IV Международная конференция по молниезащите и надежности электрических сетей Май 27-29, 2014, Санкт Петербург Полевые испытания мобильного испытательного комплекса на основе взрывомагнитного генератора А. В. Шурупов, В.Е. Завалова, А.В. Козлов, А.Н. Гусев, Н.П. Шурупова, С.Ю. Шибелев, Объединенный институт высоких температур РАН, Москва ; А.Н. Чулков, ЗАО «СЭТ» г. Шатура, Московской обл., Э.М. Базелян, ОАО «ЭНИН», г. Москва

План Объединенный институт высоких температур РАН (I) Цель проведения полевых испытаний МИК ВМГ; (II) Принципы построения и отличительные черты; (III) Теоретический анализ эффективности работы; (V) Схема испытания МИК ВМГ; (VI) Результаты полевых испытаний; (VII) Перспективы применения; (VIII) Заключение

Цель проведения полевых испытаний Цель проведения полевых испытаний Проведение испытаний МИК ВМГ на реальной нагрузке, для проверки основных выходных электрофизических параметров, заявленных при разработке. Проведение испытаний МИК ВМГ на реальной нагрузке, для проверки основных выходных электрофизических параметров, заявленных при разработке. Обеспечение нескольких рабочих пусков с использованием однотипных взрывомагнитных генераторов (ВМГ) для наработки статистики в работе МИК ВМГ; Обеспечение нескольких рабочих пусков с использованием однотипных взрывомагнитных генераторов (ВМГ) для наработки статистики в работе МИК ВМГ; Тестирование и калибровка измерительного комплекса. Тестирование и калибровка измерительного комплекса. Объединенный институт высоких температур РАН Мобильный испытательный комплекс (МИК ВМГ) предназначен для генерации импульсов тока амплитудой до 70 кА с напряжением до 1500 кВ в индуктивно-омической нагрузке с параметрами: сопротивление 1-10 Ом, индуктивность до 200 мк Гн.

1. Взрывомагнитный генератор (ВМГ) является источником энергии в котором реализуется процесс превращения энергии взрывчатого вещества в энергию электромагнитного импульса. 2. ВМГ является единственным расходным элементом комплекса; 3. Согласование ВМГ с индуктивно-омической нагрузкой осуществляется с применением неразрушаемого в процессе работы импульсного трансформатора; 4. Конструкция ВМГ обеспечивает специальный закон вывода индуктивности для формирования фронта импульса тока. Особенности МИК ВМГ: Объединенный институт высоких температур РАН

Принцип работы и построения МИК ВМГ Объединенный институт высоких температур РАН Составные элементы генератора импульсов тока: 1- ВМГ (внутри взрывной камеры); 2- импульсный трансформатор; 3 – взрывная камера; 4 – кузов-контейнер машины; 5 – проходной изолятор. Принципиальная электро - техническая схема генератора импульсов тока:

Специальный закон вывода индуктивности L(t) был обеспечен конструкцией ВМГ с конусной секцией на выходе Объединенный институт высоких температур РАН Взрывомагнитный генератор в сборе. 1 – блок инициирования, 2 – спираль (обмотка) ВМГ, 3- лайнер, 4 - коаксиальный токовывод d 3 =d 2 -2U –диаметр основания расширяющегося лайнера; D, U - скорость скольжения лайнера по спирали и скорость расширения; t - время работы конусной секции. l0l0 d2d2 d1d1 Расширение лайнера

Объединенный институт высоких температур РАН Для обеспечения эффективной передачи энергии от ВМГ в индуктивно-резистивную нагрузку необходимо обеспечить минимизацию потерь энергии в R1. Расчетная модель МИК ВМГ

Моделирование параметров схемы позволило найти их оптимальные значения при которых максимальная эффективность передачи энергии ВМГ в нагрузку достигла значения свыше 50%. При этом полученные значения нагрузки лежат в области низкой индуктивности (порядка сотни мк Гн) и низкого сопротивления (порядка нескольких Ом) Условие эффективной передачи энергии в индуктивно-омическую нагрузку ( ) при учете потерь (R 1 ) требует выполнения соотношения: Результаты теоретических расчетов Объединенный институт высоких температур РАН Leq /L 1T L, R L < p При этом:

Результаты расчетов и анализа электротехнической схемы легли в основу разработки МИК ВМГ. R = R 2 /R 1 Результаты моделирования R1R1 Объединенный институт высоких температур РАН Расчет импульса тока в нагрузке с активным сопротивления R 2 = 1 Ом показывает, что эффективность передачи энергии ВМГ в нагрузку достигается свыше 50% при R 1 ~ 0,1 м Ом ( R = R 2 /R 1 ~ )

Соединение ВМГ и импульсного трансформатора Схема проведения испытаний: контуры ввода импульса тока и расположение датчиков Место проведения испытаний - Ш АТУРСКИЙ РАЙОН, М ОСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ, СЕНТЯБРЬ 2013 ГОД. Проведение полномасштабных испытаний МИК ВМГ с комплектом контрольно-измерительной аппаратуры на специальном контуре заземления Объединенный институт высоких температур РАН Полевые испытания МИК ВМГ

Зарегистрированные в экспериментах осциллограммы токов и напряжений РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ Исходные условия в экспериментах: 1 2 Начальная энергия ВМГ, к Дж Активное сопротивление нагрузки, Ом 2 4 Индуктивность нагрузки (контура заземления), мк Гн Ток в нагрузке, кА, ( эксперимент 1) Ток в нагрузке, кА, ( эксперимент 2) Напряжение на зонде 1, кВ, Напряжение на выходе МИК ВМГ, кВ, ( эксперимент 1) Напряжение на выходе МИК ВМГ, кВ, ( эксперимент 2) Объединенный институт высоких температур РАН

Планируется в текущем году экспедиция (3 пуска) с целью достижения предельных параметров: начальное сопротивление 10 Ом, индуктивность контура до 200 мк Гн, энергия ВМГ - до 2,5 МДж, энергия в нагрузке – до 1,5 МДж, напряжение на выходе МИК ВМГ - около 1 МВ. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ Таблица основных зарегистрированных параметров

Перспективы применения МИК ВМГ: Энергетика Электрические генерирующие станции Распределительные подстанции Линии электропередачи Наука Фундаментальные исследования нелинейных процессов в объектах при полномасштабном воздействии импульсом тока Объединенный институт высоких температур РАН В качестве имитатора воздействия импульсов тока молнии для: проверки заземлителей электрических подстанций, имеющих регламентированный предел сопротивления заземления до 1 Ома; проверки электроники оборудования ПС на электромагнитную устойчивость к воздействию разрядов молнии; исследования наведенных токов во вторичных цепях за счет индуктивных связей.

Заключение Создан образец мобильного испытательного комплекса на основе взрывомагнитного генератора (МИК ВМГ) для полномасштабного моделирования воздействия импульсов токов молнии с амплитудой до 70 кА и длительностью около 150 микросекунд на объектах с сопротивлением 1-10 Ом и индуктивностью до 200 мк Гн; Численное моделирование работы МИК ВМГ позволило определить оптимальные параметры схемы, обеспечивающие передачу энергии в нагрузку более 50% ; Проведенные полевые испытания МИК ВМГ в составе с контрольно- измерительной аппаратурой подтвердили: Работоспособность комплекса; Эффективную работу по передаче энергии в низкоомные, индуктивные нагрузки (область приоритетного применения). Объединенный институт высоких температур РАН

Спасибо за внимание! Работа выполнялась при поддержке ФСК ЕЭС