Научно-исследовательская работа сегодня

Конспект лекции вариативной части дисциплины
«Введение в инженерную деятельность»
направление 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»
профиль «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника»
История развития профиля «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника»
В связи с развитием энергетики в восточных районах СССР, передачей энергии на
большие расстояния при подготовке инженеров-электриков в Томском политехническом
институте появилась необходимость в организации систематического изучения вопросов
техники высоких напряжений. В 1939 г. существующая кафедра «Электрические станции,
сети и системы» была разделена на две кафедры: «Электрические станции и подстанции»
и «Электрические сети, системы и техника высоких напряжений». В 1946 г. для
подготовки инженеров-электриков по технике высоких напряжений под руководством и
по инициативе профессора А.А. Воробьева была организована кафедра ТВН после
разделения кафедры «Электрические сети, системы и техника высоких напряжений» на
две кафедры: «Техника высоких напряжений» и «Электрические сети и системы».
В структуре учебных подразделений института кафедра ТВН находилась в
составе: 1946 – 1950 г.г. – энергетического факультета,
1951 – 1956 г.г. – физикотехнического факультета,
1956 – 1965 г.г. – электроэнергетического факультета,
1965 – 1972 г.г. – электрофизического факультета,
1972 – 1991 г.г. – электроэнергетического факультета, одновременно являясь
структурным подразделением НИИ высоких напряжений,
с 1991 г. – факультет автоматики и электроэнергетики.
с 2006 г. – подготовка бакалавров и магистров по профилю «Высоковольтные
электроэнергетика и электротехника» осуществлялась на кафедре «Электрические сети и
системы»,
с 2011 г. – на кафедре «Электроэнергетические системы».
Кафедру ТВН возглавляли следующие сотрудники:
А.А. Воробьев, профессор, д.. ф.-м. наук
И.И. Каляцкий, доцент, к.т.н.
А.А. Дульзон, доцент, к.т.н.
В.Я. Ушаков, профессор, д.т.н.
И.И. Каляцкий, профессор, д.т.н.
В.В. Лопатин, профессор, д.. ф.- м.н.
1946 – 1958 г.г.
1958 – 1966 г.г.
1966 – 1973 г.г.
1973 – 1981 г.г.
1981 – 1998 г.г.
с. 1998 г.
В различные периоды работы кафедра осуществляла подготовку инженеров по
специальностям:
с 1954 г. – 0302 «Техника высоких напряжений»
с 1956 г. – 0314 «Техника высоких напряжений»
с 1965 г. – 0645 «Инженерная электрофизика»
- 0314 «Техника высоких напряжений»
с 1988 г. – 18.04 «Техника и электрофизика высоких напряжений»
с 1993 г. – 071600 «Техника и физика высоких напряжений»
с 1996 г. – 071600 «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника».
c 2006 г. – 140200 «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника».
с 2012 г. - 140400 «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника».
В 1988 году кафедра Техника высоких напряжений переименована в кафедру Техника и
электрофизика высоких напряжений.
За 65 лет со дня организации кафедра весла значительный вклад в подготовку
инженерных и научно-педагогических кадров, в развитие научно-исследовательских
работ. За это время подготовлено 1220 специалистов, в том числе 708 инженеровэлектриков и 512 инженеров-электрофизиков.
Решением Координационного Совета по содействию аккредитации специальностей
вузов и сертификации специалистов в марте 1996 года Томскому политехническому
университету выдан сертификат профессионально-общественной аккредитации
специальности «Техника и физика высоких напряжений (071000)» сроком на 5 лет.
Сертификат удостоверяет, что по аккредитованной специальности вуз готовит
специалистов не только в соответствии с отечественными стандартами, но и занимает
передовые позиции среди аналогичных российских и зарубежных вузов, что в целом
гарантирует выпускнику первоклассное образование.
В лаборатории кафедры в 1947 году был создан первый в Союзе бетатрон, в 1956
году сооружена первая на Востоке страны высоковольтная лаборатория. В 1960 году на
кафедре открыт высокоэффективный «электроимпульсный» способ разрушения и
обработки твердых тел.
Сотрудники кафедры ТВН принимали активное участие в организации и работе
научно-исследовательских проблемных лабораторий «электроники, диэлектриков и
полупроводников» и электроимпульсного разрушения твердых тел («Кедр»). Таким
образом, в политехническом институте сформировалась широко известная Томская
научная школа физики диэлектриков, высоковольтной и ускорительной техники. Научные
достижения этой школы послужили основанием для создания в 1968 году НИИ высоких
напряжений при ТПИ, а затем и института сильноточной электроники Томского филиала
АН СССР. Основным составом научных сотрудников этих крупных научных учреждений
явились выпускники кафедры и ее аспирантуры.
В 1944 году в Томском политехническом институте была открыта аспирантура по
специальности «Техника высоких напряжений», через которую осуществляется
подготовка научных и педагогических кадров для ТПИ, вузов и научных учреждений
других регионов страны. За время работы аспирантуры было подготовлено более 200
кандидата наук, из которых 33 стали докторами наук, профессорами. В настоящее время в
составе Российской Академии наук работают « действительных члена Академии наук
(Месяц Г.А. – первый вице-президент РАН, Ковальчук Б.М. – заведующий лабораторией
ИСЭ СО РАН) и член-корреспондент РАН Котов Ю.А. – сотрудник института
электрофизики УРО РАН.
Тематика диссертационных работ, выполненных аспирантами кафедры, включала
следующие научные направления:
- электрофизические свойства и электрический пробой твердых диэлектриков,
жидкостей, газов и вакуума;
- ускорители заряженных частиц и техника ускорения;
- электроимпульсное разрушение твердых тел;
- импульсная высоковольтная техника и высоковольтное оборудование.
Сотрудниками кафедры организовано и проведено в Томском политехническом
институте 6 Всесоюзных и Республиканских конференций по физике пробоя
диэлектриков и электроимпульсной технологии, опубликовано 15 учебников и
монографий, 28 учебных пособия, более 2000 научных статей и докладов, получено около
200 авторских свидетельств на изобретения.
На кафедре создана первая высоковольтная лаборатория за Уралом, на базе
кафедры создан НИИ высоких напряжений при ТПУ, кадры и материально-техническая
база которого используются для подготовки специалистов - высоковольтников.
Научно-исследовательская работа сегодня
Сегодня кафедра электроэнергетических систем (ЭЭС) имеет высокий научный
потенциал по профилю «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника».
Наличие на кафедре высококвалифицированных научно-педагогических кадров,
включающих доктора технических наук, лауреата Премии Правительства РФ, лауреат
всероссийского конкурса «Инженер года»(2007г.) позволяет проводить научные
исследования в таких направлениях, как:

Исследование коммутационных перенапряжений в электросетях

Исследование ресурса ограничителей перенапряжений и вентильных разрядников

Исследование коммутационных характеристик аппаратов высокого напряжения

Диагностика и прогнозирование ресурса аппаратов и высоковольтных установок

Исследование длительной электрической прочности высоковольтной изоляции
Проводимые на кафедре научные исследования выполняются в соответствии с
основными научными направлениями Томского политехнического университета, грантами
Рособразования, ТПУ и зарубежных компаний, а также по заданию предприятий и способствуют
подготовке кадров высшей квалификации.
Материально-техническая база

•
•
•
•
По электропередачам высокого напряжения: лабораторные стенды для
исследования электрической прочности высоковольтной изоляции при уровнях
напряжения до 200 кВ постоянного и переменного напряжений (4 лабораторных
стенда).
По энергетическому оборудованию высокого напряжения и его надежности:
лабораторные работы по исследованию параметров оборудования при высоком
напряжении (4 лабораторных стенда).
По диагностике изоляции: исследование поведения изоляции в различных режимах
эксплуатации (2 лабораторных стенда).
По перенапряжениям и координации изоляции: лабораторные работы по
исследованию зависимости грозозащищенности подстанций и влиянию режимов
нейтрали на уровни возникающих перенапряжений в различных аварийных
режимах (3 лабораторных стенда с классом напряжения вплоть до 1 млн. В).
По высоковольтной электротехнике: исследование работы высоковольтного
оборудования при воздействии постоянного, переменного и импульсного
напряжений (100 кВ переменного напряжения, 200 кВ постоянного напряжения и 1
млн. В импульсного напряжения), а также исследование средств ограничения
перенапряжений с возможностью имитации токов молнии до 200 кА
(5 лабораторных стендов).
.
Характеристика
профиля
подготовки
электроэнергетика и электротехника»
бакалавров
«Высоковольтные
Профиль подготовки предопределяет существенную специфику в плане перечня и
содержания учебных дисциплин, мест прохождения производственных практик, тематики
выпускной квалификационной работы, предпочтений выпускников. Многолетние связи
ЭНИН с предприятиями – работодателями, их опыт в трудоустройстве наших
выпускников и последующем сопровождении позволили конкретизировать перечень
профессиональных задач, которые приходится решать на производстве применительно к
профилю подготовки и в зависимости от видов профессиональной деятельности.
Профиль «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника»:
а) проектно-конструкторская деятельность:
 проектирование аппаратов высокого напряжения,
 разработка установок высокого напряжения с учетом их влияния на экологию
окружающей среды;
б) производственно-технологическая деятельность:
 проведение работ в составе бригады;
 контроль качества продукции с применением статистических методов.
в) организационно-управленческая деятельность:
 управление подчиненным персоналом, планирование и организация его работы
при полном соблюдении правил безопасности труда;
 принятие обоснованных решений и реализация их в своей деятельности.
г) научно-исследовательская деятельность:
 анализ научно-технической информации по характеристикам оборудования и
физическим процессам при высоких напряжениях;
 подготовка и проведение экспериментальных работ и численных экспериментов,
оформление полученных результатов;
 создание физических и физико-математических моделей процессов и явлений при
высоком напряжении, определяющих работу устройств и их функциональные
характеристики;
 разработка проблемно-ориентированного программного обеспечения для
математического моделирования физических процессов в установках высокого
напряжения, проведение численных экспериментов, обработка их результатов;
д) монтажно-наладочная деятельность:
 монтаж и наладка оборудования и установок высокого напряжения;
е) сервисно - эксплуатационная деятельность:
 диагностирование и испытания оборудования высокого напряжения.
Характеристика учебно-исследовательской и творческой работы студентов
Кафедра электроэнергетических систем уделяет большое внимание развитию УИРС
и НИРС. Практически все студенты кафедры ЭЭС профиля «Высоковольтные
электроэнергетика и электротехника» в рамках учебного процесса принимают участие в
выполнении исследовательских рефератов и отчетов по лабораторным работам с
элементами исследований.
Студенты учатся работать в группах: в рамках научных направлений кафедры
руководители НИРС ведут большую работу совместно со студентами кафедры, которые
участвуют в выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ, приобретая
навыки работы в коллективе, способность формулировать и решать практические
инженерные задачи.
По результатам обучения в университете студенты защищают выпускные
квалификационные работы, защиты которых проходят перед Государственной
аттестационной комиссией. Исследования, проведенные в рамках выпускных
квалификационных работ, имеют практическую направленность и часто выполняются по
заданиям предприятий или исследовательских институтов
Выпускники востребованы:
•
•
•
В подразделениях Единой энергетической системы России (электрические сети,
высоковольтные подстанции, испытательные центры и лаборатории, службы и
управления);
На предприятиях энергомашиностроительного и электротехнического профилей;
На крупных энергоемких промышленных предприятиях любых отраслей
экономики России;
•
•
В научных учреждениях и на предприятиях, разрабатывающих и реализующих
прогрессивные технологии, основанные на использовании высокого напряжения;
В
университетах
и
специализированных
учебных
заведениях
на
преподавательской, научно-исследовательской и административной работе.
Творческие проекты (2-4 семестр)
Цели вовлечения студентов в проектную деятельность:
а) найти и локализовать проблему
б) выявить ограничения и возможные факторы решения
в) предложить пути решения
г) научиться работать в составе команды, объединенные общей задачей,
отвечающий каждый за свой раздел и за общее дело
д) задать вектор большей самостоятельности в поиске ответов
Тематика творческих проектов, предлагаемых для выполнения студентам, связана с
научными
направлениями
кафедры
электроэнергетических
систем,
профиль
«Высоковольтные электроэнергетика и электротехника». Творческие проекты студентам
выдаются по следующим научным темам:

Исследование коммутационных перенапряжений в электросетях

Исследование ресурса ограничителей перенапряжений и вентильных разрядников

Исследование коммутационных характеристик аппаратов высокого напряжения

Диагностика и прогнозирование ресурса аппаратов и высоковольтных установок

Исследование длительной электрической прочности высоковольтной изоляции
Предполагаемая работа студентов:
- изучение проблемы;
- поиск существующих решений проблемы и их анализ;
- определение исходных параметров задачи;
- предложение собственного решения задачи;
- создание модели и ее возможное испытание.
Темы творческих проектов
 Разработка проекта грозозащиты высоковольтной подстанции;
 Разработка модели трансформаторного каскада;
 Разработка модели высоковольтной линии для исследования резонансных
перенапряжений;
 Разработка проекта электроимпульсного порционного дробления горных пород;
 Разработка проекта современной диагностики изоляции высоковольтного
силового трансформатора;
Для выполнения творческих проектов используются: лаборатории, расположенные в
высоковольтных залах №1 и №2, компьютерный класс для самостоятельной работы ауд.
127-8 корпуса.
Отчетность по проделанной работе:
Отчет выполняется на листах формата А4 и носит в большей степени реферативный
характер. Во многих случаях отчет дополняется аналитическими материалами,
конструкторской документацией и физической моделью разрабатываемого устройства.
Глоссарий
Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может
происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим
её громом.
Молниеотвод — устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для
защиты от удара молнии. В быту также употребляется некорректное, но более
благозвучное «громоотвод»
Грозозащи́тный трос — заземлённый протяжённый молниеотвод, натянутый вдоль
воздушной линии электропередачи над проводами.
Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования
электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для
приёма и использования электрической энергии.
Вводы или проходные изоляторы — это изоляционные конструкции, которые
используют в местах, где проводник, работающий под напряжением, должен проходить
через заземленный металлический корпус трансформатора, реактора, аппарата или через
стену или перекрытие здания. Ввод обеспечивает механическое крепление токоведущего
проводника и необходимый уровень электрической прочности конструкции.
Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для
оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в
энергосистеме, в нормальных или аварийных режимах, при ручном дистанционном или
автоматическом управлении.
Вентильные разрядники – это разрядники, предназначенные для ограничения
возникающих в электрических сетях коммутационных и атмосферных перенапряжений, с
целью предотвращения возможных пробоев изоляции.
Ограничители перенапряжения (ОПН) - это высоковольтные аппараты,
предназначенные для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных и
коммутационных перенапряжении. В отличие от традиционных вентильных разрядников
с искровыми промежутками и карборундовыми резисторами они не содержат искровых
промежутков и состоят только из колонки нелинейных резисторов на основе окиси цинка,
заключенных в полимерную или фарфоровую покрышку.
Вари́стор (англ. vari(able) (resi)stor — переменный резистор) — полупроводниковый
резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от
приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольтамперной характеристикой и имеющий два вывода.
Генера́тор Ма́ркса — генератор импульсного высокого напряжения, принцип действия
которого основан на зарядке электрическим током соединённых параллельно (через
резисторы) конденсаторов, соединяющихся после зарядки последовательно при помощи
различных коммутирующих устройств (например, газовых разрядников или тригатронов).
Каскадный трансформатор - два и более последовательно включенных электрических
трансформатора для преобразования или использования переменного тока высокого
напряжения.