События • Конференция

В конце 2012 года в Томске состоялся один из наиболее авторитетных мировых научных форумов в области вакуумной и плазменной электроники – Международный симпозиум по разряду и электрической изоляции в вакууме (ISDEIV 2012), определяющий мировые тенденции развития вакуумной коммутационной техники.
В этом году его главным организатором выступил Томский институт сильноточной электроники СО РАН.
В работе симпозиума приняли участие ведущие российские ученые и более 130 их коллег из 19 стран (США, Германия, Франция, Голландия, Израиль, Япония, Корея, Индия, Китай и др.). Было сделано 211 докладов, из которых 45 – устных и 166 – стендовых.
На протяжении всех 5 дней на различных секциях, панельных дискуссиях были представлены новейшие результаты исследований по следующим темам:
– физика и техника вакуумных сетевых выключателей (46%);
– фундаментальные проблемы физики вакуумной дуги (10%);
– сильноточная вакуумная электроника (8%);
– физика пробоя по поверхности диэлектрика (8%);
– физика и техника формирования покрытий с использованием вакуумного разряда (7%);
– физика предпробойных явлений и пробоя в вакууме (7%);
– физика и техника электронных и ионных пучков на основе вакуумного разряда (6%);
– проблемы, сопутствующие тематике симпозиума (4%);
– физика электрического разряда в газах низкого давления (2%);
– слаботочная вакуумная электроника (2%).
Традиционно наибольшее внимание на форуме было уделено физике и технике вакуумных выключателей.
Наряду с устными докладами и постерными сессиями в рамках симпозиума проводились круглые столы.

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ КОММУТАЦИИ ВАКУУМНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ
Мнение мирового сообщества

Подготовил Валерий Журавлев, «Новости ЭлектроТехники»

КРУГЛЫЙ СТОЛ ПО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯМ

По инициативе Промышленной группы «Таврида Электрик», в рамках ISDEIV был организован круглый стол «Перенапряжения при коммутации вакуумными выключателями индуктивной нагрузки».
Участникам круглого стола – представителям ведущих мировых исследовательских центров и крупнейших электротехнических компаний было предложено обсудить вопрос, который регулярно дискутируется в российском профессиональном сообществе: насколько верно утверждение, что вакуумные выключатели (ВВ) на напряжение 6–10 кВ более опасны для электроприемников с точки зрения коммутационных перенапряжений, чем другие типы коммутационных аппаратов?

Вел круглый стол доктор Рене Смитс (Rene Smeets), профессор Технологического университета Эйндховена (Нидерланды), член рабочей группы МЭК по вопросам коммутации индуктивных нагрузок, автор более 200 научных работ по коммутациям высоковольтных нагрузок и испытаниям, сотрудник крупнейшей испытательной и сертификационной лаборатории KEMA, признанный эксперт в области коммутационных перенапряжений. Рене Смитс также является членом постоянного научного комитета симпозиума – Permanent International Scientific Committee (PISC), объединяющего наиболее ярких представителей научных организаций и промышленных компаний мира в области вакуумной техники. На сегодняшний день из 18 членов PISC Россию представляют: Сергей Школьник (Физико-технический институт имени
А.Ф. Иоффе РАН), Дмитрий Проскуровский (Институт сильноточной электроники СО РАН), Алексей Чалый (Промышленная группа «Таврида Электрик»).

Эдгар Дулни (Edgar Dullni), вице-президент компании ABB, член PISC во вводном докладе кратко охарактеризовал природу возникновения перенапряжений при коммутации индуктивных нагрузок ВВ.
Были освещены физическая сущность и характерные параметры следующих процессов: срез тока и связанные с ним перенапряжения; перенапряжения при многократных повторных зажиганиях; перенапряжения при виртуальном срезе тока; предпробои при включении. Все эти явления давно известны научному сообществу, хорошо изучены и объяснены.

Рене Смитс в своем выступлении рассказал о подходе, принятом в стандарте IEC 62271-110 – High-voltage switch gear and control gear – Part 110: Inductive load switching («Аппаратура распределения и управления высоковольтная. Часть 110. Переключение индуктивной нагрузки»). Стандарт описывает классы напряжения от 1 до 800 кВ и регулирует вопросы коммутации ненагруженных трансформаторов, шунтирующих реакторов на напряжение более 52 кВ и двигателей на напряжение до 17,5 кВ.

Докладчик отметил, что стандарт не затрагивает трансформаторы с точки зрения испытаний по причине непреодолимых сложностей с моделированием в тестовой цепи поведения конкретного трансформатора и сильной зависимости результатов от конструктивных и технических параметров трансформатора.
Для коммутации двигательной нагрузки проблема достаточно успешно решается, особенно в части отключения пусковых токов. Тестовая последовательность для двигательной нагрузки состоит из 80 опытов, разделенных на 4 тестовых случая, различающихся отключаемыми токами и емкостью со стороны источника. По результатам множества проведенных испытаний в лаборатории KEMA Рене Смитс сделал следующие обобщающие выводы:
– Срез тока не представляет опасности для изоляции двигателей, если он не сопровождается повторными зажиганиями и виртуальным срезом тока.
– Множественные повторные зажигания при их возникновении вызывают перенапряжения с большой крутизной и амплитудой, опасной для изоляции оборудования.
– Виртуальный срез тока не является уникальным явлением и может вызывать перенапряжения очень большой кратности (рис. 1).
– Перенапряжения при множественных повторных зажиганиях и виртуальном срезе тока успешно ограничиваются с помощью ОПН до уровня, безопасного для изоляции нагрузки (рис. 2).
– Перенапряжения в тестовых цепях превышают аналогичные в реальной эксплуатации.
В заключение он отметил, что по совокупности эксплуатационных преимуществ ВВ не имеют альтернатив в среднем классе напряжения, что отражает их доля в общем количестве установленных по всему миру аппаратов (рис. 3).

Рис. 1. Перенапряжения на выключателе при виртуальном срезе тока

Рис. 2. Перенапряжения на нагрузке при ограничении с помощью ОПН

Рис. 3. Динамика доли рынка выключателей среднего класса напряжения с различными дугогасящими средами

Артем Базавлук, старший специалист исследовательского отдела ПНП «Болид» (г. Новосибирск), изложил результаты исследований и позицию компании по вопросу перенапряжений при коммутации ВВ, а также предложения по нормированию параметров ВВ на уровне стандартов.
Докладчиком были сформулированы следующие выводы:
– ВВ должны проверяться и мониториться как производителями, так и эксплуатирующими организациями.
– ВВ должны быть оборудованы специальным устройством для контроля и проверки их механических характеристик.
– Параметры ВВ должны периодически проверяться в процессе эксплуатации.
– Коммутируемое оборудование должно оснащаться средствами защиты. Правильный выбор ВВ и средств защиты зависит от типа нагрузки.
– Перенапряжения при коммутации ВВ опасны для кабелей из сшитого полиэтилена, двигателей и трансформаторов.
– Требования ГОСТ не могут быть применены ко всем ВВ.
– Новое энергетическое оборудование требует формирования дополнительных требований и ужесточения существующих.
Компания «Болид» предлагает нормировать на уровне стандартов следующие характеристики ВВ: скорость движения контактов при включении и отключении; отсутствие дребезга; неодновременность замыкания полюсов; ток среза; давление в вакуумной камере; электрическая прочность при расстоянии 2 мм между контактами.

Доктор Ханс Шелекенс (Hans Schellekens), технический директор Schneider Electric, член PISC, в следующем докладе изложил мнение компании по существующему утверждению о том, что ВВ опасно использовать в сетях, где применяются кабели из сшитого полиэтилена, например в распределительных сетях городов, в связи с возможной быстрой деградацией их изоляции из-за перенапряжений высокой частоты.
Опираясь на экспериментальные зависимости и модели старения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые были сопоставлены с уровнями воздействующих перенапряжений с учетом их длительности, выступающий сделал следующие выводы:
– Коммутации выключателями любого типа в распределительной сети не влияют на время жизни кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
– Перенапряжения в присоединенной к распределительной сети промышленной нагрузке не влияют на распределительную сеть и могут не учитываться.
– Для промышленной нагрузки все возможные перенапряжения с учетом длительности не превышают 10% от пробивного напряжения.
– Коммутация конденсаторных установок является самым нагруженным режимом для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена вне зависимости от типа применяемой дугогасящей среды.
– Применение вакуумных выключателей не влияет на интенсивность отказов и время жизни кабелей в российских электрических сетях.
Докладчик отметил, что данные тезисы подтверждаются обширным опытом эксплуатации ВВ и кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в Европе, Америке и Китае.

Доктор Эрик Тэйлор (Erik Taylor), представитель компании Siemens, в своем выступлении поделился опытом компании в части рекомендаций по защите от перенапряжений двигателей среднего напряжения. Он подчеркнул, что применение ВВ для коммутации двигательной нагрузки давно принято и одобрено рынком во всем мире, а интенсивные многолетние независимые исследования показали полную совместимость ВВ и двигателей, что подкреплено обширным опытом эксплуатации. Проблема перенапряжений при коммутации двигателей хорошо изучена и предложена масса эффективных технических решений по ограничению перенапряжений, в том числе специальные средства защиты.

Заключительный доклад представил Алексей Чалый, генеральный и технический директор Промышленной группы «Таврида Электрик», член PISC. В своем выступлении он сказал, что ряд утверждений российских специалистов об опасности применения ВВ в сетях 6–10 кВ не подтвержден необходимым объемом экспериментальных данных, а иногда напрямую противоречит существующему опыту эксплуатации. Например, говоря о повышении повреждаемости оборудования с увеличением количества вакуумных выключателей в сетях промышленных предприятий, критики ссылаются всего на один источник, в котором данные, позволяющие сделать такой вывод, отсутствуют. Также докладчиком были приведены сведения, полученные от промышленных предприятий, которые опровергают утверждение о повышении аварийности, вызванном широким внедрением ВВ.
Список дополнительных требований к характеристикам ВВ, по мнению А. Чалого, не имеет достаточного обоснования ни в части необходимости их нормирования, ни в части конкретных значений нормируемых характеристик. Более того, некоторые из предлагаемых требований при выполнении могут вызвать эффект, обратный ожидаемому. Так, например, было показано, что при неодновременности замыкания контактов 0,6 мс перенапряжения при включении ВВ оказываются выше, чем при 1,2 мс. По большей части предлагаемых к нормированию параметров специалистами компании «Болид» не было предложено методики проверки и измерения.
Также докладчик указал на существенные, по его мнению, методические и измерительные ошибки при получении экспериментальных данных, которые ставят под сомнение сделанные на их основе выводы.

Подводя итоги мероприятия, Рене Смитс отметил, что некоторые специалисты в качестве альтернативы применения ВВ предлагают возврат к масляным выключателям, характеризующимся меньшей частотой перенапряжений для некоторых видов нагрузки. Однако подобная альтернатива фактически не может быть принята из-за низкой надежности, ресурса, пожароопасности и необходимости в регулярном обслуживании этих аппаратов.

Все доклады, прозвучавшие в рамках круглого стола, можно скачать по ссылке http://www.hcei.tsc.ru/conf/isdeiv/images/presentations/0_Panel_I_ISDEIV2012.pdf
Дополнительную информацию о симпозиумах по электрической изоляции и разрядам в вакууме можно найти на сайтах http://isdeiv.lbl.gov и http://www.hcei.tsc.ru/conf/isdeiv/index.html