05 марта 2016г.
Общие положения. Энергетика является настолько емкой составляющей фундаментальных и прикладных направлений в развитии и эксплуатации производства, что она охватывает и номографию. Кроме того, номограммы. как знаки, символы являются элементом семиотики. Т.е. имеются обе стороны одной медали. Мансуров О.В., Солнцев Ю.К, Сорокин Ю.И. и др. [1, с 251, 1965] дают следующее определение номограммы (Н)1.
«Номограмма- специальный чертеж, предназначенный для решения определенного типа задач вычислительного характера». Номограммы разделяются на три основных типа: Н из выравненных точек, Н сетчатые и Н транспоратные».
Можно дополнить приведенное определение тем, что в данном случае чертеж выполнен на основании сложных аналитических расчетов или построен по результатам экспериментов и решение задачи производится графическим способом Поясним , что первые два типа относятся к способам построения номограмм. Третий тип номограмм- транспоратные - это по сути еще одна номограмма подвижная - в терминологии- Пентковского М.В.[3, с.260, 1949], дополнительная к неподвижной основной или несколькими другими неподвижными.
Невским Б.А. [4, 1951] подготовлен «Справочник по номографии», в котором приведены образцы составления номограмм. Особенностью данного справочника является:
1. Общими характеристиками приведенных номограмм являются самые разнообразные шкалы: линейные, степенные, логарифмические и другие всего более 10 шт.
2. Сочетание рисунка, поясняющего физическую сущность процесса, параметры процесса, расчетные формулы и конкретная номограмма-график изменения параметров Приведем несколько примеров
Для оперативной работы энергетиков на мониторе с подвижной частью номограмм оставим понятие «движок» для подвижной номограммой.
Поярков К.М. [5. 1966] представляет номограмму расчетов технических потерь ЭЭ в силовых трансформаторах типа ТМ и ТМН [5 . с. 150].
Учтем опыт оперативного персонала аналогичного профиля- летчиков и диспетчеров-энергетиков. Котик М.А. и Емельянов А.М. в работе [6. С 54,1993] выполнили анализ ошибок – летчиков в части их работы с измерительными приборами. Между существующими много лет стрелочными приборами и, относительно новыми цифровыми приборами существует принципиальное различие. Пользователь (летчик, шофер или диспетчер- энергетик) контролирует не только значение одного числа,- его значение, скорость изменения но и допустимую «вилку» (термин определен в [8. c.55] –В.Ф) угол между фактического положения стрелки прибора- и ее возможным положением при указании предельно допустимое значение контролируемого параметра. Это значительно повышает качество управления. В цифровых приборах и экранах «вилка» отсутствует.
При работе с номограммами при измерениях также может существовать «вилка» измеряемого параметра, особенно при работе оперативного персонала.
Энергетика. Перспективы номограмм.
1 Первым в России в этой области работал Н.М. Герсеванов (1906- 1908), затем, создавший советскую номографическую школу, Н.А. Глаголев. [2].
Необходимо отметить, что значительное количество номограмм до сих пор применены в различных действующих документах Минэнерго РФ. Хотя в последнее время энергетики вышли на высокий уровень применения вычислительной техники. Однако учтем, что в оперативной работе возможно наличие проблемных ситуаций управления электрическими сетями в режиме реального времени.
На работу энергетиков в самых различных направлениях влияет, например, климат:-1) - в части учета изменений температуры воздуха и скорости ветра – изменение допустимой нагрузки на провода ЛЭП; -2) - выработка тепловой и электрической энергии может изменяться для различных потребителей в несколько раз; - 3)- сопротивление проводов ЛЭП сильно изменяется по величине фактических нагрузок, что требует их контроля с допустимыми нагрузками по документу -РД 34. 20.547 [7], дальнейшей оценке потерь напряжения в сети и загрузки генерирующих мощностей
В качестве обобщенной характеристикой климата может применяться понятие «жесткости»-«суровости», в котором производится учет одновременного действия температура воздуха скорости ветра. например, в системах теплоснабжения, по выражению приведенного Степановым А.В., Игнатьевым В.С.[ 8. с. 1302¸ 2012 ].
Жб=(1 – 0,04 Тн) (1+ 0,272V), где (1)
Жб- жесткость климата в баллах; Тн – температура воздуха а градусах Цельсия, °С и V- скорость ветра, м/сек.
В качестве исходных данных для расчета жесткости принимаем выписку из документа Минэнерго России [7. Прил.3. Табл.5], например, для провода А-25.
Прил 3.Табл.5 (выписка)
Токовая нагрузка, А, при скорости ветра, м/с
|
|
0
|
|
|
|
2
|
|
|
|
4
|
|
|
|
6
|
|
|
|
8
|
|
Температура воздуха, °С
|
-20
|
0
|
20
|
40
|
-20
|
0
|
20
|
40
|
-20
|
0
|
20
|
40
|
-20
|
0
|
20
|
40
|
-20
|
0
|
20
|
40
|
210
|
185
|
160
|
130
|
230
|
210
|
190
|
160
|
270
|
250
|
215
|
185
|
300
|
275
|
240
|
200
|
320
|
290
|
255
|
210
|
Представим указанные сведения - параметры климата в диапазоне температур воздуха и скорости ветра принятыми документе Минэнерго [7] в виде матрицы с 5 столбцами- по скорости ветра и 4 строками по температуре воздуха. На пересечении соответствующих строк и столбцов по приведенной выше формуле определены значения жесткости в баллах - Табл.1.
Таблица 1
Жесткость климата, баллы
Темп.возд. 0C
|
Скорость ветра м/сек.
|
0
|
2
|
4
|
6
|
8
|
-20
|
1,8
|
2,779
|
3,758
|
4,738
|
5,717
|
0
|
1
|
1,544
|
2,088
|
2,632
|
3,176
|
20
|
0,2
|
0,309
|
0,418
|
0,526
|
0,635
|
40
|
-0,6
|
-0,926
|
-1,253
|
-1,579
|
-1,91
|
Жесткость климата, по Табл.1 составляет – 1,91 < Ж <5,17 баллов. Единица жесткости -1 балл- соответствует температуре воздуха- 0 гр.Цельсия и скорости ветра- 0 м/сек. Расчетные значения жесткости климата- (ЖКб) и допускаемой электрической нагрузки I доп, а, представлены в Табл.2
Таблица 2
N
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
ЖК, б
|
5,72
|
4.74
|
3,18
|
2,73
|
3,76
|
0,64
|
0,53
|
2,78
|
2,09
|
0,42
|
I доп, а
|
320
|
300
|
290
|
275
|
270
|
255
|
240
|
230
|
220
|
215
|
N
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
ЖК, б
|
-1,91
|
1,80
|
1,54
|
-1,58
|
0,31
|
1,00
|
-1,25
|
-0,93
|
-0,92
|
-0,60
|
I доп, а
|
210
|
210
|
210
|
200
|
190
|
187
|
185
|
160
|
160
|
130
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Отрицательная жесткость» климата– это его «мягкость». «Жесткость» («суровость») рассчитывается по выражению (1) в теплоэнергетиками. Значения допустимых токов нагрузки на ЛЭП определены в том же диапазоне исходных данных электроэнергетиками своими методами Коэффициент корреляции между этими двумя рядами составляет 0,82. Таким образом, рассчитанные показатели жесткости могут быть применены для дальнейших расчетов. На Рисунке 1 по оси Х представлены порядковые значения жесткости, а по оси У- значения жесткости
Уравнение полученной зависимости можно представить в виде
Жб= А-bn, где (2)
где А=5,717 и b= 0,433
Номограмму жесткости
климата(НЖК). графически можно
представить на Рисунке
2 в в обозначениях- скорости ветра
по оси X, температуры воздуха
оси Y и жесткость
по оси Z
В оперативной работе энергетики сталкиваются с различными направлениями текущей работы. Номограммы расчетных величин на экране компьютера в реальном времени
параметры режимов (нормальных, ремонтных и аварийных),: 1 - оценка жесткости воздуха 2 - режимы выработки, перетоков
электроэнергии и ее потребления соблюдение заданных
значений уровня напряжения в контрольных точках
схемы; 3- состояние ЛЭП в части допустимой пропускной способности проводов ЛЭП [7 ].
На Рисунке 4 Представлен вариант
расположения номограмм на мониторе для оперативного управления в энергосистеме. В том числе: ЖК-1-номограмма исходных
данных дл определения жесткости климата; ЖК-2 – показатели жесткости
для номограмм ведения режима источников энергии; ЖК-3 номограмма учета жесткости климата на линиях электропередач; ЖК-4-номограмма исходных данных для определении влияния климата по потребителей ЭЭ.
Номограмма жесткости климата может быть применена
в качестве транспорантной - подвижной по экрану монитора с ее движением по любому из трех
энергетических номограмм для реализации
конкретной проблемы.
Для этого представлена штриховая линия для перемещения вдоль нее номограммы МК-1,на штриховой линии расположен движок- в виде круга и курсор, приводимые в движение
электронной мышкой
Выводы.
1. Номограммы в течении длительного времени заменяли трудоемкие расчеты и постоянно проявляются в технической литературе. В настоящее
время номограммы могут играть
значительную роль при оперативном контроле динамики процессов
в энергетике с использованиям персональных компьютеров. В качестве
линейки выступают «движок»
и штриховая линия на экране
соответствующего монитора с управлением «мышкой».
2. В качестве
частного случая-
реального примера, определены значения
шкалы жесткости климата
c парным коэффициентом корреляции равным жесткости и допускаемых нагрузок R=0.82 и приведен
расчета его значений и виде номограммы с исходными данными,
для достоверности принятыми
из методики Минэнерго РФ.
3.
Подготовлено предложение по составу варианта
- макета номограммы жесткости климата
с управлением «мышкой» оперативным персоналом, что значительно расширяет
область применения номограмм.
Список литературы
1.
Мансуров О.В., Солнцев Ю.К., Сорокин Ю.И., Федин Н.Г.
Толковый словарь математических терминов. – М.: Изд. «Просвещение», 1965. –639 с. С.251-252
2.
Номограмма./https://ru.wikipedia.org/wiki/%].
3.
Пентковский В.С. Номография.–М-Л: Гос. Изд. тех-теор. лит-ры. 1949.- с
4.
Невский Б.А. Справочная книга по номографии. – М.:-Л.:Гос. Изд. Техник.-теоретич лит-ры. 1951. – 376 с.
5.
Поярков. К.М. Регулирование напряжения в электрических
сетях
сельских
районов./
Под ред. Н.А. Мельникова. –М:,Л: Энергия,1966. – с 255 (с.150)
6.
Котик М.А., Емельянов А.М. Природа
ошибок
человека-оператора. (на примерах управления транспортными средствами.) –М.: Изд. «Транспорт», 1993. –252 с.
7.
Методика расчета предельных токовых
нагрузок по условиям
нагрева проводов для действующих линий электропередач. РД 34. 20.547 (МТ 34-70-037-87) СПО Союзтехэнерго. – Москва,
– 1987.
8. А.В. Степанов, В.С. Игнатьев.
Жесткость климата и надежность систем
теплоснабжения. Институт физико- технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, Якутск(Известия Самарского
научного центра РАН, том 14, №4(5), 2012 с. 1302