Полевые испытания МИК ВМГ

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
(I)
Ц ел ь п р о вед е н и я п ол е в ы х и с п ы та н и й М И К В М Г ;
(II)
П р и н ц и п ы п о с т р о е н и я и отл и ч и тел ь н ы е ч е рт ы ;
(III)
Те о р ет и ч е с к и й а н а л и з э ф ф е к т и в н о с т и р а б от ы ;
(V)
С хе м а и с п ы та н и я М И К В М Г ;
(VI)
Резул ьтат ы п ол е в ы х и с п ы та н и й ;
(VII)
Перспективы применения;
( V I I I ) З а к л юч е н и е
Объединенный институт высоких
температур РАН
Мобильный испытательный комплекс (МИК ВМГ) предназначен для
генерации импульсов тока амплитудой до 70кА с напряжением до 1500кВ
в индуктивно-омической нагрузке с параметрами:
сопротивление 1-10 Ом, индуктивность до 200 мкГн.
Цель проведения полевых
испытаний
• 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;
• Тестирование и калибровка измерительного комплекса.
Объединенный институт высоких
температур РАН
Особенности МИК ВМГ:
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.
Объединенный институт высоких
температур РАН
Принцип работы и построения МИК ВМГ
Составные элементы
генератора
и м п ул ь с ов ток а :
1- ВМГ (внутри взрывной камеры);
4
5
2- импульсный трансформатор;
3 – взрывная камера;
4 – кузов-контейнер машины;
5 – проходной изолятор.
2
3
1
Принципиальная
электро техническая
схема
генератора
импульсов тока:
Объединенный институт высоких
температур РАН
Специальный закон вывода индуктивности L(t)
был обеспечен конструкцией ВМГ с конусной
секцией на выходе
Взрывомагнитный
генератор в сборе.
d2
l0
d1
1 – блок
инициирования,
2 – спираль
(обмотка) ВМГ,
3- лайнер,
Расширение лайнера
4 - коаксиальный
токовывод
d3=d2-2Ut –диаметр основания
расширяющегося лайнера;
D, U - скорость скольжения
лайнера по спирали и
скорость расширения;
t - время работы конусной
секции.
Объединенный институт высоких
температур РАН
Расчетная модель МИК ВМГ
Для обеспечения эффективной передачи энергии от ВМГ в индуктивно-резистивную
нагрузку необходимо обеспечить минимизацию потерь энергии в R1.
R1
L
G
R2
L
L
L
1T
L
2T
M  kc L1T L2T
t
exp(  
Req
U~e
0
I1   0
iωt
L
eq
tp
kc
L1T
R2


)
L2T ( 1   )2 R1
WR   I 2 R2 dt
0
2
L I
WL  L 2
2
W1 
2
L 
Объединенный институт высоких
температур РАН
WL
W1
Leq I1
2
Leq
dt )
Leq
2
Req  R1  ( 1 
Req
2
tp
  I1 Req dt
2
0
R 
WR
W1
Результаты теоретических расчетов
L ,  R
Leq /L1T

R 
WR
W1
L 
WL
W1

LL
L2T

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
мкГн) и низкого сопротивления (порядка нескольких Ом)
Условие эффективной передачи
энергии в индуктивно-омическую
нагрузку () при учете потерь (R1 )
требует выполнения соотношения:
R1
L
 1T
R2 L2T 
2

kc ( 1  2 ) 
1 

2

( 1   ) 

При этом:
Объединенный институт высоких температур РАН
tL < tp
Результаты моделирования
Расчет импульса тока в нагрузке с активным сопротивления R2 = 1 Ом показывает, что
эффективность передачи энергии ВМГ в нагрузку достигается свыше 50% при
R1 ~ 0,1 мОм (R = R2 /R1 ~ 1 104)
R = R2 /R1
R1

Результаты расчетов и анализа электротехнической схемы легли в основу разработки МИК ВМГ.
Объединенный институт высоких
температур РАН
П о л е в ы е и с п ы та н и я М И К В М Г
Проведение полномасштабных испытаний МИК ВМГ с комплектом контрольно-измерительной
аппаратуры на специальном контуре заземления
Соединение ВМГ и
импульсного
трансформатора
Схема проведения испытаний: контуры ввода импульса тока и
расположение датчиков
Место проведения испытаний - ШАТУРСКИЙ
ОБЛАСТЬ, СЕНТЯБРЬ 2013 ГОД.
РАЙОН
, МОСКОВСКАЯ
Объединенный институт высоких температур РАН
Р Е З У Л ЬТА Т Ы
Ток в нагрузке, кА, ( эксперимент №1)
ПОЛЕВЫХ
И С П Ы ТА Н И Й
Исходные условия в экспериментах:
№1
Начальная энергия ВМГ, кДж
23
Активное сопротивление нагрузки, Ом
2
Индуктивность нагрузки (контура заземления) , мкГн
75
№2
43
4
86
Ток в нагрузке, кА, ( эксперимент №2)
Зарегистрированные
в экспериментах
осциллограммы токов
и
напряжений
Напряжение на выходе МИК
ВМГ, кВ, ( эксперимент №1)
Напряжение на
выходе МИК ВМГ, кВ,
( эксперимент №2)
Напряжение на зонде №1, кВ,
Объединенный институт высоких
температур РАН
РЕЗУЛЬТАТЫ
Таблица
основных
ПОЛЕВЫХ
ИСПЫТАНИЙ
зарегистрированных
параметров
№
Параметры / № эксперимента
1
2
1
2
4
2
Нача льное с о пр от ивлен ие меж д у конт ур ам и в вода и мп ульс а тока
(активная нагрузка), Ом
Макс и мал ьная а мпл ит уда тока в нагр узке, кА
3
Энергия, генерированная ВМГ, кДж
900
1500
4
Максимальная амплитуда напряжения на выходе из МИК ВМГ, кВ
220
450
5
Макс и мал ьная а мпл ит уда нап ря жения на акт ивн ой нагр узк е, кВ
118
255
6
Фронт нарастания импульса тока, мкс
30
25
7
Длите льнос ть им п ульс а тока по ур овню 0, 5 от амп лит уд ного
значения, мкс
Энергия, рас с ея нн ая в активно й нагр узке, кД ж
150
130
510
880
Ус илен ие выд е ливше йс я в н агр узке энерг и и по отношен ию к
начальной энергии
22
20
8
9
50
63
Планируется в текущем году экспедиция (3 пуска) с целью достижения предельных параметров:
начальное сопротивление 10 Ом, индуктивность контура до 200 мкГн, энергия ВМГ - до 2,5 МДж,
энергия в нагрузке – до 1,5 МДж, напряжение на выходе МИК ВМГ - около 1 МВ.
Объединенный институт высоких
температур РАН
Перспективы применения МИК ВМГ:
В качестве имитатора
воздействия импульсов тока
молнии для:
Энергетика
Наука
• Электрические
генерирующие станции
• Распределительные
подстанции
• Линии электропередачи
• Фундаментальные исследования
нелинейных процессов в объектах при
полномасштабном воздействии
импульсом тока
Объединенный институт высоких
температур РАН
 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 70кА и длительностью около 150 микросекунд на объектах с
сопротивлением 1-10 Ом и индуктивностью до 200 мкГн;
 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 контрольноизмерительной 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
Объединенный институт высоких
температур РАН