Katedra Aparatów Elektrycznych Politechniki Łódzkiej

---

Historia Katedry

Początek historii tej jednostki edukacyjnej datuje się na 1945 rok, kiedy to z inicjatywy władz uczelni powstała Katedra Elektroenergetyki, która w swoim składzie miała Pracownię / Zespół Przyrządów Rozdzielczych. Od tej chwili, struktura Katedry podlegała różnym transformacjom, które miały na celu dostosowanie jej do potrzeb naukowych i dydaktycznych.

W ciągu kolejnych lat miały miejsce następujące przekształcenia: w 1949 roku Zespół przekształcono w Zakład Przyrządów Rozdzielczych, a w 1957 roku Zakład stał się Katedrą Aparatów Elektrycznych. Dużym krokiem naprzód było włączenie Katedry do Instytutu Transformatorów, Maszyn i Aparatów Elektrycznych ITMA w 1970 roku, gdzie zorganizowano Zespół Dydaktyczny Aparatów Elektrycznych. W tym okresie wyodrębniono dwa zespoły naukowo-problemowe: pierwszy zajmował się Łącznikami Zestykowymi, a drugi Niezawodnością i Metodami Badań Łączników. W 1972 roku powstał Ośrodek Modelowania, który zapoczątkował rozwój bazy komputerowej wykorzystywanej dla celów dydaktycznych i naukowych.

W 1982 roku Zespół został przekształcony w Zakład Aparatów Elektrycznych, co miało miejsce w wyniku wprowadzenia struktury zakładowej w instytucie. Następnie, w 1985 roku, Zakład został wydzielony z ITMA jako samodzielny Instytut Aparatów Elektrycznych. Tę strukturę przekształcono w Katedrę Aparatów Elektrycznych w 2007 roku, w związku ze zmianami strukturalnymi Wydziału oraz z uwagi na nowe uwarunkowania formalno-prawne.

W związku z wymienionymi uwarunkowaniami, wszystkie zmiany strukturalne były wspierane przez rozwój bazy dydaktycznej oraz infrastruktury badawczej. Katedra przez cały okres swojego istnienia działa jako jednolity zespół dydaktyczny, który realizuje różnorodne zadania edukacyjne oraz naukowo-badawcze, a także podejmuje współpracę z przemysłem.

W latach 1945–1956 kładzione były podwaliny pod specjalistyczną bazę laboratoryjną, wykorzystywaną do realizacji celów edukacyjnych oraz badań dla przemysłu. W 1956 roku uruchomiono pierwszą w Polsce zwarciownię generatorową prądu stałego i przemiennego nn. Następnym ważnym krokiem było podwojenie powierzchni lokalowej Katedry w 1969 roku oraz uruchomienie pierwszego laboratorium komputerowego w 1977 roku.

W 1986 roku oddano do użytku nowy budynek laboratoryjny Instytutu, który w 1988 roku przeszedł kompleksową modernizację. Lata 2005–2007 to czas znaczących inwestycji związanych z modernizacją laboratoriów silnoprądowych oraz budową wysokonapięciowego laboratorium trakcyjnego dla kolei dużych prędkości.

Dzięki wszelkim tym działaniom, Katedra Aparatów Elektrycznych wykształciła wielu wybitnych specjalistów. Wśród kierowników jednostki znaleźli się: prof. inż. Stanisław Dzierzbicki (1945–1980), uznawany za twórcę łódzkiej szkoły aparatów elektrycznych, prof. dr hab. inż. Bolesław Bolanowski (1982–1986), dr hab. inż. Marek Bartosik, prof. PŁ (1986–2011), oraz obecny kierownik prof. dr hab. inż. Piotr Borkowski (od 2011).

Działalność naukowa, wdrożeniowa i edukacyjna Katedry

Potencjał badawczy Katedry

Katedra Aparatów Elektrycznych posiada wspaniałe zasoby badawcze, które są kluczowe dla prowadzenia zaawansowanych badań w dziedzinie techniki elektrycznej. Jej laboratoria silnoprądowe są w pełni ukierunkowane na analizę trakcji elektrycznej, zarówno prądu stałego, jak i przemiennego, wyposażone w najnowocześniejszy sprzęt pomiarowy. Wszystko to, od superszybkiej kamery cyfrowej zdolnej do rejestrowania do 250 000 kadrów na sekundę, po oscyloskop o częstotliwości 3 GHz, umożliwia specjalistyczne badania dotyczące aparatury elektrycznej oraz rozdzielnic trakcyjnych.

W Katedrze znajdują się także trzy laboratoria zwarciowe prądu stałego, w tym:

1.1. L. z. dla kolejowej trakcji: napięcie znamionowe Un = 3 kV, zakres regulacji 1,8 kV ÷ 4,2 kV; moc znamionowa Sn = 3,3 MVA; przewidywany prąd zwarciowy Isp = 25 kA.

1.2. L. z. dla miejskiej trakcji: napięcie znamionowe Un = 0,8 kV, zakres regulacji 0,6 kV ÷ 1,2 kV; moc znamionowa Sn = 1 MVA; przewidywany prąd zwarciowy Isp = 50 kA.

1.3. L. z. kondensatorowe: napięcie znamionowe Un = 4 kV, zakres regulacji napięcia: 0,6 kV ÷ 8 kV; energia znamionowa kondensatorów Wc = 56 kJ; maksymalny prąd wyładowczy Isp = 50 kA.

oraz dwa laboratoria prądu przemiennego, które są równie znaczące:

2.1. Laboratorium zwarciowe niskiego napięcia w układzie trójfazowym: napięcie znamionowe Un = 0,6 kV, z zakresem regulacji od 0,2 kV do 0,6 kV; moc znamionowa Sn = 3 × 0,5 MVA; przewidywany prąd zwarciowy Isp = 40 kA.

2.2. Laboratorium wysokiego napięcia w układzie trójfazowym: napięcie znamionowe Un = 3 × 15 kV lub 3 × 25 kV, 50 Hz, z zakresem regulacji napięcia: ± 15%; moc znamionowa Sn = 2 MVA.

Dodatkowo, Katedra dysponuje trzema laboratoriami poświęconymi systemom automatyki budynkowej (HMS/BMS), które korzystają z różnych technologii, takich jak KNX czy LCN. Te wyspecjalizowane stanowiska umożliwiają interaktywną pracę w czasie rzeczywistym z elementami automatyki budynkowej, sterując różnorodnymi procesami, na przykład w zakresie HVAC.

Baza informatyczna Katedry

Baza komputerowa Katedry Aparatów Elektrycznych obejmuje trzy laboratoria dydaktyczne z 60 stanowiskami komputerowymi, połączonymi w sieci lokalnej. Oprócz tego, Katedra dysponuje sześcioma serwerami obliczeniowymi, które wspierają symulacje zjawisk łączeniowych i pól elektromagnetycznych, przy użyciu zarówno własnych, jak i komercyjnych pakietów, jak ANSYS czy Fluent.

Historia działalności informatycznej w Katedrze sięga wczesnych lat 70., a pierwszy Ośrodek Modelowania, powołany w 1972 roku, został włączony w strukturę Instytutu Transformatorów Maszyn i Aparatów Elektrycznych. Z biegiem lat laboratoria systematycznie się rozbudowywały i zyskiwały nowe wyposażenie, co miało kluczowe znaczenie dla rozwoju naukowego.

W ostatnich latach, w okresie 2011–2013, Katedra przeszła kolejną znaczącą modernizację laboratoriów komputerowych, implementując nowe systemy i oprogramowanie.

Główna problematyka badawcza

• zjawiska w aparatach elektrycznych,
• nowe urządzenia łączeniowe,
• zastosowania informatyki w nauce i gospodarce,
• efektywności energetyczna inteligentnych budynków ze zintegrowanymi systemami HMS/BMS.

Szczegółowe kierunki badań

• ultraszybkie wyłączniki prądu stałego i przemiennego oraz ograniczniki przepięć,
• energooszczędne układy i urządzenia zasobnikowe do użytkowania energii elektrycznej,
• zjawiska w zestykach elektrycznych,
• elektrodynamika aparatów elektrycznych,
• inteligentne systemy automatyki budynkowej,
• pozyskiwanie wiedzy z dużych zasobów informacyjnych.

Badania podstawowe obejmują teorię zjawisk łączeniowych, wyłączanie w próżni prądów stałych oraz komputerową symulację oddziaływań elektromagnetycznych w urządzeniach elektrycznych.

Z kolei badania stosowane koncentrują się na nowych metodach ograniczania prądów zwarciowych oraz ultraszybkich wyłącznikach prądu.

Współpraca z przemysłem

Od samego początku Katedra Aparatów Elektrycznych nawiązała wąską współpracę z przemysłem, co zaowocowało wieloma innowacyjnymi rozwiązaniami i opatentowanymi wynalazkami.

Oprócz tego, Katedra realizuje studia sponsorowane, które kształcą przyszłych inżynierów dla firm współpracujących, takich jak:

• ZAE Elester S.A. w Łodzi,
• Apator S.A. w Toruniu.

Osiągnięcia KAE w dziedzinie ultraszybkich wyłączników trakcyjnych

W Katedrze Aparatów Elektrycznych realizowany jest długoterminowy projekt badań i wdrożeń, który koncentruje się na synchronizowanym wyłączaniu silnych prądów przemiennych oraz prądów stałych w próżni poprzez wykorzystanie przeciwprądu. Badania obejmują także procesy przejmowania tych prądów z zestyków, zarówno w powietrzu, jak i w próżni, przy wsparciu sterowalnych elementów półprzewodnikowych oraz technik ograniczania wysokoenergetycznych przepięć łączeniowych.

Opracowano zarówno teoretyczne, jak i eksperymentalne podstawy dotyczące ultraszybkiego oraz hiperszybkiego odłączania prądów zwarciowych w systemach prądu stałego. Badania prowadzone w tej dziedzinie mają dużą wartość aplikacyjną. Dzięki wynikowi tych studi, stworzono nowe zasady dla budowy i funkcjonowania ultraszybkich oraz hiperszybkich wyłączników prądu stałego, jak również synchronizowanych ultraszybkich wyłączników prądu przemiennego, które z dedykowane są dla systemów trakcji elektrycznej.

Ponadto, Katedra wprowadziła do produkcji nową generację ultraszybkich wyłączników prądu stałego DC, które zostały zaprojektowane z myślą o zastosowaniach w podstacjach oraz pojazdach kolejowych i miejskich. Oferowane urządzenia obejmują szeroką gamę – aż 16 różnych wariantów, dostosowanych do różnych napięć i prądów. Warto podkreślić, że są to najlepiej działające i najskuteczniej ograniczające prądy zwarciowe wyłączniki trakcyjne, które nie mają odpowiedników na światowych rynkach.

W Katedrze przygotowano także nową generację wysokonapięciowych, synchronizowanych, próżniowych wyłączników ultraszybkich SVB prądu przemiennego, przeznaczonych dla nowoczesnych podstacji i pojazdów Kolei Dużych Prędkości (25/15 kV, 50/60/16,7 Hz). Wzięto również pod uwagę uniwersalne ultraszybkie wyłączniki próżniowe DWT, które są przeznaczone dla wielosystemowych pojazdów trakcyjnych pracujących zarówno w systemach AC, jak i DC. Należy jednak zaznaczyć, że zmiany w działalności Programu Kolei Dużych Prędkości w Polsce, a także aktualny brak krajowych perspektyw rynkowych, spowodowały czasowe zawieszenie prac nad urządzeniami SVB oraz DWT.

Wszystkie wymienione wyłączniki osiągają wyniki, które są nieosiągalne dla tradycyjnych modeli. Ich nowoczesna technologia staje się kluczowa dla dalszego rozwoju trakcji elektrycznej zarówno w kolejnictwie, jak i w innych dziedzinach, takich jak trakcja górnicza, metro czy przemysłowe urządzenia.

Wszystkie projekty związane z tymi wyłącznikami zostały zrealizowane dzięki wsparciu finansowemu Ministerstwa odpowiedzialnego za naukę oraz innych instytucji. Posiadają one również uznanie w formie licznych nagród i wyróżnień, zdobytych zarówno w kraju, jak i za granicą. Wśród najważniejszych wyróżnień mamy:

• 12 Złotych Medali z Wyróżnieniem na międzynarodowych wystawach wynalazczości i targach (1996–2014),
• Nagrodę Gospodarczą Prezydenta RP (2000),
• trzy nagrody Ministrów Królestwa Belgii,
• siedem nagród i pucharów Ministra właściwego ds. Nauki RP (1996, 1999, 2002, 2003, 2008, 2010, 2011),
• Nagrodę Ministra Edukacji Narodowej RP (1998),
• trzy nagrody Ministra Gospodarki RP (1998, 2002, 2007),
• Nagrodę SIEMENSA (2002),
• Wielki Medal Honorowy Stowarzyszenia Wynalazców i Producentów Francji (2002),
• Nagrodę gospodarczą Wojewody Łódzkiego (2008),
• liczne zespołowe i indywidualne odznaczenia oraz wyróżnienia.

Specjaliści zarówno w kraju, jak i na świecie uznają tę nowoczesną technologię ultraszybkiego wyłączania silnych prądów za przełomową i wysoce innowacyjną.

Kształcenie – kierunki i problematyka

Pracownicy Katedry Aparatów Elektrycznych mają zaszczyt prowadzić zajęcia dydaktyczne na siedmiu kierunkach studiów. Należą do nich: elektrotechnika, energetyka, informatyka, systemy sterowania inteligentnymi budynkami, inżynieria bezpieczeństwa pracy, mechatronika oraz transport.

Tematyka zajęć obejmuje szeroki zakres zagadnień, takich jak:

• budowa, działanie i projektowanie aparatów i urządzeń elektrycznych,
• wykorzystanie profesjonalnych programów komputerowych do rozwiązywania problemów inżynieryjnych związanych z urządzeniami elektrycznymi,
• teoria budowy oraz kwestie eksploatacji urządzeń łączeniowych takich jak zestykowe, półprzewodnikowe i hybrydowe, a także wybrane aspekty projektowania urządzeń ochrony środowiska,
• zastosowanie technologii informacyjnych oraz podstawowe problemy programowania, w tym tworzenie algorytmów i struktur danych,
• problematyka wykorzystania różnych systemów operacyjnych,
• kwestie związane z integracją systemów zarządzania budynkiem HMS/BMS (Home/Building Management Systems).

Dodatkowo, od 2006 roku przy Katedrze Aparatów Elektrycznych działa studdenckie koło naukowe SPUŁ, które angażuje studentów w różne formy aktywności badawczej.

Naukowcy i twórcy Katedry

W Katedrze Aparatów Elektrycznych Politechniki Łódzkiej pracują wybitni naukowcy i twórcy, którzy przyczyniają się do rozwoju tej dziedziny. Oto lista niektórych z nich:

• prof. dr hab. inż. Bolesław Bolanowski,
• prof. dr hab. Piotr Borkowski,
• prof. Stanisław Dzierzbicki,
• prof. dr hab. Zbigniew Kołaciński,
• prof. dr hab. inż. Witold Tarczyński,
• prof. dr hab. inż. Eugeniusz Walczuk,
• dr hab. inż. Marek Bartosik, prof. PŁ,
• dr hab. inż. Zdzisław Tarociński, prof. PŁ,
• dr hab. inż. Franciszek Wójcik.

---

Oceń: Katedra Aparatów Elektrycznych Politechniki Łódzkiej

---