний;

− полной реализации ПИ специализированными организациями, предназначенных для эксплуатационного персонала, допущенного к испытаниям и частичной реализации ПИ специализированными

44

организациями, предназначенными для персонала ЭЛА, в части методик испытаний и протоколов испытаний.

Причина, по которой решается проблема обеспечения необходимого уровня характеристик качества результатов испытаний в неявной форме за счет последовательного выполнения предлагаемых правил и требований заключается в практической возможности реализации данного подхода. В противоположность ему формализованный подход заведомо не даст результата в достижении поставленной цели из-за сложности рассматриваемой проблемы и относительно низкой квалификации персонала испытательных подразделений не способного на внедрение результатов формализации.

В качестве общего метода для решения поставленных задач использовался метод решения «от общего к частному» на основании систематизации и анализа всей доступной информации.

Были получены следующие результаты. Для ЭЛА ПИ должна представляться в виде трех документов: программы

в организационной части, методик испытаний по типам испытаний и методики оценки технического состояния по объекту испытаний в целом; протоколов испытаний, форма которых зависит от сферы деятельности ЭЛА. Если ЭЛА коммерческого характера, то форма протокола испытаний должна быть полной или, иначе говоря, развернутой. Если ЭЛА эксплуатационного характера, то протоколы испытаний содержат минимум обязательной информации и представляются, как правило, по типам испытаний. В случае необходимости, протоколы испытаний оформляют по электрооборудованию или устройству, а также по объекту испытаний сложной структуры в виде совокупности перечисленных форм, то есть отчета испытаний. Программы в организационной части следует разрабатывать персоналу ЭЛА. Типовые методики испытаний и типовые формы протоколов испытаний должны разрабатываться специализированными организациями. Рабочие методики испытаний и рабочие формы протоколов испытаний рекомендуется так же разрабатывать специализированными организациями по заказу ЭЛА или в отдельных случаях персоналом ЭЛА.

ПИ должна представляться эксплуатационному персоналу в виде одного документа, содержащего: программы в организационной части; методик испытаний по элементу объекта испытаний (например, заземляющего устройства, кабельной линии и так далее); формы представления результатов испытаний (протоколов испытаний с наличием основной информации, актов на проведенные испытания, записей в специальные журналы и прочее). Программы испытаний должны разрабатываться специализированными организациями за исключением форм представления результатов испытаний, которые устанавливаются административно-техническим персоналом данной организации.

Были получены так же конкретные структуры программ испытаний организационного плана, методик испытаний и протоколов испытаний, которые

45

здесь не представлены в виду значительной сложности и большого объема информации.

Практическое значение полученных результатов заключается в следующем:

Достижения максимально возможного качества испытаний электроэнергетических объектов любой формой испытательного подразделения (ЭЛА или эксплуатационного персонала, допущенный к испытаниям) без применения методов формализации, за счет последовательного выполнения предлагаемых правил и требований, что делает возможным практическую реализацию в условиях испытательных подразделений.

Рекомендованный подход к формированию программ испытаний позволит специализированным организациям разрабатывать ПИ в завершенном виде и надлежащего качества.


1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – Главгосэнергонадзор,

2003. 2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей

(ПТЭЭП). – Главгосэнергонадзор России, 2003. 3. Технологические карты на межремонтные испытания оборудования

тяговых и трансформаторных подстанций железных дорог / Департамент электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД». – М. : ТРАНСИЗДАТ, 2005.

4. Инструктивные материалы государственной инспекции по Энергонадзору / Инструкция по защитному заземлению электромедицинской аппаратуры в учреждениях системы Министерства здравоохранения СССР. – М. : Энергия, 1977.

5. 01.28.25000.00848 – Технологическая инструкция производство работ по замерам сопротивления заземляющих устройств, сопротивления изоляции электросетей и оборудования и сопротивления петли фаза-нуль / Министерство торговли РСФСР.– трест РОСТТОРГМОНТАЖ, 1980.

6. ИМ–13–2.01–87 – Предремонтная проверка технического состояния и испытания электрооборудования цехов и отделов в электроустановках до 1000 В/ Методика. Комплексная система управления качеством продукции и работ. – СОЮЗЭНЕРГОЛЕГПРОМАВТОМАТИКА,1987.

7. Пособие для разработки методик по электрическим измерениям и испытаниям отдельных видов электрооборудования напряжением до и выше 1 кВ/ Часть II. Электрические измерения и испытания отдельных видов оборудования напряжением выше 1 кВ. – Санкт-Петербург, 2001.

46

СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ НОВЫХ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ

ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ И. В. Жимолостнов, Д. Л. Лотарев, студенты гр. Эд-51

Научный руководитель – профессор кафедры «Электроснабжение» А. В. Кузнецов

В настоящее время исследования в области токоограничивающих

аппаратов на основе жидкометаллических самовосстанавливающихся предохранителей (далее ЖСП) позволяют перейти к опытно-конструкторской разработке, а затем и к промышленному производству ЖСП, так как разработаны научные основы создания, применения и проектирования таких устройств.

Рис. 1. Жидкометаллический самовосстанавливающийся предохранитель

1 - термостойкая диэлектрическая втулка; 2 - металлический корпус; 3 - контактный вывод; 4 - плавкая вставка; 5,6 - накидная гайка; 7 - изоляционная втулка; 8 - поршень; 9 - пружина

Проектирование устройств на основе ЖСП составляет несколько этапов: 1) Выбор жидкого металла и материала диэлектрической втулки; 2) Выбор материалов контактных выводов; 3) Расчет сечения суженной части плавкой вставки и значения

шунтирующего сопротивления; 4) Расчет размеров расширенной части плавкой вставки; 5) Расчет конструктивных параметров шунтирующего сопротивления. Инвестиционная привлекательность проектов, направленных на создание

ЖСП и устройств защиты на их основе, выражается в том, что затраты на производство и передачу 1 кВт∙ч электроэнергии сокращаются на 4%.

Для упрощения расчетов основных параметров, необходимых для создания ЖСП (интеграл отключения, преддуговой интеграл, время самовосстановления, шунтирующее сопротивление и др.), было принято решение написать программу в среде SciLab, которая не только бы выводила на экран численные значения вычисляемых величин, но и для наибольшей наглядности строила графики зависимостей, например, расчетную зависимость

47

изменения тока в цепи короткого замыкания при срабатывании защитного устройства на основе ЖСП.

Чтобы определить все необходимые требования к параметрам основных элементов устройств на основе ЖСП, нужно рассматривать процесс короткого замыкания в цепи с ЖСП и шунтирующим сопротивлением.

Эквивалентная схема замещения цепи с ЖСП при коротком замыкании представлена на рис. 2.

Рис. 2 Эквивалентная схема замещения цепи с ЖСП при КЗ

G - источник переменного напряжения; R , L - активное сопротивление и индуктивность цепи короткого замыкания; FR - сопротивление ЖСП; ШR - шунтирующее сопротивление

Рассмотренная схема замещения пригодна при анализе любого вида короткого замыкания: трехфазного, двухфазного и замыкания на землю. Ее отличия при различных видах короткого замыкания будут заключаться в различных величинах напряжения источника питания и значений параметров цепи короткого замыкания.

Данные расчеты позволят определять требования к конструкции ЖСП в отношении значения преддугового интеграла, времени его самовосстановления, и к величине шунтирующего сопротивления. Использование среды SciLab значительно сократит время, затрачиваемое на эти расчеты. Таким образом, будет создана новая эффективная программная модель.


1. Кузнецов А.В. Жидкометаллические предохранители и инвестиционная

привлекательность их разработки. – М. : Энергоатомиздат, 2006.

48

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ЦЕНОВОЙ КАТЕГОРИИ ПРЕДПРИЯТИЯ И. П. Воробьева, студентка гр. Эд-52

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» А. Л. Дубов

Для любого предприятия одним из самых актуальных вопросов является

снижение себестоимости продукции. При этом независимо от вида деятельности организации или индивидуального предпринимателя – резервы снижения себестоимости продукции есть на каждом предприятии. Просто многие из собственников бизнеса не догадываются о существующих путях по снижению себестоимости, выполнение которых приведет к росту прибыли.

В этой статье рассмотрены некоторые мероприятия снижения себестоимости, в частности, меры по снижению постоянных издержек – снижение затрат на электроэнергию на предприятии.

Затраты на электроэнергию для предприятий − одна из крупнейших составляющих постоянных затрат компании. Поэтому для любой организации − потребителя электроэнергии важен вопрос не только надежности снабжения электроэнергией и ее качества, но также очень важен вопрос ее стоимости, и, следовательно, важна конечная стоимость электроэнергии для юридических лиц и величина расходов на электроэнергию на предприятии. В составе себестоимости продукции (товара, услуги) у большинства предприятий далеко не последнюю роль играют затраты на электроэнергию, поэтому экономия электроэнергии на предприятии приведет к снижению себестоимости продукции и к росту конкурентоспособности компании.

Постановлениями правительства РФ № 442 от 04 мая 2012 г. «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» и № 1179 от 29 декабря 2011 г. «Об определении и применении гарантирующими поставщиками нерегулируемых цен на электрическую энергию (мощность)» произведены важные изменения, связанные с расчетами за электроэнергию на розничном рынке.

Эти нововведения привели к тому, что теперь у потребителей электроэнергии есть ряд возможностей по минимизации (снижению) стоимости электроэнергии.

− Выбор наиболее выгодной для потребителя ценовой категории электроэнергии для расчетов с поставщиком.

− Оптимизация потребления электроэнергии. Остановимся более подробно на выбор наиболее выгодной для

потребителя ценовой категории электроэнергии для взаиморасчетов с поставщиком.

За счет чего при правильном выборе ценовой категории электроэнергии достигается снижение затрат на электроэнергию для предприятий рассмотрено ниже.

49

С недавнего времени, а если быть точным – то с 1 января 2012 г., согласно нормам действующего законодательства любой потребитель, вправе выбрать одну из 6 ценовых категорий для расчетов за электрическую энергию с гарантирующим поставщиком. Но стоит учесть, что для потребителей с максимальной мощность энергопринимающих устройств выше 670 кВт доступны только 4 ценовые категории: 3, 4, 5, 6. А для потребителей с максимальной мощность энергопринимающих устройств ниже 670 кВт доступны все шесть ценовые категории.

Рассмотрим каждую подробно. Первая ценовая категория – расчеты по данному тарифу осуществляются

для объемов потребления, определенных в целом за месяц. По первой ценовой категории рассчитывается большинство потребителей.

Потребители, которые не уведомили гарантирующего поставщика о выборе категории, рассчитываются по первой ценовой категории (в случае, если расчеты в предыдущем году производил по другой ценовой категории, то автоматически эта ценовая категория переходит для него и на следующий год.)

Вторая ценовая категория - расчеты осуществляются для каждой зоны суток отдельно. Потом все полученные стоимости суммируются. Выделяют три зоны суток: пик, полупик и ночь. Соответственно ночью электроэнергия дешевле, однако в пиковые часы значительно дороже. Вторую ценовую категорию выбирают те потребители, которые имеют преимущественно ночной характер работы (пекарни, ночные клубы и т.д.).

Стоит отметить, что для того, чтобы потребитель смог выбрать вторую ценовую категорию, счетчики электроэнергии, которые у него установлены должны обеспечивать возможность учета электроэнергии по зонам суток (многотарифный прибор учета). Такой прибор учета стоит от 1500 рублей за шт.

Интервалы тарифных зон суток (час, с которого начинается тот или иной диапазон и час, в который заканчивается) устанавливается СО ЕЭС соответствующим приказом на каждый год для каждого субъекта РФ.

Третья – шестая ценовая категория. Если в первой и второй ценовых категориях расчеты производились

только за электрическую энергию (которая включала в себя автоматически и стоимость потребляемой мощности), то расчеты 3,4,5,6 ценовой категории осуществляются как за электрическую энергию, так и за мощность. Однако цена на электроэнергию может быть значительно ниже, чем в первой или второй ценовой категории.

Для того чтобы понять отличие 3,5 от 4 и 6 ценовых категорий необходимо пояснить, что тариф на услугу по передаче электроэнергии по электрическим сетям это около 50% всей конечной цены на электроэнергии для любой ценовой категории. Он утверждается местным органом исполнительной власти в области государственного регулирования тарифов и может разделяться на следующие виды:

1. Одноставочный. 2. Двухставочный.

50

Как понятно из названия вида тарифа, одноставочный тариф устанавливается для каждого кВт∙ч. передаваемой энергии и включает в себя все затраты на транспорт электроэнергии. Двухставочный тариф разделяется на ставку за электроэнергию и ставку за мощность и суммарно также включает в себя все затраты на транспорт электроэнергии.

Выбирая тот или иной тариф на оказание услуг по передаче электроэнергии, потребитель выбирает возможные применяемые в отношении него ценовые категории. Если он выбрал одноставочный тариф на оказание услуг по передаче электроэнергии, то может затем выбрать 1, 2, 3 или 5 ценовую категорию. Если двухставочный – то только 4 или 6 ценовую категорию.

Но вернемся к порядку расчетов в третьей-шестой ценовой категории: расчеты за электроэнергию в этих ценовых категориях производятся для каждого часа отдельно, а расчеты за мощность – для значения в целом за месяц.

Возникает вопрос, как же определяется объем потребленной электроэнергии за каждый час месяца и как определить величину мощности за месяц в целом.

По электроэнергии все очень просто – существуют многотарифные счетчики, которые хранят в своей памяти почасовое потребление электроэнергии за несколько месяцев. Необходимо только по ИК-порту или при помощи флешки сбросить его показания на компьютер и все данные будут на руках.

Стоит отметить, что в соответствии с внесенными изменениями Постановлением Правительства РФ от 04.05.2012 №442, порядок расчета мощности и ее стоимости для 3 и 5 ценовой категории отличается от порядка для четвертой и шестой ценовой категории: потребляемая мощность в определенный час это есть потребление электроэнергии за этот же час. Например, с 19-00 по 20-00 счетчик электроэнергии показал потребление 5 кВт∙ч, значит, потребляемая мощность в этот час составила 5 кВт.

Для третьей и пятой ценовой категории мощность считается очень просто: в рабочие дни месяца берется потребление электроэнергии в отчетный час (эти часы публикуются на сайте ОАО «АТС» и сайте ГП - АТС часы пиковой нагрузки), далее это потребление суммируется и полученная сумма делится на количество рабочих дней в месяце (среднее арифметическое). Эта мощность предъявляется по цене покупки с оптового рынка электроэнергии увеличенную на процент сбытовой надбавки. Для удобства будем называть ее мощность, оплачиваемая на оптовый рынок.

А для четвертой и шестой ценовой категории рассчитывается две мощности: мощность, оплачиваемая на оптовый рынок и передаваемая мощность. При этом мощность, оплачиваемая на оптовый рынок, считается по вышеуказанному принципу, а передаваемая мощность считается следующим образом: в рабочие дни месяца в определенный диапазон часов (например, с 9 до 11 и с 15 до 20), установленный приказом Системного Оператора выбирается максимальное потребление электроэнергии − плановые часы

51

пиковой нагрузки 2014 (или иного периода), далее это потребление суммируется и полученная сумма делится на количество рабочих дней в месяце (среднее арифметическое). Таким образом, передаваемая мощность будет всегда не ниже мощности, оплачиваемой на оптовый рынок.

Третья ценовая категория: Существуют цены для каждого часа электроэнергии и цена для мощности в целом. Причем цены на электроэнергию для третьей ценовой категории включают в себя составляющую транспортировки электроэнергии до потребителя (так сказать цену доставки электроэнергии) а цена на мощность − не включает. Стоит отметить, что цены на электроэнергию по 1 и 2 ц. к. по умолчанию включают в себя составляющую транспортировки электроэнергии до потребителя.

Третья ценовая категория, как и четвертая, пятая и шестая, вправе использоваться потребителем в расчетном периоде при условии уведомления поставщика электроэнергии за 10 рабочих дней до начала расчетного периода. При этом поставщик обязан производить все расчеты по указанной в уведомлении ценовой категории.

Четвертая ценовая категория: Отличие четвертой ценовой категории от третьей всего лишь в том, что в третьей ценовой категории цена на электроэнергию включает в себя составляющую транспортировки электроэнергии до потребителя (так сказать цену доставки электроэнергии), а цена на мощность – не включает. В четвертой же ценовой категории все немного иначе.

Потребителю, выбравшему четвертую ценовую категорию, предъявляются к оплате следующие составляющие:

− электроэнергия по каждому часу, при этом ее цена включает оплату транспорта только частично (составляющую на оплату электроэнергии двухставочного тарифа на оказание услуг по передаче электроэнергии по электрическим сетям).

− мощность, оплачиваемая на оптовый рынок. Ее цена не включает оплату транспорта электроэнергии;

− передаваемая мощность. Ее цена это и есть ставка за мощность двухставочного тарифа на оказание услуг по передаче электроэнергии по электрическим сетям.

Итак, основное отличие четвертой ценовой категории от третьей, это то, что для третьей ценовой категории стоимость транспорта электроэнергии включается полностью в стоимость электроэнергии (цена на мощность не содержит эту транспортную составляющую), а для четвертой ценовой категории стоимость транспорта электроэнергии включается как в стоимость электроэнергии, так и в стоимость мощности, путем добавления в расчеты передаваемой мощности. Другими словами цена на электроэнергию для четвертой ценовой категории значительно ниже, чем для третьей ценовой категории, но цена на мощность для четвертой ценовой категории будет выше, чем для третьей.

52

Пятая ценовая категория: Принцип расчетов в пятой ценовой категории очень схож с третьей, однако есть одно существенное отличие: потребитель должен планировать свое потребления на месяц по каждому часу и направлять эти данные поставщику заранее.

Таким образом, если в третьей ценовой категории расчеты ведутся за фактические объемы потребления электроэнергии, то в пятой также сначала рассчитываются фактические объемы потребления, а потом рассчитывается стоимость отклонений факта от плана.

Стоит отметить, что цена для расчетов по факту в пятой ценовой категории примерно на 5 – 7% ниже, чем для третьей ценовой категории. Следовательно, если планировать потребление грамотно, то можно даже снизить конечную стоимость электроэнергии.

Стоимость мощности для пятой ценовой категории рассчитывается так же, как и для третьей ценовой категории.

Шестая ценовая категория: Расчеты по шестой ценовой категории похожи на расчеты по четвертой ценовой категории. Единственное отличие (как и пятой от третьей ценовой категории) – это необходимость планировать почасовое потребление и предоставлять эти данные поставщику. Расчеты в шестой ценовой категории производятся как за фактические объемы потребления, так и за отклонение факта от плана.

Вот и все основные принципы ценовых категорий. Однако как же оценить какая ценовая категория выгодней и какую

выбрать? Самый верный способ это сесть и все просчитать. Однако для этого

необходимо, чтобы были данные для расчета (т.е. объемы потребления электроэнергии по часам суток за месяц, ну и сами величины цен).

Для того чтобы получить объемы по каждому часу суток необходимо установить соответствующий счетчик, который фиксирует и хранит такие данные. Цена такого счетчика без установки начинается от 5000 руб. без учета установки. Установка стоит от 3000 руб. Итого – от 9000 руб. и через месяц будут данные, от которых можно оттолкнуться.

Цены для всех указанных ценовых категорий за каждый месяц должны быть опубликованы в обязательном порядке на сайте гарантирующего поставщика (энергосбытовой компании, с которой заключен договор).

Таким образом, среди существующих путей снижения издержек (путем снижения расходов на электроэнергию для предприятия), правильный и осознанный выбор ценовой категории электроэнергии является очень эффективным путем снижения себестоимости продукции и позволит не только найти пути снижения издержек, но и повысить конкурентоспособность предприятия, что обеспечит рост прибыли.

53

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ В. А. Ефимов, студент гр. Эд-52

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» А. Л. Плиско

Воздушные линии (ВЛ) в настоящее время являются основным способом

передачи электроэнергии. Независимо от мощности и назначения, ВЛ вступают в тесное взаимодействие с элементами живой природы, оказывая на них разностороннее влияние.

Во-первых, линии электропередач, особенно высокого и сверхвысокого напряжения, создают в прилегающем пространстве электромагнитное и магнитное поле. Эти поля являются сильными факторами влияния на состояние биологических объектов, особенно при длительном пребывании в зоне ЛЭП. Например, при продолжительном пребывании могут развиваться онкологические, сердечнососудистые и др. заболевания.

Во-вторых, для линии более низкого напряжения, в частности 10 кВ, ощутимо являются последствия связанные с гибелью огромного количества птиц, при контакте с фазными проводами и заземлением.

Исследования установили, что в европейской части России, жертвами ВЛ является более 7 млн. птиц. В районе среднего Поволжья риску подвергаются 38 видов птиц. Особенно сильно, эти факторы проявляются в зонах постоянного сезонного пролета и охотничьих угодий птиц. В связи с этим, для исключения этих факторов, необходимо более широкие мероприятия по внедрению известных способов защиты и разработки новых.

Так для исключения электромагнитного воздействия вводится санитарно- защитная зона возле опор и проводов. При строительстве ВЛ, в основном, эти нормы выполняются. Однако в процессе эксплуатации из-за дефицита земли в городских условиях, в этих зонах допускается определенная хозяйственная деятельность, при которой допускаются нарушения правил пребывания человека в опасной зоне. Для линий меньших напряжений, основные способы защиты исключающая касания птицами проводов, является применение изолированных проводов, использование птицезащитных устройств, установка искусственных гнезд, также можно порекомендовать специальные высотные платформы в зоне обитания охотничьих птиц. В любом случае, необходимо при разработке ЛЭП иметь раздел экологической безопасности, в которой должны быть рассмотрены основные вредные факторы и мероприятия по снижению проявления этих факторов. Кроме того, необходимо учитывать экологические особенности природных и техногенных комплексов, существующих в зоне возможного строительства ЛЭП, все это требует привлечение специалистов в области биологии и экологии. Такие подходы позволят обеспечить сохранение окружающей среды при строительстве и эксплуатации ВЛ.

54

ПАКЕТ ТЕСТИРУЮЩИХ ПРОГРАММ «МЕЖОТРАСЛЕВЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК» (МПОТ-2014)

О. О. Крежевский, студент гр. Эбд-32 Научный руководитель – профессор кафедры «Электроснабжение»

Е. В. Бондаренко

Пакет программ (ПП) предназначен для тренировки персонала отделов энергетики промышленных предприятий по знаниям нормативного документа «Межотраслевые правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок», а также для тестирования этих знаний.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок» разделен на 10 тематических разделов, каждому из которых соответствует свой файл вопросов. Кроме того, в качестве приложения добавлен 11-й раздел «Инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве».

Перечень разделов таков: 1. Оперативное обслуживание и производство работ. 2. Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ. 3. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ. 4. Меры безопасности при выполнении отдельных работ. 5. Кабельные линии. 6. Воздушные линии электропередачи. 7. Испытания и измерения. 8. Устройства релейной защиты и электроавтоматики. 9. Организация работ командированного и строительного персонала. 10. Заполнение наряда-допуска для работы в электрических установках. 11. Инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случаях. Свойства Пакета программ 1. Наличие режима тренировки (с выводом на экран после ошибки

верного ответа, а также ссылки на конкретный раздел литературы по тематике заданного вопроса) и режима экзамена.

2. Редактируемые вопросы и ответы. Для редактирования может использоваться либо встроенный, либо внешний редактор. Вопросы могут быть как чисто текстовыми, так и сопровождаться рисунками. Файлы вопросов могут быть закодированы, чтобы исключить возможность их просмотра и корректировки.

3. Случайный выбор задаваемых вопросов из базы данных, перемешивание вариантов ответа.

4. Формирование экзаменационного билета с регулировкой числа вопросов на заданные темы.

5. Изменение критериев оценки. Изменение системы оценок (либо «2-3-4-5», либо «неуд-удовл»).

55

6. Формирование экзаменационного протокола. Вид протокола («шапка» ведомости) может редактироваться. Просмотр и распечатка протокола выполняются с предварительной сортировкой по заданному критерию.

7. Возможность создания списка вопросов без вариантов ответа (для предварительного знакомства тестируемых с перечнем вопросов и для утверждения списка вопросов руководством организации, использующей ПП для тестирования знаний персонала).

8. Минимум клавиш для работы тестирующих лиц, сообщения о некорректных действиях. Наличие регулируемого таймера.

Пользователи пакета программ разделены на две категории: а) тестируемые лица; б) администратор − это лицо, которое до начала работы тестируемых лиц

устанавливает некоторые параметры тестирования (число вопросов, критерии оценок и др.). По окончании тестирования администратор имеет возможность просмотреть экзаменационный протокол, распечатать его, изменить тексты вопросов и т.д. Доступ к функциям администратора возможен только по известному ему паролю.

Проверка знаний состоит в том, что проверяемое лицо получает на экране вопросы, каждый из которых имеет 4 готовых варианта ответа. Отвечая на заданный вопрос, следует указать тот ответ, который проверяемое лицо считает верным. После ответов на заданное число вопросов ставится итоговая оценка работы.

Экзаменационный билет, формируемый при работе пакета, одержит вопросы по нескольким темам, соответствующим структуре того документа, по которому проводится тестирование.

Для тестируемых лиц возможны два режима работы пакета: а) тренировка − число вопросов по каждой теме может быть установлено

самостоятельно в начале работы. При ошибочном ответе на экран выдается сообщение об ошибке, сообщается текст правильного ответа и дается ссылка на конкретный параграф литературы по тематике заданного вопроса. Таким образом, режим тренировки несет в себе обучающие функции.

б) экзамен − задаваемое число вопросов пользователь не регулирует (их заранее установил администратор), а во время ответов на вопросы сообщения об ошибках и ссылки на литературу не выдаются на экран. Итоги работы (с указанием номеров ошибочных вопросов) подводятся после ответа на последний вопрос. При этом лицам с различными профессиями для режима экзамена может быть установлено различное число задаваемых вопросов по каждой теме. Настройку пакета на сдачу экзамена для той или иной профессии делает администратор.

56

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ ПО РАСЧЕТУ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ В СИСТЕМАХ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ А. В. Куташов, студент гр. Эд-52

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» Д. С. Александров

Переходные процессы в системах электроснабжения – одна из главных

профилирующих учебных дисциплин в курсе обучения по специальности «Электроснабжение». Студенты должны ясно представлять физические процессы, происходящие в случае возникновения аварийных режимов. Знания переходных процессов в дальнейшем позволят студентам осуществлять проектирование систем электроснабжения. Они необходимы для изучения, например, дисциплины «Релейная защита и автоматика».

Существующие методические указания по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах» к практическим занятиям [1] и выпускной квалификационной работе [2] требуют актуализации в части внедрения современных приемов обучения с целью совершенствования и перехода на более высокий качественно иной уровень обучения.

Методические указания имеют существенные недостатки. Не учитывают изменения в части изменения квалификации (бакалавр и магистр), не учитывают современные требования к использованию компьютерных технологий, поскольку расчеты выполняются вручную и не содержат примеры оформления работы, что не способствует качеству ее выполнения, а также создают большие трудности при контроле содержимого работы преподавателем.

Целью работы является создание методических указаний, включающих сборник заданий и отвечающих современным требованиям к качеству обучения и выведение его на новый несравненно более высокий уровень за счет переноса решения сложных математических задач на «плечи» компьютерной программы и отхода от ручного счета, не позволяющего использовать более адекватные рассматриваемому процессу модели.

Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи: − досконально отработать тематику учебных задач с целью возможности

и оптимизации трудозатрат на выполнение работы; − досконально отработать представление исходных данных и системы их

использования; − выбрать систему компьютерной математики наилучшим образом

удовлетворяющей требованиям решения представленного перечня практических задач;

− представить примеры оформления учебной работы.

57

За основу формирования общего подхода к структуре новых методических указаний и перечня освещаемых тем взят подход Н. Ю. Егоровой [1], но при этом исправлены следующие существенные недостатки:

− исходные данные представлены наглядно и в логически понятной последовательности, что существенно уменьшает вероятность ошибки при извлечении исходных данных. Кроме того, для удобства использования исходными данными приведены специальные графически представленные «путеводители» по ним, а также представлен пример извлечения данных для конкретной системы электроснабжения;

− увеличено число схем электроснабжения, что позволяет увеличить число вариантов и соответственно уменьшает вероятность возможности переписывания похожих по содержанию задач;

− разделение схем системы электроснабжения на отдельные задачи. Это позволяет уменьшить объем вычислений и резко сократить требуемое на выполнение работы время с одновременным повышением качества усвоения изучаемого материала;

− с целью полноценного усвоения предмета предполагается выполнять расчет токов короткого замыкания, как в именованных, так и в относительных единицах и в соответствии с практически отработанными критериями применения данных методов;

− значительное уменьшение количество точек короткого замыкания, обеспечивающее возможность выполнения расчетов за отведенное для работы время;

− предлагается выполнить построение векторных и волновых диаграмм, что позволяет более глубоко освоить изучаемую тему с помощью наглядных и хорошо воспринимаемых графических построений;

− упрощения формул расчета параметров схемы замещения, что снижает трудоемкость существенно не изменяя точность результатов вычислений;

− каждая задача проиллюстрирована не только соответствующим примером расчета, но и примером оформления работы, позволяющие прививать обучаемому привычку правильного представления результатов работы в соответствии с требованиями нормативной документации. Это также дает возможность с одной стороны излагать работу в целом без пропусков отдельных существенных положений и лишней информации с другой стороны по принципу «золотой середины» – ни больше, ни меньше, то есть самое необходимое.

В качестве системы компьютерной математики рекомендуется использовать специально разработанную для целей обучения систему Derive, как наиболее отвечающую решению поставленных задач в части требований наибольшей производительности (соответственно меньше затрачиваемого времени на выполнении работ), универсальности в отношении возможности выполнения численных решений и широкого круга символьных вычислений.

В качестве графической программы рекомендуется применение универсальной графической программы Visio наилучшим образом

58

стыкующейся с программой Word, что обеспечивает наибольшую производительность создания и корректирования рисунков.


− предлагаемые методические указания по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах» позволяют организовать практическое закрепление лекционных занятий по всем темам курса. При этом осваивается применение современных компьютерных технологий в процессе изучения дисциплины;

− создаются условия для производительного труда преподавателя при контроле практической работы студента.


1. Егорова Н.Ю. Расчет аварийных режимов в системе электроснабжения

промышленного предприятия : методические указания к курсовой работе по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах» для студентов специальности 14021165 «Электроснабжение». – Ульяновск : УлГТУ, 2009.

2. Андреев В. А., Шишкин В.Ф. Короткие замыкания и перегрузки в сетях напряжением до 1 кВ и защита от них: учебное пособие. – Ульяновск : УлГТУ, 1996.

59

ПОСТРОЕНИЕ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ ПРИ АНАЛИЗЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

А. В. Куташов, студент гр. Эд-52 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»

Д. С. Александров Векторные диаграммы в отличие от реального представления являются

наиболее простым и наглядным способом изображения синусоидальных величин при изучении установившихся процессов в электрических машинах, электроустановках и системах электроснабжения, когда требуются не только сведения о значении величин, но и необходимо знать взаимное расположение их друг относительно друга. В ряде случаев векторные диаграммы с успехом используют при анализе переходных процессов, что еще более расширяет область применения. Векторные диаграммы широко применяются в курсах дисциплин «Электромагнитные и электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах», «Релейная защита и автоматика» и «Электроснабжение».

В настоящее время данной тематике посвящено большое количество работ, например, [1–5], но, не смотря на это, можно сделать вывод: ясного, четкого представления о технологии построения векторных диаграмм нет. Соответственно такое состояние вопроса приводит к такому положению, когда студенты либо не понимают векторное представления величин либо не воспринимают эту форму графического отображения процессов в изучаемом объекте, что самым негативным способом отражается на качестве усвоения материала.

Целью работы является разработка технологии построения векторных диаграмм позволяющую осознанно выполнять необходимую последовательность действий построения на всех этапах.

Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи: − дать четкое представление об условных положительных направлениях

величин и правилах их задания; − указать на момент времени, для которого строится векторная

диаграмма; − обосновать необходимость составления уравнений Кирхгофа и их связь

с векторной диаграммой; − задать порядок построения собственно векторной диаграммы. Были получены следующие результаты в части последовательности

построения векторных диаграмм: 1. Условные положительные направления (УПН) величин: ЭДС – E,

напряжений U, тока I и магнитного потока Ф принципиальной или исходной схемы замещения могут выбираться произвольно, поскольку без выбора УПН нельзя определить знак рассматриваемой величины, то есть употребление

60

терминов «положительное» значение или «отрицательное» значение величины теряет смысл. Возможность произвольного выбора положительного направления и обуславливает его условность. Таким образом, УПН величин можно рассматривать, как своеобразную многомерную систему координат электрической цепи подобную в части назначения математической декартовой системы координат.

УПН величин принято обозначать однонаправленной стрелкой (→). Несмотря на возможность произвольного выбора УПН, следует придерживаться традиционно принятых в электротехнике правил, поскольку такие УПН обеспечиваются привычные углы сдвига фаз: токов и напряжений; токов и ЭДС; напряжений и ЭДС; магнитных потоков и вызываемых ими ЭДС, токов и вызываемых ими магнитных потоков; одной фазы относительно другой фазы. УПН ЭДС источников питания принято направлять стрелкой в сторону электрической цепи от точки нулевого потенциала. УПН токов по отношению к УПН ЭДС источников питания, как правило, однонаправлены, не зависимо от числа фаз. УПН напряжения на выводах источника питания U направляют встречно его ЭДС Е не зависимо от числа фаз. УПН токов и напряжений пассивных элементов цепи, а для индуктивного сопротивления и ЭДС, выбирают однонаправленными. УПН токов и вызываемых ими магнитных потоков связывают правилом правоходового винта.

2. Построение векторных диаграмм для интересуемых величин рассматриваемой электрической цепи следует начинать с составления уравнений, используя законы Кирхгофа. Они формируются с помощью выбранных УПН, считая их истинными направлениями для данного момента времени, так как другой информации попросту нет. Если в результате решения уравнений величина приобретает знак минус, то это лишь означает, что истинное направление величины в данный момент времени противоположно произвольно выбранному его УПН. Соответственно вектор, изображающий данную величину, должен быть направлен на векторной диаграмме в противоположную сторону по сравнению с направлением, соответствующим его положительному значению. Правила составления уравнений известны из курса электротехники. Токи – точнее их УПН, подтекающие к узлу, берутся со знаком плюс, а отходящие токи со знаком минус. Напряжение или ЭДС контура – точнее их УПН, совпадающие с обходом контура по часовой стрелке берутся со знаком плюс, а не совпадающие со знаком минус.

Анализ установившихся процессов в цепях синусоидального тока необходимо выполнять с использованием символического метода, который позволяет выполнять расчеты без применения дифференциальных уравнений. Все операции выполняют с помощью комплексных изображений величин в виде комплексных амплитуд или комплексных действующих значений, что позволяет использовать вместо дифференциальных алгебраические уравнения. Полученные изображения величин позволяют устанавливать взаимное

61

расположение, изображающих их векторов друг относительно друга справедливое для любого момента времени t и независимо от начальной фазы α базисной величины. Векторные диаграммы принято строить для момента времени t = 0, что дает возможность учитывать начальную фазу α базисной величины, позволяющей унифицировать построении векторных диаграмм по этому параметру, а в ряде случаев решать дополнительные вопросы. Например, определять начальное значение апериодической составляющей переходного процесса.

3. Порядок построения векторной диаграммы После выполнения подготовительных мероприятий по выбору УПН и

определения знака векторов величин на основании составленных законов Кирхгофа выполняется построение векторной диаграммы.

3.1. Строится система координат +1 и +j на комплексной плоскости. 3.2. Выбирается базисный вектор. Базисный вектор – это такой вектор,

относительно которого строится вся векторная диаграмма. В качестве такого вектора, чаще всего, принимают, например, ЭДС или напряжение источника питания (значение данных величин, как правило, не зависят от режимов в рассматриваемой сети и имеют постоянное значение), магнитный поток взаимной индукции между катушками (является связующим, а значит и главным звеном, между магнитосвязанными контурами).

3.3. Задаются начальной фазой α базисного вектора. Как правило, принимают значение начальной фазой базисного вектора α = 0° или α = 90°.

3.4. Производят построение векторов других величин векторной диаграммы. Если УПН выбраны в соответствии с общепринятыми правилами электротехники, то выполняют построение векторов остальных величин, ориентируясь на известные фазовые углы между ними. На активном сопротивлении вектор напряжения и тока совпадают по фазе. На индуктивном сопротивлении вектор тока отстает по фазе от вектора напряжения на 90°. На емкостном сопротивлении вектор тока опережает по фазе вектор напряжения на 90°. Вектора ЭДС, напряжения и тока в симметричной электрической схеме имеют определенный сдвиг фаз между собой: вектор фазы В отстает от вектора фазы А на угол 120°, вектор фазы С опережает от вектор фазы А на угол 120°.

3.5. Производят известные из векторной алгебры необходимые преобразования векторов с целью решения конкретно поставленной задачи, используя соотношения между ними, выявленные на основании ранее полученных законов Кирхгофа. Отсюда следует важный вывод УПН в принципиальной схеме или схеме замещения и направления векторов векторной диаграммы взаимосвязаны! Поэтому в случае необходимости выбора УПН отличного от общепринятого выбора УПН следует принимать это обстоятельство во внимание во избежание ошибок.

62

Итак, вкратце построение векторных диаграмм сводится к трем обязательно последовательно выполняемым этапам:

Задание УПН → Формирование законов Кирхгофа → Построение векторной диаграммы.

Практическое значение полученных результатов заключается в создании условий глубокого понимания изучаемого процесса и соответственно повышения качества освоения дисциплины студентами посредством использования векторных диаграмм за счет последовательного и осознанного применения предлагаемой технологии построения.


1. Удрис А. П. Векторные диаграммы и их использование при наладке и

эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики (часть 2). – М. : НТФ «Энергопрогресс», 2006; ил. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 10 (94)].

2. Векторные диаграммы в схемах релейной защиты и автоматики: Практическое пособие / Сост. Ф. Л. Кузнецов; под ред. Б. А. Алексеева. – М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.

3. Линт Г. Э. Симметричные составляющие в релейной защите. – М. : Энергоатомиздат, 1996.

4. Степанов Ю.А. Степанов Д.Ю. Совершенствование релейной защиты на примерах построения векторных диаграмм. – М. : Энергоатомиздат, 1999.

5. Елфимов В.М. Векторные диаграммы в релейной защите. – М. : Энергия, 1967.

63

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ И ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

НА ПРИМЕРЕ МЕЛЕКЕССКОГО РАЙОНА УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Д. О. Мошин, студент ОГБОУ СПО «РСТ» Научный руководитель – преподаватель

В. В. Златомрежев

По сравнению с городами и рабочими поселками плотность населения в сельской местности значительно ниже, следовательно, удельное потребление электроэнергии существенно меньше.

Для обеспечения сельскохозяйственных потребителей электроэнергией приходится передавать сравнительно небольшие мощности на большие расстояния. В результате протяженность сетей (в расчете на единицу мощности потребителей) во много раз больше, чем в других отраслях, а стоимость электроснабжения в сельском хозяйстве составляет до 75 % общей стоимости электрификации, включая затраты на рабочие машины.

Все это показывает сложность проблемы электроснабжения сельского хозяйства. Это и есть основное отличие сельского электроснабжения от промышленного, из которого вытекают следующие особенности сельского электроснабжения:

− пониженная надежность электроснабжения; − применение повышенных напряжений; − пониженное качество напряжения. Мероприятия, которые актуальны и применяются как основные

технические средства повышения надежности: − секционирование электрических сетей; − резервирование электрических сетей; − автоматизация сетей как средства повышения надежности

электроснабжения требуются относительно малые затраты при широких возможностях использования в эксплуатируемых сетях без их серьезной реконструкции. Эффективность применения 1 и 2-х кратного АПВ составляет 70 – 80 % [3]. Поэтому рекомендовано к применению на всех ВЛ проходящим по сельскохозяйственным районам.

Повышение качества электроэнергии: − применение устройств регулирования напряжения; − разработка и применение коммутационной аппаратуры и различного

рода автоматических защитных, регулирующих устройств, приспособленных к условиям сельского электроснабжения;

− применение трансформаторов со схемой соединения вторичных обмоток − зигзаг;

− реконструкция и техническое перевооружение электрических сетей на базе новых технологий.

64

Наряду с развитием систем электроснабжения сельского хозяйства происходит их реконструкция. Износ сельскохозяйственных сетей 0,4 – 10 кВ составляет 41% [4], поэтому при реконструкции часть воздушных линий 0,38 и 10 кВ с неизолированными проводами заменяют изолированными проводами отечественных и зарубежных марок (СИП), что помимо резкого повышения надежности из-за конструктивных особенностей, позволяет снизить потери при передаче электроэнергии, так как индуктивное сопротивление проводов на порядок ниже, чем у неизолированных проводов.

− Повышение экономичности электроснабжения сельского хозяйства. Мероприятия по снижению потерь электроэнергии. Организационные: − выбор оптимальных мест размыкания воздушных линий (ВЛ)

напряжением 10...35 кВ с двухсторонним питанием; − поддержание оптимальных уровней напряжения на шинах 10 кВ

районных трансформаторных подстанций (РТП) 110...35/10 кВ и на шинах 0,38 кВ трансформаторных подстанций или пунктов (ТП) 10/0,4 кВ;

− отключение одного из трансформаторов в режимах малых нагрузок на двухтрансформаторных подстанциях, а также трансформаторов на подстанциях с сезонной нагрузкой;

− выравнивание нагрузок фаз в сетях напряжением 0,38 кВ; − сокращение сроков ремонта и технического обслуживания (ТО) линий,

трансформаторов и распределительных устройств; − снижение расхода энергии на собственные нужды подстанций.

К основным техническим мероприятиям относят: − установку в сетях статических конденсаторов, в том числе батарей с

автоматическим регулированием мощности; − установку на РТП 110...35/10 кВ трансформаторов с регулированием

напряжения под нагрузкой (РПН); − замену недогруженных и перегруженных трансформаторов на

потребительских ТП; − повышение пропускной способности сетей путем строительства новых

линий и подстанций; − замена проводов на перегруженных линиях, в том числе ответвлений от

ВЛ напряжением 0,38 кВ к зданиям. Организационно-технические: − повышение требований к эксплуатационному персоналу; − рациональная организация текущих капитальных ремонтов и

профилактических испытаний; − рациональная организация отыскания и ликвидации, механизация работ

по восстановлению линий; − обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования. В процессе изучения вопроса об особенностях и задачах

сельскохозяйственного электроснабжения были сформулированы основные его отличия от промышленного электроснабжения, выделены основные

65

направления решения задач стоящих перед сельскохозяйственным электроснабжением. Из работы видно, какие сложные и разноплановые задачи стоят перед энергетиками, обеспечивающими бесперебойное электроснабжение с.х. По результатам опросов и наблюдений из различных источников видно, что за последнее десятилетие надежность, качество электроэнергии, поставляемое в сельские районы, резко выросло. Практически не наблюдается длительных, внеплановых отключений электроэнергии. К качеству поставляемой энергии так же у потребителей претензий стало существенно меньше.

Поэтому на первый план выходят задачи поддержания состояния электросетей в работоспособном состоянии, снижения потерь электроэнергии при передаче и энергоэффективность производства.


1. Акимцев Ю.И., Веялис Б.С. Электроснабжение сельского хозяйства. –

М. : Колос, 1983. − 384 с. 2. Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства. – М. :

Агропромиздат, 1990. − 446 с. 3. Лещинская Т.Б., Наумов И.В. Электроснабжение сельского хозяйства.

− М. : Коло», 2008. − 654 с. 4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. − М. : Академия, 2006. −

318 с. 5. Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов: учеб.пособие для сред.

проф. образования. – М. : Издательский центр «Академия», 2012. – 320 с. 6. Корякин-Черняк С.Л., Володин В.Я. Справочник электрика. − СПб. :

Наука и техника, 2011. − 576 с. 7. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование

электрических станций и подстанций : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – М. : Издательский центр «Академия», 2010. – 448 с.

8. Харкута К.С., Яницкий С.В., Ляш Э.В. Практикум по электроснабжению сельского хозяйства. – М.: Агропромиздат, 1992. − 223 с.

9. Щербаков Е. Ф., Александров Д. С., Дубов А. Л. Электроснабжение и электропотребление на предприятиях – Ульяновск : Издательство «Вектор-С», 2007. – 416 с.

10. http://www.asp-electronics.ru/electroapparatura/electroapparatura107.html. – [Электронный ресурс].

11. http://www.esdr.ru/rubil.html. – [Электронный ресурс]. 12. http://forca.ru/knigi/arhivy/montazh-ekspluataciya-i-remont- selskohozyay

stvennogo-elektrooborudovaniya-17.html. – [Электронный ресурс]. 13. http://elektro-montagnik.ru/ – [Электронный ресурс]. 14. lectricalschool.info. – [Электронный ресурс]. 15. http://leg.co.ua. – [Электронный ресурс].

66

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ ПО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕХОДНЫМ

ПРОЦЕССАМ В. Н. Сидонова, студент гр. Эд-51

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» Д. С. Александров

Переходные процессы в системах электроснабжения – одна из главных

профилирующих учебных дисциплин в курсе обучения по специальности «Электроснабжение». Студенты должны ясно представлять физические, электромеханические процессы, происходящие в генераторах электрических станций, синхронных и асинхронных электродвигателей в составе комплексной нагрузки. Знания переходных процессов в дальнейшем позволят студентам осуществлять проектирование систем электроснабжения. Они необходимы для изучения других дисциплин, например, дисциплины «Релейная защита и автоматика».

В помощь студентам ранее были изданы методические указания [1–3], а также имелись неизданные печатным способом методические указания по пуску и самозапуску электродвигателей позволяющие выполнять расчеты параметров режима с помощью компьютерной программы «SEZAM».

Методические указания имеют существенные недостатки. Не учитывают изменения в части изменения квалификации (бакалавр и магистр) и не учитывают современные требования к использованию компьютерных технологий. Программа «SEZAM» в современных версиях операционной системы Windows не раскрывается и, кроме того, применение компьютерных программ по принципу «черного ящика», как показывает практика, не способствует учебному процессу на первоначальной стадии изучения дисциплины.

Целью работы является создание методических указаний отвечающих современным требованиям к качеству обучения и выведение его на новый несравненно более высокий уровень за счет переноса решения сложных математических задач на «плечи» компьютерной программы и отхода от ручного счета, не позволяющего использовать более адекватные рассматриваемому процессу модели.

Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи: − определить тематический перечень по расчету устойчивости

элементов системы электроснабжения; − выбрать систему компьютерной математики наилучшим образом

удовлетворяющей требованиям решения представленного перечня практических задач;

− представить примеры оформления учебной работы. За основу формирования общего подхода к структуре новых

методических указаний и перечня освещаемых тем взят подход Л. Ф. Овсиенко [1], но при этом исправлены следующие существенные недостатки:

67

− не рассматриваются неявнополюсные синхронные и асинхронные электродвигатели в связи со сложными расчетами их механических характеристик, отвлекающих внимание студентов от принципиальных моментов изучаемых электромеханических процессов;

− не используются системы возбуждения синхронных электродвигателей сильно искажающих форму механической характеристики;

− приводятся подробные комментарии к алгоритму расчета устойчивости синхронных и асинхронных электродвигателей;

− программы расчетов, составленные преподавателем и не дающие студентам представления о технологии расчетов, заменены применением системы компьютерной математики, позволяющей обучаемому самому без излишних затруднений выполнить все необходимые поэтапные вычисления и тем самым не оставлять пробелов в понимании сути изучаемого процесса;

− функциональные зависимости параметров режима не рисуются вручную, а изображаются с помощью графического редактора системы компьютерной математики, дающей возможность значительно увеличить производительность выполнения работы и повысить качество изображаемого за счет возможности детализации отдельных участков функциональных зависимостей и качества представления линий;

− принципиальные схемы и схемы замещения выполняются также не вручную, а рисуются с помощью графических компьютерных программ, что позволяет повысить качество рисунка и последующего, в случае необходимости, оперативного исправления замеченных недостатков;

− каждая тема проиллюстрирована не только соответствующим примером расчета, но и примером оформления работы, позволяющие прививать студентам привычку правильного представления результатов работы в соответствии с требованиями нормативной документации. Это также дает возможность с одной стороны излагать работу в целом без пропусков отдельных существенных положений и лишней информации с другой стороны по принципу «золотой середины» – ни больше, ни меньше, то есть самое необходимое.

В качестве системы компьютерной математики рекомендуется использовать специально разработанную для целей обучения систему Derive, как наиболее отвечающую решению поставленных задач в части требований наибольшей производительности (соответственно меньше затрачиваемого времени на выполнении работ), универсальности в отношении возможности выполнения численных решений и широкого круга символьных вычислений.

В качестве графической программы рекомендуется применение универсальной графической программы Visio наилучшим образом стыкующейся с программой Word, что обеспечивает наибольшую производительность создания и корректирования рисунков.


68

− предлагаемые методические указания позволяют организовать практическое закрепление лекционных занятий по всем темам курса «Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах». При этом осваивается применение современных компьютерных технологий в процессе изучения дисциплины;

− предлагаемые методические указания заменяют не только ранее разработанные документы, но ранее применяемую программу «SEZAM».


1. Офсиенко Л.Ф. Сборник задач с решениями по расчету устойчивости

нагрузки: Методические указания к практическим указаниям по курсу «Переходные процессы в электроэнергетических системах» для студентов специальности 10.04. – Ульяновск : УлПИ, 1993.

2. Бабарушкин В.А. Самозапуск электродвигателей: Методические указания к курсовой работе по переходным процессам в электрических системах. – Ульяновск : УлПИ, 1979.

3. Овсиенко Л.Ф., Пестов С.М. Лабораторные работы по курсу «Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения»: Методические указания. – Ульяновск : УлПИ, 1983.

69

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ НАДЕЖНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

А. С. Храмов, студент гр. Эд-52 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»


Надежность электроснабжения систем электроснабжения – одна из главных профилирующих учебных дисциплин в курсе обучения по специальности «Электроснабжение». Студенты должны ясно представлять о совокупности всех факторов, влияющих на способность системы электроснабжения в части обеспечения электроэнергией электроприемников или потребителей нормированного качества и бесперебойного обеспечения электроэнергией в необходимом количестве. Знания вопросов надежности электроснабжения позволят студентам осуществлять проектирование систем электроснабжения при выполнении выпускной квалификационной работы.

Существующие методические указания к практическим занятиям [1] по дисциплине «Надежность электроснабжения» требуют актуализации в части расширения перечня задач, как по охватываемой тематике, так и по количеству рассматриваемых вариантов. Практика работы со студентами показывает отсутствие необходимой для освоения материала дисциплины теоретической подготовки – твердые знания основ теории вероятности, без которой невозможно изучить предмет. Существующие методические указания фактически не содержат необходимого объема сведений теории вероятности, позволяющие успешно решать задачи. Имеется еще один существенный недостаток – разрыв теории надежности и ее практики применения.

Целью работы является создание методических указаний, включающих сборник заданий и содержащего: необходимую номенклатуру задач в части тематики и разнообразия вариантов; краткое, но обстоятельное изложение основ теории вероятности применительно к дисциплине «Надежность электроснабжения»; ликвидация разрыва между теорией надежности и практикой ее и применения.

Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи: − изложить основы теории вероятности применительно к дисциплине

«Надежность электроснабжения» с демонстрацией основных положений на простых примерах;

− досконально отработать тематику учебных задач и представить необходимое количество вариантов. Уделить основное внимание на задачи, имеющие непосредственно практическое приложение.

Были получены следующие результаты: создан сборник задач по основным темам теории надежности.

1. Задачи по общим условиям применения источников питания потребителей различных категорий.

70

2. Задачи по условиям применения источников питания потребителей различных категорий с учетом времени восстановления питания и других факторов.

3. Задачи на составление структурных схем надежности систем электроснабжения.

4. Задачи на составление структурных схем надежности и определение показателей надежности систем электроснабжения в целом.

5. Задачи с применением законов распределения случайных величин. Перечень задач отличается большим разнообразием вариантов, что дает возможность получить студентам полное представление о вопросах надежности систем электроснабжения в целом и отдельных элементов систем электроснабжения.

Кроме того, приведены примеры решения практически встречающихся задач по анализу систем электроснабжения в части надежности и расчету показателей надежности для каждой изучаемой темы. С целью глубокого понимания последовательности операций расчета и сути изучаемой темы приведено краткое и предметное изложение основ теории вероятности с учетом специфики и особенностей рассматриваемых вопросов.

Практическое значение полученных результатов заключается в том, что предлагаемые методические указания по дисциплине «Надежность электроснабжения» позволяют организовать практическое закрепление лекционных занятий по всем темам курса. Дополнительно, предлагаемые методические указания могут использоваться при проведении итогового зачета.


1. Плиско A.Л., Александров Д.С. Основы теории и расчета надежности

систем электроснабжения : методические указания к решению задач. – Ульяновск : УлГТУ, 2011.

71

УМЕНЬШЕНИЕ УРОВНЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК ТОКА В КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ И КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

В. Н. Тимофеев, студент Барышского колледжа-филиала УлГТУ Научный руководитель – преподаватель

К. Н. Киселев

Эксплуатация электроустановок современных зданий, особенно офисного типа подразумевает использование целого ряда устройств, которые служат для обеспечения качественного и бесперебойного электропитания потребителей. Это источники бесперебойного питания (ИБП), стабилизаторы напряжения, сетевые фильтры и т.д. Все они предъявляют различные требования к собственным условиям эксплуатации (качество питающего напряжения, используемая система заземления и зануления). Большинство современных электронных устройств использует импульсные источники электропитания (ИИП). Они отличаются от прежних тем, что традиционный понижающий трансформатор и выпрямитель заменены непосредственным управляемым выпрямлением поступающего из сети тока. Этот ток заряжает накопительный конденсатор, с которого уже выпрямленный ток подается на нагрузку способом, обеспечивающим необходимые напряжение и силу тока. Недостатком таких схем является то, что кроме преобразования переменного тока сети в выпрямленный ток, источник питания создает импульсы тока, содержащие большое количество гармоник. На входе источника электропитания ставится простой фильтр, который отсекает высокочастотные составляющие от линии и нейтрального провода и направляет их на землю. Но этот фильтр не отфильтровывает токи гармоник, которые протекают обратно в источник питания. Влияние на электросеть однофазных ИБП очень похоже на поведение ИИП. Источниками гармоник также являются электронные балласты люминисцентных ламп и приводы с регулируемой скоростью вращения

Разложение несинусоидального (искаженного) периодического сигнала на набор синусоидальных сигналов носит название разложения в ряд Фурье. Искаженный сигнал тока, можно представить как сигнал основной частоты плюс процент от его гармонических составляющих. Для сигналов симметричной формы, т.е. у которых положительный и отрицательный полупериоды имеют одинаковую форму и амплитуду, все гармоники с четными номерами равны нулю. В современных сетях четные гармоники практически не встречаются.

Эквивалентную цепь нелинейной нагрузки с установкой коррекции коэффициента мощности можно смоделировать как линейную нагрузку, параллельно которой включено множество источников тока, по одному источнику на каждую гармоническую частоту. Гармонические токи возникают в результате преобразования нагрузкой части энергии основной частоты в гармонические токи, которые протекают по цепи через импеданс источника и по всем остальным параллельным цепям. В результате гармонические

72

напряжения появляются на импедансе источника и присутствуют во всей сети электропитания объекта.

Рис. 1. Эквивалентная цепь нелинейной нагрузки с ККМ

Основным условием нормального функционирования и безаварийной работы электронного оборудования является качественное напряжение на шинах низкого напряжения (НН) трансформаторов, в главных распределительных щитах (ГРЩ) и в поэтажных электрощитах. Наличие гармоник в электрических сетях отрицательно сказывается как на самих сетях (увеличение тока в нулевом проводе, дополнительные потери и нагрев проводов и кабелей, ускоренное старение их изоляции), так и почти на всех видах электрооборудования, за исключением простейших нагревательных приборов. Возникают вредные наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях; появляется повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании, ускоренными темпами пересыхает изоляция электрических машин, перегреваются трансформаторы и конденсаторы. При этом качество питающего напряжения у конечного потребителя, например в поэтажном электрощите, питающем компьютерные нагрузки, обычно хуже, чем качество напряжения в главном распределительном электрощите здания, из-за падения напряжения в кабельной линии, питающей этот электрощит. Одним из малоизученных явлений, влияющих на качество питающего напряжения, в том числе и у конечных электропотребителей, является резонанс токов (параллельный резонанс) в электроустановках зданий. Это опасное явление возникает при наличии нелинейных электропотребителей (прежде всего «компьютерных» и аналогичных им нагрузок) и одновременном использовании установок коррекции коэффициента мощности (ККМ), подключенных к шинам низкого напряжения трансформатора. Обмотка трансформатора и установка компенсации реактивной мощности представляют собой колебательный контур, т. к. в этой схеме имеется цепь с двумя параллельными ветвями – с сопротивлением и индуктивностью (параметры обмоток трансформатора), а другая – с емкостью установки компенсации реактивной мощности.

CL

ωω 1

= . (1)

Из (1) следует резонансная частота:

LC1

0 =ω . (2)

Таким образом, индуктивность обмоток трансформатора, а также

73

количество включенных конденсаторов ККМ и определяют резонансную частоту рассматриваемой цепи.

Для расчета условий возникновения резонансных явлений на участке цепи «Трансформатор – ККМ» необходимо знать емкость конденсаторов, т.е. число включенных в работу ступеней установки компенсации реактивной мощности, а также параметры силового трансформатора, в частности его номинальную мощность Sтр напряжение короткого замыкания uк.

Зная эти исходные данные, можно определить номер гармоники промышленной частоты, на которой возникает резонанс:

ккмк

тр

QuS

n⋅

= . (3)

При резонансе наблюдается резкое ухудшение качества питающего напряжения на шинах низкого напряжения трансформатора, и на всех отходящих с этой секции шин фидерах и даже небольшое увеличение несинусоидальности в таких сетях может вызывать значительные токи гармоник, протекающих через установку компенсации реактивной мощности. Поэтому, проведя гармонический анализ и анализ параметров питающей сети, нужно выяснить, насколько необходима постоянная работа таких установок при наличии нелинейных нагрузок, поскольку при любом сочетании L и C найдется частота, близкая к частоте нечетной гармонической составляющей тока.

Наиболее распространены способы уменьшения уровня высших гармоник путем применения:

− линейных дросселей; − пассивных фильтров; − активных кондиционеров гармоник. Пассивный фильтр предназначен скорее для отсекания гармонических

токов, чем для их управляемого отвода. Поэтому на таких фильтрах возникает значительное падение напряжения на частоте гармонического тока. Пассивные настроенные фильтры могут вызвать резонансные явления в системе, так же как и установки ККМ, поскольку они настроены только на частоту определенной гармоники. В коммунально-бытовых и компьютерных сетях состав гармоник менее предсказуем. Состав оборудования и точки его подключения постоянно меняются, поэтому содержание гармоник в сети также постоянно меняется. Решением в таких случаях является установка активного фильтра. Принцип действия активного кондиционера гармоник основан на анализе гармоник тока нелинейной нагрузки и генерировании в распределительную сеть таких же гармоник тока, но с противоположной фазой. Как результат этого, высшие гармонические составляющие тока нейтрализуются в точке подключения АКГ. Это означает, что они не распространяются от нелинейной нагрузки в сеть и не искажают напряжения первичного источника энергии.

Ток нелинейной нагрузки содержит основную i1 и высшие in гармоники: ∑

≥+=

21

nnni iii . (4)

74

Ток АКГ содержит противофазные току нагрузки высшие гармоники: ∑

≥−=

2nnahc ii . (5)

В результате ток, потребляемый от источника, практически синусоидален, так как содержит только основную (первую) гармонику:

1iiii ahcniрез =+= . (6) На практике амплитуда гармонического тока уменьшается на 90%.

Соответственно уменьшается импеданс источника на частоте гармоники и уменьшается искажение напряжения.

Линии электроснабжения зданий особенно офисного типа имеют многоуровневую структуру. Поэтому подключение АКГ целесообразно производить каскадным или многоуровневым способом. Каскадный способ включения АКГ позволяет избежать взаимовлияния различных кондиционеров в системе. Первый кондиционер (АКГ1) обеспечивает защиту от гармоник мощной нелинейной нагрузки, а второй кондиционер малой мощности (АКГ2) осуществляет компенсацию гармоник от других маломощных нелинейных нагрузок. Каскадное включение увеличивает степень компенсации гармоник тока при изменении нагрузки при использовании АКГ с меньшими номинальными значениями тока компенсации. Многоуровневый способ предусматривает подключение АКГ на нескольких уровнях распределительной сети, что может быть сведено к каскадному способу включения АКГ. Подключение АКГ при этом желательно по возможности производить непосредственно к шинам источника питания, т.к. каждых последующий уровень компенсации находится на импедансе предыдущего уровня и источника питания.

Рис. 2. Эквивалентная цепь нелинейной нагрузки с АКГ


1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения

промпредприятий. – М. : Энергоатомиздат, 1994. − 256 с. 2. Суднова В.В. Качество электрической энергии. – М. : Энергосервис,

2000. − 234 с. 3. Компьютер и система электроснабжения в офисе: современные аспекты

безопасной эксплуатации / под ред. О.А. Григорьева. – М. : РУДН, 2002. − 315 с.

75

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И. А. Усачев, студент гр. Эбд-42

Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение» А. Л. Дубов

В настоящее время широко стоит вопрос перехода на альтернативные

источники энергии (солнце, ветер и пр.). Главной проблемой является сложность обеспечения требуемых мощностей и высокая стоимость оборудования по сравнению с традиционными источниками энергии (уголь, газ и пр.).

При анализе электроснабжения современного десятиэтажного жилого дома от солнечных батарей получены следующие результаты.

1. Стоимость проекта для обеспечения 1970 кВт∙ч в день в период с мая по август (в среднем от 11 солнечных часов в день) составляет примерно 37068,5 тыс. руб. (при числе квартир 215).

2. Требуемое количество солнечных панелей – 598, что позволяет разместить их прямо на крыше. Общая мощность электроустановки 179,4 кВт.

Как видно такие затраты сложно будет согласовать между всеми собственниками (выходит по 172411 руб. на квартиру). Поэтому рекомендуется осуществлять переход на использование солнечной энергии для небольших жилых зданий (коттеджей).

При анализе электроснабжения коттеджа (площадью до 200 м2) было рассчитано.

1. Стоимость проекта для обеспечения 40 кВт∙ч в день в период с мая по август (в среднем от 11 солнечных часов в день) составляет примерно 784,7 тыс. руб.

2. Требуемое количество солнечных панелей – 13, что позволяет разместить их прямо на крыше. Общая мощность электроустановки 3,9 кВт.

В существующих климатических условиях возникают сомнения насчет эффективности круглогодичной работы панелей на территории Ульяновской области из-за малого количества солнечных ясных дней. Согласно опытным данным мощность батареи в пасмурный зимний день может снижаться до 5 раз, что ограничивает возможность их применения в качестве единственного источника питания, из-за сильного удорожания проекта. Оптимально использовать солнечную энергию наряду с сетевой, подключаясь к сети при недостатке энергии.

В случае избытка генерации солнечной электроэнергии ее можно также поставлять в сеть, но в РФ сейчас еще не приняты законы, позволяющие

76

осуществлять продажу такой энергии. Особый интерес представляет так называемый «зеленый» тариф, используемый в США, Германии и на Украине. Производимая от возобновляемых источников электроэнергия продается в энергосистему по повышенной ставке (на 10 – 20%), а потом закупается по пониженной.

Также учитывая разную стоимость электроэнергии для различных потребителей и регионов России (различается в несколько раз), солнечные электростанции наиболее выгодно проектировать для потребителей с дорогой электроэнергией (Москва и Московской область).

Наконец, принимая во внимание постепенное снижение стоимости солнечных панелей и вспомогательного оборудования и удорожание сетевой электроэнергии, со временем переход на солнечные источники энергии становится все более рациональным.

77

РАСЧЕТ УСТАНОВИВШЕГОСЯ СИММЕТРИЧНОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

И. А. Усачев, студент гр. Эбд-42 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»

А. Е. Усачев

Целью данной работы является создание в среде SciLab программы расчета установившегося симметричного режима системы электроснабжения.

Предварительно составляется схема замещения электрической сети, в которой нумеруются все узлы. Узел, в котором известно напряжение, должен иметь номер 0 (балансирующий узел). Исходными данными для программы являются напряжение балансирующего узла, комплексные сопротивления ветвей, мощности нагрузок и источников питания в узлах кроме балансирующего. При вводе сопротивлений ветвей, указываются номера узлов, между которыми находится ветвь. При вводе мощностей указывается номер узла, к которому подключена нагрузка или источник питания.

Исходные данные могут быть заданы в программе, в диалоговых окнах или прочитаны из текстового файла. Программа анализирует исходные данные на допустимость и отсутствие противоречий. Ветви схемы автоматически разделяются на дерево и хорды, что позволяет использовать теорию матриц и графов и проверить правильность ввода исходных данных. Программа формирует матрицу сопротивлений ветвей, матрицу соединений ветвей в узлы, матрицу задающих мощностей в узлах.

Расчет комплексных напряжений и задающих токов в узлах схемы производится методом простых итераций на основе узлового матричного уравнения. По известным напряжениям в узлах находятся напряжения в ветвях, затем по закону Ома вычисляются комплексные токи ветвей, далее рассчитываются комплексные потери мощности в ветвях, задающий ток и задающая мощность балансирующего узла.

Программа является универсальной, т.е. может работать для любого количества узлов и ветвей схемы. Исходные данные и результаты расчета выводятся в командное окно SciLab и в текстовый файл.

Программа предназначена для разработки оптимального по скорости и точности алгоритма расчета установившегося симметричного режима электроэнергетической системы и будет использована в учебном процессе для генерации вариантов заданий и проверки правильности выполнения лабораторных работ по дисциплине «Математические задачи электроэнергетики».


1. Волгин М.Е. Математические методы для решения задач

электроснабжения : учебное пособие для студентов электротехнических специальностей. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 130 с.

78

ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

И. В. Царева, Е. К. Немирова, О. В. Цыликов, студенты гр. Эбд-42 Научный руководитель – ассистент кафедры «Электроснабжение»

Р. Ф. Тимиргазин

Жидкометаллические самовосстанавливающиеся предохранители (ЖСП) – это новые аппараты управления и защиты напряжением до 1 кВ. Особенности ЖСП: хорошие токоограничивающие свойства; возможность многократно самовосстанавливаться и осуществлять цикл АПВ; жидкий металл герметизирован от воздуха и не подвергается воздействию окружающей среды; окисление плавкой вставки невозможно даже при температуре близкой к температуре плавления металла; соотношение пограничного тока к номинальному – 1,1 позволяет осуществлять защиту от перегрузок даже небольшой кратности; срок службы до 30 лет. Принцип действия ЖСП: при протекании по жидкометаллической плавкой вставке аварийного тока она испаряется, вызывая взрывообразное повышение давления. При повышенном давлении пары металла обладают значительным сопротивлением. В результате аварийный ток резко ограничивается. Возникающая дуга гасится. После остывания и конденсации паров жидкого металла разорванная электрическая цепь восстанавливается. Конструкция ЖСП и область применения: Выделяют две основные группы этих устройств: ЖСП с управляемым временем восстановления. После отключения аварийного тока могут быть подготовлены к повторному действию, не требуют замены, но требуют для их восстановления внешнее воздействие со стороны оператора. ЖСП с неуправляемым временем восстановления. Их восстановление в исходное состояние происходит после конденсации паров жидкого металла, использование возможно при последовательном включении с дополнительным коммутационным аппаратом.

Для определения эффекта от использования ЖСП, необходимо было посчитать математическую модель эффективности использования устройств управления и защиты в системах электроснабжения потребителей и оптовую цену на ЖСП. Расчет произведен в монографии А.В. Кузнецова «ЖСП и их инвестиционная привлекательность». Однако расчет был произведен в ценах советского периода. Цель данного расчета – определить экономический эффект от использования ЖСП в нынешних ценах. Эффективность использования устройств управления и защиты в системах электроснабжения потребителей:

, (1) где – годовые затраты связанные с функционированием устройств управления и защиты и включающие в себя инвестиции текущие издержки; – норматив дисконтирования затрат; – минимум суммарных дисконтированных затрат за расчетный период их эксплуатации, состоящий из базовых затрат на передачу электроэнергии по сетям НН; – и по сетям

79

ВН , которые включают в себя: – капиталовложения в электрические сети, аппараты управления и защиты; – эксплуатационные издержки; - дополнительные инвестиции в электрическую сеть; - снижение издержек на электрическую сеть.

Дополнительные затраты: , (2)

где − составляющая, обусловленная завышением сечений рабочих проводов ЛЭП в связи с применением плавких предохранителей для их защиты от перегрузок; − составляющая, обусловленная необходимостью применения пятого заземляющего проводника в 4-х проводных сетях для надежного отключения однофазных КЗ; − составляющая, обусловленная необходимостью завышения номинальных параметров силовых полупроводниковых приборов, в связи с низким быстродействием применяемых устройств защиты.

Таким образом, функции, характеризующие все основные свойства модели функционирования устройств управления и защиты:

, (3)

, (4)

. (5)

На основании формул (1) – (5) был проведен расчет модели, результаты вычислений сведены в табл. 1.

Оптовая цена предприятия на ЖСП рассчитывается по формуле: , (6)

где − затраты на основные материалы; − затраты на вспомогательные материалы; − затраты на производство; − цена шунтирующего сопротивления; 1.2 − предположение, что прибыль предприятия составит 20% от издержек промышленного предприятия. По формуле (6) была рассчитана оптовая цена ЖСП: 36732.24 рублей. Затраты, связанные с применением ЖСП – 1.99 %. Эффект от использования ЖСП для защиты полупроводниковых аппаратов управления: . Эффект от использования ЖСП в комплекте с упрощенным автоматическим выключателем вместо автоматического выключателя:

. Эффект от использования ЖСП с упрощенным автоматическим выключателем вместо плавких предохранителей:

.

80

Таблица 1 Результаты расчета математической модели

Зависимая часть затрат в сети 0.4 кВ

Защищаемый элемент, вид повреждения

Применяемые устройства

защиты

%

%

%

Сумма

Проводники и кабели

Предохранители 1.17 2.26 -0.61 2.82

-||- Автоматические выключатели

0.57 - - 0.57

Однофазное КЗ - 1.25 - 1.25 Полупроводниковые

приборы - 2.45 - 2.45

Зависимая часть затрат в сети 10 кВ Защищаемый элемент, вид повреждения

Применяемые устройства

защиты

%

%

%

Сумма

Проводники и кабели

Выключатели 0.25 0.082 -0.042 0.38

Выключатели нагрузки с

предохранителями

0.15 - - 0.15

Итого: = 5.96%

На основании полученных результатов, можно сделать вывод о целесообразности использования ЖСП. Результаты, полученные с использованием советских цен до 1991 года и российских на сегодняшний момент, примерно совпадают. Создание ЖСП в РФ связано с необходимостью решения ряда сложных проблем: Проблема выбора материала электрической втулки, способной многократно выдерживать воздействие электрической дуги при срабатывании ЖСП. Выбор материалов контактных выводов ЖСП (материал должен выбираться из условия химической стойкости к конкретному жидкому металлу и обеспечивать минимальное сопротивление в месте контакта). Эти задачи связаны с созданием конкретной конструкции ЖСП с требуемыми параметрами. Разработку ЖСП проводят такие известные фирмы, как Дженерал электрик (США), Хитачи (Япония), Тошиба (Япония), Тарасаки (Япония). В России ЖСП не пока не выпускаются, но некоторый опыт теоретических и экспериментальных исследований ЖСП накоплен в Ульяновском и Самарском технических университетах. Такие работы проводились в МЭИ, ВНИИ Электроаппарат и некоторых других организациях.

81

РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОГО КЗ ВО ВСЕХ ТОЧКАХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Н. А. Ятманов, студент гр. Эд-52 Научные руководители – доценты кафедры «Электроснабжение»

Д. С. Александров, А. Е. Усачев

Целью данной работы является создание в среде SciLab программы расчета режима установившегося трехфазного короткого замыкания во всех точках системы электроснабжения.

Исходными данными для программы являются параметры внешней электроэнергетической системы, трансформаторов, линий, двигателей и других элементов системы электроснабжения: номера ветвей и номера узлов; номинальное напряжение и мощность трехфазного короткого замыкания внешней электроэнергетической системы; напряжения обмоток, напряжение короткого замыкания и мощность трансформаторов; погонные сопротивления и длины линий; мощности, номинальные коэффициенты мощности, пусковой ток, номинальное напряжение, КПД двигателей. При желании можно добавить в программу ввод других элементов и их параметры. Исходные данные могут быть заданы в программе или прочитаны из текстового файла.

Программа рассчитывает ЭДС и сопротивления схемы замещения в именованных единицах. Схема автоматически разбивается на дерево и хорды по известным номерам узлов и ветвей каждого элемента. Формируются матрицы коэффициентов приведения всех узлов и ветвей по напряжениям обмоток трансформаторов. Параметры схемы приводятся к базисному узлу, в качестве которого принимается точка подключения внешней электроэнергетической системы. Формируются матрицы сопротивлений ветвей, соединений ветвей в узлы и ЭДС ветвей.

Задается цикл расчета токов трехфазного короткого замыкания для всех узлов схемы. На каждой итерации цикла добавляется ветвь КЗ с нулевым сопротивлением и нулевой ЭДС между текущим узлом и узлом нейтрали. Рассчитываются напряжения ветвей и узлов, токи и мощности ветвей с помощью матричного метода контурных токов. Рассчитанные параметры переводятся в именованные единицы.

Программа является универсальной, т.е. может работать для любого количества узлов и ветвей схемы. Исходные данные и результаты расчета выводятся в командное окно SciLab и в текстовый файл. Программа будет использована для проверки правильности выполнения курсовых работ по дисциплине «Переходные процессы в системах электроснабжения».


1. Строев В.А., Шаров Ю.В., Кузнецов О.Н. Алгоритмы расчета

установившихся режимов и переходных процессов в электроэнергетической системе. – М. : МЭИ, 2006. – 84 с.

82

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИКИ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Н. А. Ятманов, студент гр. Эд-52 Научный руководитель – доцент кафедры «Электроснабжение»


Целью данной работы является сравнение и выявление наиболее удобной для учебного процесса системы компьютерной математики (далее СКМ) – SciLab и Derive – на основе расчета пуска и самозапуска синхронного и асинхронного двигателей.

При выполнении работ, выполняемыми студентами, к системе СКМ предъявляются следующие требования:

− большой объем вычислительной работы, как правило, не сложного с точки зрения математики, характера;

− отсутствие необходимости «математической» точности результатов расчетов;

− малое количество времени на освоение СКМ и выполнения работы. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что СКМ должна

удовлетворять следующим требованиям: − производительность расчетов; − оперативности построения и анализа графических зависимостей; − универсальности в части возможности использования в расчетах и

символьных операциях; − простоте изучения. Из методических указаний выбираем наименование

электрооборудования, требуемый перечень исходных данных. Дополнительные параметры рассчитываем. Расчет параметров выполняем в относительных единицах, [о.е.] при номинальных условиях двигателя. Выполняем построение механических характеристик двигателя и рабочего механизма с последующим совмещением на одном графике. Определяем время пуска двигателей. Определяем успешность пуска по условию нагрева обмотки статора двигателя.

Объем выполненной работы пуска и самозапуска синхронного и асинхронного двигателей составляет (в печатном формате на листе А4 12 шрифтом): в программе SciLab 15 страниц текстового редактора, 12 страниц командного окна без отображения команд, 90 страниц командного окна с отображением команд; в программе Derive 40 страниц (Derive имеет одно окно).

На основании проделанной работы можно сделать вывод, что программа Derive, удобнее, чем SciLab т.к.:

83

− SciLab «загроможден» формулами, которые необходимо знать для работы. В программе Derive нет такого «загромождения», формулы выводятся в обычном, привычном для восприятия виде. Это значительно улучшает визуальное восприятие и способствует более быстрой работе;

− в программе SciLab не лучшим образом реализована возможность решения интегралов, а именно невозможность постановки в нижний предел интегрирования нуля. Выход был найден следующий – было введено число 1х10-3. Это, несомненно, приводит к увеличению погрешности в вычислениях;

− по времени в программе Derive было затрачено примерно в 2,5 раза меньше времени, чем в программе SciLab.

На мой взгляд, программа SciLab – специализированная. Она хорошо подходит для точных численных расчетов, программирования, автоматизации расчетов. Для символьных вычислений же она не подходит. Однако требуется необходимый ресурс времени для освоения команд. Программа Derive является более универсальной для учебного процесса, т.к. ресурс времени для освоения функций не такой значительный, в ней можно производить как символьные вычисления, так и арифметические вычисления.

84

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ С. Б. Алькин, студент гр. ТЭбд-41

Научный руководитель – доцент кафедры «Теплоэнергетика» Р. В. Федоров

Предохранительная арматура − это арматура, предназначенная для

автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды, так называемого массотвода.

К предохранительной арматуре относятся: предохранительные клапаны, импульсно-предохранительные устройства, мембранные предохранительные устройства, перепускные клапаны.

Наиболее широкое распространение имеют предохранительные клапаны, конструктивно простые и не требующие специальной регулировки.

Предохранительный клапан − трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путем автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления.

Предохранительные клапаны, работающие в различных пневмогидравлических системах, являются автоматически действующими устройствами, поэтому все предохранительные клапаны по принципу действия можно делить на клапаны прямого и непрямого действия. Основное различие клапанов прямого и непрямого действия состоит в том, что в клапанах прямого действия перемещение замыкающего органа осуществляется усилием, возникающим от воздействия давления среды на чувствительный элемент, а в клапанах непрямого действия под воздействием давления среды на чувствительный элемент перемещается усилитель, который управляет подачей вспомогательной энергии в привод для перемещения замыкающего органа.

Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу.

85

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%BC%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%BC%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD




https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D1%81%D1%83%D0%B4_%D0%BF%D0%BE%D0%B4_%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%D0%BC

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%BD%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D0%BD%D1%82_(%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_(%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B8%D0%BD%D0%B0)

В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемого сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Предохранительные клапаны прямого действия классифицируют по следующим признакам:

− по направлению воздействия рабочего давления в системе на замыкающий орган;

− по виду чувствительного элемента; − по высоте подъема замыкающего органа; − по способу создания управляющей нагрузки; − по характеру перемещения замыкающего органа. Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны

прямого действия используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, легкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений.

Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надежность.


1. Гениатулин А. М., Горгоц В. Г. Предохранительная арматура : учебное пособие / А. М. Гениатулин, В. Г. Горгоц. – Курган : КГУ, 2009. – 34 с.

2. Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура : справочное пособие. − М. : ЛКИ, 2008. − 368 с.

3. Сейнов С.В. Трубопроводная арматура. Исследования. Производство. Ремонт. − М. : Машиностроение, 2002. − 392 с.

86

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%B8%D0%B5

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%B4%D1%91%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ ПРУЖИННЫЙ КЛАПАН И. В. Назаров, студент гр. ТЭбд-41


Работа автономной отопительной системы не всегда может быть

стабильна. Резкие перепады температуры и как следствие – давления, сказываются на целостности соединения труб и радиаторов. Для предотвращения этого необходимо специальное защитное устройство − предохранительный клапан для системы отопления.

Предохранительный пружинный клапан представляет собой механизм автоматического действия. Давлению среды на золотник клапана противодействует сила пружины, прижимающая золотник к седлу через опору и шток. При рабочем давлении в аппарате или сосуде сила действия среды уравновешивает силу пружины. Возрастание давления в сосуде, аппарате и трубопроводе выше допустимого нарушает равновесие, подъемная сила преодолевает усилие пружины, золотник поднимается, и происходит сброс среды. Клапан обеспечивает прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления.

Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Клапан должен своевременно удалять излишки теплоносителя, снижая при этом давление внутри системы; обладать возможностью настройки (в автономной системе частного дома предохранительный клапан для отопления должен иметь функцию ручной настройки максимально допустимого значения давления); быть надежным в эксплуатации (конструкция и материал изготовления должны обеспечивать нормальную работу предохранительного клапана для системы отопления).

Клапан предохранительный предназначен для защиты оборудования от недопустимого превышения давления сверх установленного. Клапаны предохранительные применяются на резервуарах, котлах, емкостях, сосудах и трубопроводах для автоматического или ручного сброса давления в атмосферу или отводящий трубопровод. После снижения давления до нужного предела предохранительный клапан прекращает сброс среды. Предохранительные клапаны предназначены для жидкой и газообразной, химической или нефтяной рабочих сред.


1. Тимофеев А.Ф. Охрана труда в электролитическом производстве

каустической соды и хлора. – М.: Химия, 1985. – 216 с.

87

РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ С. С. Мериканова, студентка гр.ТЭбд-41

Научный руководитель-доцент кафедры «Теплоэнергетика» Р. В.Федоров

Расходомер − прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через

данное сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство со счетчиком и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.

Расходомеры постоянного перепада давления относятся к группе расходомеров обтекания, т.е. к расходомерам, основанным на зависимости перемещения тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, от расхода измеряемой среды. Величина перемещения напрямую связана с расходом вещества. Большинство расходомеров сконструированы таким образом, что обтекаемое тело перемещается вдоль вертикальной оси. Но в ряде приборов обтекаемое тело в виде лопасти или диска поворачивается вокруг оси подвеса.

Расходомеры постоянного перепада давления подразделяются на: − ротаметры; − поплавковые расходомеры; − поршневые расходомеры (золотниковые). Наибольшее применение в производственных процессах получили

ротаметры. Основная измерительная часть ротаметров – ротаметрическая пара.

Различают три типа ротаметрических пар. Ротаметрическая пара первого типа состоит из измерительного конуса и

поплавка (ротора). Эта конструкция применяется в стеклянных и металлических ротаметрах.

Пара второго типа состоит из диафрагмы и поплавка и применяется в металлических ротаметрах.

Ротаметрическая пара третьего вида состоит из кольцевого поплавка, размещенного в зазоре между внешним и внутренним конусами. Такие пары применяются в металлических ротаметрах для измерения больших расходов жидкости.

Ротаметр имеет коническую трубку, в которой находится поплавок. На трубку наносится шкала. Шкала трубки ротаметра градуируется с соответствии с измеряемой средой.

Если ротаметр оснастить устройством дистанционной передачи, то его можно назвать поплавковым расходомером.

Они имеют ряд достоинств: − небольшие потери напора, которые мало зависят от расхода; − надежность в работе;

88

− простота в эксплуатации и в устройстве; − легкость снятия величины расхода (потока); − идеальны при измерении небольших расходов жидкостей и газов; − большой диапазон измерения. Как и любой прибор, ротаметр имеет ряд недостатков: − невозможность измерения расхода при большом давлении; − привязка ротаметра точке измерения расхода (потока); − невозможность применения при относительно больших расходах

вещества; − отсутствие дистанционной передачи.


1 Бирюков Б.В. Точные измерения расхода жидкостей: справ.пособие.− М. : Машиностроение, 1977. − 144 с.

2 Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы: учебник для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 460 с.

3 Кремлевский П.П. расходомеры и счетчики количества: справочник. − Л.: Машиностроение, 1989. − 702 с.

4 Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. − М. : Машиностроение, 1983.

89

РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ С. С. Мериканова, студентка гр.ТЭбд-41

Научный руководитель − доцент кафедры «Теплоэнергетика» Р. В.Федоров

Регулятор давления, редуктор давления − разновидность регулирующей

арматуры, автоматически действующее автономное устройство, служащее для поддержания постоянного давления рабочего тела в трубопроводе. При регулировании давления происходит снижение начального высокого давления на конечное низкое. Это достигается автоматическим изменением степени открытия дросселирующего органа регулятора, вследствие чего автоматически изменяется гидравлическое сопротивление проходящему потоку.

Регулятором давления прямого действия называют клапан, который предназначен для поддержания и регулирования параметров жидкости, газа или иной рабочей среды посредством изменения диаметра проходного сечения. Необходимость может возникнуть в реальных рабочих условиях, когда в нем происходят колебания давления рабочей среды, недопустимые для нормальной работы технологической системы или установки.

В отличие от арматуры непрямого действия, в которой для непрерывного регулирования нужно отслеживать специальными датчиками состояние контролируемого параметра и при его отклонении от нормы выдавать командный сигнал приводу, регулятор прямого действия срабатывает непосредственно от среды в контролируемом участке трубопровода без использования посторонних источников энергии. Кроме таких регуляторов, арматурой прямого действия являются предохранительные клапаны, относящиеся к предохранительной арматуре, и обратные клапаны, относящиеся к защитной арматуре.

Регулирование давления может производиться после регулятора (по направлению потока среды), в этом случае регулятор называют «после себя», или перед ним, в этом случае он называется «до себя».

Принцип работы регулятора давления воды основан на работе мембранной коробки за счет энергии рабочей среды в трубопроводе. Регуляторы давления прямого действия состоят из трех основных элементов: корпуса клапана, мембранного блока и пружинного задатчика. Внутри мембранного блока жестко закреплена чувствительная мембрана, которая делит мембранное пространство на две части. Мембрана жестко закреплена с конусом регулятора, таким образом, воздействуя на мембрану конус клапана закрывает или открывает проходное сечение регулятора и регулирует давление. Через импульсную трубку или непосредственно отбор осуществляется через корпус клапана. На мембрану действует рабочая среда (вода, пар или др.), с противоположной стороны мембрана испытывает усилие пружины.

Регулятор давления газа предназначен для редуцирования давления пара ли газа, относится к регуляторам «после себя».

90

В зависимости от параметров среды, корпус регулятора может быть выполнен из:

− чугуна; − высокопрочного чугуна. Регуляторы из чугуна применяются обычно для редуцирования давления

насыщенного пара с низкими параметрами давления и температуры. Высокопрочный чугун же используют в системах с давлением 25 бар и температурой до 220°С.

Обычно для регуляторов давления пара предусматривают установку разделительно-конденсационного сосуда. Он устанавливается между трубопроводом пара и мембраной камерой, к которой подключается импульсная трубка. Перед запуском в эксплуатацию разделительно-конденсационный сосуд со стороны мембранной камеры заполняют водой. Это необходимо для того, чтобы на мембрану действовало давление воды, а не пара, таким образом, мембрана защищена от воздействия пара и ее срок службы значительно удлиняется.


1. Ашихмин Р.П. Регулирование расхода и давления жидкости в

гидросистемах: учебное пособие. – Казань : КАИ, 1978. − 53 с. 2. Голубев М.Д. Газовые регуляторы давления / под ред. д-ра техн.

наук, проф. Г.И.Воронина. – М. : Машиностроение, 1964. − 152 с. 3. Карякина Е. А. Промышленное газовое оборудование: справочник.

− Саратов : Газовик, 2013. − 328 с.

91

МЕМБРАННОЕ РАЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО А. С. Карпов, студент группы ТЭбд-41

Научный руководитель − доцент кафедры «Теплоэнергетика» Р. В. Федоров

Запорный орган предохранительного клапана по ряду причин не

обеспечивает абсолютной герметичности закрытого предохранительного клапана. Несмотря на тщательную притирку золотника к седлу некоторая протечка рабочей среды возможна, В связи с действием теплосмен в процессе эксплуатации арматуры происходит коробление уплотнительных колец, а в результате коррозии и воздействия среды — износ рабочих поверхностей. С течением времени протечка может увеличиваться. В целом ряде случаев (токсичная или агрессивная среда) протечка через предохранительный клапан совершенно недопустима, в этих условиях последовательно с предохранительным клапаном устанавливается мембранное разрывное устройство (МРУ). Оно может быть использовано самостоятельно, без предохранительного клапана, когда он не в состоянии нормально функционировать, например, при работе на кристаллизующихся средах с образованием твердых тел, препятствующих открытию клапана. Назначение мембранного разрывного устройства состоит в том, что при нормальных условиях работы установки герметично и надежно отделить друг от друга технологическую и выпускную линию, а при возникновении аварийного давления быстро, путем разрушения мембраны, открыть проход избыточной среде.

Мембраны прямого действия или обычные разрывные предохранительные мембраны широко применялись в технологических процессах, начиная с 1931 года, когда компания Би-Эс-энд-Би впервые разработала разрывные предохранительные мембраны. Разработанная в 1934 году мембрана Типа B, «прадедушка» всех разрывных предохранительных мембран, до сих пор является самой популярной и предпочтительной во многих случаях.

Когда нагрузка воздействует на вогнутую сторону купола, мембрана подвергается воздействию растягивающей силы. Предел прочности материала на растяжение или разрыв влияет на величину разрывного давления мембран прямого действия.


1. Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. − Л. :

Машиностроение, 2001. − 368 с. 2. Мустафин М.Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. −

Уфа : УГНТУ, 2007. – 367 с. 3. Гошко А.И. Арматура промышленная общего и специального

назначения: Справочник. – М. : Мелго, 2007.

92

ШИБЕРНЫЕ ЗАДВИЖКИ С. Б. Алькин, студент гр. ТЭбд-41


Запорная арматура − вид трубопроводной арматуры, предназначенный

для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и составляет обычно около 80% от всего количества применяемых изделий. Запорная арматура включает в себя краны, клапаны, заслонки и задвижки.

Задвижка − трубопроводная арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Задвижки − очень распространенный тип запорной арматуры. Они широко применяются практически на любых технологических и транспортных трубопроводах диаметрами от 15 до 2000 миллиметров в системах жилищно-коммунального хозяйства, газо- и водоснабжения, нефтепроводах, объектах энергетики и многих других при рабочих давлениях до 25 МПа и температурах до 565 °С.

Шиберная задвижка отличается от обычной задвижки исполнением запорного элемента. В шиберной задвижке используется металлический клин или металлическая пластина, способная разрезать включения в жидкости, протекающей внутри тела задвижки. Отсюда вытекает и применение этого типа задвижек: фекальные стоки, целлюлозно-бумажные, нефтегаз и др.

Задвижка шиберная имеет нож, который скользит внутри узкого корпуса. Нож в открытой или закрытой позиции выступает из корпуса. Нож очень острый, благодаря обработанному краю. Полированная поверхность ножа облегчает его вхождение в проходящую среду. При окончательном закрытии, нож прижат к прокладке, что обеспечивает герметичность шибера. Оплетка сальника гарантирует герметичность в верхней части шибера.

Задвижки шиберные могут быть двухдисковыми и однодисковыми, одностороннего и двухстороннего действия.

Различают клиновые и ножевые шиберные задвижки. Задвижку шиберную ножевую применяют на трубопроводах, которые

предназначены для транспортировки не только сточных вод, но и шахтной пыли, текстильных измельчений, тяжелых нефтепродуктов, полимерной крошки, цемента и т.д.

Широкое применение этих изделий объясняется рядом преимуществ, среди которых:

− отсутствие воздействия рабочей среды на узел хода затвора; − свободный доступ для ремонта и обслуживания затвора; − наличие запорного элемента (ножа), выполненного из

высококачественных сплавов, который при попадании в рабочую среду посторонних предметов, просто разрезает их и обеспечивает отличную герметичность;

93



https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%89%D0%BD%D0%BE-%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BC%D1%83%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%85%D0%BE%D0%B7%D1%8F%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B0%D0%B1%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%81%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D1%8C_(%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0_%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%BA%D0%B0

− шиберная ножевая задвижка имеет гораздо меньшую строительную длину в сравнении с клиновой задвижкой, что позволяет существенно экономить место в техническом помещении, облегчает транспортировку, установку, а также дальнейшее обслуживание шибера.

Параметры шиберных задвижек: − производимый диаметр от 50 до 2200 мм; − температура рабочей среды может достигать + 400 °С; − давление рабочей среды от 6 до 40 атм; Управление задвижкой может быть осуществлено с помощью штурвала

(вручную),также задвижки могут оснащаться электроприводами, гидроприводамии, в редких случаях, пневмоприводами. На задвижках большого диаметра с ручным управлением, как правило, устанавливают редуктор для уменьшения усилий открытия-закрытия.


1. Гошко А. И. Арматура промышленная общего и специального

назначения. − М. : Мелго, 2007. – 410 с. 2. Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. −

М. : ЛКИ, 2008. − 368 с. 3. Сейнов С. В. Трубопроводная арматура. Исследования.

Производство. Ремонт. − М. : Машиностроение, 2002. − 392 с.

94

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B#.D0.93.D0.B8.D0.B4.D1.80.D0.B0.D0.B2.D0.BB.D0.B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B8.D0.B5_.D0.BF.D1.80.D0.B8.D0.B2.D0.BE.D0.B4.D1.8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80

Д. БЕРНУЛЛИ. ЕГО ВКЛАД В РАЗВИТИЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИКИ

Р. Р. Минникаев, студент гр. ТЭбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Теплоэнергетика»

Р. В. Федоров

Даниил Бернулли (1700 – 1782) выдающийся швейцарский физик-универсал и математик, сын Иоганна Бернулли, один из создателей кинетической теории газов, гидродинамики и математической физики. Более всего Даниил Бернулли прославился трудами в области математической физики и теории дифференциальных уравнений − его считают, наряду с Д’Аламбером и Эйлером, основателем математической физики. Физик − универсал, он основательно обогатил кинетическую теорию газов, гидродинамику и аэродинамику, теорию упругости и т. д. Он первый выступил с утверждением, что причиной давления газа является тепловое движение молекул. В своей классической «Гидродинамике» он вывел уравнение стационарного течения несжимаемой жидкости (закон Бернулли), лежащее в основе динамики жидкостей и газов. С точки зрения молекулярной теории он объяснил закон Бойля-Мариотта. В 1746 впервые показал, что центробежная сила не является реальной силой, а зависит от выбора системы отсчета. Бернулли принадлежит одна из первых формулировок закона сохранения энергии (живой силы, как тогда говорили), а также одновременно с Эйлером первая формулировка закона сохранения момента количества движения (1746). Более пятидесяти лет в период с 1727 по 1778 года Даниил Бернулли занимался изучением колебаний. В своих первых работах он исследовал малые колебания грузов, подвешенных на гибкой нити, а также подвешенного тяжелого однородного каната. В последующих работах он изучал колебания струн и стержней, ввел понятие простого гармонического колебания и обосновал положение о том, что общее колебание системы получается от сложения простых гармонических колебаний. Этот важный принцип получил впоследствии название принципа суперпозиции колебаний.

В математике опубликовал ряд исследований по теории вероятностей, теории рядов, численным методам и дифференциальным уравнениям. Он первый применил математический анализ к задачам теории вероятностей (1768), до этого использовались только комбинаторный подход. Бернулли продвинул также математическую статистику, рассмотрев с применением вероятностных методов ряд практически важных задач.


1. Валуева Е. П., Свиридов В.Г. Введение в механику жидкости. − М. :

Издательство МЭИ, 2001. − 212 с. 2. Даниил Бернулли. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.people.su/13662

95

http://www.people.su/127911

https://ru.wikipedia.org/wiki/1746

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%B6%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0

http://www.peoples.ru/science/mathematics/daniil_bernulli/

А. Н. КОЛМОГОРОВ И ЕГО ВКЛАД В РАЗВИТИЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИКИ

В. А. Новиков, студент гр. ТЭбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Теплоэнергетика»


Великий русский ученый, один из крупнейших математиков XX столетия, достойно признанный чуть ли не всеми авторитетными мировыми сообществами ученых.

В конце 30-х годов внимание А.Н. Колмогорова все более и более стала привлекать механика турбулентности, т.е. закономерности тех часто встречающихся на практике течений жидкости и газа, которые сопровождаются беспорядочными пульсациями скорости, давления и других гидродинамических величин. Корректное математическое описание таких течений неизбежно должно быть статистическим и опираться на общее понятие случайной функции, как это было разъяснено еще в 1939г. в первой заметке М.Д. Миллионщикова − первого представителя колмогоровской школы в теории турбулентности. Строгий статистический подход систематически использовался и самим А.Н. Колмогоровым, именно в работах А.Н. Колмогорова и его учеников теория турбулентности приобрела четкое математическое оформление в виде прикладной главы теории меры в функциональных пространствах. Однако основные работы Андрея Николаевича по механике турбулентности, появившиеся в 1941г., имели совсем не формально-математический, а отчетливо физический характер. В основе этих работ лежало глубокое проникновение в самую суть процессов, характерное для той крайне сложной нелинейной физической системы с очень большим числом степеней свободы, какой является развитое турбулентное течение, именно глубокая физическая интуиция помогла А.Н. Колмогорову выявить в этих процессах наличие очень тонкого локального самоподобия (понятие, позже сыгравшее большую роль во многих разделах теоретической физики) и вывести отсюда фундаментальные количественные соотношения, имеющие характер новых законов природы. Среди таких законов − знаменитый колмогоровский закон двух третей: во всяком развитом турбулентном течении средний квадрат разности скоростей в двух точках, находящихся на (не слишком малом и не слишком большом) расстоянии r, пропорционален r^2/3.

Ко времени появления первых работ А.Н. Колмогорова экспериментальные данные, позволяющие проверить предсказанные им количественные законы, отсутствовали; позже, однако, эти законы многократно сопоставлялись с данными измерений как в природных средах (атмосфера, океан), так и на разнообразных лабораторных установках и всегда оказывались выполняющимися с высокой степенью точности. (А.Н. Колмогоров делал и качественные предсказания; так, он предсказал подтвержденную

96

экспериментом слоистую структуру океана: эффект, известный под названием блины). В 1961-1962 гг. А.Н. Колмогоров еще раз возвратился к результатам своих старых исследований по механике турбулентности и показал, что, отказавшись от одного принимавшегося им ранее предположения, кажущегося вполне естественным, можно получить небольшие уточнения открытых им раньше законов, весьма трудно обнаруживаемые на опыте из-за своей малости, но тем не менее в самое последнее время также надежно подтвержденные рядом экспериментов.

Возвращение к прежней тематике характерно для творчества А.Н. Колмогорова в целом: он может лишь открывать для себя новые и новые области, но не может покидать их окончательно. Эта черта особенно заметна в послевоенный период, когда Андрей Николаевич снова возвращается и к турбулентности, и к функциям действительного переменного, и к логическим основам математики. Притом, что Андрей Николаевич занимается необычайно широким спектром тем (здесь и классическая механика, и эргодическая теория, и теория функций, и теория информации, и теория алгоритмов), этот спектр непрерывен, его темы, на первый взгляд отдаленные, оказываются связанными между собой совершенно неожиданными, найденными А.Н. Колмогоровым связями. Число работ по каждой теме обычно невелико, но все они фундаментальны - и не только по силе результата, но и по влиянию на все дальнейшее развитие соответствующей области науки.


1. Самоорганизация и неравновесные процессы в физике, химии и биологии. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – http://sinsam.kirsoft.com.ru/ KSNews_518.htm.

97

http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_518.htm

http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_518.htm

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ М. И. Корнилов, студент гр. ТЭбд-21


Солнечная энергетика – направление нетрадиционной энергетики,

основанное на использовании солнечного излучения для получения тепловой и электрической энергии.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих специальное оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и преобразования ее в электрическую. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического регулирования.

Действующие в настоящее время модели СЭС подразделяются на два типа. Первый тип основан на системе преобразования солнечного излучения в тепло, которое далее используется в обычных схемах тепловых электростанций. К таким относятся, например, башенные СЭС. Принцип работы данных СЭС основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии при помощи зеркал, отражающих солнечные лучи на приемник башни. Приемник, преобразует полученную солнечную энергию в тепло, которое далее используется для производства электроэнергии с помощью паровой турбины и генератора. Второй тип базируется на прямом преобразовании энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ). СФЭУ состоят из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей. Электрический ток возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементе при попадании на него солнечного излучения. Для солнечных батарей чаще используют сверхчистый полупроводниковый кремний. Крупнейшая в мире СЭС данного типа была введена в строй в 2010 году в Германии. Общая ее мощность составляет 80,7 МВт.

Обеспечение эффективной работы СЭС возможно только при условии наличия значительных резервных мощностей, использующих традиционные энергоносители, которые можно использовать ночью или в пасмурные дни. Также необходимо принимать во внимание высокую стоимость конструкции СЭС.

Несмотря на указанные недостатки, солнечная энергия продолжает свое развитие в мире. Лучистая энергия будет дешеветь и уже через несколько лет составит весомую конференцию нефти и газа. Только за последние два года

98

цены на фотобатареи уменьшились на 50%, что в большей мере является заслугой китайских производителей.

Производство электроэнергии на СЭС тема очень актуальная и интересная для многих государств, в том числе и для России. Потенциал солнечной энергии страны наиболее велик на юго-западе (Северный Кавказ, район Черного и Каспийского морей), в Южной Сибири и на Дальнем Востоке.

Самая крупная солнечная электростанция России находится в Белгороской области (мощность 100 кВт). Была введена в эксплуатацию в 2010 году.

Ряд российских компаний реализуют свои проекты в сфере солнечной энергетике. Так, последние новости об альтернативной энергетике сообщают, что в декабре 2014 года в поселке Джаргалах (Якутия) введена в режим промышленной эксплуатации СЭС, построенная специалистами РАО ЭС Востока. Ее мощность составляет 15 кВт, она включает три вида солнечных панелей – 33 аморфных, 20 монокристаллических и 20 поликристаллических.

В городе Орске (Оренбургская область) 6 сентября 2014 г. состоялась торжественная церемония открытия строительства солнечной электростанции. КЭС Холдинг намерен вложить в проект 3 млрд. рублей, на территории восемьдесят гектар размесят двести тысяч солнечных модулей. Мощность СЭС составит 25 МВт. Предполагается, что Орская СЭС станет мощнейшим генерирующим на возобновляемых источниках энергии предприятием в стране.

В сентябре 2014 года В.В. Путин в рамках деловой поездки в республику Алтай дал команду запуска Кош - Агачской СЭС. Предполагаемая мощность составит 5 МВт. В результате использования солнечной энергии новым предприятием в регионе заметно снизится энергетический дефицит, и потребители получат заряд экологически чистого электричества.

Нужно отметить, что популярность солнечных электростанций увеличивается с каждым годом. Солнечная энергетика относится к сфере высоких технологий, и ее развитие способствует увеличению научного потенциала страны и созданию рабочих мест в передовой области.


1. Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетика: учебник. – М., 2014. – 408 с. 2. Все об электростанциях.– [Электронный ресурс]. –URL:

http://www.gigavat.com/ses.php (Дата обращения 05.04.2015). 3. Новости энергетики. – [Электронный ресурс]. URL: http://

novostienergetiki.ru/category/альтернативная-энергетика-2/ (Дата обращения 05.04.2015)

99

ЛЮДВИГ ПРАНДТЛЬ. ВКЛАД В РАЗВИТИЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИКИ

М. И. Корнилова, студентка гр. ТЭбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Теплоэнергетика»

Р.В. Федоров

Людвиг Прандтль (1875 – 1953) − выдающийся немецкий ученый в области механики, один из основателей экспериментальной гидрогазодинамики. Окончил Высшее политехническое училище в Мюнхене. С 1901 года профессор Высшего технического училища в Ганновере, а с 1904 профессор Геттингенского университета. Директор института гидроаэродинамики кайзера Вильгельма в Геттингене (1925 − 1947).

С именем Прандтля связаны крупнейшие достижения прошлого столетия. В 1904 г. ученый в докладе «О движении жидкости при очень малом трении», прочитанном на математическом конгрессе в Гейдельберге, впервые описал теорию пограничного слоя и его влияние на лобовое сопротивление и на срыв потока.

Теория пограничного слоя Прандтля оказалась чрезвычайно плодотворной и сразу же после своего опубликования дала мощный толчок дальнейшему развитию теоретических исследований. В качестве областей ее применения можно упомянуть вычисление сопротивления, возникающего вследствие трения жидкости о поверхность тела при обтекании корабля, профиля крыла, фюзеляжа самолета и лопаток турбины.

Прандтль установил, что отрыв пограничного слоя играет важную роль в возникновении подъемной силы аэродинамического крыла. Между 1911 и 1917 гг. развивает подробную теорию крыла, позволившую получить количественные результаты, хорошо согласующиеся с экспериментом. С расцветом авиационной техники теория быстро развивалась и вскоре превратилась в основу современной механики жидкости и газа.

Прандтль и его студент Теодор Майер впервые предложили теорию сверхзвуковой ударной волны и заложили фундамент для конструирования важнейших узлов силовых установок самолетов и ракет, способных обеспечить разгон и движение аппарата на сверхзвуке, − воздухозаборника и сверхзвукового сопла. На основе течения Прандтля − Майера в Геттингене в 1909 году построена первая в мире сверхзвуковая аэродинамическая труба.

В 1929 году вместе c Адольфом Буземаном ученый предложил метод проектирования сверхзвукового сопла. В настоящее время все сверхзвуковые сопла и аэродинамические трубы сконструированы на основе этой теории.

100

Математические методы, разработанные Прандтлем, успешно применяются сегодня при создании динамически подобных летающих моделей, предназначенных для отработки режимов сгорания в двигателях сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.

Один из красивейших физических эффектов, имеющих место при околозвуковом движении тел в воздухе, был теоретически предсказан Прандтлем, обнаружен и исследован экспериментально. Сегодня он носит название «эффекта Прандтля − Глоерта».

Известный авиаторам всего мира прибор − приемник воздушного давления был изобретен Прандтлем и имеет второе название − «трубка Прандтля» (или трубка Пито - Прандтля).

Прандтль активно изучал турбулентность свободной атмосферы, турбулентность в трубах, переход от ламинарного течения к турбулентному. В 1925 году предлагает так называемую теорию пути перемешивания (смещения), которая, наряду с выполнением систематических опытов, позволила применить теорию пограничного слоя для теоретического исследования турбулентных течений.

За время работы в Геттингене Прандтлю удалось создать мощную школу аэродинамиков, активно сотрудничавшую как с авиастроителями, так и с немецкими ракетчиками.

Имя Людвига Прандтля увековечено в названии одного из кратеров на обратной стороне Луны. В его честь назвали несколько критериев подобия в прикладной механике жидкости и газа. В честь великого аэродинамика немецкое Аэрокосмическое общество учредило награду − «Перстень Людвига Прандтля».


1. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М. : Наука, 1974. – 713 с. 2. Романов Ю. День рождения Людвига Прандтля. Жизнь на сверхзвуке. –

[Электронный ресурс]. – 2014. URL: http://www.computerra.ru/93347/den-rozhdeniya-lyudviga-prandtlya-zhizn-na-sverhzvuke/ (Дата обращения: 24.12.2014)

101

ГЕРМАН ЛЮДВИГ ГЕЛЬМГОЛЬЦ. ВКЛАД В РАЗВИТИЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИКИ

И. А. Саранцев, студент гр. ТЭбд-21 Научный руководитель – доцент кафедры «Теплоэнергетика»


Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (31 августа 1821 − 8 сентября 1894) − немецкий физик, врач, физиолог и психолог. В Москве именем Гельмгольца назван НИИ Глазных болезней на Садово-Черногрязской улице.

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц родился 31 августа 1821 года в Потсдаме, близ Берлина, где его отец Фердинанд Гельмгольц служил учителем гимназии; мать его Каролина, урожденная Пенн, происходила из английской семьи, переселившейся в Германию. Герман фон Гельмгольц получил первоначальное образование в Потсдамской гимназии, а затем в 17 лет поступил студентом в королевский медико-хирургический институт, который окончил в 1842 году, защитив докторскую диссертацию «De fabrica systematis nervosi evertebratorum».

В своих первых научных работах при изучении процессов брожения и теплообразования в живых организмах Гельмгольц приходит к формулировке закона сохранения энергии. В его книге «О сохранении силы» (1847) он формулирует закон сохранения энергии строже и детальнее, чем Роберт Майер в 1842 году, и тем самым вносит существенный вклад в признание этого, оспариваемого тогда, закона. Позже Гельмгольц формулирует законы сохранения энергии в химических процессах и вводит в 1881 году понятие свободной энергии − энергии, которую необходимо сообщить телу для приведения его в термодинамическое равновесие с окружающей средой.

Установлением законов поведения вихрей для невязких жидкостей Гельмгольц закладывает основы гидродинамики. Математическими исследованиями таких явлений как атмосферные вихри, грозы и глетчеры Гельмгольц закладывает основы научной метеорологии. Ряд технических изобретений Гельмгольца носит его имя. Катушка Гельмгольца состоит из двух соосных соленоидов, удаленных на расстояние их радиуса и служит для создания открытого однородного магнитного поля. Резонатор Гельмгольца представляет собой полый шар с узким отверстием и служит для анализа акустических сигналов, а также при создании низкочастотных звуковых колонок для усиления низких частот или, наоборот − для подавления нежелательных частот в помещениях. Много работ посвятил Гельмгольц обоснованию всеобщности принципа наименьшего действия.

Так же Гельмгольц внес большой вклад в уравнение вихря (теорема Гельмгольца−Кельвина о сохранении циркуляции скорости в баротропной жидкости) и в уравнение, названное в честь ученого – уравнение Гельмгольца.

102

https://ru.wikipedia.org/wiki/31_%D0%B0%D0%B2%D0%B3%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B0


https://ru.wikipedia.org/wiki/8_%D1%81%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8F%D0%B1%D1%80%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/8_%D1%81%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8F%D0%B1%D1%80%D1%8F


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%80%D0%B0%D1%87

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%81%D0%B8%D1%85%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%B2%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%98%D0%98

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F-%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B7%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F-%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B7%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B9%D0%B5%D1%80,_%D0%AE%D0%BB%D0%B8%D1%83%D1%81_%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%80%D1%82

https://ru.wikipedia.org/wiki/1842_%D0%B3%D0%BE%D0%B4



https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0_%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%93%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF_%D0%BD%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%8C%D1%88%D0%B5%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D0%9A%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D0%9A%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%B0

Уравнение вихря (уравнение эволюции вихря) − дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее эволюцию в пространстве и времени вихря скорости течения жидкости или газа. Под вихрем скорости (завихренностью) понимается ротор скорости

.

Уравнение вихря используется в гидродинамике, геофизической

гидродинамике, астрофизической гидродинамике, в численном прогнозе погоды.

Уравнение Гельмгольца − это эллиптическое дифференциальное уравнение в частных производных:

,

где − это оператор Лапласа, а неизвестная функция U определена в (на практике уравнение Гельмгольца применяется для n = 1, 2, 3).


1. Иванов Б.Н. Мир физической гидродинамики: От проблем

турбулентности до физики космоса. – М. : URSS, 2010. − 240 с. 2. Храмов Ю.А. Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд // Физики:

Биографический справочник / под ред. А. И. Ахиезера. − М. : Наука, 1983. − 400 с.

3. Лебединский А. В., Франкфурт У. И., Франк А. М. Гельмгольц. – М. : Наука, 1966. − 320 с.

103

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B2_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D1%85


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%85%D1%80%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80_(%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%BD%D0%BE%D0%B7_%D0%BF%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D1%8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%BD%D0%BE%D0%B7_%D0%BF%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D1%8B

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80



https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%9B%D0%B0%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%B2,_%D0%AE%D1%80%D0%B8%D0%B9_%D0%90%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%81%D0%B5%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%85%D0%B8%D0%B5%D0%B7%D0%B5%D1%80,_%D0%90%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80_%D0%98%D0%BB%D1%8C%D0%B8%D1%87

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0_(%D0%B8%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0_(%D0%B8%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE)

ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

М. А. Акимова, студентка гр. ИЗОд-51 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

Е. Н. Калюкова

В результате деятельности предприятий по нанесению гальванических покрытий образуется большое количество видов высокотоксичных отходов, их утилизация продолжает оставаться серьезной проблемой. Неорганизованное складирование отходов гальванического производства приводит к загрязнению гидросферы и земель ионами металлов, которые относятся к наиболее токсичным веществам.

В общем случае, гальваническое производство – это производство по нанесению металлических и химических покрытий на материал для придания определенных свойств:

− защитных антикоррозийных; − декоративных; − антифрикционных, − для придания твердости; − для придания износостойкости и др. Перед тем, как нанести покрытие необходимо очищение поверхностей от

коррозии и окалины путем травления. За рубежом в отличие от России для травления металлов широко используют соляную кислоту. В последние годы российские предприятия продолжают постепенный переход на травление металлоизделий в соляной кислоте вместо серной кислоты.

Кроме известных технологических преимуществ – высокой скорости травления, отличного качества протравленной поверхности, сравнительно малого расхода промывной воды – применение солянокислых травильных растворов позволяет обрабатывать все травильные растворы в одном регенерационной агрегате, при этом вся соляная кислота возвращается в производство и в качестве побочных продуктов образуются полностью утилизируемые продукты – оксид железа, дистиллят, раствор хлорида натрия.

Отходы гальванического производства делятся на (рис. 1): − отработанные растворы травления (травления стали, сплавов); − промывные сточные воды (циансодержащие, хромсодержащие,

кислотно-щелочные); − гальванические шламы (от реагентной очистки, от

электрокоагуляционной очистки). Отработанные растворы можно разделить по материалу травления,

промывные и сточные воды – по содержанию ионов металлов в них, гальванические шламы – по процессу, в ходе которого был образован данный вид отходов.

В зависимости от применяемых технологий утилизации отходы делятся на: − осадки травильных и гальванических производств, образующиеся в

104

очистных сооружениях, (гальваношламы в необезвоженном и обезвоженном виде);

− электролиты различного назначения и травильные растворы; − отходы, содержащие циан (неликвидные соли, цианистые

электролиты и шламы и пр.). Перед непосредственной утилизацией гальванических шламов

необходимо провести его сушку, транспортировку на специализированное предприятие. Сушка осадков позволяет значительно снизить их влажность, уменьшить объем, что обеспечивает получение продукта, пригодного для дальнейшей утилизации. Утилизация, переработка осадков при небольшом содержании в них влаги, т.е. обезвоженных или даже подсушенных, происходит более эффективно.

Рис. 1. Отходы гальванического производства

Традиционные методы утилизации отходов гальванического производства сопровождаются следующими проблемами:

− вторичное загрязнение окружающей среды соединениями тяжелых металлов;

− переполнение полигонов для захоронения отходов после обезвреживания;

− известные методы переработки гальваношламов относятся к переработке обедненных шламов, либо так называемых «моношламов».

Для электрохимических методов характерна проблема значительных энергозатрат и высоких капитальных вложений, для нейтрализации – накопления раствора СаСl2 в шламохранилищах, полученного в ходе обезвреживания.

Необходима разработка новейших методов, характеризующихся наибольшими экономическими выгодами и малоотходностью технологии переработки.

105

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АВТОТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА

А. В. Капитонова, студентка гр. ИЗОд-51 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Результаты наблюдений за загрязнением атмосферы показывают, что общая масса выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ стационарными промышленными источниками на территории России ежегодно увеличивается. При этом выбросы от автотранспорта значительно превышают вредное воздействие от промышленных предприятий. В условиях роста промышленного производства охрана окружающей среды стала одной из важнейших проблем современности, решение которой неразрывно связано с охраной здоровья нынешнего и будущего поколений людей. Основными источниками загрязнения атмосферы в городе являются предприятия машиностроения, приборостроения, электронной и электротехнической отраслей промышленности, ТЭЦ, автомобильный, железнодорожный и речной транспорт. Хозяйственная деятельность неизбежно влечет за собой изменение естественного состава атмосферного воздуха за счет поступления в него выбросов загрязняющих веществ техногенного происхождения.

В целом по России 38 % городского населения проживает на территориях, где не проводятся наблюдения за загрязнением атмосферы, а 55 % – в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы. Число городов, в которых уровень загрязнения атмосферы оценивается как высокий (ИЗА > 7), увеличивается, что обусловлено ростом за этот период количества автотранспорта.

Доля загрязнения воздуха автотранспортом составляет 70–80% от совокупного количества выбросов вредных химических веществ в атмосферу. Загрязнение выхлопными газами в некоторых городах перекрывает выбросы всех промышленных предприятий. Содержание основных загрязняющих веществ в выхлопных газах автомобилей (в %) представлено на рис. 1.

Рис. 1. Состав выхлопных газов автомобилей

106

Автомобильные газы представляют собой смесь, состоящую из веществ: − нетоксичных: N2, O2, пары воды, CO₂; − токсичных: оксид углерода(II), углеводороды, оксиды азота, альдегиды,

сажа, бензапирен, соединения свинца, формальдегид, бензол, а также многие другие компоненты.

Основными причинами повышенного загрязнения атмосферы автотранспортом являются в России:

1. Некачественное топливо. 2. Старые автомобили. 3. Российские дороги. Для сокращения объемов вредных автомобильных выбросов в атмосферу

используется целый перечень методов: 1. Постоянное совершенствование моделей двигателей и уменьшение

корпусов автомобилей с целью минимизации потребления ими топлива. 2. Использование экологичных видов топлива (природного газа, жидкого

водорода, этилового спирта и прочих разновидностей "зелёного бензина"). 3. Снабжение выхлопных труб автомобилей нейтрализаторами. В развитых

странах машинам запрещено появляться на дорогах без этих "фильтров" для очистки выхлопных газов.

4. Внедрение автоматизированных систем регулирования движения с целью сокращения времени работы автомобильных двигателей в режиме холостого хода и набора скорости.

5. Создание зоны зелёных насаждений вдоль дорог. Данная мера позволяет вполовину уменьшить вредное воздействие автомобильных выбросов на окружающую среду.

На сайте УГИБДД по Ульяновской области размещена статистическая информация, где указано, что по состоянию на декабрь 2014 года количестве зарегистрированных легковых автомобилей достигло 295 330 штук. Это огромная цифра. Не удивительно, ведь за последние два года частные автомобили буквально «забили» до отказа все центральные улицы города, а дворы в большинстве районов превратились в парковки. Водители, прогревающие по 30 минут свои автомобили, «душат» выхлопами жителей первых этажей. В табл. 1 показано изменение количества транспорта у населения [1].

Таблица 1

Автомобилизация населения регионов России (авто/1000 чел.) в 1970 – 2014 годы

# Субъект РФ 1970 1985 1993 1997 2000 2002 2010 2014

… Россия в целом 5,5 44,5 75,7 113,7 132,4 147,7 249,0 257 54 Ульяновская область 3,4 39,5 65,0 94,2 114,8 125,7 205,9 228

107

В докладе на Пятой Поволжской экологической неделе губернатор Ульяновской области С. И. Морозов обратил внимание на выбросы в атмосферу, источником которых является транспорт (и общественный, и частный). В прошлом году в отношении общественного транспорта в области уже начали практическую работу в части снижения экологической нагрузки – автобусный парк переводится на газомоторное топливо, что существенно снижает его вклад в загрязнение атмосферного воздуха. Необходимо совершенствовать всю транспортную систему наших городов и других населенных пунктов (где влияние транспорта на качество воздуха наиболее высоко). Необходимо провести санитарно-экологическую экспертизу транспортных схем населенных пунктов Ульяновской области (особенно областного центра) на предмет оценки воздействия загрязняющих веществ в атмосферу и качество жизни граждан. По итогам этой работы мы сможем увидеть, какие территории, задыхаются от газов и пыли и где объективно нужна перенастройка транспортных потоков [2].

Продолжается реализация программы изменения структуры и обновления подвижного состава, работающего на маршрутах города, на период с 2010 по 2015 годы.

Комитетом дорожного хозяйства, благоустройства и транспорта администрации города Ульяновска разработана программа «Развитие транспортного обслуживания в муниципальном образовании «город Ульяновск» на 2014-2017 годы», в рамках которой запланировано [3]:

− закупка новых троллейбусов и трамваев; − строительство контактно-кабельной сети и трамвайных линий; − ремонт путевого хозяйства; − оснащение остановочных пунктов информационным электронным

табло; − создание общегородской системы контроля и мониторинга за

работой общественного городского пассажирского транспорта; − внедрение электронной системы оплаты проезда пассажиров

«электронная транспортная карта» и многое другое.


1. Госавтоинспекция. – [Электронный курс]. – Режим доступа: https://www.gibdd.ru/gosuslugi/reg/63427/

2. Доклад С. И. Морозова. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ulpressa.ru/2015/06/03/sergey-morozov-myi-razrabotali-novuyu-ekologicheskuyu-doktrinu/

3. Программа изменения структуры и обновления подвижного состава общественного пассажирского автотранспорта. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ulmeria.ru/ru/news/20120428/48858

108

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

И. Ю. Брынкина, студентка гр. ИЗОбд-21 Научный руководитель – ассистент кафедры «БЖД и ПЭ»

А. С. Нефедьев

Водные ресурсы – вода в жидком, твердом и газообразном состоянии и ее распределение на Земле. Она находится в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.)

Данная тема актуальна и в настоящее время, так как использование качественной питьевой воды – залог успеха и здоровья.

Система водоснабжения (населенного места или промышленного предприятия) должна обеспечивать получение воды из природных источников, ее очистку, если это вызывается требованиями потребителей, и подачу к местам потребления. Для выполнения этих задач служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы водоснабжения [1, с. 165]:

а) водоприемные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из природных источников;

б) водоподъемные сооружения, т.е. насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления;

в) сооружения для очистки воды; г) водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и

подачи воды к местам ее потребления; д) башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных

емкостей в системе водоснабжения. Сложная ситуация обеспечения населения России качественной питьевой

водой, соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям приобретает в последние годы социальный характер. Это связано с тем, что около 70% рек и озер России по разным причинам практически утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения. На ряду водозаборов подземных вод также отмечено превышение содержания различных химических веществ [1, c. 240].

Проблема чистой питьевой воды многоаспектна, так как одновременно с решением задач по улучшению качественного состояния источников водоснабжения требуется существенно улучшить уровень водоподготовки в системах коммунального и ведомственного водоснабжения, прежде всего, путем ввода в эксплуатацию новых технологий водоочистки и обеззараживания питьевой воды.

Рациональное использование водных ресурсов – сегодня важнейшая проблема. Разработка и внедрение систем использования воды по замкнутому циклу – основной путь ее решения. Это означает: комплексную переработку сырья, замену многостадийных процессов одностадийными, извлечение ценных

109

http://mediana-filter.ru/water_disinfection.html

http://mediana-filter.ru/water_disinfection.html

веществ из сточных вод, переход технологических процессов переработки из жидкой фазы в газовую, использование вместо воды других растворителей [2, c. 456].

Проблема рационального использования водных ресурсов на предприятиях электронной отрасли решается за счет оборотного водоснабжения.

Оборотное водоснабжение – замкнутая система, позволяющая повторно использовать очищенные сточные воды, прошедшие процесс очистки на очистных сооружениях предприятия. Концепция оборотного водоснабжения предприятия полностью исключает сброс промышленных сточных вод в водоемы или городскую канализацию.

Главной проблемой использования водных ресурсов является некачественная питьевая вода. Пути решения проблемы таковы:

1. Прежде всего – это ограничение промышленных сбросов в реки, озера и другие водные объекты.

2. Очищения русел и пойм рек и озер от скопившегося мусора. 3. Совершенствование технологий производства и технологий

утилизации отходов. 4. Осуществлять жесткий контроль над сбросом с полей удобрений и

ядохимикатов. 5. Проведение общественно – поучительных мероприятий по

донесению до населения всей важности этой проблемы. Промышленные стоки занимают первое место по объему и

ущербу, который они наносят, поэтому решать проблему сбросов их в реки нужно в первую очередь. Из-за загрязнения вызываемого стоками начинаются различные биогенные мутации. Также значительно скудеет флора и фауна водоемов.

Второй важной проблемой является загрязнение водоемов отходами сельского хозяйства.

Третьей проблемой является попадание в реки и другие водоемы различного бытового и промышленного мусора. Все это ведет к засорению и пересыханию реки. Этот же мусор, разлагаясь, выделяет различные канцерогенные вещества, которые попадают вместе с пищей к нам на стол.

Поэтому нужно беречь воду и не загрязнять ее отходами, так как водные ресурсы играют главнейшую роль в жизнедеятельности человека.


1. Комплексное использование водных ресурсов : учебное пособие / С. В.

Яковлев и др. − М. : Высшая школа, 2005. − 384 с. 2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. – М., 2005. –

736 с.

110

ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

Н. В. Васильева, студентка гр. ИЗОбд-21 Научный руководитель – ассистент кафедры «БЖД и ПЭ»


В настоящее время производство и потребление минеральных ресурсов стало глобальным, охватывающим через международное разделение труда все страны. На современном этапе проблема освоения минеральных ресурсов приобретает особую актуальность и главной нашей задачей является рациональное использование минеральных ресурсов, а также поиск альтернативных им ресурсов, которые, в свою очередь, будут возобновляемыми.

Термин «минеральные ресурсы» включает все полезные для людей неживые встречающиеся в природе вещества неорганического или ор-ганического происхождения. Таким образом, к минеральным ресурсам относятся все твердые полезные ископаемые, ископаемое топливо (нефть, природный газ), вода, газы атмосферы [1, c.25]. Минеральные ресурсы относятся к числу невозобновляемых видов природных ресурсов.

Общие запасы минеральных ресурсов на Земле велики, но необходимо принимать во внимание постоянно растущие потребности человека в них. Ежегодный рост их потребления составляет 5%. Согласно подсчетам ученых за всю историю человечества из недр Земли было извлечено около 200 млрд. тонн угля, около 100 млрд. тонн нефти, 50 млрд. тонн железной руды, 2 млрд. тонн бакситов, 300 млн. тонн медной руды, 100 тыс. тонн золота. Из этого количества на последние 30 лет (за исключением золота) приходится от 50% до 85% всей добычи. В связи с этим остро стоит проблема рационального использования минеральных ресурсов. Кроме того, необходимо иметь в виду, что из огромного количества природных ресурсов, которые изымаются для производственных целей, только 1,5 – 2 % превращаются в конечный продукт. Поэтому основными принципами рационального использования минеральных ресурсов должны стать полнота извлечения, комплексное и экономное, а по возможности и вторичное их использование [1, c. 79].

По классификации минеральные ресурсы можно разделить на: топливные (горючие), металлические (рудные) и неметаллические (нерудные) полезные ископаемые.

Из-за несовершенства технологии добычи и переработки минеральных ресурсов наблюдается разрушение биоценозов, загрязнение окружающей среды, нарушение климата и биогеохимических циклов. К рациональным подходам к извлечению и переработке природных минеральных ресурсов относятся:

− максимально полное и комплексное извлечение из месторождения всех полезных компонентов;

111

− рекультивация (восстановление) земель после использования месторождений;

− экономное и безотходное использование сырья в производстве; − глубокая очистка и технологическое использование отходов

производства; − вторичное использование материалов после выхода изделий из

употребления; − использование технологий, позволяющих проводить концентрацию и

извлечение рассеянных минеральных веществ; − использование природных и искусственных заменителей дефицитных

минеральных соединений; − разработка и широкое внедрение замкнутых циклов производства; − применение энергосберегающих технологий и т. д. [2, c.81]. Резервами в экономии минеральных ресурсов являются более полное

использование вторичного сырья и побочной энергии, замена дефицитных металлов менее редкими материалами. Так, современная металлургическая промышленность может работать на 40% и более на вторичном сырье. Еще одним резервом сбережения и соответственно охраны недр является применение искусственных заменителей дефицитного минерального сырья. Минеральное топливо может быть заменено геотермальной энергией, выделяемой из термальных подземных вод.

Правовой основой охраны и рационального использования недр России служат государственные законы, правительственные постановления, ведомственные нормативно-правовые акты, определяющие порядок и характер проведения горно-геологических работ, эксплуатации месторождений полезных ископаемых, рекультивации и реабилитации природно-территориальных комплексов.

Минеральные ресурсы играют важную роль во всех сферах жизнедеятельности: обеспечивают устойчивое снабжение отраслей экономики минерально-сырьевыми ресурсами; вносят весомый вклад в формирование доходной части бюджета; обеспечивают социальную стабильность; способствуют развитию интеграционных процессов между странами.


1. Глушкова В.Г., Макаров С.В. Экономика природопользования:

учебник для бакалавров / Фин. ун-т при Правительстве РФ. − М. : Юрайт, 2013. – 588 с.

2. Зырянова У.П., Кузнецов В.В., Лазарев В.Н. Экономика природопользования и природоохранной деятельности : учебное пособие. − Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 182 с.

112

ВТОРИЧНЫЕ РЕСУРСЫ ИЗ ОТХОДОВ Л. С. Храмова, студентка гр. ИЗОбд-41

Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ» Е. Н. Калюкова

Однократное использование материалов и ресурсов привело к массовому

накоплению отходов и производства стойких загрязнителей природной среды. Методы обращения с отходами разделяют на две большие группы – утилизационные и ликвидационные. Утилизационные методы предусматривают, во-первых, решение задач экономии топливно-энергетических и материальных ресурсов, во-вторых, повышение степени замкнутости производственных циклов. Ликвидационные методы применяются из-за невозможности на некотором этапе развития технологий утилизировать отходы как вторичный источник сырья. Они направлены на то, чтобы захоронение отходов максимально соответствовало экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Основным направлением решения проблемы избавления отходов является применение во всех отраслях хозяйства безотходных технологий, т.е. переход на утилизационные методы. К сожалению, пока для большинства предприятий можно говорить лишь о применении малоотходных технологиях, и поэтому образующиеся производственные и бытовые отходы приходится складировать. Среди всех аспектов негативного влияния свалок на окружающую среду можно выделить два главных: во-первых, это изъятие огромных площадей плодородных земель для захоронения мусора на полигонах, во-вторых, значительное загрязнение природы вокруг этих полигонов. Именно утилизационный путь предполагает использование отходов как вторичных ресурсов. Когда речь идет об отходах как о вторичном сырье, имеют в виду только те отходы, для утилизации и переработки которых существуют производственно-технологические и экономические технологии.

При этом общая схема использования вторичных ресурсов такая: − отказ от использования материалов, без которых можно обойтись; − повторное использование материалов как вторичных ресурсов; − переработка вторичных ресурсов для производства других продуктов; − безопасное сжигание вторичных ресурсов с целью производства

энергии; − захоронение отходов, которые нельзя повторно использовать любым

путем. Наиболее перспективным способом переработки отходов считается

процесс пиролиза. Сегодня промышленность развитых стран использует в лучшем случае лишь 30-40% меди, железа и других металлов, остальные безвозвратно теряются, накапливаются в свалках, рассеиваются, загрязняя биосферу. Для добычи сырья из вторичных ресурсов нужно гораздо меньше затрат, в том числе и энергетических, чем для добычи того же сырья из первичных руд.

113

РАЗРАБОТКА ГЕНЕРАЛЬНОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ МО «БАЗАРНОСЫЗГАНСКИЙ РАЙОН» Р. Ф. Кадермятова, студентка гр. ИЗОбд-41

Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ» У. П. Зырянова

Учитывая, что отходы оказывают существенное влияние на важнейшие

показатели качества окружающей среды, оздоровление экологической обстановки и создание комфортных условий для жизни людей невозможно без соответствующих информационных ресурсов.

Тем не менее, на данный момент остается множество проблем в плане учета образования отходов и контроля над их размещением. Остается открытой проблема несанкционированных свалок и необустроенности полигонов. Без отслеживания потоков отходов также нельзя организовать эффективную схему их переработки и повторного использования.

Ежегодно каждый городской житель производит от 200 до 400 кг твердых бытовых и приравненных к ним отходов. На территории крупного населенного пункта, с численностью населения 1 млн. человек, ежегодно образуется до 2 млн. м3 ТБО, представляющих серьезную санитарно-эпидемиологическую и экологическую угрозу. Большое количество отходов создает технологические и экономические проблемы их обезвреживания, как в крупных городах, так и в мелких населенных пунктах. И тут встает необходимость в разработке генерального плана очистки территории населенного пункта.

Очистка территорий населенных пунктов − одно из важнейших мероприятий, направленных на обеспечение экологического и санитарно-эпидемиологического благополучия населения и охрану окружающей среды. Генеральная схема очистки — проект, направленный на решение комплекса работ по организации, сбору, удалению, обезвреживанию бытовых отходов и уборке городских территорий.

Генеральная схема определяет очередность осуществления мероприятий, объемы работ по всем видам очистки и уборки, системы и методы сбора, удаления, обезвреживания и переработки отходов, необходимое количество уборочных машин, механизмов, оборудования и инвентаря, целесообразность проектирования, строительства, реконструкции или расширения объектов системы санитарной очистки, их основные параметры и размещение, ориентировочные капиталовложения на строительство и приобретение технических средств.

Генеральная схема очистки должна содержать: − общие сведения о городе и природно-климатических условиях;

− материалы по существующему состоянию и развитию города на перспективу; − данные по современному состоянию системы санитарной очистки и уборки;

114

− материалы по организации и технологии сбора и вывоза бытовых отходов; − расчетные нормы и объемы работ;

− методы обезвреживания отходов; − технологию механизированной уборки городских улиц, дорог,

площадей, тротуаров и обособленных территорий; − расчет необходимого количества спецмашин и механизмов по видам

работ; − организационную структуру предприятий системы санитарной очистки

и уборки; − капиталовложения на мероприятия по очистке территорий; − графическую часть и основные положения схемы. Как правило, генеральная схема очистки разрабатывается в составе

генерального плана города на срок до 5 лет с выделением первой очереди мероприятий, а прогноз может охватывать срок до 10–20 лет.

Базарносызганский район расположен на западе Ульяновской области. Общая площадь района 825,2 кв. км. Включает 6 сельских администраций, объединяющих 33 села и населённых пункта; 1 посёлок городского типа.

В ходе работы были выявлены следующие проблемы: − в Базарносызганском районе «Схема генеральной очистки территории»

отсутствует; − места сбора и временного хранения ТБО не предусмотрены; − по всему населенному пункту, в том числе и частном секторе,

предусмотрен контейнерный способ сбора ТБО, как показывает практика контейнеров недостаточное число, что приводит к их переполнению;

− захоронение отходов производится на полигоне, который не соответствует требованиям нормативных документов;

Для решения этих проблем необходимо провести следующие мероприятия:

− закупить и размещать больше контейнеров для сбора ТБО; − вывозить отходы ежедневно или строго по определенному графику; − минимизировать передвижение специального автотранспорта по

территории поселка; − ужесточить систему наказания за несоблюдение чистоты в частном

секторе; − осуществлять контроль ( взвешивание) всех ввозимых ТБО; − предотвратить просачивание вод (загрязнение подземных вод и

почвенного покрова); − организовать въезд и выезд с территории полигона; − заградить границы полигона, стеной или земельной насыпью (не

допускать распространения отходов за территорию полигона). Все мероприятия носят рекомендательный характер.

115

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПО СНИЖЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

Ю. А. Желтова, студентка гр. ИЗОбд-31 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


В настоящее время проблема защиты воздушного бассейна от загрязнений становится одной из важных и сложных задач человечества, которой уделяется особое внимание.

В целях снижения негативного воздействия на атмосферный воздух и выполнения требований законодательства в области охраны атмосферного воздуха разработаны основные направления по снижению загрязнения воздушного бассейна.

Основным направлением защиты воздушного бассейна oт примесей является внедрение безотходных или чистых технологических процессов и производств. Когда речь идет о безотходных технологиях, имеется в виду максимально полное использование в процессе производства сырьевых и топливно-энергетических ресурсов без образования вредных для окружающей среды отходов.

В наиболее общем виде развитие и расширение масштабов безотходных технологических процессов и производств может осуществляться по трем ориентирам: переход на новые технологические процессы, исключающие образование отходов; перевод в замкнутый цикл всех видов производства, использующих в технологических целях технологические компоненты многократного применения; создание производственных комплексов с замкнутой системой потоков сырья, энергии, и возвращение временно не применяемых отходов в природную среду в состоянии, пригодном для восстановления природными биодеструкторами до природных веществ.

Данный подход позволяет эффективно решать проблемы охраны окружающей среды (в том числе охраны атмосферного воздуха) и рационально использовать природные ресурсы путем совершенствования методов безотходных технологических процессов.

На практике невозможно создать полностью безотходные производства. Вообще, понятие «полностью безотходное производство» условно, так как ни одно производство не возможно без отходов. Но создавать производства, в которых перерабатывается часть отходов, вполне возможно. Такие производства называются малоотходными.

Не менее важным направлением по снижению загрязнения воздушного бассейна является сокращение выбросов за счет их обезвреживания.

Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества. Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и химические процессы, для осуществления которых требуются определенные условия. При проектировании процессов и технологий очистки выбросов

116

должны быть созданы такие условия, которые бы позволили обеспечить максимально полное их обезвреживание.

Очистка технологических и вентиляционных выбросов от взвешенных частиц (пыли или тумана) на практике осуществляется в аппаратах различных конструкций, которые подразделяются на четыре основные группы: механические пылеуловители; мокрые пылеуловители; фильтры; электрофильтры. Необходимая степень очистки газов иногда может быть достигнута лишь комбинацией нескольких аппаратов одного или разных типов.

Токсичные примеси, содержащиеся в отходящих газах, могут быть удалены следующими способами: абсорбционный метод очистки основан на поглощении жидкими реагентами токсичных газов и паров из их смесей с воздухом; адсорбционный метод основан на поглощении вредных газов и паров с помощью твердых сорбентов; конденсационный метод очистки газовых выбросов основан на выделении паров из воздуха в специальных аппаратах; метод сжигания органических примесей применяется в тех случаях, когда возвращение примесей в производство невозможно или нецелесообразно. Применение только одного метода очистки выбросов от газов и паров, как правило, не обеспечивает очистку выбросов до санитарных требований. Только комбинация различных методов позволяет решить эту задачу.

Следовательно, можно судить о том, что полная защищенность зависит не только от методов защиты, но, а также и от умения комбинировать способов.

Кроме вышеперечисленных направлений можно выделить еще одно - это внедрение эффективных экономических и моральных методов стимулирования деятельности по охране атмосферы, включая различные поощрения и плату за выбросы и т. д.

Более подробно рассмотрим плату за выбросы. Плата, прежде всего, предусматривает возмещение денежных средств за загрязнение атмосферы. Чем больше выброс загрязнителя, т.е. загрязнение воздушного бассейна, тем больше плата за нанесённый ущерб.

Следовательно, накладывая определенные денежные выплаты за выброс в атмосферу, можно регулировать количество поступающих веществ в воздушные массы.

Таким образом, изучив и рассмотрев некоторые направления работ по снижению загрязнения воздушного бассейна, нужно отметить что, каждое из них содержит в себе определённые сложности, связанные, прежде всего, с организацией и введением в действие метода очистки, а также с несоответствием мощности используемого метода с предоставленным загрязнением воздушных масс.

А значит, не одно из направлений не способно обеспечить в полной мере снижение загрязняющих примесей в атмосфере.

117

ПЕРЕРАБОТКА ШИН Е. С. Завертяева, студентка гр. ИЗОбд-41


Изношенные автомобильные шины существенно загрязняют

окружающую среду, занимают значительную площадь складирования. Одним из наиболее перспективных методов их утилизации является пиролиз (нагрев без доступа кислорода). Обрабатывать можно предварительно измельченные или целые шины. Измельчение шин обеспечивает большую поверхность теплообмена при пиролизе и, как следствие, ускоряет процесс, снижает затраты на нагрев теплоносителя. Объем переработки шин измельчения не превышает 10%. Большая часть собираемых шин (20%) используется как топливо. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды:

− шины не подвергаются биологическому разложению; − шины огнеопасны и, в случае возгорания, погасить их достаточно

сложно; − при складировании они являются идеальным местом размножения

грызунов, кровососущих насекомых и служат источником инфекционных заболеваний.

Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл, текстильный корд. Не менее перспективным методом борьбы с накоплением изношенных шин является продление срока их службы, путем восстановления. В настоящее время, все известные методы переработки шин можно разделить на:

1. физический метод переработки шин; 2. химический метод переработки шин; 3. низкотемпературная технология утилизации шин; 4. бародеструкционная технология переработки покрышек; 5. полностью механическая переработка шин. Существует множество методов, применение которых с успехом можно

обозначить как переработка шин или утилизация РТИ. Например, из них делают:

− спортивные покрытия – части футбольного поля, теннисные корты или детские площадки;

− новые автомобильные покрышки путем частичного добавления резиновой крошки;

− специализированные покрытия для крыш непосредственно из резиновой крошки;

− ж/д шпалы и подрельсовые прокладки из прессованной резины; − устройство покрытий для дорог путем добавления полученной

резины в асфальт; − декоративную плитку из резиновой крошки методом вулканизации.

118

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В ИНТЕРЕСАХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

Д. А. Зимина, студентка гр. ИЗОбд-31 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

В. В. Савиных

Устойчивое развитие России и её экономический рост неразрывно связаны с необходимостью сохранения природной среды и обеспечения экологической безопасности среды жизнедеятельности человека.

Сегодня развитие взаимоотношений человеческого общества и природы достигло некой критической точки, когда существование всех жизненных форм на Земле стало зависеть от деятельности человека. Человечество уже вышло за пределы возможности Планеты. Надвигающаяся опасность глобального экологического кризиса создала необходимость поиска коллективных действий и общепланетарной стратегии развития.

В качестве стратегического решения данной проблемы в конце 1980-х гг. Международной комиссией по окружающей среде и развитию была предложена концепция устойчивого. В 1992 г. на Конференции ООН по окружающей среде и развитию программа действий по реализации концепции устойчивого развития одобрена главами большинства стран мира, включая Россию. 57-я сессия Генеральной Ассамблеи ООН объявила десятилетие 2005-2014 гг. Декадой образования в интересах устойчивого развития. В 2005 г. Европейская экономическая комиссия ООН приняла Стратегию в области образования в интересах устойчивого развития (ОУР), суть которой состоит в том, чтобы перейти от простой передачи знаний и навыков, необходимых для существования в современном обществе, к способности действовать и жить в быстро меняющихся условиях, участвовать в планировании социального развития, учиться предвидеть последствия предпринимаемых действий, в том числе и возможные последствия в сфере устойчивости природных экосистем и социальных структур.

В большинстве стран Европы приняты государственные национальные стратегии образования для устойчивого развития, реализация которых координируются на государственном уровне, и оценивается по международным индикаторам ОУР. Государственная политика в области экологического образования в интересах устойчивого развития должна осуществляться на федеральном, региональном и местном уровнях, затрагивать все звенья образовательной системы (дошкольное, школьное, среднее профессиональное, высшее, дополнительное).

В Федеральном «Об охране окружающей среды» сказано, что в целях формирования экологической культуры и профессиональной подготовки специалистов устанавливается система всеобщего и комплексного экологического образования, включающая в себя дошкольное и общее

119

школьное образование, среднее и высшее профессиональное образование, послевузовское образование и профессиональную переподготовку, повышение квалификации специалистов, а также распространение экологических знаний, в том числе через средства массовой информации, музеи, библиотеки, учреждения культуры, природоохранные учреждения и т.д., определена необходимость всеобщего экологического просвещения населения, в котором должны принимать участие все уровни власти РФ, органы местного самоуправления, средства массовой информации и т.д.

Таким образом, с января 2002 г. законодательно установлено всеобщее обязательное экологическое воспитание и образование подрастающего поколения, учащейся молодежи и экологическое просвещение всего населения РФ.


1. Экологическое образование в России в рамках концепции устойчивого

развития. – [Электронный ресурс]. − Режим доступа: ecamir.ru/experts/Ekologicheskoe-obrazovanie-v-Rossii-v-ramkah-kontseptsii-ustoychivogo-razvitiya.html, свободный. − Загл.с экрана.

120

МЕЖДУНАРОДНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КАФЕДРЫ «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ» УЛЬЯНОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Е. О. Козлова, студентка гр. ИЗОбд-31 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


В современном мире отчетливо прослеживаются признаки начавшегося в последнее время повсеместно процесса глобализации. Он обуславливается потребностью в обмене опытом, навыками и идеями между различными людьми, организациями, странами. В этом аспекте очень важным представляется международное сотрудничество всех уровней (от самых мелких до самых крупных).

Проблемы экологического состояния окружающей природной среды и безопасности жизнедеятельности в нашем мире не имеют территориальных рамок и ограничений, поэтому международное сотрудничество в данной сфере является неотъемлемой частью деятельности кафедры, выпускающей специалистов-экологов.

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» Ульяновского Государственного Технического Университета давно ведет активную международную деятельность. Кафедра участвует в работе по научным направлениям Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ).

Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ) основана в 1995г. Это общественная организация, целью которой является объединение ученых и специалистов, занимающихся решением проблем в области экологии и охраны окружающей среды. Основой Академии являются ее научные секции, охватывающие своей проблематикой все актуальные вопросы оптимизации взаимодействия человека и окружающей среды. Академия представлена в различных уголках Земного шара филиалами и отделениями.

В нашем регионе МАНЭБ представлена Ульяновским региональным отделением Международной академии наук экологии, безопасности человека и природа. Его возглавляет к.т.н., доцент, академик МАНЭБ, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» УлГТУ, директор регионального Инженерно-экологического центра Савиных Владимир Витальевич.

Студенты, аспиранты и преподаватели кафедры активно участвуют в международных практических конференциях: международной научно-технической конференции (международном экологическом конгрессе) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов «ELPIT» в г. Тольятти один раз в два года; ежегодных научных чтениях «Белые ночи» в г. Санкт-Петербурге; ежегодной международной

121

научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» в г. Ульяновске (УлГТУ).

В апреле 2007 года на базе кафедры «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» была впервые организована и проведена подобная Международная научно-практическая конференция, посвященная 50-летию Ульяновского государственного технического университета и 30-летию кафедры. По результатам конференции был опубликован сборник научных трудов, в котором были представлены результаты исследования студентов, аспирантов и молодых ученых отделения «Защита окружающей среды» Ульяновского научного центра «Ноосферные знания и технологии» Российской академии естественных наук, Ульяновского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, вузов России и стран СНГ, Алжира, Вьетнама, Германии, Нидерландов, научных организаций в области безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии. Такие конференции проводились на кафедре в 2009, 2010, 2011 и 2012 году. По результатам конференции были изданы сборники научных трудов.

С 1 по 3 июня 2014 г. в г. Грозный состоялась Международная научная конференция «Актуальные проблемы защиты окружающей среды и техносферной безопасности в меняющихся антропогенных условиях» – «Белые ночи-2014». На конференции с докладом на тему «Радиационная экология и безопасность в системе подготовки выпускников направления «Техносферная безопасность» выступил профессор Савиных В.В.

На кафедре хранится обширная библиотека сборников научных работ и тезисов различных международных конференций, в том числе на иностранных языках (английском, китайском и др.).

В заключении необходимо сказать, что кафедра «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» Ульяновского Государственного Технического Университета ведет активную международную деятельность: студенты, аспиранты и преподаватели кафедры участвуют в различных международных конференциях, выдвигая свои идеи и делясь накопленным опытом.


1. Международная деятельность. – [Электронный ресурс]. – Режим

доступа: http://www.ulstu.ru/main/view/article/16735, свободный. – Загл. с экрана. 2. Международная академия наук экологии, безопасности человека и

природы. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.maneb.ru/, свободный. – Загл. с экрана.

122

http://www.ulstu.ru/main/view/article/16735

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ЦЕЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

М. В. Матроскина, студентка гр. ИЗОбд-31 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Согласно первой конференции по теме экологическое образование, прошедшей в 1970 г. в г. Карсон-Сити (США, Невада), экологическое образование представляет собой процесс осознания человеком ценности окружающей среды и уточнение основных положений, необходимых для получения знаний и умений, необходимых для понимания и признания взаимной зависимости между человеком, его культурой и его биофизическим окружением. Экологическое образование также включает в себя привитие практических навыков в решении задач, относящихся к взаимодействию с окружающей средой, выработки поведения, способствующего улучшению качества окружающей среды.

Экологическое образование – непрерывный процесс обучения, воспитания и развития, направленный на формирование общей экологической культуры, экологической ответственности за судьбу своей страны и близких людей, планеты и всей Вселенной.

Цель экологического образования: формирование ответственного отношения к природе.

Экологическая ответственность связана с такими качествами личности, как самоконтроль, умение предвидеть ближайшие и отдаленные последствия своих действий в природной среде, критическое отношение к себе, к другим и т.д. Почти любая человеческая деятельность может при нерациональной ее организации быть опасной для окружающей среды, а, значит, что практически каждый нуждается в соответствующей общей экологической помощи и подготовки.

Экологическое образование имеет два направления: воспитание в духе общих идей охраны окружающей среды и здоровья людей и приобретение специальных профессиональных знаний об общих закономерностях существования природных и антропогенных систем.

В областной целевой программе по охране окружающей среды Ульяновской области имеется раздел «Повышения уровня экологической культуры населения, экологическое воспитание и просвещение».

Цель мероприятий – формирование устойчивого природоохранного сознания и поведения у населения Ульяновской области.

Достижение цели предусматривает: 1) развитие и совершенствование системы всеобщего непрерывного

базового экологического образования в Ульяновской области; 2) поддержку деятельности общественных объединений экологической

направленности;

123

3) обеспечение прав граждан на достоверную информацию о состоянии окружающей среды Ульяновской области;

5) участие в международных экологических программах. Раздел по повышению уровня экологической культуры включает

следующие мероприятия: − проведение экологических акций, выставок, конференций на

территории Ульяновской области; − информационно-аналитическое обеспечение мероприятий по охране

окружающей среды; − поддержка экологических исследований в Ульяновской области; − подготовка и издание печатной продукции в области экологического

образования и просвещения. Реализация подпрограммы развития экологического образования

позволит обеспечить повышение уровня экологической культуры и информированности населения о состоянии окружающей среды, как важного условия для решения обостряющихся проблем природопользования, улучшения состояния окружающей среды и здоровья населения.

В заключение можно сказать, что сегодня необходима единая общегосударственная концепция экологического образования, учитывающая не только соответствующие международные установки и программы, но и специфику образовательных институтов России. Все более существенное значение приобретает также разработка технологии экологического образования, обоснование критериев результатов обучения.


1. Моисеев Н.Н. Историческое развитие и экологическое образование. –

М. : МНЭПУ, 1995. – 56 с. 2. Экологическое образование: концепция и методические подходы. Отв.

редактор Мамедов Н. М. – М. : Экономика и информатика, 1996. − 136 с. 3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей

среды Ульяновской области в 2009 году». – Ульяновск, 2010. – 183 с.

124

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА

ПО ИНДЕКСУ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Н. Ю. Зубова, студентка гр. ИЗОд-51


Атмосферный воздух является неотъемлемой частью среды обитания

человека, растений и животных. Он служит незаменимым источником кислорода, необходимого для существования всего живого на Земле. Загрязнение городского воздуха представляет серьезную угрозу для здоровья людей и окружающей среды в целом.

Развитие промышленности, увеличение численности автотранспорта и населения оказывают негативное воздействие на воздушную среду городов. Это воздействие проявляется в возрастании выбросов в атмосферу как стационарных и неорганизованных источников загрязнения, так и автомобильного транспорта. Объективная оценка уровня загрязнения городского бассейна является актуальной задачей: она необходима при выборе мероприятий по охране воздушной среды города, при планировании жилищного и промышленного строительства, при установлении для городских предприятий предельно допустимых выбросов, при организации мониторинга атмосферы.

В области около 70% предприятий-загрязнителей осуществляют выбросы опасных веществ именно в воздух. И эти выбросы являются наиболее опасным видом загрязнения, так как после попадания в окружающую среду не проходят никакой естественной или искусственной фильтрации и напрямую оказываются в организме человека. Поэтому новые и уже действующие предприятия всех секторов экономики ориентируются на использование экологически чистых технологий, на обновление производственных линий. Кроме того необходимо совершенствовать всю транспортную систему городов и других населенных пунктов, так как влияние транспорта на качество воздуха наиболее высоко.

На территории Ульяновской области ведутся наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в Ульяновске на 4-х государственных стационарных постах:

ПНЗ № 1 – Ленинский район, бульвар Новый Венец; ПНЗ № 3 – Засвияжский район, улица Полбина – автовокзал; ПНЗ № 4 – Железнодорожный район, улица Варейкиса, 2а; ПНЗ № 5 – Заволжский район, на пересечении улиц Шоферов и

Краснопролетарской. Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается посредством

безразмерной величины, называемой индексом загрязнения атмосферы (ИЗА), который рассчитывается по пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в загрязнение атмосферы. В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается низким, если ИЗА ниже 5, повышенным - при

125

ИЗА от 5 до 6, высоким – при ИЗА от 7 до 13, очень высоким – при ИЗА выше 14.

Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) – комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей. Величина ИЗА рассчитывается по значениям среднегодовых концентраций. Показатель характеризует уровень хронического, длительного загрязнения воздуха.

где Сi – среднегодовая концентрация i-ro вещества, ПДКi – его среднесуточная предельно допустимая концентрация, аi – безразмерный коэффициент.

Определяются 11 загрязняющих веществ характерных для нашего региона. В 2014 году на стационарных постах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха было отобрано и проанализировано 16200 проб атмосферного воздуха по определению концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида серы, гидрохлорида, оксида углерода, оксида азота, диоксида азота, фенола, формальдегида. Дополнительно к плану на ПНЗ-4 было отобрано 872 проб на аммиак, на ПНЗ-1 было отобрано 872 проб на формальдегид.

Приоритетными веществами для расчета ИЗА в г. Ульяновске являются диоксид азота, фенол, формальдегид, взвешенные вещества (пыль), бензапирен.

На рис. 1 представлен график изменения ИЗА в городе Ульяновске в 2013-2015 годах.

Рис. 1. Изменения ИЗА в г. Ульяновске в 2013-2015 годах Город Ульяновск по состоянию загрязнения атмосферного воздуха на

территории Приволжского Федерального округа в 2014 г. входил в десятку городов с высоким уровнем загрязнения, хотя в 2014 году произошло снижение индекса ИЗА по сравнению с 2013 годом, за исключением мая.

126

ПРОЦЕССЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ А. А. Макарова, студентка гр. ИЗОбд-31


В настоящее время очистка промышленных газообразных выбросов,

содержащих токсичные вещества, является непременным требованием во всех производствах. Кроме механических, физико-химических и химических методов очистки отходящих газов на производстве широко применяют термические методы.

Термические методы (методы прямого сжигания) основаны на способности горючих токсичных компонентов (газов, паров и неприятно пахнущих веществ) окисляться в практически безвредные или менее вредные вещества, которые затем могут быть удалены в атмосферу или извлечены из газового потока.

Термический метод применяется для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т.д.). В том случае, если в выбросе присутствуют такие компоненты как галогены, фосфор, сера и её соединения, то перед сжиганием газовой смеси, как правило, используют дополнительную очистку.

Следует также отметить, что данный метод очистки газовых выбросов осуществляется при наличии свободного кислорода и при поддержании высоких температур очищаемого газа. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале от 750 до 1200 °C.

Прямое сжигание применяется в тех случаях, когда объемы выбросов сравнительно высоки, концентрация горючих веществ в выбросах не выходит за пределы воспламенения. Если концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе.

На сегодняшний день существуют различные схемы проведения процесса сжигания. Обезвреженные газы могут либо выбрасываться непосредственно в атмосферу (схема термического нейтрализатора промышленных газовых отходов без теплообменника), либо пропускаться через дополнительный теплообменник с целью рекуперации теплоты горячих газов. Применение той или иной схемы зависит от температуры и количества выбросов, физико-химических свойств веществ, находящихся в выбросах, и их токсичности.

Основными аппаратами для термического обезвреживания газов являются: камерные печи, циклонные печи, аппараты со струйным смешением газов, системы обезвреживания в технологических аппаратах (паровые котлы и т.д.), факельные установки [1, с.224].

127

Во всех аппаратах термического обезвреживания выбросов должна обеспечиваться полнота и бездымность сгорания, стабильность и взрывобезопасность процесса, шумность и яркость в пределах установленных санитарных норм.

Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99% - ной очистки газов. К другим преимуществам данного метода можно отнести небольшие габаритные размеры установок, простота их обслуживания, отсутствие шламового хозяйства, универсальность использования, так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов [2, с. 209].

Недостатками термических методов очистки газов является образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др., которые во много раз превышают по токсичности исходный газовый выброс. Концентрация горючих веществ должна составлять не более 25% от нижнего предела взрываемости, так как смесь горючих веществ с кислородом образует взрывоопасные смеси. При сжигании низко концентрированных газов требуется дополнительный расход топлива.

Несмотря на все недостатки, способы газоочистки, основанные на высокотемпературном сжигании горючих примесей, широко используют в лакокрасочных производствах, процессах получения ряда видов химической, электротехнической и электронной продукции, в пищевой индустрии, в типографическом деле, при обезжиривании и окраске деталей и изделий и во многих других процессах.

Таким образом, на сегодняшний день термические методы очистки газов нашли широкое применение в промышленности. Являясь наиболее простым и самым старым способом очистки, данные методы всё же имеют недостатки, которые можно устранить путём дополнительной абсорбционной или адсорбционной очисткой газов после сжигания.


1. Вальдберг А.Ю., Николайкина Н.Е. Процессы и аппараты защиты

окружающей среды. Защита атмосферы : учебное пособие для вузов. – М. : Дрофа, 2008. – 239 с.

2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности / Основы энвайронменталистики : учебник для студентов технических и технологических специальностей. – Калуга : Издательство Н. Бочкаревой, 2000. – 800 с.

128

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА: ИНСТРУМЕНТЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ

А. И. Раджабова, студент гр. ИЗОбд-21 Научный руководитель – ассистент кафедры «БЖД и ПЭ»

А. С. Нефедьев Экологическая политика – это совокупность мер, направленных для

обеспечения долгосрочной экологической безопасности с учетом экологических возможностей и социальных потребностей общества.

Актуальность проблем экологической политики в настоящее время очень высока во всем мире. Толчок к обсуждению экологической проблематики дали Всемирная конференция ООН 1972 года и отчет Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию 1987 года.

Эти события стали вехами, влияние которых в обществе чувствуется до сих пор. Начиная с 80-х годов вопросы, связанные с очисткой сточных вод, обработкой отходов, снижением выброса газов в атмосферу, санирования почвы и снижения уровня шумов, постоянно находятся в политической повестке дня многих стран мира. В конце 80-х годов добавились такие проблемы, как повышенная кислотность и засушливость, а в середине 90-х годов в центре внимания оказался повышенный выброс СО2 как результат изменения климата [1, с.604].

Дополнительным стимулом для развития экологической проблематики стал ряд техногенных катастроф, которые привлекли внимание не только отдельных стран, но и всего мирового сообщества в целом.

Существуют различные подходы в определении методов экологической политики. В социальной экологии выделяются следующие методы: административно-контрольные, технико-технологические, экономические, законодательно-правовые, политические и воспитательно-образовательные.

Экологическая политика состоит из таких инструментов как, система ресурсных и эмиссионных платежей, платежи за пользование природными ресурсами, платежи за загрязнение окружающей природной среды, финансирование природоохранных мероприятий, экологические налоги.

Основной инструмент реализации экономического метода регулирования природопользования – «загрязнитель платит» [2, с.15].

Принцип «загрязнитель платит» означает, что предприятия, оказывающие негативное влияние на окружающую среду посредством осуществления своей хозяйственной деятельности должны нести расходы по осуществлению мер по компенсации экологического ущерба окружающей среде. Физические и юридические лица, являясь Загрязнителем, должны нести все расходы по мероприятиям, направленным на ликвидацию этого загрязнения или снижения его до уровня, максимально соответствующего нормативам качества окружающей среды. Однако в России принцип «загрязнитель платит» на практике оборачивается принципом «платить за право загрязнять», поскольку многим организациям проще заплатить штраф (или вообще не вносить плату за

129

негативное воздействие), чем осуществлять дорогостоящую природоохранную деятельность.

Следующий инструмент по значимости экологизация налоговой системы должна способствовать проведению структурно-технологической политики, в частности, сдвигу от использования первичных природных материалов к вторичным материалам и отходам. Такой сдвиг будет не только сокращать экологическую деградацию, но и повысит занятость, так как утилизация и переработка являются более трудоемкими технологиями по сравнению с добычей природных ресурсов.

А также важным элементом регулирования в области охраны окружающей среды являются экологические фонды. Практика существования экологических фондов доказала экономическую целесообразность их деятельности, роль которой особенно возрастает в условиях жесточайшего дефицита финансирования охраны окружающей среды. Цель системы экологических фондов – решение неотложных природоохранных задач, восстановление потерь в окружающей среде, компенсация причиненного вреда за счет ухудшения качества окружающей среды (в тех случаях, если виновник вреда не установлен) [2, с.16].

Значимость экологической политики в настоящее время очень высока во всем мире. Это связано с экономическим развитием стран, с ростом численности населения, а так же с развитием научно-исследовательских работ в области технологий. Поэтому необходимо совершенствовать экологическую политику. Особенно это относится к России, которая является одной из немногих стран – доноров экологических ресурсов. Экосистема России вносит наибольший вклад в планетарную экологическую стабильность. И вместе с тем в нашей стране много нерешенных проблем в сфере экологии, которые в срочном порядке необходимо решать.


1. Боголюбов, С. А. Актуальные проблемы экологического права: учебник.

− М. : Юрайт, 2011. – С. 603–607. 2. Бажайкин А.Л. Принципы охраны окружающей среды − как

основополагающие идеи (руководящие положения) экологического права и законодательства, государственной экологической политики // Экологическое право. – 2012. – №1. – С. 15−16.

130

РОДНИКИ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ Р. Ф. Кадермятова, студентка гр. ИЗОд-51


С каждым годом все большее количество поверхностных источников

водоснабжения утрачивают свои свойства из-за интенсивного загрязнения. Это создаёт серьёзную опасность для здоровья людей, обусловливая высокий уровень заболеваемости, увеличивает негативное воздействие на организм человека канцерогенных и мутагенных факторов.

Подземные воды являются неотъемлемой частью водоснабжения Левобережной части города Ульяновска. Благодаря своеобразному геологическому строению наша область весьма богата подземными водными ресурсами.

Подземные воды сильно различаются по общему содержанию растворенных солей железа. Это различие может существенно отражаться на свойствах воды, важных для той или другой области ее применения: промышленности, бытовых нужд, науки и техники. Железо придает воде красно-коричневую окраску и ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубопроводах и их засорение.

Родниковая вода – это грунтовые и подземные воды, имеющие выход на поверхность. Родниковая вода в отличие от артезианской имеет естественный выход (просачивание)

Более 800 родников Ульяновской области используются в качестве нецентрализованного водоснабжения. Большая часть пригодна для питья, 25% – не соответствует по микробиологическим показателям.

Для исследования воды родников были взяты пробы подземных вод из родников города Ульяновска и Ульяновской области.

1. Вода 1. «Родник 1 Базарносызганский район». 2. Вода 2. «Центральный водоканал Базарносызганский район». 3. Вода 3. «Родник 2 Базарносызганский район». 4. Вода 4. «Маришкин родник» город Ульяновск 5. Вода 5. «Родник на разрезе Милановского» город Ульяновск. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 водородный показатель воды должен

находится в пределах 6 – 9. Результаты определения рН воды исследуемых родников представлены на рис. 1.

Значения величины рН у воды всех исследуемых родников находится в пределах допустимых значений. Самый низкий показатель значения рН у воды «Маришкин родник» г. Ульяновск.

Важным свойством воды является ее жесткость. Большее влияние на качество воды оказывают содержащиеся в ней соли кальция, магния и железа (II), которые и обуславливают жесткость воды.

131

Нерастворимые карбонаты металлов под действием углекислого газа и воды переходят в растворимые гидрокарбонаты и растворяются в грунтовых водах:

МеСО3 + СО2 + Н2О = Ме(НСО3)2 . Родниковая вода, проходя через известковые горные породы и почвы,

обогащается солями кальция и магния и становится жесткой. Жесткая вода непригодна для многих технологических процессов. Нерастворимые соли кальция и магния осаждаются на внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов, образуя слой накипи, который плохо проводит теплоту. Это вызывает перерасход топлива и преждевременный износ котлов. В результате перегрева котлов могут происходить аварии. В жесткой воде значительно быстрее протекает процесс коррозии.

Рис. 1. Значения величины рН для воды исследуемых родников

Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 норматив по жесткости воды не более 7. Вода с жесткостью, равной 4–8 ммоль/л, считается средне жесткой и может быть использована в качестве питьевой. Вода с жесткостью свыше 8 ммоль/л считается жесткой.

Рис. 2. Жесткость воды родников

132

Из исследованных образцов родниковой воды нормативу соответствует «вода-1» и «вода-2» (рис. 2). Незначительно превышен норматив в «воде-5». Наиболее жесткая вода в роднике «Маришкин родник» г. Ульяновск («вода-4», ее показатель составил 11 ммоль/л. Наиболее мягкая вода из родника «Центральный водоканал Базарносызганский район», ее величина равна 4.5, что характеризует ее как «вода средней жесткости».

По результатам анализа видно, что во всех родниковых водах содержаться и ионы кальция, и ионы магния (рис. 3). Концентрация ионов кальция в воде выше по сравнению с концентрацией катионов магния.

Рис. 3. Содержание катионов кальция и магния в природной родниковой воде

Наиболее кальцинирована вода 4 «Маришкин родник» г. Ульяновск. Наименьшее содержание магния наблюдается в Родник №2» Базарносызганского района.

В докладе на Пятой Поволжской экологической неделе губернатор Ульяновской области С. И. Морозов сказал, что «сейчас перед нами стоит важная задача по сохранению и благоустройству родников. В этом году мы планируем создать атлас родников, расположенных на территории Ульяновской области. Любой родник несет в себе особое экологическое, историко-культурное, эстетическое и рекреационное значение» [1].

Итоги совещания «О состоянии родников и мероприятиях по их благоустройству на территории Ульяновской области»

1. Необходимо создать атлас родников Ульяновской области, разделить их на три категории по значимости.

2. Разработать постановление правительства о сохранении и очистке родников. Этот документ станет опорной точкой для дальнейшей работы

3. Добиться внесения в бюджет строчки по финансированию мероприятий по благоустройству и рациональному использованию родников


1. Доклад С. И. Морозова [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ulpressa.ru/2015/06/03/sergey-morozov-myi-razrabotali-novuyu-ekologicheskuyu-doktrinu/

133

РЕГИОНАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ В УЛЬЯНОВСКОЙ

ОБЛАСТИ НА ПЕРИОД С 2015 ПО 2020 ГОДЫ Л. Е. Самарина, студентка гр. ИЗОбд-31

Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ» В. В. Савиных

Обращение с отходами – один из наиболее острых вопросов в области

охраны окружающей среды. Ключевыми отраслями экономики Ульяновской области являются машиностроение, пищевая промышленность, электроэнергетика, производство строительных материалов, сельское хозяйство. По данным Управления Росприроднадзора ежегодно в регионе образуется около 700 тыс. тон отходов. В общем объёме образующихся отходов – отходы IV-V класса опасности (малоопасные и практически не опасные) составляют – 75%. Подавляющее большинство отходов образуется на территории города Ульяновска.

В регионе прослеживается устойчивая тенденция к увеличению образования отходов. По данным Росстата, среднегодовой прирост объёмов образования отходов составляет в целом не менее 3%.

В области практически нет объектов индустриальной обработки, утилизации и размещения отходов. Основным способом удаления отходов из производственной и социальной сферы является их захоронение на объектах размещения. Значительное количество промышленных и сельскохозяйственных отходов хранится на территориях производственных организаций. Сведения об условиях хранения (накопления) отходов, о мероприятиях по их обезвреживанию, переработке и использованию фрагментарны.

Отсутствие надлежащей организации сбора, вывоза, утилизации и переработки отходов и недостаточное количество объектов их размещения способствует захламлению территории области.

Подавляющее большинство объектов размещения отходов (не внесённые в государственный реестр объектов размещения отходов), не отвечают требованиям, предъявляемым санитарным законодательством к таким объектам. Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод осуществляется на единичных объектах захоронения отходов, внесённых в государственный реестр объектов размещения отходов. В области накопилось достаточное количество проблем, влияющих на обращение с отходами. К ним относятся: рост объёма отходов, направляемый на захоронение, обусловленный ростом потребления населением, а также увеличением количества упаковочных отходов; несовершенство нормативной правовой базы и отсутствие методической базы в области обращения с отходами; отсутствие единой информационной системы, содержащей свод данных в области обращения отходов; отсутствие территориальной схемы обращения с отходами; отсутствие государственной и муниципальной поддержки и стимулирования предприятий, осуществляющих

134

сортировку и переработку вторичных материальных ресурсов, и, как следствие, отсутствие профильных предприятий переработки отходов; отсутствие системы раздельного сбора, утилизации (использования) и обезвреживания образовавшихся отходов, сбора и утилизации вторичного сырья от населения; недостаточное финансирование мероприятий в области обращения с отходами; низкий уровень экологической культуры населения региона.

В связи с этим, Министерством сельского, лесного хозяйства и природных ресурсов был разработан проект Региональной концепции обращения с отходами. Целью Концепции является создание эффективной областной системы обращения с отходами и вторичными материальными ресурсами. Приоритетными задачами развития системы обращения с отходами являются: реализация комплекса мер, направленных на выявление и ликвидацию мест несанкционированного размещения отходов на территории области; привлечение в сферу сортировки и переработки отходов частных инвестиций; увеличение в 2 раза доли твердых коммунальных отходов, возвращаемой в хозяйственный оборот; доведение уровня переработки отходов производства до 80%; внедрение наилучших доступных технологий в области обращения с отходами; повышение уровня экологической культуры населения региона.

Финансирование реализации Концепции должно осуществляться за счёт средств федерального, областного и местных бюджетов, а также за счёт средств внебюджетных источников.

Финансирование деятельности в области обращения с отходами производства и потребления предполагается путём предоставления из федерального бюджета субсидий субъектам РФ из средств, поступивших в счет уплаты экологического сбора.

В качестве внебюджетных источников можно рассматривать государственно-частное партнерство, производство природоохранных работ в рамках акций и частных инициатив.

Таким образом, в результате поэтапной реализации Концепции планируется: улучшение экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки в регионе; улучшение социально-экономического положения региона, создание дополнительных рабочих мест; увеличение объёма использования отходов в качестве вторичного сырья и энергетических ресурсов; уменьшение объёма захораниваемых отходов; снижение площади деградированных и (или) загрязненных земель, подвергшихся деградации и (или) загрязнению; возврат в хозяйственный оборот ценных сельскохозяйственных и рекреационных земель, занятых свалками; получение дополнительных источников энергии (газ, тепло) и органических удобрений; минимизация бюджетных затрат на устранение последствий загрязнения окружающей среды продуктами человеческой деятельности; повышение уровня ответственности органов власти, природопользователей и гражданского общества за состояние окружающей среды на территории региона.

135

ОРГАНИЗАЦИЯ СБОРА И УТИЛИЗАЦИИ ПЕЧАТНОЙ ПРОДУКЦИИ В ГОРОДЕ УЛЬЯНОВСКЕ

Д. В. Владимирова, студентка гр. ИЗОбд-41. Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

У. П. Зырянова

До 40% всего современного мусора составляют бумажные и картонные отходы – макулатура. Современные технологии переработки вторсырья позволяют производить из макулатуры не только картон или бумагу низкого качества, но и даже высококачественную бумагу, и множество другой полезной продукции.

Главная проблема организации по переработке макулатуры – это наладить бесперебойные поставки сырья. Выгоднее было бы организовать селективный сбор бытовых отходов по всей территории города, который дал бы возможность проще использовать вторичное сырье. Однако, со стороны администрации велась попытка внедрить такую систему, которая не увенчалась успехом. Поэтому многие предприятия открывают свои пункты приема макулатуры. Прием макулатуры у населения – пока слабо охваченный сегмент рынка. Многие жители до сих пор не знают, где продать макулатуру, почем, пунктами приема оснащены далеко не все районы города.

Сегодня в этой сфере наблюдаются некоторые подвижки, связанные с активностью частных предпринимателей, но без поддержки государства тут не обойтись. В срочном порядке для старта позитивного развития должна быть обеспечена законодательная база деятельности сборщиков макулатуры, проводиться стимулирующая налоговая политика.

Макулатуру в основном используют при изготовлении различных видов бумаги и картона в целлюлозно-бумажной промышленности и в промышленности строительных материалов при производстве кровельных, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов, а также различных строительных плит. Невостребованной остается низкосортная и смешанная макулатура, которая может быть переработана на малотоннажных установках. В числе малотоннажных технологий следует отметить производство теплоизоляционного материала типа «Эковата».

С технологической стороны, дальнейший рост потребления макулатуры возможен путем использования нового перспективного оборудования технологий обесцвечивания и удаления типографской краски и других примесей из макулатуры; новых проклеивающих материалов; новых видов бумаги и картона, а также пересмотра требований к некоторым широко используемым видам бумаги и картона с целью увеличения использования в их композиции доли макулатуры; наращивания объемов использования макулатуры в композиции писчепечатных видов бумаги, различных видов картона.

Вложения в переработку макулатуры будут оправданы, прежде всего, с экономической стороны, а не только с экологической, хотя и это важно.

136

http://www.ulyanovsk.miltor.ru/karton/

РАЗРАБОТКА ГЕНЕРАЛЬНОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ МО «СТАРОМАЙНСКИЙ РАЙОН»

Д. Н. Алексанин, студент гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель − доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

У. П. Зырянова Генеральная схема очистки территорий Старомайнского района

определяет очередность осуществления мероприятий, объемы работ по всем видам очистки и уборки территории населенного пункта, системы и методы сбора, удаления, обезвреживания и переработки отходов, целесообразность проектирования, строительства, реконструкции или расширения объектов системы санитарной очистки в границах поселения.

Негативное воздействие на окружающую среду и среду обитания человека увеличивается с каждым годом. В целях эффективной защиты и рационального использования природных ресурсов, устойчивого развития территорий населенных пунктов ведется разработка и внедрение современных требований к системе санитарного содержания территорий и способам обращения с отходами. Сегодня проводятся научные исследования, направленные на совершенствование технологий, машин и оборудования для уборки территорий, сбора, удаления, обезвреживания, переработки и захоронения отходов, применяются системы сортировки и селективного сбора утилизируемых компонентов бытовых отходов.

Основные экологические проблемы Старомайнского района (в частности МО «Старомайнское городское поселение») и комплекс приоритетных мероприятий в области охраны окружающей среды определены в областной целевой программе «Охрана окружающей среды Ульяновской области на 2007−2012 годы», утвержденной Законом Ульяновской области от 31 июля 2007 №101-ЗО «Об утверждении областной целевой Программы «Охрана окружающей среды Ульяновской области на 2007 – 2012 годы».

Стратегическими целями в сфере охраны окружающей среды являются: оздоровление экологической обстановки и обеспечение экологической безопасности населения и территории Старомайнского района, сохранение и восстановление природных экосистем, обеспечение рационального и устойчивого природопользования.

Основными направлениями деятельности по экологической оптимизации окружающей среды территории МО «Старомайнское городское поселение», с учетом выявленных экологических проблем, должны стать:

– улучшение качества атмосферного воздуха; – охрана поверхностных вод; – вод и повышение качества водоснабжения населения; – оздоровление земель; – утилизация отходов производства и потребления;

137

– охрана растительного и животного мира; – организация и охрана особо охраняемых природных территорий; – обустройство сложившихся и создание новых мест рекреации; – повышение уровня экологической культуры населения, экологическое

воспитание и просвещение. В целях обеспечения сохранения национального природного наследия,

Генеральным планом предусматривается увеличение площади особо охраняемых природных территорий. На территории МО «Старомайнское городское поселение» планируется организация памятника природы регионального значения «Головкинские острова» (площадь около 10 га).

Благоустройство парков и скверов, центральной площади, а также оборудование новых детских площадок в р.п. Старая Майна на начальном этапе будет осуществляться согласно утвержденной программе ««Создание комфортной среды в муниципальном образовании «Старомайнское городское поселение» на 2011 – 2013 годы».

138

ОРГАНИЗАЦИЯ СОРТИРОВКИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ В ГОРОДЕ УЛЬЯНОВСКЕ

Р. Р. Давлетшин, студент гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Если биоразлагаемые отходы оказываются на свалке среди прочего мусора, то при их разложении выделяется метан – один из газов, вызывающих парниковый эффект.

Для уменьшения количества вывозимых на свалку отходов биоотходы необходимо собирать от прочих отходов отдельно, обеспечив тем самым их естественную биоциркуляцию (компостирование). Раздельный сбор биоразлагаемых отходов позволяет уменьшить количество смешанных бытовых отходов, а значит – для бытовых отходов можно заказать контейнер поменьше или реже вывозить мусор, что в свою очередь – позволит снизить расходы на смешанные бытовые отходы.

Для заказа контейнера для биоразлагаемых отходов следует обратиться в региональную компанию по переработке отходов. Во избежание загрязнения контейнеров можно дополнительно заказать к ним специальные вкладыши из биоразлагаемого материала, замена которых после каждого опорожнения контейнера предотвратит появления зловония, а также убережёт от прочих неприятных побочных явлений.

В контейнер для биоразлагаемых отходов можно выбрасывать: − отходы мясныx и рыбныx продуктов; − овощи и фрукты, их очистки; − остатки молочных продуктов (масло, маргарин, сыр); − некондиционную хлебобулочную продукцию, полуфабрикаты,

выпечку, кондитерские изделия; − бумажные полотенца, загрязнённую бумагу, кофейную гущу,

бумажные фильтры, чайные пакетики; − комнатные растения, цветы. В контейнер для биоразлагаемых отходов выбрасывать нельзя: − растительное масло, супы, соусы и другие жидкие блюда и

продукты; − молоко, простоквашу, кефир и прочие жидкости; − плёнку, металл, стекло, вощёный и ламинированный картон; − одноразовую картонную посуду; − окурки, пепел, пылесосные мешки с мусором и прочие

биологически неразлагающиеся отходы; − опасные отходы. Биоразлагаемые отходы (пищевые и растительные остатки и т.п.)

концентрируются в двух видах коммунальных отходов: в твердых бытовых отходах (ТБО, образуются в жилищах) и в отходах кухонь и предприятий общественного питания.

139

Коммунальные отходы по содержанию в них пищевой фракции можно рассматривать как мощный сырьевой источник для получения специфических продуктов, пригодных для использования в сельском хозяйстве, животноводстве и других отраслях.

Для утилизации биоразлагаемых органических отходов в сельском хозяйстве или животноводстве требуется их обязательное глубокое обогащение, поскольку даже фракция селективного сбора пищевых и растительных отходов содержит до 10% посторонних примесей (стекло, керамика, пластмассы, металлы, кожа, резина и др.). Универсальная технология очистки пищевой фракции от примесей должна быть рассчитана на вовлечение в переработку наиболее сложного сырьевого объекта − ТБО и концентрацию пищевой фракции в самостоятельном продукте, пригодном для хранения, транспортировки и дальнейшего использования либо переработки.

140

ОРГАНИЗАЦИЯ СБОРА И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА И СНОСА В УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Е. С. Завертяева, студентка группы ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

У. П. Зырянова С каждым годом из-за строительства инфраструктурных объектов в

крупных городах увеличивается количество строительных отходов. Большая часть отходов вывозится на полигоны, загрузка которых приближается уже к критической отметке. Неудивительно, что сейчас тема утилизации строительного мусора очень актуальна.

Строительный мусор − отходы, образующиеся в процессе демонтажа, ремонта или строительства зданий или сооружений: битый кирпич, куски металла и бетона, обломки штукатурки, дерева, куски обоев и старого линолеума, остатки лакокрасочных материалов, старые окна и двери, куски гипсокартона и керамической плитки и т.д.

Строительный мусор подлежит переработке, это не только может положительно повлиять на экономику государства, но также и решить проблему с загрязнением окружающей среды токсичными веществами, входящими в строительные отходы (свинец, асбест). Также следует помнить, что свалки для мусора не безразмерны и места на них уже практически нет. Одним словом, переработка отходов в скором будущем окончательно превратится в необходимый последний этап процесса осуществления сноса зданий и сооружений. Учитывая причины, приведенные выше, можно сказать, что утилизация строительных отходов - необходимое занятие, которое обязано занять свою нишу в промышленной сфере.

Именно с помощью переработки строительного мусора новую жизнь обретают многие материалы − это и стекло, и железобетонный лом, и пластик, и древесина, также кирпичный бой и многие другие материалы. Сначала, буквально на месте демонтажа конструкций, появившийся завал из строительных отходов, 30 – 40% из которых составляет железобетонный лом, сортируется с помощью экскаваторов.

Большие куски железобетонного лома экскаваторы разбивают или разрезают на куски поменьше, используя специальное навесное оборудование, а точнее гидромолот или гидроножницы. Вблизи разрушенных зданий располагается дробильная установка, с помощью которой бетон перерабатывают в щебень. Затем остальные не переработанные материалы перевозятся на предприятия.

Существует множество вариантов использования переработанного строительного мусора. Чаще всего он используется для строительства небольших дорог, для засыпки болотистой местности или же в производстве тяжелых бетонов (щебень). Старый асфальт пригоден для использования в дорожном строительстве (после нагрева). Помимо этого спросом пользуется

141

щепа из переработанной древесины, а арматурная сталь, несмотря на свою высокую цену, всегда быстро раскупается.

Однако наиболее популярным строительным материалом, который также подлежит вторичной переработке, является бетон. Демонтаж железобетона идет во время сноса почти любого сооружения, так что переработка бетона получила наибольшее распространение. К «выходящим» продуктам этой переработки можно отнести вторичный щебень, и мелкий песок, в котором половина пылевидные отходы. Бетон стал популярным материалом совсем недавно, после того, как выяснилось, что он пригоден в строительстве после своей переработки.

Дробление бетона приводит к образованию пылевидного заполнителя, который в дальнейшем используется для производства непосредственно бетона. Этот заполнитель заменил портландцемент и позволил сократить затраты, так как его стоимость значительно ниже.

Если рассматривать рециклинг с точки зрения экономической выгоды, то можно понять насколько он позволяет экономить средства. Ведь при рециклинге нет нужды перевозить строительные отходы с одного места на другое, именно это и позволяет не тратить «лишние» деньги. Разрешение на захоронение строительного мусора стоит немалых денег, которые необходимо заплатить администрации свалки. Рециклинг позволяет не тратить деньги на это занятие. А если те же обломки от демонтажа металлоконструкций, утилизируются с помощью переработки прямо на месте, значит, необходимость везти их, куда бы то ни было, попросту отпадает. Обычно покупатели битого кирпича, вторичного щебня и остальных отходов подъезжают на место демонтажа сооружений на своем автотранспорте и своими силами вывозят все нужное.

Следует также, что там, где производился снос сооружений, всегда предполагается новое строительство, где будет необходим щебень. То, что материалы вторичной переработки не нужно перевозить с места на место − это тоже экономия, а кроме того, в таком случае не нужно тратить деньги и на покупку новых материалов, к тому же они стоят в несколько раз дороже. Не будет нужды оплачивать дополнительную перевозку строительных материалов, это связано с тем, что переработанные строительные отходы находятся уже на нужном месте.

142

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

М. С. Рябцева, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

Е. Н. Калюкова Автомобильный транспорт – один из важнейших компонентов

общественного и экономического развития, поглощающий значительное количество ресурсов и оказывающий серьезное влияние на окружающую среду.

Основные мероприятия по защите природы при дорожном строительстве предусматривают с целью обеспечения безопасных условий труда и сохранения окружающей среды, учитывая степень вредных воздействий и опасности выполнения технологических процессов. При этом необходимо обязательно соблюдать требования промышленной санитарии, охраны труда и противопожарных мер, предусмотренных действующими законоположениями, нормами и правилами.

Технологический процесс, осуществляемый при строительстве дорог, не должен наносить вреда окружающей среде. С этой целью при производстве работ необходимо обязательно предусматривать комплекс соответствующих мероприятий применительно к данному объекту строительства

При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог и сооружений на них мероприятия по охране окружающей среды нормируются действующими нормативными документами.

Строительство автомобильных дорог и дорожных сооружений без утвержденного в установленном порядке положительного заключения государственной экологической экспертизы не допускается.

При сравнении вариантов размещения автомобильной дороги следует учитывать возникающее в результате его осуществления перераспределение движения по участкам сети автомобильных дорог, уменьшение экологической нагрузки на звенья сети, на которых снижается интенсивность движения и улучшаются дорожные условия. В первую очередь эти факторы надлежит рассматривать при планировании и проектировании обходов населенных пунктов, улучшения плана и продольного профиля дорог, мероприятий по совершенствованию транспортно-эксплуатационного состояния дорог.

Строительство автомобильных дорог в пределах особо охраняемых природных территорий (государственные заповедники и заказники, национальные и природные парки, зоны, отнесенные к памятникам природы и культуры, территории (акватории) обитания особо охраняемых видов флоры и фауны, и т.п.) допускается только в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации об особо охраняемых природных территориях.

Оценка воздействия строительства автомобильной дороги на окружающую среду (далее ОВОС) и ее государственная экологическая экспертиза, как правило, производится на стадии разработки предпроектной

143

документации. При ОВОС определяются вероятные источники и факторы влияния дороги и сооружений на ней на окружающую среду, возможные воздействия этих источников и факторов влияния, (в первую очередь неблагоприятные), оцениваются экологические последствия этих воздействий, разрабатываются с учетом мнения заинтересованных органов, организаций и общественных групп меры по уменьшению и предотвращению неблагоприятных воздействий на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации проекта.

При ОВОС, как правило, в первую очередь следует рассматривать воздействия следующих источников и факторов влияния на окружающую среду, связанных со строительством и эксплуатацией автомобильной дороги и сооружений на них:

− воздействие автомобильного транспорта, в том числе загрязнение воздушной среды продуктами сгорания топлива при движении транспортных средств, загрязнение почв, в том числе соединениями тяжелых металлов, шумовое воздействие от движущегося автотранспорта, загрязнение придорожной полосы бытовым мусором, воздействие на растительность и животный мир движущегося автотранспорта;

− воздействие автомобильной дороги как инженерного сооружения, в том числе расчленение в результате строительства или реконструкции дороги ценных ландшафтов, лесных и сельскохозяйственных угодий, отрицательное влияние на места массового обитания и размножения диких животных, птиц, обитателей водной среды, на сложившиеся пути миграции животных;

− воздействие автомобильной дороги, как элемента инфраструктуры, в том числе нарушение путей сообщения местного населения, изменение условий их связи с культурными и административными центрами, увеличение времени на дорогу к местам работы и отдыха;

− технологические воздействия в период строительства автомобильной дороги, в том числе загрязнение воздушной среды, почв, водной среды продуктами сгорания топлива и производственным шумом при движении дорожных машин и работе асфальтобетонных, цементобетонных заводов и других притрассовых дорожно-строительных предприятий;

− технологические воздействия при содержании автомобильной дороги, в том числе загрязнение воздушной среды, почв, вод при работе дорожно-эксплуатационной техники.

Комплекс технических решений по предупреждению и снижению негативного влияния автомобильной дороги и дорожных сооружений на окружающую среду, предложений по рациональному использованию природных ресурсов в строительстве, сопоставление решений, принятых в утвержденном ОВОС, с техническими решениями и мероприятиями, принятыми в проектной документации, в составе проектной документации должен разрабатываться раздел «Охрана окружающей среды»

При строительстве дорог через населенные пункты следует предусматривать покрытия дорожных одежд и тип укрепления обочин,

144

исключающие пылеобразование. На остальных участках дорог с переходными и низшими покрытиями следует предусматривать обработку покрытий обеспыливающими веществами, а при необходимости проводить защитные мероприятия, ограничивающие ширину запыленной зоны.

Для предотвращения загрязнения полосы отвода автомобильных дорог бытовым мусором при необходимости следует предусматривать площадки, оборудованные контейнерами для мусора. Места установки контейнеров для мусора, как правило, должны совмещаться с предприятиями дорожного сервиса.

При строительстве трассы в хвойных лесах, где на сухих почвах по согласованию с органами лесного хозяйства следует предусматривать за границами полосы отвода противопожарные минерализованные полосы. Ширина этих полос принимается по правилам и нормам пожарной безопасности в лесах Российской Федерации.

Выбор материалов для строительства, ремонта и содержания дороги должен осуществляться с учетом прямого и косвенного влияния на экологическую обстановку как в период строительства, так и эксплуатации дороги. Состав и свойства применяемых материалов должны соответствовать действующим государственным стандартам, техническим условиям и нормам.

Применение отходов промышленного производства следует осуществлять с учетом их возможной токсичности и радиоактивности. Применение органических, водорастворимых, химически активных производственных и бытовых отходов допускается по согласованию с органами государственного санитарного надзора Российской Федерации в конструкциях, исключающих вынос их стоками или фильтрующими водами.

В заключение необходимо заметить, что транспорт − очень важный неблагоприятный фактор состояния окружающей среды. Из этого следует, что необходимо стремиться к осуществлению следующих направлений:

– Потребление горючих ископаемых для транспорта должно сокращаться. – Должны быть установлены основанные на передовой технологии

общемировые стандарты выбросов в атмосферу для всех видов транспорта. – Совершенствовать и развивать надежную и общедоступную систему

общественного транспорта. – При планировании развития транспортных систем использовать

системный подход, направленный на комплексное решение экологических проблем.


1. Имайкин Г.А. Автомобильные дороги: (Охрана труда в

строительстве) : учебник для вузов. − М. : Транспорт, 2000. − 207 с. 2. Гухман Г. Воздействие транспортного комплекса на окружающую

среду // Энергия: экономика техника экология. – 2010. – №11. – С. 42 – 45.

145

РЕКУПЕРАЦИЯ ПЫЛЕЙ Е. О. Козлова, студентка гр. ИЗОбд-31


Пыль образуется в большинстве промышленных процессов и является

одним из веществ, которые в выбросах предприятия загрязняет атмосферу. Поэтому из-за больших объемов ее образования целесообразно применение методов и средств, улавливающих и возвращающих пыль в технологический процесс. Здесь можно говорить о рекуперации.

Рекуперация предусматривает возврат (после предварительной обработки) отходов в целом или составляющих их компонентов на различные стадии основного и вспомогательного производств; нередко под рекуперацией понимают получение из отходов продуктов или сырьевых материалов [1, с. 42].

Можно выделить следующие вероятные пути повторного использования промышленных пылей:

− использование в качестве целевых продуктов; − возврат в производство, в технологии которого происходит образование

данного вида пыли; − переработка в другом производстве с целью получения товарных

продуктов; − утилизация в строительных целях; − переработка с извлечением ценных компонентов; − сельскохозяйственное использование в качестве удобрений; − утилизация в процессах, где используются отдельные физико-

химические свойства пылевидных материалов [2]. Разберем одно из направлений: утилизация пыли, уловленной в одном

производстве, в качестве сырья для другого производства Данный метод можно назвать весьма распространенным примером

использования пылевидных отходов производства. Так, огарковую пыль, улавливаемую в батарейных циклонах и сухих

электрофильтрах при очистке содержащего триоксид серы обжигового газа в производстве серной кислоты из колчедана и содержащую в среднем 40 – 63% железа, 1 – 2% серы, 0,33 – 0,47% меди, 0,42 – 1,35% цинка, 0,32 – 0,58% свинца и другие соединения, после соответствующей обработки можно использовать для выплавки чугуна.

Также приведем пример схемы рекуперации неконденсированных газов. Для рекуперации сероводорода и метилсернистых соединений из

парогазовых выбросов варочного цеха сульфатцеллюлозного производства предложена установка производственной мощностью 1000 м3/ч (рис. 1). Схема установки включает три последовательных ступени [1, с.46].

Неконденсируемые газы после терпентинных конденсаторов непрерывных варочных установок «Камюр» поступают на первую ступень рекуперации. В качестве аппарата этой ступени применен струйный газопромыватель с

146

перекрестным движением фаз. Назначение первой ступени − выделение из газов в основном органических сульфидов. На орошение этой ступени подается черный щелок из бака черного щелока промывной станции. Черный щелок после первой ступени отделяется в промежуточном каплеуловителе и отсюда направляется в бак черного щелока. После прохождения второй, аналогичной ступени, газы после каплеуловителя подаются в насадочный скруббер. Последние две ступени очистки орошаются крепким белым щелоком, предварительно охлажденным в теплообменнике до 323 – 333 К. Очищенные газы после насадочного скруббера выбрасываются в атмосферу, а рекуперат с отработанным белым щелоком из этого скруббера направляется в бак-мерник белого щелока и из него – на варку [1, с.47].

Рис. 1. Схема рекуперации неконденсируемых газов: 1– насос; 2 – бак черного щелока; 3, 5 – струйные газопромыватели; 4 – каплеуловитель; 6 – насадочный абсорбер;

7 – теплообменник; 8 – бак белого щелока [1, с. 46] В заключении следует отметить, что разработка методов и процессов

рекуперации пылей является перспективным направлением исследований, поскольку в производственной деятельности образуется большое количество, которое можно экономически выгодно использовать, при этом, не нанося вред окружающей природной среде.


1. Казакова Е.Г., Леканова Т.Л. Очистка и рекуперация промышленных

выбросов целлюлозно-бумажной промышленности: учебное пособие. − Сыктывкар: СЛИ, 2013. – 192 с.

2. Рекуперация промышленных пылей. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://lib.kstu.kz:8300/tb/books/PROEKTIROVANIE_I_@EKSPLUAT ATCIYA_MALO_I_BEZOTHODN@IH_PROIZVODSTV/teory/T4_2.htm, свободный. – Загл. с экрана. (дата обращения: 2.04.2015)

147

ПРОБЛЕМА НЕСАНКЦИОНИРОВАННОСТИ СВАЛОК И НЕОБУСТРОЕННОСТИ ПОЛИГОНОВ ТБО

Т. Н. Мускина, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


В Ульяновской области, как и в России в целом, остро стоит проблема утилизации твердых бытовых отходов. Одним из основных способов утилизации твердых бытовых отходов является складирование. Для складирования образовавшихся отходов необходимы специализированные объекты. По итогам инвентаризации на территории Ульяновской области выявлено 314 объектов, используемых для размещения отходов. Площадь указанных объектов составляет 660,54 га.

Учитывая, что отходы оказывают существенное влияние на важнейшие показатели качества окружающей среды, оздоровление экологической обстановки и создание комфортных условий для жизни людей невозможно без соответствующих информационных ресурсов.

На данный момент существует проблема учета образования отходов и контроля над их размещением. Остается открытой проблема несанкционированных свалок и необустроенности полигонов. Без отслеживания потоков отходов нельзя организовать эффективную схему их переработки и повторного использования. Европейская практика обращения с отходами базируется на трех ключевых моментах:

− предотвращение образования отходов на стадии изготовления продукции;

− снижение токсичных компонентов и энергосбережение; − повторное использование компонентов потерявшей потребительские

качества продукции, и отходов производства. Особенный упор делается на усовершенствование существующих

технологий переработки и мониторинга. Свалки это признак несоответствия экологическим стандартам

жизнедеятельности человека, поскольку в настоящее время промышленность и жилые массивы производят большое количество отходов, которые невозможно бесследно переработать. Они являются источниками мощнейшего негативного воздействия на окружающую среду, воздух, подземные, грунтовые воды.

Все большее число городов становятся окруженными плотным кольцом свалок. Массовая атрофия совести, забвение элементарных норм природопользования, инертность и бессилие властей, могут привести к полному уничтожению природной зоны вокруг населенных пунктов.

Если учесть еще многочисленные пожары, выемку и вывоз на огороды почвенного слоя, повреждение растительности при бесконтрольном движении автотранспорта по территории леса и другие антропогенные нарушения ландшафта, то общая картина становится еще более удручающей.

148

К сожалению, не всегда понимание важности проблем экологии города осознается городскими властями.

Наш краевой центр, как известно, уже не первый год находится в свалочной блокаде. Десятки разрешённых и несанкционированных свалок приступом берут его в кольцо. И кольцо сужается. Полигоны и свалки промышленных и бытовых отходов зачастую представляют собой огнедышащее чудище. Ситуация усугубляется тем, что почти повсеместно грубо нарушается технология переработки отходов.

Методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО): − строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки; − сжигание отходов на мусоросжигающих заводах; − компостирование (с получением ценного азотного удобрения или

биотоплива); − предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных

компонентов; − пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа воздуха) ТБО при

t = 1700°С. Сегодня наиболее приемлемым методом является строительство

полигонов для организованного и санкционированного хранения отходов и частичной их переработки (в основном методом прямого сжигания).

Конструктивные схемы допускают высоту таких полигонов до 60 м и послойное его загружение с помощью бульдозеров, для чего устраивают пологий внешний откос. Особое внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания отходов 50–100 лет.

Полученный при компостировании пищевых отходов с аэробным окислением органического вещества компост используют в сельском хозяйстве, а некомпостируемые бытовые отходы поступают в специальные печи, где термически разлагаются и превращаются в разные ценные продукты, например в смолу. С каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу выбрасывается 3 кг ингредиентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг золы. На зарубежных мусоросжигающих заводах производится предварительная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает содержание вредных веществ в газах и шлаках, режим сжигания – при t = 900–1000°С; предусмотрена также двухстадийная очистка отходящих газов, в составе которых регламентируется очистка более десяти вредных компонентов, включая дибензодиоксины и дибензофураны (на отечественных заводах – четыре компонента).

На заводах по пиролизу ТБО при t = 1700°С практически утилизируются все материальные и энергетические компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей среды. У нас в стране основная масса твердых бытовых отходов из-за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки, где отходы разлагаются, часто загораются и отравляют воздух токсичными веществами, а дождевые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород, загрязняют грунтовые воды.

149

ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ

К. А. Щелкова, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Россия в недалеком прошлом имела положительный опыт использования вторичного природного сырья. Этот положительный опыт свидетельствует о прямой заинтересованности и ответственной роли государства в решении проблем ресурсосбережения. Иллюстрацией служит один из наиболее комплексных правительственных документов, определявший государственную политику в вопросе ресурсосбережения, Постановление Совета Министров №142 «Об использовании золы и шлака тепловых электростанций в народном хозяйстве». Правительственный уровень постановки задач автоматически становился обязательным для исполнения не только отраслевыми Министерствами (которых оно касалось), но и всеми исполнительными органами союзных республик, краев и областей. В последующие годы административные органы неоднократно принимали решения, нацеленные не только на бережное расходование природных ресурсов, но и на активное использование и переработку различных отходов производства и потребления. Например, Постановление Совета Министров № 608 «О коренном улучшении использования сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов», в 1986-1990 гг. и на период до 2000 года ставило задачу к концу планового периода довести переработку отходов энергетики до 55 млн т, т. е. до 100 % их годового выхода. После 1988 г., в период так называемой перестройки, кривая утилизации отходов резко пошла вниз, так как старая директивная правовая база перестала действовать, а новой, опирающейся на приоритеты рыночной экономики, государство не смогло предложить обществу. Потребовалось немало лет, чтобы создать минимальную нормативно-правовую базу ресурсосбережения, пригодную к применению в период перехода экономики страны к рынку. Но и сейчас эта база не всегда оказывает стимулирующее действие на увеличение объемов и повышение эффективности процесса замещения природного сырья в производстве продукции вторичными ресурсами. Добавки сухой золы к цементу увеличивают пластичность растворов, полые микросферы (также полученные из отходов) расширяют номенклатуру различных композиционных материалов и т. п. Наряду с отмеченной полезностью использования различных отходов и обеспечением при этом сохранности части природной среды решаются и проблемы складирования крупнотоннажных отводов и экологической безопасности опасных отходов. Наиболее ценные в сырьевом отношении отходы уже давно используется в промышленных масштабах как вторичные материальные ресурсы в черной и цветной металлургии, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности, в производстве изделий из термопластов и др. Это дает основания говорить о наличии в России ряда отраслевых сегментов

150

промышленности по сбору и использованию вторичных ресурсов в отраслях промышленности взамен традиционных видов сырья, материалов и топливно-энергетических ресурсов. Высоким уровнем спроса в качестве вторичных ресурсов пользуются лом и отходы черных и цветных металлов, высокосортные марки макулатуры, чистые текстильные, полимерные и древесные отходы, стеклобой, часть минеральных отходов электроэнергетики, металлургии, химии и промышленности строительных материалов. Другие отходы используются в хозяйственных целях в значительно меньших масштабах или совсем не используются. Явно недостаточно вовлекаются в хозяйственный оборот такие много тоннажные виды ВМР как золы и шлаки ТЭС, фосфогипс, галитовые отходы, лигнин, отходы добычи и обогащения полезных ископаемых. Слабо вовлекаются в хозяйственное использование отходы потребления – вышедшая из употребления упаковка, одежда, изделия технического назначения и домашнего обихода, холодильники, стиральные машины, радиоэлектронная техника, изношенные шины, отработанные нефтепродукты, неметаллические фрагменты автомобилей и т.д., что создает экономические и экологические проблемы в каждом регионе России. В России средний уровень использования вторичного сырья можно оценить примерно в 1/3, что в 2 – 2,5 раза ниже, чем в более развитых странах. При этом уровень переработки ТБО в качестве вторичного сырья в среднем не превышает 4 – 5%. В результате имеют место значительные потери материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, содержащихся в отходах, и одновременно продолжается интенсивное накопление неиспользуемых отходов в окружающей среде со скоростью 2 – 2,5 млрд. т/год, что составляет примерно 60 – 70% от количества их образования за год. Применение зол и шлаков ТЭС в качестве строительных материалов является наиболее масштабным направлением и может решить проблему дефицита стройматериалов в регионах Российской Федерации. За счет использования золошлаковых материалов экономится до 30% цемента и более половины природных заполнителей, снижается теплопроводность бетонов, снижается масса зданий и сооружений. Одним из направлений потребления опилок в качестве выгорающей органической вторичной добавки является производство пористого кирпича. Использование опилок позволяет сократить производственный цикл выпуска кирпича, уменьшить его массу и улучшить теплоизоляционные свойства. На производство кирпича поставляется более 1,5 млн. м3 опилок, хотя потенциальная потребность значительно выше. Появился и ряд новых направлений использования опилок и стружки: брикетирование, пеллетирование, производство различных видов строительных материалов, таких как ОСП – ориентированно-стружечных плит, изделий мебельной промышленности, а также деталей машиностроения. Повышенное внимание к использованию вторичных материальных ресурсов объясняется, прежде всего, истощением полезных ископаемых. Кроме того, использование отходов дает прямую экономическую выгоду (сохраняет лес и различные полезные ископаемые) и является дополнительным источником сырья.

151

АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ С УЧЕТОМ

ЛОКАЛИЗАЦИИ ПО РАЙОНАМ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Е. А. Пугаева, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Во всем мире проблема управления твердыми бытовыми отходами (ТБО) является одной из важнейших и занимает в системе городского хозяйства второе место по затратам и инвестициям после сектора водоснабжения и канализации. Обращение с твердыми бытовыми отходами в Ульяновской области регламентируется Законом Ульяновской области от 7 декабря 1998 года №031-ЗО «Об обращении с отходами производства и потребления в Ульяновской области».

ТБО или «твердыми муниципальные отходами» (MunicipalSolidWaste) называются отходы, вывозом, захоронением и обезвреживанием которых традиционно занимаются городские власти. Однако в настоящее время в развитых странах значительное количество ТБО собирается не городскими коммунальными службами, а частными предприятиями, которые также имеют дело с промышленными отходами. ТБО имеют различное происхождение и, кроме отходов, производимых населением, включают также отходы, производимые торговыми предприятиями, различными учреждениями, муниципальными службами и проч. Часть отходов может относиться к опасным (например, ртутные лампы, никель-кадмиевые батареи и т.п.). Все эти отходы объединяет одно – ответственность за их утилизацию ложится на городские власти.

Годовая норма накопления и вывоза отходов, установленная Комитетом ЖКХ мэрии и утвержденная распоряжением мэра г. Ульяновска №378 от 21.05.98 г. составляет 1,25 м3 в год на человека. Ежегодный прирост ТБО, подлежащих сбору, вывозу и утилизации, в среднем на городского жителя составляет 1 – 3 %. Но позднее 1998 года в г. Ульяновске уточнения нормы не происходило, и компании, занимающиеся вывозом мусора, используют в настоящее время те же нормативы.

Состав и объем ТБО чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и многих других факторов. Бумага и картон составляют наиболее значимую часть ТБО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория в России – это органические (пищевые) отходы; металл, стекло и пластик составляют по 7 – 9% от общего количества отходов. Примерно по 4% приходится на дерево, текстиль, резину и т.п. Главные негативные воздействия скоплений мусора – это воздействие через воздух и воду. Воздействие на воздух происходит за счет ферментации (гниения) ТБО, в результате чего образуются вредные и дурно пахнущие газы. Воздействие на воды, в первую очередь подземные воды, осуществляется за счет

152

образующегося и накапливающегося в ТБО фильтрата, обладающего токсичными свойствами.

В Ульяновской области используется несколько способов утилизации твердых бытовых отходов, к которым можно отнести:

− Сжигание ТБО позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества и отопления. Однако сжигание ТБО также является одним из наиболее сложных и опасных.

− Компостирование – это технология переработки отходов, основанная на их естественном биоразложении. Наиболее широко компостирование применяется для переработки отходов органического – прежде всего растительного происхождения. Существуют технологии компостирования пищевых отходов, а также неразделенного потока ТБО. Конечным продуктом компостирования является компост, который может найти различное применение в городском и сельском хозяйстве.

− Вторичная переработка – компоненты ТБО могут быть переработаны в полезные продукты. Из ТБО может быть выделено следующее вторичное сырье:

− бумага: газеты, картон, высококачественная бумага, cмешанная бумага; − алюминий; − стекло: прозрачное, зеленое, коричневое; − пластик; − аккумуляторы и бытовые батарейки. При использовании различных способов утилизации возникают

проблемы, которые необходимо решать. Рассмотрим несколько путей решения поступающих проблем.

1. Сортировка мусора, как составная часть решения проблемы ТБО. Сортировка ТБО является определенной проблемой. Состав ТБО

неоднороден. В них находятся различные фракции, которые представляют интерес для использования в качестве вторичного сырья. С другой стороны, извлечь их каким-либо механическим устройством достаточно сложно, т.к. они находятся в общей массе мусора. Сложность сортировки ТБО, приводит к тому, что для крупных городов рассматриваются варианты использования ТБО в качестве топлива. Однако следует учесть, что в этом случае происходит загрязнение атмосферы аэрозолями, а также при этом могут образовываться и другие токсичные органические соединения. Для сортировки ТБО могут использоваться 2 возможных подхода:

− сортировка мусора в месте сбора, т.е. в каждой квартире и собирать различные фракции раздельно;

− сортировать всю массу бытового мусора, перемешанного в мусоропроводах или общих контейнерах, централизовано на специальных предприятиях с помощью различных механизированных линий и устройств.

153

Опыт применения различных механизированных устройств для сортировки ТБО показал, что их использование имеет очень низкую экономическую эффективность.

2. Линия сортировки мусора. В качестве такого метода можно рассмотреть ручную сортировку

перемешанных или частично перемешанных ТБО с транспортерной ленты. Преимуществом такого метода является то, что для разделения фракций ТБО используются возможности человека – участника технологического процесса, эффективная замена которого механизмами при сложном составе сортируемого мусора в настоящее время, по-видимому, не представляется возможной. Не используются сложные механические устройства для разделения фракций. Основным механизированным устройством является транспортерная лента. При этом работники могут быть оснащены дополнительными вспомогательными устройствами – мини-грабли, нож-секач и пр. К недостаткам метода можно отнести необходимость использования ручного труда, соответственно более высокие требования к технике безопасности.

3. Экологическая программа. Еще одним из способов решения проблем утилизации отходов является

проведение в городе Экологической программы. Суть данной программы состоит в раздельном сборе отходов жителями г. Ульяновска. Экологическая программа поможет утилизирующим компаниям облегчить процесс сортировки и дальнейшему его размещению. Соответственно данный сбор может снизить жителям плату за услуги ЖКХ по вывозу мусора и предотвратить дальнейший рост цен. Для проведения экологической программы необходимо совершенствование контейнеров для мусора. Контейнеры должны быть для сбора разных видов отходов:

− бумаги, картона; − стекла; − пластика, ветоши, металла. Эти контейнеры необходимо обозначить наклейками или раскрасить в

разные цвета для распознавания. Cложившаяся проблема по утилизации ТБО является приоритетной и

актуальной. Строительство новых полигонов ТБО требует больших денежных затрат и отчуждению земель под строительство и эксплуатацию полигонов. Утилизацию отходов можно производить несколькими способами. Но сжигание ТБО на мусоросжигательных заводах может привести к негативным воздействиям: выбросы различных газов, зольных веществ в атмосферу. Поэтому необходимо решать проблему более безопасным методом, но и не забывая про экономическую сторону этого вопроса. На данный момент строительство линий сортировок мусора также является дорогостоящим, но это может окупаться за счет реализации вторичных ресурсов, добытых при сортировке ТБО. А так как закупочные цены на вторичные ресурсы резко упали в условиях экономического кризиса, то данный способ можно рассматривать как альтернативный метод в будущем.

154

ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

А. А. Рыбакова, студентка гр. ИЗОбд-21 Научный руководитель – ассистент кафедры «БЖД и ПЭ»


Проблема управления природоохранной деятельностью ещё в начале 70-х годов XX века приобрела статус одной из самых приоритетных и острых проблем, стоящих перед человечеством. Создание надежного и эффективного механизма, способного обеспечить сбалансированное решение экономических задач проблем сохранения окружающей природной среды для удовлетворения жизненных потребностей населения, является основной задачей управления природоохранной деятельностью, как в России, так и за рубежом.

Субъектами деятельности по охране окружающей среды являются: государство, его органы, муниципальные образования, организации, учреждения, предприятия, общественные движения и объединения, граждане. Объектом рассмотрения является управление в сфере охраны окружающей природной среды на федеральном уровне, предметом – процесс реализации функций государства по осуществлению данной деятельности.

Государственные органы, производящие надзор в области охраны окружающей среды подразделяют на 3 группы:

− органы комплексного экологического управления (Министерство природных ресурсов и экологии, Министерство сельского хозяйства, Министерство здравоохранения);

− органы отраслевого экологического управления (Росприроднадзор, Росводресурсы, Рослесхоз, Роснедра);

− органы функционального экологического управления (Росгидромат, Ростехнадзор, Роспотребнадзор, Росстат) [1, с. 223].

Основными функциями вышеперечисленных государственных органов являются: подзаконное нормотворчество, экологическое нормирование, экологическая экспертиза, наблюдение за состоянием окружающей среды (экологический мониторинг), экологическое воспитание и образование, контроль над использованием и охраной объектов природы. В контексте экологического законодательства перечисленные функции представляют собой основные меры охраны окружающей среды и обеспечения рационального использования природных ресурсов. В совокупности эти меры образуют эколого-правовой механизм. В контексте же государственного управления эти меры являются основными направлениями их деятельности [3, с. 158].

Основы правового регулирования отношений государственного экологического надзора заложены в федеральных законах «Об охране окружающей среды» и «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного контроля и муниципального контроля». Федеральным законом «Об охране окружающей среды» надзор подразделяется на федеральный и региональный [1, с. 238].

155

Система охраны окружающей среды включает методы и рычаги воздействия: законодательные, информационные (мониторинг, картографирование), административные (экологическая экспертиза и аудит, лицензирование и сертификация), экономические санкции и стимулы [2, с. 288].

Основным инструментом государственной экологической политики в Российской Федерации является правовой инструмент. К нему относят экологическое регулирование, которое осуществляется правительственными органами и местной администрацией на основе, прежде всего, национального законодательства и международных соглашений. Информационной базой экологического регулирования служит экологический мониторинг.

Государственный экологический мониторинг – это комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды, осуществляется в рамках единой системы государственного экологического мониторинга [4].

Государственное экологическое управление – это сфера с уникальными объектами регулирования, и федеральный уровень – это именно тот уровень, на котором следует решать такие глобальные проблемы, как охрана окружающей природной среды, её рациональное использование, защита и восстановление.


1. Гальперин М.В. Экологические основы природопользования : учебник.

− М. : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003. – 256 с.: ил. – (Профессиональное образование).

2. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: Хранение, утилизация, переработка. – М. : ФАИР-ПРЕСС, 2002. – 356 с.

3. Тагаева Т.О. Развитие системы государственного регулирования природоохранной деятельности в России // ЭКО. – 2014. − №3. – С.154 – 169;

4. Федеральный закон от 5.03.1992 г. №2446-I «О безопасности».

156

НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ

СТАНДАРТИЗАЦИЯ Е. А. Пугаева, студентка гр. ИЗОбд-41


Человечество не может позволить себе дальнейшее бесконтрольное

загрязнение окружающей природной среды, при этом вряд ли возможно ограничить масштабы хозяйственной деятельности. Единственный выход в подобной ситуации – выработка рациональных способов взаимодействия с окружающей природой. Одним из таких способов служит нормирование качества окружающей природной среды.

Нормирование качества ОПС представляет собой, прежде всего, деятельность по установлению нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий на окружающую среду. При этом учитывается наиболее распространенный и к тому же опасный вид отрицательного воздействия загрязнения ОПС. Под ним, как известно, понимают физическое, химическое, биологическое изменение последнего, вызванное антропогенной деятельностью и содержащее угрозу причинения вреда жизни и здоровью человека, состоянию растительного и животного мира экологических систем природы.

Качеством ОПС надлежащего уровня считается такое состояние ее экологических систем, которое постоянно и неизменно обеспечивает процесс обмена веществ, энергии и информации между природой и человеком и беспрепятственно воспроизводит, и обеспечивает жизнь. Оно поддерживается, прежде всего, самой природой путем саморегуляции, самоочищения от вредных веществ и явлений.

Нормативы качества ОПС подразделяются на три группы: санитарно-гигиенические, экологические (производственно-хозяйственные) и комплексные, сочетающие в себе признаки первой и второй групп.

Согласно Закону «Об охране окружающей среды», нормирование качества окружающей среды ставит целью установление научно-обоснованных предельно допустимых норм воздействия на окружающую среду, гарантирующих экологическую безопасность и охрану здоровья населения, обеспечивающих предотвращение загрязнение окружающей среды, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

Нельзя полностью ликвидировать вредное влияние отходов хозяйственной деятельности человека на природу. Но можно добиться постепенного снижения этого воздействия, путем установления определенного равновесия между загрязнением природной среды и нормальным её функционированием, позволяющим избежать нарушения природного баланса. Это задача и возлагается на экологические нормативы.

157

Из всех вредных химических веществ, регулярно попадающих в организм человека, около 70% поступает с пищей. Попадая в организм человека в основном с продуктами животного и растительного происхождения, загрязняющие вещества накапливаются в организме постепенно, проявляя патологическое действие, которое по своему характеру может быть:

1) общетоксическим с преимущественным поражением центральной нервной системы, нарушением метаболических (обменных) процессов, пищеварения и усвоения пищевых веществ;

2) иммуномодулирующим, проявляющимся как способность вызывать опасные отдаленные последствия (канцерогенное, мутагенное, аллергенное, тератогенное, эмбриотоксическое).

Медико-биологические исследования воздействий загрязнения на здоровье человека показывают, что большинство исследованных химических веществ вызывают комплексные вредные воздействия на организм человека.

Сложное воздействие загрязнений окружающей среды привело к необходимости нормирования качества среды, т.е. к определению норм, или пороговых уровней, различных негативных воздействий, при которых они могут считаться относительно безвредными для здоровья.

Нормативы в области охраны окружающей среды – установленные нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.

Нормативы качества окружающей среды – нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда.

Нормативы качества окружающей среды устанавливаются для оценки состояния окружающей среды в целях сохранения естественных экологических систем, генетического фонда растений, животных и других организмов.

Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду – нормативы, которые установлены в соответствии с показателями воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и при которых соблюдаются нормативы качества окружающей среды.

Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду должны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды с учетом природных особенностей территорий и акваторий. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» сохраняет общий смысл экологических требований – лимиты на выбросы и сбросы могут устанавливаться при невозможности соблюдения нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов. Соответствующие разрешения действуют только в период проведения мероприятий по охране окружающей среды, внедрения наилучших существующих технологий и (или) реализации других

158

природоохранных проектов с учетом поэтапного достижения установленных нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов.

Установление лимитов на выбросы и сбросы допускается только при наличии планов снижения выбросов и сбросов, согласованных с органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды. Утверждение нормативов образования отходов и лимитов на их размещение осуществляется территориальными органами Министерства природных ресурсов РФ. Под термином «стандарт» понимается нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный компетентным органом.

В зависимости от сферы действия и уровня утверждения стандарты принято подразделять следующим образом:

− государственные (ГОСТ), действующие на всей территории СССР; − отраслевые (ОСТ), утверждаемые на уровне министерства и

обязательные для всех предприятий отрасли; − стандарты предприятий и объединений (СТП), обязательные только

для предприятия, утвердившего данные стандарты. Кроме того, в России действуют международные стандарты.

Их применение обязательно для всех предприятий, вне зависимости от их подчинения во всех отраслях народного хозяйства. Также действуют технические условия (ТУ) на конкретные типы, марки, артикулы продукции.

Федеральный закон «Об охране окружающей среды» объединяет стандарты и иные нормативные документы, устанавливая для них общий предмет регулирования: требования, нормы и правила в области охраны окружающей среды к продукции, работам, услугам и соответствующим методам контроля; ограничения хозяйственной и иной деятельности в целях предотвращения ее негативного воздействия на окружающую среду; порядок организации деятельности в области охраны окружающей среды и управления такой деятельностью. Таким образом, нормирование качества окружающей среды – это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на окружающую среду.

Цель нормирования – установление предельно допустимых норм воздействия на окружающую природную среду, гарантирующих экологическую безопасность человека и сохранение генетического фонда, обеспечивающих использование природных ресурсов без ущерба и их воспроизводство в условиях эффективного хозяйствования. Нормативы предельно допустимых вредных воздействий, равно как и методы, их определения, утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора. С течением времени по ходу развития науки и техники нормативы изменяются, при этом учитываются международные стандарты.

159

СОЗДАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ Т. Н. Мускина, студентка гр. ИЗОбд-41


Состояние использования водных ресурсов в районах интенсивного

индустриального развития и современные требования к количеству сбрасываемых сточных вод в водоемы и содержанию в них вредных веществ со всей очевидностью показывают, что наиболее оптимальное решение проблемы предотвращения загрязнения источников воды и уменьшения ее дефицита заключается в создании экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов.

Современный арсенал технических средств обеспечивает получение чистой воды практически из любых сточных вод, выбор требуемых степени и способа очистки, направлений использования сточных вод и извлечения из них веществ определяется преимущественно технико-экономическими показателями. Недопустимо ориентироваться на возможность дальнейшего сброса загрязненных, недостаточно очищенных или даже нормативно очищенных сточных вод в поверхностные и подземные водоемы — источники водопользования. Как исключение можно закачивать в подземные, надежно изолированные горизонты небольшие количества стоков, другие методы очистки и применения которых не найдены. Исходя из этого, в практических проработках наиболее правильно оценивать всегда несколько вариантов систем производственного водоснабжения, которые в конечном итоге определяют минимальное потребление свежей воды, обеспечивают обоснованность многократного использования воды на различных технологических операциях, принятый способ очистки сточных вод с возвратом очищенной воды в оборотные системы и утилизацией уловленных продуктов. С учетом экологического фактора, т. е. предотвращенного ущерба, затраты на создание подобных систем должны быть минимальными.

Под замкнутой системой водного хозяйства территориально-промышленного комплекса или района понимается система, включающая использование очищенных производственных и городских сточных вод и поверхностных стоков на промышленных предприятиях, земледельческих полях орошения при выращивании сельскохозяйственных культур, для полива лесных угодий, обводнения водоемов, а также исключающая образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Создание системы повторного использования воды является одним из этапов экологического и рационального подхода к сохранению водных ресурсов страны. Решение указанной проблемы позволяет сократить потребление природных вод и резко снизить загрязненность токсичными примесями.

При создании системы повторного водоснабжения на конкретном предприятии необходим предварительный анализ потребителей воды,

160

источников загрязнений, природы и концентрации примесей в стоках, образующихся после каждой операции, а также технологических требований к очищенной воде. Такой анализ дает возможность выявить точки излишнего водопотребления, разделения потоков, а также несовершенство технологических процессов.

Отдельным вопросом разработки является выбор оптимального способа очистки стоков с целью максимального удаления токсичных примесей, характерных именно для рассматриваемого загрязняющего источника.

В настоящее время производства аккумуляторных батарей стоят перед необходимостью решения, по крайней мере, двух эколого-технических задач:

− очистки сточных вод; − переработки использованных батарей с целью выделения из лома

соединений свинца. При решении первой задачи обычно используют методы осаждения и

сорбции с применением в качестве реагентов веществ, образующих труднорастворимые соли свинца. Вторая задача решается с помощью пиро- или гидрометаллургических приемов.

Замкнутое оборотное водоснабжение промышленных предприятий в последнее время получает все большее применение. Оно дает большой экономический эффект, но гораздо большее значение имеет экологический эффект – прекращение загрязнений рек, в которые раньше сбрасывались не очищенные сточные воды. Однако создание систем водного хозяйства промышленных предприятий, использующих воду в замкнутом цикле без сброса сточных вод в водоем, не решает в целом проблему охраны водных источников от истощения и загрязнения.

Полное решение этой проблемы связано с использованием в промышленности очищенных городских сточных вод и поверхностного стока при условии обеспечения установленного санитарно-гигиенического состояния рабочих мест и исключения загрязнения окружающей природной среды.

161

МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА

К. А. Щелкова, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»

Е. Н. Калюкова Когда-то нефть, газ и уголь – традиционные энергоресурсы обеспечили

человечеству промышленную революцию и инновационный скачок. Сегодня даже по самым оптимистичным расчетам ископаемых ресурсов может хватить лишь на несколько веков. Поэтому без сомнения, будущее планеты за возобновляемыми источниками энергии.

В мировой практике газоснабжения накоплен достаточный опыт использования возобновляемых источников энергии, в том числе энергии биомассы. Наиболее перспективным газообразным топливом является биогаз, интерес, к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под биогазами подразумеваются метансодержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы.

Одним из способов получения биогаза является способ анаэробного (без доступа кислорода), сбраживании или ферментации (перепревании) органических веществ биологической массы самого различного происхождения при температуре 30 – 370 °С, а так же при постоянном перемешивании загруженного сырья, периодической загрузке исходного сырья в емкость для ферментации и выгрузке сброженного материала. Емкость, в которой происходит процесс сбраживания, называется метантенком илиреактором. При соблюдении всех оговоренных выше условий под действием имеющихся в биомассе бактерий органические вещества разлагаются и образуют смесь газов, которая называется биогаз. Для получения биогаза могут быть использованы отходы обработки сельскохозяйственных культур – силос, солома, пищевые и другие отходы ферм, навоз, птичий помёт, сточных вод и тому подобное сырье, содержащее органические вещества. Важно, чтобы среда сырья была нейтральной, без веществ, которые мешают действию бактерий, например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.

Исходный субстрат постоянно подается в резервуар до его заполнения. Выгрузка сброженного субстрата производится один-два раза в год в период внесения удобрений в почву. При этом часть сброженного осадка специально оставляется в реакторе и служит затравочным материалом для последующего цикла сбраживания.

Биогаз содержит 50 – 80 % метана (СН4), 50 – 20 % диоксида углерода (СО2), 0 – 3 % сероводорода (Н2S), а так же примесей: водорода, аммиака и окислов азота. Биогаз не имеет неприятного запаха.

Эффективность сбраживания зависит от соблюдения анаэробных условий, температурного режима и продолжительности сбраживания.

162

Сегодня широчайшее распространение получила технология полигонного захоронения твердых бытовых отходов с целью получения свалочного газа – газа, образующегося в результате разложения мусора под слоем земли. Все дело в том, что при разложении бытовых отходов выделяется газ, содержащий в себе до 60 % метана, благодаря чему он может быть использован в качестве местного топлива. Если брать усредненные цифры, то можно сказать, что при разложении одной тонны ТБО образуется не менее 100 – 200 м3 свалочного газа. Для сбора свалочного газа необходимо предварительно оборудовать полигон необходимыми приборами и коммуникациями. На полигонах ТБО образующийся биогаз собирается с помощью систем горизонтальных или вертикальных труб (часто их используют совместно). Эти трубы диаметром 10 – 15 см по всей длине имеют щели и отверстия, через которые проникает газ. Горизонтальные трубы закладываются, как правило, на ранних этапах создания полигона ТБО, а вертикальные могут закладываться заранее (что намного дешевле) либо буриться после. Трубы обязательно обсыпаются дренажным материалом (щебенка). Биогаз через систему вертикальных и горизонтальных труб, расположенных в толще ТБО, поступает в газопровод, а затем в газосборный пункт.

Биогаз можно использовать: - для покрытия собственных энергетических нужд БГУ; - для покрытия энергетических нужд очистных сооружений и

сельскохозяйственных производств; - в качестве горючего для двигателей транспортных средств; - для получения электроэнергии; - для подпитки сетей природного газа. В европейской практике 75% биогаза производится из отходов сельского

хозяйства, 17% – из органических отходов частных домохозяйств и предприятий, еще 8% – канализации (установка в канализационно-очистных сооружениях). Первое место по количеству действующих биогазовых заводов принадлежит Германии. Только 7% производимого данными предприятиями биогаза поступает в газопроводы, остальное – используется для нужд производителя. В перспективе 10 – 20% используемого в стране натурального газа может быть заменено биогазом. В Дании данный вид топлива обеспечивает почти 20% энергопотребления страны.

В России, рынок биогаза имеет большой потенциал для роста: достаточно как сырья для производства биогаза (наша страна имеет значительные сельскохозяйственные площади и высокую численность населения), так и потенциальных потребителей энергии и тепла (многие населенные пункты не имеют централизованного энергоснабжения, газоснабжения, теплосетей).

Общий годовой объём органических отходов в России составляет порядка 625 миллионов тонн, из которых можно получить 31 млн. м3 биогаза, который в свою очередь может быть использован для выработки 69 ГВт энергии или 86 ГВт тепла.

163

http://ztbo.ru/o-tbo/stati/gaz/svalochnij-gaz-proizvodstvo-poluchenie-sbor-primenenie

ГОСУДАРСТВЕННО-ЧАСТНОЕ ПАРТНЕРСТВО В СФЕРЕ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ

Н. Ю. Зубова, студентка гр. ИЗОбд-41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


Государственно-частное партнерство (ГЧП) – для России относительно новая форма средне- и долгосрочного взаимодействия государства и бизнеса для решения общественно значимых задач на взаимовыгодных условиях.

ГЧП имеет широкий спектр различных форм: − любые взаимовыгодные формы взаимодействия государства и бизнеса; − государственные контракты; − арендные отношения; − финансовую аренду (лизинг); − государственно-частные предприятия; − соглашения о разделе продукции (СРП); − концессионные соглашения. В России наблюдается стремительный рост в области проектов на основе

государственно-частного партнерства (ГЧП) − более 200 масштабных ГЧП проектов. Как на федеральном, так и на региональном уровнях государство оказывает значительную поддержку в их реализации.

Применяемую на сегодняшний день модель управления сферой ГЧП и взаимодействия органов исполнительной власти муниципалитетов и частного бизнеса можно представить следующим образом. Вся затратная часть ложится на бюджет города, а вся прибыльная остается у частных организаций. На данный момент организации получают прибыль только с коммерческих отходов (5 – 7% от общей массы отходов). Это не является решением экологической проблемы региона. Это приводит к неполной и некачественной утилизации отходов: остатки от переработки мусора ложатся тяжелым бременем на город и область, а это до 95 % отходов. Более того, никто из владельцев данного бизнеса не собирается заниматься уже имеющимися свалками мусора, так как это экономически невыгодно. Таким образом, данная модель взаимодействия не решает проблемы муниципалитетов в сфере обращения отходов.

В целях увеличения количества отходов, вовлекаемых в хозяйственный оборот, необходимо, прежде всего, создание инфраструктуры сбора, сортировки, первичной обработки и переработки отходов. Однако имеется ряд проблем и ограничений на реализацию таких проектов администрациями из средств бюджета: оценка потребности в финансировании недостоверна, бюджетное финансирование ограничено, отсутствуют компетенции по подготовке межмуниципальных проектов, ориентированных на привлечение частных инвестиций, обращение с отходами не является приоритетом для

164

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B0

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BD%D0%B3

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BE_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F

администраций. Проблемы обращения с отходами типичны для субъектов Российской Федерации и муниципальных образований. В связи с этим имеется возможность реализации массово повторяющихся однотипных инфраструктурных проектов с привлечением внебюджетного финансирования и компетенций частного сектора. Тем не менее, в действительности, в сфере обращения с отходами реализуется малое количество проектов частного бизнеса. Это связано с наличием ряд рисков, которыми не может управлять частный инвестор, но которые критически влияют на возможность реализации проектов.

Государственно-частное партнерство в современном мире при грамотном и рациональном поведении – механизм, который может стать основой создания высокотехнологических корпоративных структур, призванных обеспечить ориентацию бизнеса и государства на решение задач, связанных с выводом реального сектора экономики из финансового кризиса.

165

ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ СТАРЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Т. Н. Мускина, студентка гр. ИЗОбд 41 Научный руководитель – доцент кафедры «БЖД и ПЭ»


За последние годы проблема сбора и утилизации отслуживших автомобилей и изношенных компонентов становится все более актуальной для многих регионов России.

Отслужившие автомобили, кузова, изношенные и поврежденные автомобильные компоненты бросаются во дворах домов, в пустынных местах, на неорганизованных свалках, загрязняя городские территории и природные ландшафты. При выполнении работ, связанных с ремонтом, техобслуживанием, мойкой автомобилей происходит накопление изношенных деталей: шин, аккумуляторных батарей, стекла, металлических и полимерных изделий, отработанного масла и других эксплуатационных жидкостей. Эти детали и материалы обычно просто вывозятся на свалки, хотя такие отходы содержат большое количество вредных веществ, загрязняют почву и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Основными причинами такого положения являются следующие:

− отсутствие у автовладельцев заинтересованности сдавать отслужившие автомобили и изношенные автомобильные компоненты на утилизацию;

− отсутствие документального подтверждения утилизации (сертификата об утилизации) для снятия автомобиля с учета;

− отсутствие у промышленных предприятий заинтересованности собирать и перерабатывать отслужившие автомобили, кузова и автомобильные компоненты;

− отсутствие в России и субъектах Федерации нормативно–правовой базы, стимулирующей и организующей работу системы по сбору и переработке отслуживших автомобилей и автомобильных компонентов (система авторециклинга);

− отсутствие инфраструктуры авторециклинга. В 2015 году в Ульяновской области продлена программа по утилизации

старых автомобилей. В нем представлен список пунктов приема автомобилей и скидки, которые можно получить при сдаче автомобиля на утилизацию.

Для того чтобы в стране появилась и начала функционировать система авторециклинга, необходимо в первую очередь устранить сформулированные выше проблемы, то есть разработать и установить такие положения:

− чтобы владельцы старых автомобилей были заинтересованы в снятии отслужившего автомобиля с регистрации и передаче на утилизацию;

166

− чтобы была обеспечена и финансировалась инфраструктура сбора, транспортировки и переработки отслуживших автомобилей и изношенных компонентов;

− чтобы производители (импортеры) автомобилей несли ответственность за произведенные автомобили на протяжении их полного жизненного цикла, предоставляли компаниям-утилизаторам подробную информацию об автомобильных компонентах и материалах, чтобы облегчить их демонтаж и рециклинг, а также учитывали технические аспекты их утилизации еще на стадии проектирования и изготовления новых автомобилей.

167

ПЕРЕХОД РОССИИ К УСТОЙЧИВОМУ РАЗВИТИЮ. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ

С. М. Янова, студентка гр. ИЗОбд-21 Научный руководитель – ассистент кафедры «БЖД и ПЭ»


Концепция устойчивого развития – модель развития цивилизации, которая исходит из необходимости обеспечить мировой баланс между решением социально-экономических проблем и сохранением окружающей среды. Необходимость принятия концепции устойчивого развития обусловлена общепланетарной угрозой деградации окружающей среды. Эта угроза вызвана негативными последствиями научно-технического прогресса. Она усиливается взрывоопасным приростом населения в развивающихся странах. Все это углубляет дисбалансы между природой, человеком и обществом.

С экологической точки зрения устойчивое развитие должно обеспечивать стабильность биологических и физических систем. Особое значение имеет жизнеспособность локальных экосистем, от которых зависит глобальная стабильность всей биосферы в целом [1].

Ограниченность ресурсов давно уже осознается как фундаментальный экономический факт. Однако вывод о фактической небесплатности «даровых благ природы» был сделан только в рамках концепции устойчивого развития. В настоящее время имеется большое число самых разных подходов к оценке стоимости природных ресурсов. Однако при решении вопроса о взаимозамещаемости производственного, природного и человеческого капитала и особенно при стоимостной оценке природных ресурсов возникают проблемы интерпретации. Выяснилось, что долгосрочные экономические проекты, при осуществлении которых принимаются во внимание природные закономерности, в конце концов, оказываются экономически эффективными, а осуществляемые без учета долгосрочных экологических последствий – убыточными. Переход к устойчивому развитию должен обеспечить на перспективу сбалансированное решение проблем социально-экономического развития и сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала, удовлетворение потребностей настоящего и будущих поколений людей.

Переход к устойчивому развитию – процесс весьма длительный, так как требует решения беспрецедентных по масштабу социальных, экономических и экологических задач. Начальный этап перехода России к устойчивому развитию предопределен необходимостью решения острых экономических и социальных проблем. Одновременно следует разработать программы оздоровления окружающей среды в зонах экологического кризиса и начать их планомерное выполнение. На следующем этапе должны осуществляться основные структурные преобразования в экономике, технологическое обновление, существенная экологизация процесса социально-экономического

168

развития. В дальнейшем постепенно должна решаться проблема гармонизации взаимодействия с природой всего мирового сообщества.

Устойчивому развитию России мешает отсутствие согласия и объединенной политической воли в нашем обществе. Значительное негативное влияние на переход к устойчивому развитию оказывает экстенсивный характер экономики, сопровождающийся неэффективным использованием природных ресурсов, отсутствием системы переработки бытовых и производственных отходов и т. д.

Необходимо разрабатывать и внедрять научно обоснованные международные нормативы, новые экологически чистые технологии. С экологическими проблемами не справиться без более эффективной международной обучающей системы, предметом изучения которой являлся бы мир, в котором мы живём. Рациональное использование, а не эксплуатация природных ресурсов, сохранение, а не разрушение экосистем, которые требуют коллективной ответственности за мировое достояние, − это ключевые моменты для перехода к устойчивому развитию, как в России, так и за ее пределами.


1. Сергеев А.А. Оценка воздействия климатических изменений и их

последствий на устойчивость экономического развития // Сибирская финансовая школа: АВАЛЬ. − 2010. − №5. − С. 14 – 19.

2. Региональные проблемы устойчивого развития России : сб. науч. тр. / гл. ред. А. В. Антонов. − М. : МГУЛ, 2004. − 209 с.

169

ПОСТРОЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-АЛГЕБРАИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ

А. В. Тюрин, студент гр. Рбв-21 Научный руководитель – профессор кафедры «Электроснабжение»

С. А. Курганов

Рассмотрим фильтр нижних частот второго порядка по Саллену и Ки [1] с нелинейным нагрузочным сопротивлением – ограничителем напряжения, вольтамперная характеристика которого i = au3. Принципиальная схема фильтра представлена на рис. 1,а, а его схема замещения – на рис. 1,б. Параметры элементов фильтра с частотной характеристикой по Баттерворту имеют следующие значения: частота среза 12 кГц; g1 = 0.1∙10-4 1/Ом; С2 = 132 пФ; g3 = 0.3∙10-5 1/Ом; С4 = 41 пФ; коэффициент передачи усилителя k = 0.9; выходное сопротивление Rk = 1000 Ом. Требуется найти переходную характеристику коэффициента передачи напряжения.

Рис. 1. Исходная схема (а) и схема замещения (б) фильтра нижних частот второго порядка

В схеме замещения фильтра на рис. 1,б стрелками напряжений u1, u2 и u3 отмечены стороны линейного 3х2-полюсника. Его параметры проводимости находятся аналогично параметрам многополюсника в схеме дифференциального усилителя. Используя их символьные выражения, запишем дифференциально-алгебраической системы (ДАС) фильтра

)2(,0)/1()/()(

)1(;0/;0)()(/

13312313123

33231324

13312313112

=−++++−++

=−+−=−++−++

eguRggugRkuggauugugugdtduC

egugguguggdtduC

kk

где e = Heaviside(t) – функция Хевисайда.

Решим полученную систему при указанных выше численных значений параметров явным методом Рунге-Кутта четвертого порядка, реализованного в математической системе Maple [2]. Неизвестное начальное условие u3(0+) находится исходя из нулевых начальных значений для u1 и u2 решением нелинейного алгебраического уравнения (1) в упомянутой уже системе Maple

Rн

g1 C2

C4

uн

uin

k

а

Rн

g1 C2

C4

uн= u3 Rk

e u2

u1

ku2

б

170

> fsolve((g1 + g3 + 1/Rk)u3 – g1e + au3^3 = 0).

В результате u3(0+) = 0.9999013343820501e–2 В.

Используя начальные условия, решаем систему (1)–(2) с помощью процедур:

> sys2:= a* u3(t)^3 + (g1+g3)*u1(t) – (k/Rk+g3)* u2(t)+(g1+g3+1/Rk)* u3(t)–g1e,

C2*diff(u1(t), t) + (g1+g3)* u1(t)–g3* u2(t)+(g1+g3)* u3(t)–g1e =0,

C4*diff(u2(t), t) –g3* u1(t)+g3 * u2(t)–g3* u3(t) =0;

> fcns:={ u1(t), u2(t), u3(t)};

> F:=dsolve({sys2, u1(0)=0, u2(0)=0, u3(0)=0.9999013343820501e–2}, fcns,

numeric).

График переходной функции hн(t) = u3(t) для фильтра с нелинейной нагрузкой дан на рис. 2,а. На рис. 2,б для сравнения приведен график для того же фильтра, но без нагрузки.

Рис. 2. Графики переходной функции фильтра с нагрузкой (а) и без нагрузки (б)


1. Хейнлейн В.Е., Холмс В.Х. Активные фильтры для интегральных схем.

– М.: Связь, 1980. – 656 с. 2. Дьяконов В.П. Математическая система Maple V R3/R4/R5. – М.:

Солон, 1998. – 399 с.

а б t, c t, c

hн h

171

СОДЕРЖАНИЕ

И. А. Маркина Сравнение точностей расчета определителя матрицы Гильберта в системах Scilab и Derive………………………………………………………………….. А. А. Чаадаев Особенности определения аргумента комплексных сопротивлений при расчёте параметров четырёхполюсников…………………………………………… О. А. Сухенко Принцип работы радиопередатчика (радио жучка)…………………………………….. М. Е. Ротанов Прибор для определения процентного соотношения смешиваемых жидкостей в смеси………………………………………………………………………….. И. В. Николаев, А. В. Назаров Электромагнитный ускоритель масс……………………………………………………… Е. Э. Васин Принцип работы «Вечного фонаря»………………………………………………………. Д. С. Афанасьев Использование программы SMATH STUDIO для решения задач по электротехнике… А. В. Романов Экспериментальные исследования распределения напряженности магнитного поля постоянных магнитов………………………………………………………………………. И. И. Шакуров Коммутатор для измерения теплового режима трансформаторов………………………. И. И. Шакуров Методика измерения постоянного магнитного поля датчиком Холла………………….. П. О. Петров Калибровка датчика Холла………………………………………………………………… А. Сергеев Емкость и конденсаторы…………………………………………………………………… Д. В. Байгазин Применение возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве Ульяновской области……………………………………………………………………….. М. С. Демин Применение когенерирующих установок на биогазе в энергетике Ульяновской области……………………………………………………………………….. Р. Ш. Вахитов, А. В. Трунилин Исследование распределения токов со стороны ВН силового трансформатора при однофазных коротких замыканиях на стороне НН………………………………………. Р. А. Еланский Формирование программ испытаний электрооборудования и электроустановок…….. И. В. Жимолостнов, Д. Л. Лотарев Состояние исследований в области новых токоограничивающих аппаратов на основе жидкометаллических предохранителей…………………………………………………… И. П. Воробьева Выбор оптимальной ценовой категории предприятия………………………………….. В. А. Ефимов Экологические проблемы при строительстве и эксплуатации воздушных линий электропередач………………………………………………………………………………

3 5 8 10 13 16 18 21 22 23 25 27 33 37 41 44 47 49 54

172

О. О. Крежевский Пакет тестирующих программ межотраслевые правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок» (МПОТ-2014)…………………………………….. А. В. Куташов Разработка методических указаний по расчету аварийных режимов в системах электроснабжения…………………………………………………………………………... А. В. Куташов Построение векторных диаграмм при анализе работы электрооборудования…………. Д. О. Мошин Исследование особенностей и задач электроснабжения сельского хозяйства на примере Мелекесского района Ульяновской области………………………………… В. Н. Сидонова Разработка методических указаний по электромеханическим переходным процессам........................................................................................................... А. С. Храмов Методические указания по расчету надежности в системах электроснабжения………. В. Н. Тимофеев Уменьшение уровня высших гармоник тока в коммунально-бытовых и компьютерных сетях…………………………………………………………………….. И. А. Усачев Исследование возможности применения солнечной энергии для электроснабжения жилых зданий……………………………………………………………………………….. И. А. Усачев Расчет установившегося симметричного режима электроэнергетической системы……………………………………………………………………………………… И. В. Царева, Е. К. Немирова, О. В. Цыликов Жидкометаллические самовосстанавливающиеся предохранители……………………. Н. А. Ятманов Расчет режима трехфазного КЗ во всех точках системы электроснабжения…………… Н. А. Ятманов Применение систем компьютерной математики в учебном процессе………………….. С. Б. Алькин Предохранительные клапаны прямого действия…………………………………………. И. В. Назаров Предохранительный пружинный клапан…………………………………………………. С. С. Мериканова Расходомеры постоянного перепада давления…………………………………………… С. С. Мериканова Регуляторы давления прямого действия………………………………………………….. А. С. Карпов Мембранное разрывное устройство……………………………………………………….. С. Б. Алькин Шиберные задвижки………………………………………………………………………... Р. Р. Минникаев Д. Бернулли. Его вклад в развитие гидрогазодинамики…………………………………. В. А. Новиков Колмогоров А. Н. И его вклад в развитие гидрогазодинамики………………………….. М. И. Корнилов Солнечные электростанции……………………………………………………………….. М. И. Корнилова Людвиг Прандтль. Вклад в развитие гидрогазодинамики………………………………..

55 57 60 64 67 70 72 76 78 79 82 83 85 87 88 90 92 93 95 96 98 100

173

И. А. Саранцев Герман Людвиг Гельмгольц. Вклад в развитие гидрогазодинамики…………………… М. А. Акимова Проблемы утилизации отходов гальванического производства………………………… А. В. Капитонова Анализ влияния автотранспорта на окружающую среду города Ульяновска………….. И. Ю. Брынкина Основные проблемы использования водных ресурсов………………………………….. Н. В. Васильева Основные аспекты использования минеральных природных ресурсов………………… Л. С. Храмова Вторичные ресурсы из отходов……………………………………………………………. Р. Ф. Кадермятова Разработка генеральной схемы очистки мо «Базарносызганский район»……………… Ю. А. Желтова Основные направления работ по снижению загрязнения воздушного бассейна……… Е. С. Завертяева Переработка шин…………………………………………………………………………… Д. А. Зимина Экологическое образование в интересах устойчивого развития……………………….. Е. О. Козлова Международная деятельность кафедры «Безопасность жизнедеятельности и Промышленная экология» Ульяновского государственного технического университета………………………………………………………………………………… М. В. Матроскина Определение и цель экологического образования……………………………………….. Н. Ю. Зубова Оценка экологического состояния атмосферного воздуха города Ульяновска по индексу загрязнения атмосферы…………………………………………………………... А. А. Макарова Процессы термической очистки газов…………………………………………………….. А. И. Раджабова Экологическая политика: инструменты и реализация…………………………………… Р. Ф. Кадермятова Родники Ульяновской области…………………………………………………………… Л. Е. Самарина Региональная концепция обращения с отходами производства и потребления в Ульяновской области на период с 2015 по 2020 годы…………………………………… Д. В. Владимирова Организация сбора и утилизации печатной продукции в городе Ульяновске…………. Д. Н. Алексанин Разработка генеральной схемы очистки МО «Старомайнский район»…………………. Р. Р. Давлетшин Организация сортировки твердых коммунальных отходов в городе Ульяновске……... Е. С. Завертяева Организация сбора и утилизации отходов строительства и сноса в Ульяновской области……………………………………………………………………... М. С. Рябцева Защита окружающей среды при строительстве автомобильных дорог………………… Е. О. Козлова Рекуперация пылей………………………………………………………………………….

102 104 106 109 111 113 114 116 118 119 121 123 125 127 129 131 134 136 137 139 141 143 146

174

Т. Н. Мускина Проблема несанкционированности свалок и необустроенности полигонов ТБО……… К. А. Щелкова Опыт и перспективы использования вторичных ресурсов………………………………. Е. А. Пугаева Анализ объектов размещения отходов производства и потребления с учетом локализации по районам Ульяновской области………………………………………….. А. А. Рыбакова Государственное регулирование деятельности в области охраны окружающей среды………………………………………………………………... Е. А. Пугаева Нормирование качества окружающей природной среды и экологическая стандартизация……………………………………………………………………………… Т. Н. Мускина Создание производственных замкнутых систем…………………………………………. К. А. Щелкова Методы утилизации отходов производства и потребления с получением биогаза……. Н. Ю. Зубова Государственно-частное партнерство в сфере обращения с отходами…………………. Т. Н. Мускина Проблема утилизации старых автомобилей в Ульяновской области…………………… С. М. Янова Переход России к устойчивому развитию. Основные задачи и проблемы…………….. А. В. Тюрин Построение нелинейной дифференциально-алгебраической системы уравнений…….

148 150 152 155 157 160 162 164 166 168 170

175

Научное издание

ЭНЕРГЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯ Сборник студенческих научных работ

Отв. Меньшов Е.Н. Подписано в печать 09.09.2015. Формат 60×84/16.

Усл. печ. л. 10,23. Тираж 50 экз. Заказ 818.

Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.

ИПК «Венец» УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.

user

Машинописный текст

ЭИ № 563.

ЭНЕРГЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/203.pdfСборник...

Documents

Transcript of ЭНЕРГЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/203.pdfСборник...