Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв

Описан высоковольтный испытательный электрофизический комплекс, генерирующий апериодические нестандартные и стандартные грозовые и коммутационные импульсы напряжения микро- и миллисекундной длительности амплитудой до 1 МВ и предназначенный для тестирования пассивных и активных молниеприемников (молн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2006
Hauptverfasser:	Баранов, М.И., Бочаров, В.А., Зябко, Ю.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2006
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142739
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв / М.И. Баранов, В.А. Бочаров, Ю.П. Зябко // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 4. — С. 60-65. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142739
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1427392018-10-15T01:23:29Z Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв Баранов, М.И. Бочаров, В.А. Зябко, Ю.П. Техніка сильних електричних та магнітних полів Описан высоковольтный испытательный электрофизический комплекс, генерирующий апериодические нестандартные и стандартные грозовые и коммутационные импульсы напряжения микро- и миллисекундной длительности амплитудой до 1 МВ и предназначенный для тестирования пассивных и активных молниеприемников (молниеотводов) и других средств молниезащиты, защищающих технические объекты от прямого воздействия на них грозовых электрических искровых разрядов (молнии). Описано високовольтний випробувальний електрофізичний комплекс, який генерує аперіодичні нестандартні та стандартні грозові та комутаційні імпульси напруги мікро- та мілісекундної тривалості амплітудою до 1 МВ та призначено для тестування пасивних та активних блискавкопримачів (блискавковідводів) та інших засобів блискавкозахисту, які захищають технічні об’єкти від прямій дії на них грозових електричних іскрових розрядів (блискавки). The paper describes a high-voltage electrophysical test system that generates aperiodic standard and nonstandard storm and switching voltage impulses of micro- and milliseconds duration with amplitude of up to 1МV and is intended for testing passive and active lightning diverters (lightning rods) and other lightning protection facilities protecting technical objects from direct action of storm electric spark discharges (lightning). 2006 Article Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв / М.И. Баранов, В.А. Бочаров, Ю.П. Зябко // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 4. — С. 60-65. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142739 621.3 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Баранов, М.И. Бочаров, В.А. Зябко, Ю.П. Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв Електротехніка і електромеханіка
description	Описан высоковольтный испытательный электрофизический комплекс, генерирующий апериодические нестандартные и стандартные грозовые и коммутационные импульсы напряжения микро- и миллисекундной длительности амплитудой до 1 МВ и предназначенный для тестирования пассивных и активных молниеприемников (молниеотводов) и других средств молниезащиты, защищающих технические объекты от прямого воздействия на них грозовых электрических искровых разрядов (молнии).
format	Article
author	Баранов, М.И. Бочаров, В.А. Зябко, Ю.П.
author_facet	Баранов, М.И. Бочаров, В.А. Зябко, Ю.П.
author_sort	Баранов, М.И.
title	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
title_short	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
title_full	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
title_fullStr	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
title_full_unstemmed	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
title_sort	комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142739
citation_txt	Комплекс высоковольтного электрофизического оборудования для испытания средств молниезащиты технических объектов грозовыми и коммутационными импульсами напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой до 1 мв / М.И. Баранов, В.А. Бочаров, Ю.П. Зябко // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 4. — С. 60-65. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT baranovmi kompleksvysokovolʹtnogoélektrofizičeskogooborudovaniâdlâispytaniâsredstvmolniezaŝitytehničeskihobʺektovgrozovymiikommutacionnymiimpulʹsaminaprâženiâmikroimillisekundnojdlitelʹnostiamplitudojdo1mv AT bočarovva kompleksvysokovolʹtnogoélektrofizičeskogooborudovaniâdlâispytaniâsredstvmolniezaŝitytehničeskihobʺektovgrozovymiikommutacionnymiimpulʹsaminaprâženiâmikroimillisekundnojdlitelʹnostiamplitudojdo1mv AT zâbkoûp kompleksvysokovolʹtnogoélektrofizičeskogooborudovaniâdlâispytaniâsredstvmolniezaŝitytehničeskihobʺektovgrozovymiikommutacionnymiimpulʹsaminaprâženiâmikroimillisekundnojdlitelʹnostiamplitudojdo1mv
first_indexed	2025-07-10T15:39:08Z
last_indexed	2025-07-10T15:39:08Z
_version_	1837274969926533120
fulltext	Техніка сильних електричних та магнітних полів 60 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 УДК 621.3 КОМПЛЕКС ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СРЕДСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ГРОЗОВЫМИ И КОММУТАЦИОННЫМИ ИМПУЛЬСАМИ НАПРЯЖЕНИЯ МИКРО− И МИЛЛИСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ АМПЛИТУДОЙ ДО 1 МВ Баранов М.И., д.т.н., Бочаров В.А., Зябко Ю.П. НИПКИ "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт" Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" тел. (057) 707-68-41, факс (057) 707-61-33, e-mail: nipkimolniya@kpi.kharkov.ua Описано високовольтний випробувальний електрофізичний комплекс, який генерує аперіодичні нестандартні та ста- ндартні грозові та комутаційні імпульси напруги мікро- та мілісекундної тривалості амплітудою до 1 МВ та призна- чено для тестування пасивних та активних блискавкопримачів (блискавковідводів) та інших засобів блискавкозахис- ту, які захищають технічні об’єкти від прямій дії на них грозових електричних іскрових розрядів (блискавки). Описан высоковольтный испытательный электрофизический комплекс, генерирующий апериодические нестандарт- ные и стандартные грозовые и коммутационные импульсы напряжения микро- и миллисекундной длительности ам- плитудой до 1 МВ и предназначенный для тестирования пассивных и активных молниеприемников (молниеотводов) и других средств молниезащиты, защищающих технические объекты от прямого воздействия на них грозовых элек- трических искровых разрядов (молнии). ВВЕДЕНИЕ В последние годы проблема молниезащиты раз- личных технических объектов в связи с широким применением в их устройствах низковольтной элек- тротехнической, электронной и радиотехнической аппаратуры, восприимчивой и критичной к воздейст- вию мощных электромагнитных полей, высоких им- пульсных напряжений и больших импульсных токов, сопровождающих грозовые электрические искровые разряды (молнии), приобрела повышенную актуаль- ность и большую государственную важность. Выход из строя вследствие поражения молнией ответствен- ного технического объекта (например, энергоблока атомной электростанции или навигационной системы самолета), как правило, приводит к серьезным авари- ям с тяжелыми последствиями [1, 2]. В настоящее время одним из основных методов молниезащиты многих технических объектов, размещенных на зем- ной поверхности или вблизи нее, является использо- вание на них пассивных стержневых (тросовых) или активных молниеприемников (молниеотводов) [1 - 4]. Как правило, тестирование подобных молниеприем- ников проводится с использованием высоковольтного оборудования, способного формировать на объекте испытаний (ОИ), которым в рассматриваемом нами ниже случае является воздушный разрядный проме- жуток с заземленным пассивным стержневым мол- ниеотводом, апериодических стандартных (нестан- дартных) грозовых или коммутационных импульсов напряжения микро− и миллисекундной длительности амплитудой в сотни и тысячи киловольт [5, 6]. Кроме того, при тестировании активных молниеприемников, в основу функционирования которых положена эмис- сия с их элементов навстречу скоплению в облаке атмосферного электричества встречного электриче- ского лидера, обязательным требованием является предварительная подача (до воздействия на них соот- ветствующей волны напряжения) на верхний метал- лический электрод воздушного разрядного промежут- ка ОИ постоянного напряжения величиной 50 кВ и более [5]. Создание подобного компактного высоко- вольтного высокотехнологичного оборудования все- гда было связано с достаточно большими финансо- выми и материальными затратами, людскими ресур- сами и немалыми техническими трудностями. Целью данной статьи является описание прове- ренных авторами в реальной работе электрических схем, конструкций и технических характеристик ос- новных устройств разработанного и созданного в НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" комплекса высоко- вольтного электрофизического оборудования, предна- значенного для проведения на открытом воздухе ис- пытаний различных средств молниезащиты техниче- ских объектов, включая пассивные и активные мол- ниеотводы, апериодическими стандартными (нестан- дартными) грозовыми и коммутационными импуль- сами напряжения микро- и миллисекундной длитель- ности амплитудой до 1 МВ обеих полярностей. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА Рассматриваемый нами комплекс высоковольт- ного оборудования размещен в закрытом отапливае- мом лабораторном помещении, занимает общую площадь около 100м2 и в своем составе содержит сле- дующие основные устройства: стационарную повыси- тельно-выпрямительную установку на номинальное выходное напряжение обеих полярностей ± 100 кВ (ПВУ-100); передвижной генератор импульсных на- пряжений на номинальное напряжение 1,2 МВ (ГИН- 1,2), имеющий рабочее напряжение до 1 МВ [7]; пе- редвижной экранированный омический делитель на- пряжения на номинальное напряжение 1,2 МВ (ОДН- 1,2); передвижной демпфированный емкостный дели- тель напряжения на номинальное напряжение 1,2 МВ (ЕДН-1,2), способный выполнять при создании испы- тательных микро- и миллисекундных импульсов на- пряжения амплитудой до 1 МВ роль высоковольтной формирующей емкости; стационарную экранирован- ную измерительную кабину, оснащенную современ- ной осциллографической аппаратурой. На рис. 1 при- ведена принципиальная электрическая схема рассмат- риваемого нами высоковольтного испытательного комплекса в случае подачи или отсутствия подачи на верхний электрод воздушного разрядного промежутка ОИ постоянного напряжения и в режиме формирова- ния на нем (ОИ) нестандартного коммутационного импульса напряжения временной формы 250/5000 мкс, предназначенного для исследования работы пас- сивных стержневых молниеотводов. Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 61 Рис. 1. Электрическая схема высоковольтного испытатель- ного комплекса при формировании на воздушном разряд- ном промежутке ОИ (пассивном стержневом молниеотводе) апериодической коммутационной волны напряжения 250/5000 мкс амплитудой до 1 МВ На рис. 1 нами приняты такие обозначения: ГR , ГL , −ГС соответственно активное сопротивление, индуктивность и емкость разрядного контура генера- тора ГИН-1,2 ( ГR =48 Ом; ГL =6 мкГн; ГС =20,8 нФ); РR =340 кОм − высоковольтное разрядное сопротив- ление ГИН-1,2; −1К отсекающий искровой коммута- тор генератора ГИН-1,2; ФR =366 кОм − высоко- вольтное активное сопротивление фронтового рези- стора; ВС =142 пФ − электрическая емкость высоко- вольтного плеча делителя напряжения ЕДН-1,2; НС =11,83 мкФ − электрическая емкость низковольт- ного плеча делителя электрического напряжения ЕДН-1,2, имеющего коэффициент деления ДК , рав- ный ДК = НС / ВС =83310; ЭО− электронный (цифро- вой) осциллограф измерительной системы комплекса; −2К высоковольтный разделительный искровой раз- рядник, отделяющий в схеме испытательного ком- плекса электрические цепи высокого постоянного напряжения от цепей высокого импульсного напря- жения; −21,ЭЭ верхний и нижний металлические электроды воздушного разрядного промежутка ОИ; УПН −установка постоянного напряжения, обеспечи- вающая как подачу на электрод 1Э регулируемого по величине высокого электрического потенциала поло- жительной или отрицательной полярности, так и его исключение до воздействия на него и соответственно ОИ (например, молниеотвод) волны коммутационно- го напряжения; ЗR =1,4 ГОм − зарядное (защитное) сопротивление в цепи УПН (14 резисторов КЭВ-5-100 МОм общей длиной 2,05м), исключающее воздейст- вие на элементы УПН высокого испытательного им- пульсного напряжения. Отметим то, что при практи- ческой реализации приведенной на рис. 1 схемы ис- пытательного комплекса металлический электрод Э1 был выполнен в виде круглого алюминиевого диска диаметром 1150 мм со скругленными при помощи кольцевой алюминиевой трубы ø22 мм краями, под- вешенного с помощью капронового троса на высоте 2,3 м над заземленным полом испытательного поля (основанием пассивного стержневого молниеотвода). В качестве металлического электрода 2Э при этом был использован симметрично размещенный под электродом 1Э медный стержень ø20 мм и длиной 1110 мм с закругленным рабочим краем, вертикально расположенный над заземленным горизонтальным основанием (полом) испытательного поля. Высоко- вольтный фронтовой резистор ФR был собран из трех последовательно соединенных активных сопротивле- ний длиной 0,5 м по 122 кОм, каждый из которых был выполнен из 41 последовательно включенного и зали- того эпоксидным компаундом резистора типа ТВО-5- 3 кОм [7]. Разделительный искровой разрядник 2К представлял собой собранный на изоляционном ко- робчатом каркасе из оргстекла типа СОЛ-18 высоко- вольтный воздушный искровой коммутатор с латун- ными полусферическими электродами ø50 мм, распо- ложенными друг от друга на расстоянии 25 мм. 2. ПОВЫСИТЕЛЬНО-ВЫПРЯМИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Общий вид ПВУ-100 описываемого испытатель- ного комплекса представлен на рис. 2. Данное ПВУ с выходным регулируемым рабочим постоянным на- пряжением положительной (отрицательной) полярно- сти до 100 кВ предназначено для заряда конденсато- ров ГИН-1,2 и управления работой последнего. В ос- нову работы ПВУ-100 была положена известная элек- трическая схем умножения напряжения [7, 8]. Рис. 2. Общий вид ПВУ-100 испытательного комплекса В состав ПВУ-100 входит (рис. 2): автотранс- форматор 1 типа РНТ-200-12; высоковольтный испы- тательный трансформатор 2 на 100 кВ типа ИОМ- 100/25; четыре высоковольтных вентиля 3 на 100 кВ; шесть высоковольтных малоиндуктивных конденса- торов 4 типа ИК-100-0,25У4; два электромагнитных короткозамыкателя 5, шунтирующих в нерабочем режиме испытательного комплекса на землю высоко- вольтные цепи зарядно-разрядного контура (ЗРК) ге- нератора ГИН-1,2; 18 защитных резисторов 6; два зарядных резистора 7; два делителя напряжения оми- ческих 8 на ± 125 кВ (ДНО-125); пульт управления (ПУ) испытательным комплексом; генератор пуско- вых импульсов на 10 кВ (ГПИ); генератор высоко- вольтных пусковых импульсов на 100 кВ (ГВПИ). Электрическое питание ПВУ-100 осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В промышленной частоты 50 Гц. Среднее значение потребляемой ПВУ-100 и соответственно испыта- тельным комплексом электрической мощности не превышает 25 кВт. Максимальное значение выпрям- ленного в ПВУ-100 напряжения не превышает ± 100 кВ, а среднее значение выпрямленного (зарядного для ГИН-1,2) тока − 0,08 А [7]. ПУ предназначен для управления и контроля работой как самого ПВУ-100, так и ЗРК генератора ГИН-1,2. В этом ПУ размещены коммутационная и сигнальная электроаппаратура, штатные электроизмерительные приборы и устройст- ва управления запуском и отбоем работы как ПВУ- 100, так и генератором ГИН-1,2. Кроме того, ПУ со- держит электромеханический счетчик импульсов типа А-440 для учета числа произведенных оператором электрических циклов заряд-разряд конденсаторов 62 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 генератора ГИН-1,2. Схема управления работой ис- пытательного комплекса с использованием делителей напряжения ДНО-125 снабжена средствами измере- ния получаемого в ПВУ-100 высокого постоянного напряжения. Данная схема позволяет производить контроль процессами заряда и разряда конденсаторов генератора ГИН-1,2, регулировать в автоматическом или ручном режиме уровень их зарядного напряжения и оперативно реагировать на нештатную ситуацию на испытательном поле и управлять основными устрой- ствами испытательного комплекса в аварийных ре- жимах его работы с соблюдением всех необходимых требований техники безопасности при работе на элек- троустановках с напряжением выше 1000 В. 3. ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 1,2 МВ На рис. 3 и 4 приведены общий вид и принципи- альная электрическая схема передвижного генератора импульсных напряжений на номинальное выходное напряжение 1,2 МВ. Этот генератор ГИН-1,2, предна- значенный для работы на открытом воздухе, создан на основе известной классической схемы Аркадьева- Маркса [7 - 9]. Конструктивно генератор ГИН-1,2 со- стоит (см. рис.3) из изоляционной несущей конструк- ции (ИНК) 1 этажерочного типа общей высотой 3м, на которой размещены элементы его ЗРК. На изоля- ционных полках ИНК 1, выполненных из листового стеклотекстолита СТЭФ-10, расположены 12 высоко- вольтных малоиндуктивных импульсных конденсато- ров 2 в изоляционном корпусе типа ИК-100-0,25У4. На высоковольтных выводах этих конденсаторов 2 жестко установлены разработанные и созданные в нашем институте успокоительные резисторы (УР) 3. Резисторы УР 3 выполнены в виде стеклоэпок- сидных цилиндров ø70 мм, навинчиваемых на метал- лические шпильки указанных выше выводов конден- саторов 2. Эти низкоиндуктивные резисторы УР 3, служащие для подавления в разрядной цепи ГИН-1,2 высокочастотных колебаний [7, 8], содержат внутри себя резистивные элементы, выполненные из нихро- мовой ленты типа Х20Н80-Н толщиной 0,1 мм при своей ширине 15 мм и залитые в матрице цилиндри- ческой рабочей формы компаундом на основе эпок- сидной смолы ЭД-20. Такое выполнение резисторов УР 3 исключает появление поверхностных электриче- ских разрядов вдоль боковых плоскостей изоляцион- ных корпусов конденсаторов типа ИК-100-0,25У4, что значительно повышает надежность работы последних в высоковольтных импульсных электрических цепях. Номинальное напряжение примененных в генераторе ГИН-1,2 резисторов УР 3 типа РМ-50/2 составляет 50 кВ, а их активное сопротивление УR было выбрано равным УR =2 Ом. В ГИН-1,2 на металлических вы- водах резисторов УР 3 жестко закреплены многоза- зорные коммутаторы (МЗК) 4 разработки НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" [7, 10], электрически соеди- няющие в режиме их коммутации все его высоко- вольтные каскады в последовательную разрядную электрическую цепь. На боковых сторонах полок ИНК 1 генератора ГИН-1,2 укреплены изоляционные кронштейны, кото- рые несут три вертикально установленные ветви за- рядно-разрядных резисторов (ЗРР) 5 (рис. 3), электри- чески соединенных с МЗК 4 на номинальное напряже- ние 100 кВ при помощи гибких токопроводящих шин 6. Данные шины 6 выполнены в виде отрезков радио- частотного кабеля РК-50-7-11 со снятой медной оплет- кой. В генераторе ГИН-1,2 одна из ветвей ЗРР 5, элек- трически подсоединенная к источнику зарядного на- пряжения ЗU (ПВУ-100), подключена к каждому из его 12 каскадов, а две другие ветви ЗРР 5 − соответст- венно к четным и нечетным высоковольтным каскадам генератора (рис. 3 и 4). Каждая ветвь ЗРР 5 состоит из шести последовательно соединенных резисторов с ак- тивным сопротивлением 120 кОм. Каждый ЗРР 5 вы- полнен на номинальное напряжение 100 кВ и собран из 40 последовательно соединенных и залитых в металли- ческой прямоугольной форме эпоксидным компаундом резисторов типа ТВО-5-3 кОм. Рис. 3. Общий вид генератора импульсных напряжений на номинальное выходное напряжение 1,2 МВ Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 63 Рис. 4. Принципиальная электрическая схема генератора импульсных напряжений на номинальное выходное напряжение 1,2 МВ Дополнительно к вышеуказанному отметим то, что в генераторе ГИН-1,2 его ИНК 1 выполнена из основания, изготовленного из древесно-слоистого пластика ДСПБ-Э толщиной 40мм, и 13 изоляцион- ных горизонтальных полок, разделенных между со- бой четырьмя несущими стойками, выполненными из стеклопластиковых труб ТСЭФ 70/80 мм. Для обеспе- чения механической прочности вся ИНК 1 сверху до- низу генератора ГИН-1,2 стянута при помощи резьбо- вых соединений круглыми сплошными стержнями, изготовленными из профильного стеклопластика СПП-ЭА ø16 мм и проходящими, а также раскреп- ленными круглыми гетинаксовыми шайбами толщи- ной 10мм, внутри трубчатых стоек из стеклопластика ТСЭФ 70/80 мм. На рис. 4 были приняты следующие обозначения: C = 0,25 мкФ − электрическая емкость малоиндуктивно- го конденсатора на номинальное напряжение 100 кВ (12 шт.); F − многозазорный искровой коммутатор на 100 кВ (12 шт.); УR =2 Ом − успокоительный резистор УР (24 шт.); ЗРR =120 кОм − зарядно-разрядный рези- стор ЗРР (18шт.); ДС =165 пФ − дополнительная техно- логическая электрическая емкость на 180 кВ (1 шт.); РС =180 пФ − разделительная электрическая емкость на 100 кВ (1 шт.). В ЗРК генератора ГИН-1,2 в качестве МЗК применены искровые коммутаторы на 100 кВ типа МЗК-100 и МРИП-100 [7, 10]. Для увеличения зоны коммутации примененных нами в ГИН-1,2 конструкций МЗК и повышения стабильности срабатывания рассмат- риваемого генератора в целом его второй каскад был шунтирован высоковольтной емкостью ДС (рис. 4), собранной из шести последовательно соединенных ке- рамических конденсаторов типа К15-4-1000 пФ на 30 кВ, помещенных в стеклопластиковую трубу ТСЭФ 40/50 мм. При выбранной электрической схеме генера- тора ГИН-1,2 его управляемый запуск осуществляется подачей оператором с ПУ и соответственно от ГВПИ через высоковольтный разделительный конденсатор РС (рис. 4) на средний электрод высоковольтного искрового коммутатора МЗК-100 первого каскада генератора пус- кового импульса напряжения амплитудой 100 кВ. На рис. 5 представлен общий вид испытательно- го поля рассматриваемого высоковольтного электро- физического комплекса в случае исследования воз- действия апериодической коммутационной волны напряжения 250/5000 мкс на пассивные (активные) молниеприемники (молниеотводы) и другие средства молниезащиты технических объектов. Рис. 5. Общий вид высоковольтного испытательного комплекса для исследования воздействия коммутационной волны напряжения 250/5000 мкс амплитудой до 1 МВ на пассивные (активные) молниеприемники (молниеотводы) и иные средства молниезащиты технических объектов Заметим, что в случае прямого применения дан- ного испытательного комплекса для исследования работы пассивных (активных) молниеприемников или иных средств молниезащиты технических объектов описанный выше генератор ГИН-1,2, при ФR =2 кОм и дополнительном использовании в его разрядной цепи примененного в [7] делителя ОДН-1,2 с полным активным сопротивлением ДR =3610 Ом (коэффици- ент деления этого ОДН-1,2 был численно равен при- мерно 9025), позволяет на основе рассмотренных в [11] высоковольтных испытательных электрических схем сформировать на воздушном разрядном проме- жутке указанного ОИ или над другими грозозащит- ными устройствами объектов стандартную грозовую волну напряжения временной формы 1,2/50 мкс с со- ответствующими амплитудно-временными допуска- ми, заданными в [6]. 4. УСТАНОВКА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ На рис. 6 изображена электрическая схема при- мененной нами УПН, использующей трехступенча- тую каскадную модель умножения напряжения [8]. На приведенной схеме приняты следующие обозначения: −1Т лабораторный автотрансформатор регулировоч- ный типа РНО-250-2А на сетевое напряжение 220 В и ток 9 А; −2Т трансформатор напряжения лаборатор- ный типа И 510 на максимальное выходное напряже- ние до 20 кВ; −1V вентиль, состоящий из четырех последовательно соединенных столбов КЦ-201Е; −2V вентиль, выполненный из шести последователь- но включенных столбов КЦ-201Е; −3V вентиль, реа- лизованный в виде восьми последовательно соеди- ненных столбов КЦ-201Е; ,1С 2С и −3С высоко- ГИН-1,2 RФ Э1 Э2 УПН ЕДН-1,2 ГВПИ 64 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 вольтные импульсные конденсаторы типа ИМН-100- 0,1 на номинальное напряжение 100 кВ. Описываемая согласно рис. 6 схема УПН совме- стно с высоковольтным защитным резистором ЗR =1,4 ГОм (рис. 1) позволяет надежно получать по требуемым условиям проведения высоковольтных электрических испытаний между верхним дисковым металлическим потенциальным электродом 1Э и нижним стержневым металлическим заземленным электродом 2Э испытываемого в нашем случае ОИ (пассивного стержневого молниеприемника) регули- руемое по величине постоянное напряжение ПU от нуля до 50 кВ обеих полярностей. Рис. 6. Принципиальная электрическая схема УПН на номинальное выходное постоянное напряжение 50 кВ 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПАССИВНОГО СТЕРЖНЕВОГО МОЛНИЕПРИЕМНИКА На рис. 7 приведена полученная в ходе электри- ческих испытаний на рассматриваемом высоковольт- ном электрофизическом комплексе пассивного стержневого молниеотвода при ПU =0 осциллограмма полной коммутационной волны 250/5000 мкс, воздей- ствующей на воздушный разрядный промежуток ис- пытываемого ОИ в случае, когда его длина составляла 2,3 м, то есть практически в случае отсутствия под электродом 1Э стержневого электрода 2Э , но при- сутствия влияния земли. Рис. 7. Осциллограмма полного испытательного апериодического коммутационного импульса напряжения 250/5000 мкс на воздушном разрядном промежутке длиной 2,3 м пассивного стержневого молниеприемника (чувствительность 166,62 кВ/дел; развертка по времени – 1000 мкс/дел) Согласно данной осциллограмме, зафиксирован- ной с помощью делителя ЕДН-1,2, кабельной линии передачи длиной 25 м с его низковольтного плеча в экранированную (металлическую) измерительную кабину измеряемого полезного электрического сигна- ла и цифрового осциллографа типа Tektronix TDS 1012 (производство США), амплитуда РU отрица- тельного коммутационного импульса напряжения численно составила значение, примерно равное РU =– 700 кВ. Кроме того, из данных рис. 7 видно, что для рассматриваемого случая длительность фронта Фτ воздействующего на пассивный стержневой молние- приемник коммутационного импульса напряжения между его уровнями 0,1-0,9 численно равна около Фτ =0,2 мс (длительность подъема импульса ПТ при этом оказывается примерно равной ПТ =250 мкс), а длительность его полуспада Иτ (длительность им- пульса ИТ ) составляет значение, равное примерно Иτ = ИТ =5 мс. Отметим, что при указанных экспери- ментах с ЕДН-1,2 погрешность измерения высокого импульсного напряжения не превышала 10% [7]. Из приведенной на рис. 8 осциллограммы про- бивного напряжения для исследуемого пассивного стержневого молниеотвода следует, что срез отрица- тельной коммутационной волны напряжения с помо- щью его воздушного разрядного промежутка длиной 1,19 м наступает при предразрядном времени СТ , от- считываемом согласно требований [6] практически от начала подачи испытательного напряжения на рас- сматриваемый ОИ до момента его среза, численно рав- ном около СТ = 236 мкс. Согласно данным рис. 8 мо- менту среза испытательного коммутационного им- пульса напряжения, соответствующему моменту вре- мени начала резкого изменения формы этого импульса напряжения вследствие быстрого снижения напряже- ния, соответствует напряжение среза СРU , примерно равное СРU = – 690 кВ. Данное напряжение СРU близ- ко к амплитудному значению напряжения РU испыта- тельной коммутационной волны 250/5000 мкс. В этой связи отрицательное напряжение среза СРU = – 690 кВ можно считать разрядным напряжением воздушного промежутка длиной 1,19 м исследуемого пассивного стержневого молниеприемника [6]. Рис. 8. Осциллограмма срезанного при СТ = 236 мкс испытательного апериодического коммутационного импульса напряжения на воздушном разрядном промежутке длиной 1,19 м пассивного стержневого молниеприемника (чувствительность 166,62 кВ/дел; развертка по времени – 50 мкс/дел) Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №4 65 На рис. 9 показан общий вид электрического пробоя длинного рабочего воздушного промежутка между электродами 1Э и 2Э исследуемого нами ОИ. Рис. 9. Общий вид длинной сильноточной искры в случае электрического пробоя рабочего воздушного промежутка длиной 1,19 м испытываемого ОИ (пассивного стержневого молниеотвода) при напряжении среза для коммутационной волны 250/5000 мкс, равном при СТ = 236 мкс согласно данным осциллограммы на рис. 8 около СРU = – 690 кВ Для исключения у читателя излишних вопросов заметим, что на переднем плане испытательного поля, приведенного на рис. 9, хорошо видна ярко горящая круглая лампа накаливания системы световой сигна- лизации, металлическое сетчатое ограждение с вход- ной дверью и часть ПУ испытательного комплекса. Слева от светящегося криволинейного канала длинно- го сильноточного искрового разряда на полу лабора- торного помещения (испытательного поля) размещена стационарная УПН, а справа − соответственно пере- движной делитель ЕДН-1,2 и передвижной генератор ГИН-1,2 с ГВПИ (рис. 5 и 9). В ходе указанных выше исследований было установлено, что при подаче на электроды 1Э и 2Э ОИ (пассивного стержневого молниеприемника) положительной коммутационной волны 250/5000 мкс электрическая прочность его воз- душного рабочего промежутка уменьшается. При этом если в отсутствие под дисковым электродом 1Э стержневого молниеотвода 2Э и подаче на ОИ отри- цательной волны напряжения временной формы 250/5000 мкс никаких "тихих" (импульсной короны) и искровых разрядов в зоне ОИ и окружающих его объ- ектов не наблюдалось, то при воздействии на иссле- дуемый ОИ (верхний электрод 1Э ) положительной коммутационной волны напряжения 250/5000 мкс той же амплитуды РU =700 кВ нами были зафиксированы электрические пробои воздушной изоляции между алюминиевой трубой ø22 мм дискового электрода 1Э и расположенными на краю испытательного поля вспомогательными металлическими конструкциями комплекса. В заключение авторы данной статьи выражают большую благодарность всем сотрудникам НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ", принимавшим активное тех- ническое участие в подготовке к испытаниям сложно- го электрофизического оборудования и выполнении части вышеуказанных высоковольтных исследований и измерений. При этом следует особо отметить лич- ный вклад и неоценимую помощь специалистов− электрофизиков Лесного И.П. и Игнатенко Н.Н. ЛИТЕРАТУРА [1] Uman M.A. Natural and artificially-initiated lightning and lightning test standards// Proceeding of the IEEE.-1988.- Vol.76.- №12.- р. 1548-1565. [2] Борисов Р.К., Кравченко В.И., Колиушко Г.М., Князев В.В. Новые аспекты молниезащиты объектов// Техніч- на електродинаміка. Тематичний випуск.-2004.- С. 109-112. [3] Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87/ Минэнерго СССР.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 56 с. [4] Инструкция по проектированию молниезащиты ра- диообъектов. ВСН-1-77 Минсвязи СССР.- М.: Связь, 1978.-32 с. [5] Князев В.В., Кравченко В.И., Лесной И.П. Тестирова- ние активных молниеприемников// Вісник Національ- ного технічного університету "ХПІ". Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Електроенергетика і пере- творююча техніка.- Харків: НТУ "ХПІ".-2003.- №1.- С. 80-88. [6] ГОСТ 1516.2-76. Электрооборудование и электроуста- новки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции.- М.: Изд-во стандартов, 1977.- 56 с. [7] Баранов М.И., Бочаров В.А., Зябко Ю.П., Мельников П.Н. Комплекс электрофизического оборудования для генерирования микро− и миллисекундных импульсов напряжения до 1,2 МВ и тока до 200 кА// Технічна електродинаміка.-2003.- №5.- С. 55-59. [8] Кужекин И.П. Испытательные установки и измерения на высоком напряжении.- М.: Энергия, 1980.- 136 с. [9] Техника высоких напряжений: теоретические и прак- тические основы применения/ Пер. с нем. под ред. В.П. Ларионова.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 555 с. [10] Баранов М.И., Бочаров В.А., Зябко Ю.П., Мельников П.Н. Высоковольтные сильноточные искровые комму- таторы для генераторов импульсных напряжений и то- ков// Технічна електродинаміка.-2003.- №3.- С. 41-47. [11] Баранов М.И., Носенко М.А. Применение программы EWB для численного расчета электромагнитных про- цессов в разрядных цепях мощных емкостных накопи- телей энергии// Вісник Національного технічного уні- верситету "ХПІ". Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Техніка та електрофізика високих напруг.- Харків: НТУ "ХПІ".-2005.- №49.- С. 71-84. Поступила 17.01.2006

Institution

Ähnliche Einträge