Todennäköisyyspohjaisen kaapelipaloriskianalyysimenetelmän kehittäminen ydinvoimalaitokselle

Ydinenergian tuottamisessa turvallisuus on tärkeää. Todennäköisyyspohjaisella riskianalyysillä voidaan arvioida turvallisuusvaatimusten täyttymistä eri tilanteissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin käyttöä ydinvoimalaitoksen kaapelipalojen vaikutusten arvioinnissa. Työn tarkoituksena on omalta osaltaan edistää ydinvoimalaitosten kaapelipaloturvallisuuden parantamista. Työssä esitellään todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin ja todennäköisyyspohjaisen paloanalyysin periaatteet sekä nykyiset kaapelipaloanalyysimenetelmät. Olemassa olevien menetelmien pohjalta kehitettiin menetelmä Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden kaapelipaloturvallisuuden arviointiin. Työssä tarkastellaan myös maailmalla sattuneita kaapelipaloja sekä ydinvoimalaitosten palosimulointiin kehitettyä ohjelmistoa. Työssä kehitetty kaapelipaloanalyysi jakautuu kahteen päävaiheeseen: virtapiirien vika-analyysiin ja virtapiirivikojen todennäköisyysanalyysiin. Virtapiirien vika-analyysi käsittää kaapeleiden vikamoodien, virtapiirien vikaantumisluokkien sekä vikaantumisten vaikutuksien määrittämisen. Virtapiirivikojen todennäköisyysanalyysissä määritetään puolestaan vikaantumistodennäköisyydet kaapelipalokokeiden tulosten pohjalta. Kehitettyä analyysimenetelmää sovellettiin esimerkinomaisesti Olkiluoto 1 ja 2 laitosyksiköiden kahdelle eri huonetilalle. Tuloksena saatiin turvallisuudelle tärkeiden järjestelmien virtapiirien vikaantumismallit sekä niiden todennäköisyydet. Tulosten perusteella voidaan todeta, että työssä kehitetty kaapelipaloanalyysimenetelmä toimi hyvin. Tulevaisuudessa menetelmää on tarkoitus hyödyntää Olkiluoto 1 ja 2 -laitosyksiköiden kaapelipaloturvallisuuden arvioinnissa.

Muovien laserhitsaus modernissa optisen kuitukaapelin tuotannossa

Tämän diplomityön päämääränä oli tutkia nykyisen optisen markkinasektorin nykytilaa ja ennakoida mahdollista tulevaa kapasiteetin tarpeen kasvua merkittävän taantumakauden jälkeen. Erityistä huomiota käytettiin kaapelin valmistuksen vaiheisiin ja näitä vastaaviin laitteisiin. Tätä kautta selvitettiin nykyisten markkinoilla toimivien laiteratkaisujen ominaisuudet. Työssä havaittiin kuitukaapeleiden rakenneratkaisujen muuttuvan asennettavuuden parantamisen ja kaapeleiden paremman kestävyyden suuntaan. Näiden muuttuessa tulevat valmistustekniikat ja menetelmät kehittymään vastaamaan uusia ratkaisuja. Laserhitsausmenetelmällä voidaan laajentaa kaapeleiden rakenneratkaisujen ja materiaalivaihtoehtojen valikoimaa perinteisen extruusiotekniikan rinnalle. Työ avaa uusia toteutusmandollisuuksia kaapelinvalmistusprosessiin, sekä antaa pohjaa uusien kaapelirakenteiden tuomiseen globaaleille optisen kuitukaapelin markkinoille.

Electrical characteristics of eddy current position sensor

In the thesis the principle of work of eddy current position sensors and the main cautions that must be taken into account while sensor design process are explained. A way of automated eddy current position sensor electrical characteristics measurement is suggested. A prototype of the eddy current position sensor and its electrical characteristics are investigated. The results obtained by means of the automated measuring system are explained.

Eddy-current losses in rotor surface mounted permanent magnets

The aim of the work is to study the existing analytical calculation procedures found in literature to calculate the eddy-current losses in surface mounted permanent magnets within PMSM application. The most promising algorithms are implemented with MATLAB software under the dimensional data of LUT prototype machine. In addition finite elements analyze, utilized with help of Flux 2D software from Cedrat Ltd, is applied to calculate the eddy-current losses in permanent magnets. The results obtained from analytical methods are compared with numerical results.

The Current Situation of Sewage Sludge and Manure Treatment in Livestock Enterprises in the Leningrad Region

The problem concerning livestock waste handling in the Leningrad region has been subjected to a number of research works. However, the requirements for use of manure and sewage sludge as well as for treatment processes are not certain. So, this problem remains relevant and, therefore, further investigation ought to be made. Currently a large amount of sewage sludge and manure is generated in the Leningrad region. These livestock wastes have to be obligatory treated. The most common methods for treatment in the region, such as anaerobic digestion, composting and aging as well as the most potential methods are described in the thesis. The most potential methods for the Leningrad region are anaerobic digestion, composting and combustion. Each method has strengths and weaknesses, which are also considered in the paper. Aging was not considered as potential treatment method because it does not meet the sanitary and epidemiological requirements. Furthermore, the work gives an overview and comparison of Finnish and Russian legislative and normative acts concerning livestock wastes handling. On the whole the requirements of the Russian Federation concerning sewage sludge and manure are not much different from the Finnish ones.

Counter-current Washing of Filter Cakes

The main objective of this thesis was to compare the efficiency of counter-current and co-current filter cake washing techniques. Filter cake washing is a common unit operation which is used in the chemical process industry for improving the recovery of the liquid phase or for purifying the solid phase of the filter cake. Counter-current displacement washing is more difficult to arrange and it requires additional process equipment but the advantage of counter-current method is that the consumption of wash water that is required for achieving certain filter cake purity may be considerably decreased when compared to the co-current washing method. This is true especially for materials that are difficult to wash. The literature part of this thesis consists of a review of filter cake washing in general, including the basic principles of co-current and counter-current techniques, and a description of the structure and operation of a horizontal vacuum belt filter, which is the equipment considered in the experimental part of this thesis. Also the most common cake washing models are introduced. The experiments were performed by washing wheat apatite filter cakes in a laboratory scale vacuum filter by using both co-current and counter-current washing methods. The main results of these tests were the washing curves that relate the purity of the filter cake to the amount of wash liquid used. Comparison between the obtained washing curves showed that both washing methods could be efficiently applied for achieving good washing results. The differences between the wash liquid consumptions in the co-current and counter-current washing methods were found to be surprisingly small but this is most probably explained by the relatively good washing characteristics of the apatite cakes. The washing models introduced in the literature part were compared with the results obtained from the experiments and it was found out that the studied cake washing processes could be described

Kokonaiskustannusajattelu hankintastrategian muodostamisen tukena

Työn tavoitteena on syventää ymmärrystä siitä, miten hankintatoimi voi hyödyntää kokonaiskustannusajattelua hankintastrategiaan liittyvien päätösten, kuten toimittajamäärän ja toimittajavalinnan tukena. Työn tarkoituksena on kehittää case- yrityksen kaapelituoteryhmälle kokonaiskustannusmalli ja antaa suosituksia tämän tuoteryhmän hankintaan soveltuvasta hankintastrategiasta. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen ja se jakaantuu teoreettiseen ja empiiriseen osaan. Teoreettinen tutkimus perustuu kirjallisuustutkimukseen kokonaiskustannusajattelun, hankintastrategian osatekijöiden ja hankintastrategian muodostamisen teorioista. Empiirinen tutkimus on metodologialtaan kuvaileva ja vertaileva tapaustutkimus, jossa keskitytään kaapeleiden hankintaan. Empiirisessä osassa selvitetään kaapeleiden hankinnan nykytila, muodostetaan kokonaiskustannusmalli kaapeleille ja määritetään tärkeimmät kaapeleiden hankinnan kustannuksia aiheuttavat tekijät sekä muut hankintastrategian muodostamisessa huomioitavat tekijät. Hankintatoimi voi hyödyntää kokonaiskustannusajattelua useiden eri hankintapäätösten tukena. Tutkimuksessa kokonaiskustannusanalyysin avulla vertailtiin valmistajien ja tukkuliikkeiden välisiä kokonaiskustannuksia. Analyysin pohjalta valmistajien todettiin olevan kokonaiskustannuksiltaan huomattavasti edullisempia kaapelitoimittajia kuin tukkuliikkeet. Kokonaiskustannusanalyysi auttoi myös osoittamaan, että tukkuliikkeiden käyttö nykyisellä toimintamallilla on kannattamatonta ja, ettei tukkuliikkeiden palveluja hyödynnetä parhaalla mahdollisella tavalla.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.

Current-phase relation in graphene Josephson junction

In this thesis, we present the results of high-frequency measurements on superconductor-graphene-superconductor junctions. We obtained the relation between the supercurrent through the junction and the superconducting phase. The relation allowed us to extract true critical current and to determine the transport regime of graphene in our SGS-junction samples at the Dirac point and away from it. An experimental temperature dependence of the current-phase relation is presented. We have calculated theoretical supercurrent-phase relation in the case of ballistic and diffusive junction. For the diffusive case, we have considered short and long limits where the coherence length is larger or smaller than the sample length, respectively.

LVDC-tiedonsiirtokanavan mallinnus

Yleisesti sähkönjakelussa käytettyä vaihtosähköä ollaan korvaamassa tasasähköllä pienjänniteverkoissa. Vaihtojännitteeseen verrattuna tasajännitteen käyttö mahdollistaa korkeampien jännitetasojen käytön ja paremman sähkönlaadun ja sitä kautta paremman käyttövarmuuden. Sähköverkossa käytettävien muuntajien ja suuntaajien osalta tarvitaan uudenlaisia rakenteita ja kehitystä, että tasajännitejakelun käyttöönotto olisi mahdollista. Oikeiden ratkaisujen löytämiseksi on tehty jo paljon tutkimusta, mutta valmiita järjestelmiä ei vielä ole laajemmin otettu käyttöön. Tasajänniteverkot tarvitsevat myös ohjauksen, säädön ja valvonnan takia tiedonsiirto-ominaisuuksia. Tietoa on mahdollista siirtää samassa kaapelissa, jota käytetään myös sähkön siirtoon. Haasteita asettavat mm. kaapeliin kytketyminen ja tiedonsiirtokanavassa esiintyvät häiriöt. Työssä muodostetaan malli tiedonsiirtokanavasta, jonka avulla voidaan mallintaa verkon käyttäytymistä eri taajuuksilla sekä simuloida sähköverkkoon muodostettavia tiedonsiirtokanavia.

Comparison and Evaluation of Eddy Current Sensors

In the work eddy current sensors are described and evaluated. Theoretical part includes physical basics of the eddy currents, overview of available commercial products and technologies. Industrial sensors operation was assessed based on several working modes. Apart from this, the model was created in Matlab Simulink with Xilinx Blockset and then translated into a Xilinx ISE Design Suite compatible project. The performance of the resulting implementation was compared to the existing implementation in the Xilinx Spartan 3 FPGA board with the custom made sensor. Additionally, an introduction to FPGAs and VHDL is presented.