Мобильный ГИН - Российская конференция по молниезащите

«МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ
ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЛИЯНИЯ ТОКОВОГО ИМПУЛЬСА НА
СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА»
В.Е. Фортов, В.П. Смирнов, Э.Е. Сон, Ю.А. Быков, В.В. Ермолаев – ОИВТ РАН
Е.В. Грабовский, А.Н. Грибов, Г.М. Олейник, А.О. Шишлов – ТРИНИТИ
Э.М. Базелян – ОАО «Энин»
В.М. Нистратов – МИПФВТ
Ю.А, Горюшин - ФСК
4-я Международная конференция по молниезащите.
27 – 29 мая 2014, г. С-Петербург
1
ЦЕЛИ РАБОТЫ

Создание
мобильного
генератора
импульсного
напряжения для исследования распространения молнии
в грунтах с сопротивлением более 10 Ом.м.

Исследование систем защиты от молниевых разрядов.

Определение уровня электромагнитного излучения
модельных молниевых разрядов как поражающего
фактора.
2
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.
•Генератор
стенда выполнен по схеме Аркадьева-Маркса;
•Максимальное выходное напряжение
2,4 МВ;
•Фронт тока разряда при R=100 Ом
4,2 мкс;
•Фронт импульса при работе на грунт
6÷15 мкс;
•Длительность импульса на 1/2высоте
45÷130 мкс;
•Запасаемая энергия генератора
4,2 МДж;
•Генератор состоит из 4- х секций
•Общий вес ГИН
15 т;
•Эксплуатация стенда в полевых условиях;
•Транспортировка своим ходом.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СУЩЕСТВУЮЩИХ
МЕГАВОЛЬТНЫХ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Фирма/ страна
Тип генератора
U, МВ
C в ударе, нФ
E , кДж
Haefely/ Швейцария
ГИН - SGDA 2600-260
2.6
77
260
Highvolt/ Германия
ГИН –M-1600
1.6
125
160
Highvolt/ Германия
ГИН –G-2400
2.4
125
360
W.S. Test system private
limited/ Индия
ГИН – IMP-1200
1.2
83
60
РФЯЦ «ВНИИ эксп. физики»/
Россия
Взрывомагнитный
генератор ВМГ-320
0.5 при
(Rн=5Ом)
-
5000
ИЯФ СО РАН/ Россия
ГИН – ГОЛ-3
1.0
300
150
ВЭИ, Москва
ГИН
6.0
53
960
ЦНИИ 26, С-Петербург
ГИН
6.0
53
960
ОИВТ РАН, Москва
ГИН
(мобильный)
2.4
1460
4200
4
СОСТАВ МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА




ГИН в составе 4-х секций.
Автономные источники питания в составе дизельгенератора и двух высоковольтных выпрямителей +40кВ.
Измерительно-диагностический комплекс.
Транспортная система: 2-а автопоезда
• КАМАЗ с манипулятором + прицеп-лаборатория
• КАМАЗ с прицепом (монтажный комплект).
5
КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРА СТЕНДА
Комплекс в составе двух секций,
высота 6м
Комплектация одного этажа
К соседнему
этажу
Предохранители
Зарядный
резистор
предохранитель
опора
-40кВ
рама
Колонна
разрядников
зарядное
сопротивление
конденсатор
Конденсаторы
+40кВ
Место для
блока запуска
ГИНа
элемент
крепления
К соседнему
этажу
ошиновка
высоковольтный
вывод
разрядник
конденсатора
•Конденсаторы
в
секции
соединены
•Две секции соединены последовательно, параллельно;
одна стоит над другой.
•В
цепи
каждого
конденсатора
на
•Одна секция ГИН имеет 15 ступеней, по 2 высоковольтном
электроде
установлен
ступени на каждый этаж;
защитный предохранитель.
6
РЕЗУЛЬТАТ ЭКСПЕРИМЕНТА БЗГ
Параметры выходного импульса
Условия эксперимента:
напряжения:
•
зарядное напряжение +20 кВ;
•
амплитуда импульса -60 кВ;
•
сопротивление нагрузки 50 Ом;
до 100нс;
•
управление БЗГ при помощи оптического • фронт импульса
преобразователя;
•
длительность на 1/2высоте
3,5 мкс;
20
Напряжение, кВ
0
-20
-40
-60
-80
0
2
4
6
8
Время, мкс
Импульс напряжения на нагрузке генератора
7
СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ МИК ГИН ПРИ ИСПЫТАНИЯХ.
ДВЕ КОЛОННЫ ПО ДВЕ 0.6 МВ СЕКЦИИ В КАЖДОЙ
Ограждение
ГИН 1
ГИН 2
Прицеп-лаборатория
Соединительные провода
Изолирующие опоры
2 секции ГИН
1 МВ
1 МВ
2 МВ
Комплекс
электропитания
Основание ГИН
8
СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ







Система синхронизации.
Система сбора данных.
Управляющие компьютеры – 4 шт.
Датчики токов и напряжения.
Экранированные
осциллографы
с
питанием (9 шт. для диагностики).
Электронно-оптическая регистрация.
Системы считывания информации.
автономным
9
РАСПОЛОЖЕНИЕ ДАТЧИКОВ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
ГИН
4
БЗГ
БЗГ
8
6
UG2
UG1
БЗГ
БЗГ
7
5
Js1
2
1
Ja1
3
Jb1
Металлическая сетка №1
ГРУНТ
ГРУНТ
Js2
Ja2
Um2
Um1
Металлический
штырь №1
Металлический
штырь №2
Jb2
Металлическая сетка №2
СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА
Схема расположения датчиков для измерений сигналов ГИН. Слева ГИН1, справа ГИН2. 1 – дизельгенератор; 2 – 3-х фазный кабель ~380В; 3 – ВЗУ; 4 – проводники для зарядки 3-й и 4-й секции ГИН +/40кВ и проводники для разряда ГИН в ударе; 6,7,8,RДЕЛ – резистивные делители напряжения. Js1, Jа1,
Jb1, JF1 – датчики тока ГИН1; Js2, Ja2, Jb2, JO2 – датчики тока ГИН2; UG1 - датчик напряжения на
резистивном делителе 6 ГИН1; UG2 - датчик напряжения на на резистивном делителе 8 ГИН2; Um1,
Um2 - датчики напряжения между штырем №1 и штырем №2; пояса Роговского изображены овалами;
шунты – прямоугольниками.
10
МОНТАЖ СЕКЦИЙ

Секции стенда монтируются на
основание из СТЭФ.

Монтаж
осуществляется
при
помощи крана манипулятора.

После монтажа колонны ГИН
накрывается
влагонепроницаемым чехлом.
11
ФОТОГРАФИЯ ДВУХ ГИН С ЛИНИЕЙ
ПЕРЕДАЧИ
Второй ГИН
Линия передачи
Первый ГИН
12
ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЕДИЦИИ
Полевые испытания на площадке в г. Троицк 20 км от МКАД
Полевые испытания - отладка оборудования и выявление возможных
причин неисправностей стенда.
 Первая экспедиция (г. Троицк) - исследование проводимости грунта с
холодным сопротивлением около 10 Ом.
 Вторая экспедиция (г. Троицк) - исследование проводимости грунта с
холодным сопротивлением около 20 Ом.

13
Фотографии в момент пуска установки в полевых
условиях
Вспышки от свечения
воздушных разрядников
Вспышки и выбросы от
пробоя в грунтев грунте
14
ФОТОГРАФИЯ РАЗРЯДА ЗЕМЛЯ – ОСНОВАНИЕ ГИН
(ЭКСПОЗИЦИЯ 5 МКС)
РАЗРЯДЫ ПО ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Выбитая часть поверхности земли в результате
протекания тока. Характерные размеры: длина около 30
см, ширина до 3 см, глубина около 30 см
ОСЦИЛЛОГРАММЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ГИН (1)
Ug1
Js
70
700
60
600
500
50
400
300
кВ
кА
40
30
20
200
100
0
10
-100
0
-200
0
20
40
мкс
60
80
100
-300
0
20
40
60
80
100
мкс
Профили разрядного тока Jа1, напряжения на ГИН1 Ug1, напряжения между заземлением ГИН1 и ГИН2 Um1,
напряжения между заземлением ГИН1 и заземлением на расстоянии 10 м от ГИН1 Ud1.
17
ОСЦИЛЛОГРАММЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ГИН (2)
Um1
Ud1
700
300
600
250
500
200
150
кВ
кВ
400
300
100
200
50
100
0
0
0
20
40
мкс
60
80
100
0
20
40
мкс
60
80
100
Профили разрядного тока Jа1, напряжения на ГИН1 Ug1, напряжения между заземлением ГИН1 и ГИН2 Um1,
напряжения между заземлением ГИН1 и заземлением на расстоянии 10 м от ГИН1 Ud1.
18
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Сопротивление грунта в процессе протекания тока
20
Сопротивление, Ом
20
Сопротивление, Ом
18
16
14
12
10
8
6
18
16
14
12
10
8
6
4
4
2
2
0
0
0
10
20
30
Время, мкс
40
Сопротивление изменяется
незначительно
50
60
0
10
20
30
Время, мкс
40
50
60
Сопротивление уменьшилось в 2-3 раза
В процессе протекания тока 40-70 кА через грунт в части пусков его
сопротивление уменьшается.
Вывод:
Случаи уменьшения сопротивления грунта в разы означает образование в
нем разрядных каналов.
19
Профиль сопротивления грунта и разрядного тока
100
18
90
16
14
Ом
60
кА
Ом
12
18
90
80
Rгрунта=9 Ом
14
70
Js
100
16
80
Rгрунта=9 Ом
20
70
Js
12
60
10
50
8
40
кА
20
10
50
8
40
6
30
4
20
4
2
10
2
6
30
Rгрунта
20
0
0
0
10
20
30
40
50
60
мкс
0
10
20
30
40
50
60
мкс
Профиль сопротивления грунта Rгрунта (сплошная линия) и разрядного тока Js (пунктирная линия). Сопротивления
грунта вычисляется, как R = (Um-Ld(Js2)/dt) / Js2, где L = 15 мкГн.
20
Профиль сопротивления грунта и разрядного тока
Ом
70
35
60
30
Rгрунта=21 Ом
50
25
40
20
Js
30
15
Rгрунта
10
20
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
Профиль сопротивления грунта Rгрунта (сплошная линия) и разрядного тока Js2 (пунктирная линия). Сопротивления грунта
вычисляется, как R = (Um-L(dJs2)/dt) / Js2, где L = 50 мкГн.
21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ




Создан мощный мобильный имитатор разрядов молнии
в грунте с энергозапасом до 4,5 МДж, напряжением
контура до 2 МВ и током 50-100 КА.
Проведены полевые испытания на сопротивлении
грунта 9-20 Ом.
Установлено падение сопротивления при разряде до 3-х
раз, образование токовых каналов.
Развивается программа исследований при изменении
параметров разряда и сопротивления грунта.
22
Спасибо за внимание!
23