События • Конференция

КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ
От физики молнии – к разрядникам

Подготовили:
Эдуард Базелян, д.т.н., профессор, руководитель лаборатории моделирования электрофизических процессов ОАО «Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского», г. Москва
Александр Гайворонский, к.т.н., заместитель директора филиала ОАО «НТЦ электроэнергетики» – СибНИИЭ, г. Новосибирск
Георгий Подпоркин, д.т.н., научный руководитель ОАО «НПО «Стример», г. Санкт-Петербург
Александр Овсянников, д.т.н., заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений НГТУ, г. Новосибирск

Защита от молнии – тема, волнующая не только энергетиков, но и работников многих других сфер: железнодорожного транспорта, связистов, военных и др. Поэтому участники IV Международной научно-практической конференции по молниезащите, которых собралось в Санкт-Петербурге 169 человек, представляли разные ведомства и интересовались самыми разнообразными аспектами защиты от молнии.
Обязанности организатора конференции второй раз подряд взяла на себя петербургская компания «Стример».
Участники мероприятия в течение трех дней, с 27 по 29 мая 2014 г., анализировали существующие проблемы и оценивали перспективы развития молниезащиты в России и за рубежом, делились опытом и последними научными данными.

Работа конференции проходила по 6 секциям:

Секция 1. Руководитель: Э.М. Базелян, д.т.н.
Физика молнии и характеристики грозовой деятельности.
Закономерности ориетировки молнии и поражаемость наземных объектов. Активные управляющие воздействия на молнии.

Секция 2. Руководитель: А.С. Гайворонский, к.т.н.
Параметры разрядов молнии, их учет и использование в практической молниезащите. Нормирование и испытания средств молниезащиты.

Секция 3. Руководитель: Г.В. Подпоркин, д.т.н.
Средства молниезащиты: молниеотводы, защитные аппараты, заземляющие устройства, изоляция.

Секция 4. Руководитель: А.Г. Овсянников, д.т.н.
Приборы и методы исследования грозовой деятельности
и параметров молнии.

Секция 5. Руководитель: М.И. Чичинский, к.т.н.
Молниезащита энергетических объектов и опыт ее эксплуатации.

Секция 6. Руководитель: О.И. Громов
Вторичные проявления наземных и межоблачных разрядов молний и средства защиты от них.

СЕКЦИЯ 1

В работу секции попытались вместить все аспекты научных основ молниезащиты. Объять необъятного, конечно, не удалось. Ряд важных сообщений попали и в другие научные секции конференции. Если суммировать представленные доклады, картина всё равно получается не слишком яркая. Виноваты в этом не только исследователи, но и сформированное в стране отношение к научной работе. Сегодня финансируется лишь то, что гарантирует прибыль завтра. Физика молнии при таком подходе не попадает в разряд приоритетных тем.

Единственная полностью научная программа выполняется сегодня только объединенным коллективом на базе нижегородского Института прикладной физики РАН. Работа ведется в рамках мегагранта «Молнии и грозы. Физика и эффекты». На конференции прозвучало сообщение о намеченной программе исследований и наличии аппаратурного обеспечения, что принципиально важно для успеха работы. Руководители программы нацелены в первую очередь на газоразрядные процессы в облаках, зарождающие молнию. Эти процессы скрыты от исследователей и в буквальном, и в переносном смысле, хотя их практическая значимость исключительно велика. В рамках этой работы необходимо было бы попытаться найти решение и других прикладных проблем, связанных с современной молниезащитой, но, похоже, авторский коллектив все-таки больше ориентирован на электрофизику атмосферы.

Наибольшее внимание докладчиков привлекли процессы ориентировки канала молнии. Специалисты СибНИИЭ, МЭИ, Вологодского госуниверситета предложили различные расчетные модели, пригодные для оценки ожидаемого числа ударов молнии в объект и последствий воздействия грозового электричества. Большинство моделей доведено до практической реализации и оснащено программным обеспечением, доступным для проектировщиков. Характерной чертой подобных работ является стремление к построению моделей на основе современных представлений о механизме развития длинной искры. В этом смысле они принципиально отличаются от европейских методологических разработок в рамках МЭК, которые упорно навязывают проектировщикам формализованные, физически необоснованные рекомендации по расчету и выбору молниеотводов.

Не остается без внимания и задача активного воздействия на молнию с целью управления траекторией разряда. Необходимость ее разрешения исключительно актуальна сегодня. Для современной техники электромагнитное поле молнии стало много опаснее прямого контакта с высокотемпературным каналом. Чтобы исключить опасные полевые воздействия, недостаточно просто перехватить молнию молниеотводом. Необходимо это сделать на большом расстоянии от защищаемого объекта. В сообщении ЭНИН предложена система мультитросовой молниезащиты сооружений большой площади, в которой используется экранирующее действие объемного заряда короны. Техническое решение основано на результатах исследования нестационарной короны в электрическом поле грозового облака от многоэлектродной системы, которое было выполнено в последнее десятилетие командой специалистов-ученых ЭНИН, ИПМ РАН и МФТИ.

СЕКЦИЯ 2

Актуальные вопросы, затронутые в докладах, касались параметров разрядов молнии, защиты оборудования подстанций от прямых ударов молнии и набегающих грозовых волн с линии, а также определения разрядных характеристик линейной изоляции при воздействии напряжения грозовых импульсов.

Специалистом из University of Florida была представлена обновленная техническая брошюра CIGRE TB 549 (2013) «Lightning Parameters for Engineering Applications» (Параметры разрядов молнии для инженерного применения), которая заменила аналогичный документ, принятый более 30 лет назад. В докладе обсуждались новые данные о параметрах разрядов молнии, относящиеся к многокомпонентным молниям, о параметрах возвратного удара, о положительных и биполярных разрядах молнии, об определении радиуса стягивания разрядов молнии. Существенные изменения в новом документе касаются увеличения количества компонент вспышки молнии и распределения точек ударов различных компонент в землю. С учетом новых данных прямых измерений, появившихся в последние годы, параметры токов молнии не требуют изменения. Вместе с тем отмечается, что накопление данных прямых измерений токов молнии на различных объектах по-прежнему остается актуальным.

Новые подходы к защите оборудования ПС от набегающих грозовых волн с линии рассматривались в выступлении представителей компании «НПФ ЭЛНАП» и в совместном докладе СПбГПУ и КНЦ РАН. В них указывалось на необходимость пересмотра действующих нормативных документов по грозозащите ПС на основе реализации статистического подхода к выбору мест установки ОПН, длины защитного подхода ВЛ к ПС.

В докладе сотрудника 23 ГМПИ – филиала «31 ГПИСС» рассматривался новый подход к определению зон защиты стержневых молниеотводов, основанный на результатах физического моделирования, были даны рекомендации по выбору угла защиты, предельного расстояния между молниеотводами с учетом формы защищаемого объекта.

В докладе специалистов СибНИИЭ была представлена электронная база данных по разрядным характеристикам линейной изоляции при напряжении грозовых импульсов, основой для которой послужили полномасштабные стендовые испытания различных типов изолирующих подвесок 110–750 кВ.

СЕКЦИЯ 3

Несмотря на то, что заземляющие устройства как элемент молниезащиты известны более 300 лет, оптимизация их конструкций, разработка методов расчета, экспериментальные исследования импульсных процессов, в том числе в земле, остаются актуальными и в наше время. Относительно новым предложением было применение активных заземлителей на основе использования полимерно-графитовых композиций, которые по сравнению с известными солевыми наполнителями обладают рядом преимуществ. Этот доклад вызвал дискуссию и, как и всё новое, определенную критику.

Полезным и информативным был доклад, представленный СибНИИЭ, по технологии грозозащиты ВЛ высших классов напряжения на основе применения линейных ОПН и разрядников с внешним искровым промежутком, в котором приведен зарубежный и отечественный опыт.

Предложение по применению ОПН для молниезащиты ЛЭП известно с 60-х годов прошлого века, и опыт их применения во многих случаях оказался успешным. Однако широкого распространения эта технология всё же не получила вследствие достаточно высокой цены.

Поэтому достаточно оживленно был встречен доклад компании «Стример» о молниезащите ВЛ на основе мультикамерных разрядников нового поколения, которая является альтернативной технологией для ОПН. Основные достоинства новой технологии, по мнению авторов, состоят в том, что: во-первых, энергия молниевого разряда проходит практически вне аппарата в отличие от других видов разрядников и ОПН; во-вторых, возможно создание эффективных изоляторов – разрядников, соединяющих в себе свойства изолятора и разрядника. Представляется, что технико-экономическое соревнование между двумя технологиями пойдет на пользу молниезащите в целом.

Весьма острую дискуссию вызвали два доклада зарубежных коллег по активным молниеотводам. В ходе дискуссии отечественные специалисты убедительно показали, что как теоретические оценки, так и экспериментальные проверки на крупномасштабных моделях (с напряжением ГИНа 5 мегавольт и длиной разрядных промежутков порядка 20 м), приведенные, например, в докладе представителей «26 ЦНИИ», не дают никаких оснований утверждать, что активные молниеотводы эффективнее, чем обычные стержневые.

СЕКЦИЯ 4

В совместных докладах специалистов институтов РАН и ЭНИН им. Г.М. Кржижановского были представлены результаты экспериментальных испытаний уникальных генераторов импульсных напряжений и токов. Генераторы способны сформировать импульсы тока в десятки тысяч ампер с формой тока реальной молнии. Без них невозможно представить себе фундаментальные исследования протекания токов молнии в грунте и в заземляющих устройствах, в том числе сопровождающих его процессов электрического пробоя на глубине и на поверхности земли.

Добротную разработку устройства автоматического измерения импульсов тока реальной молнии представили специалисты компании «Специальные энергетические технологии». Десятки таких устройств были испытаны в процессе опытно-промышленной эксплуатации мультикамерных разрядников на воздушной линии электропередачи 220 кВ. Получены несколько осциллограмм токов при реальных ударах молнии в линию.

Оригинальные разработки – «Прибор для измерения импульсных характеристик заземляющих устройств» и «Устройство регистрации импульсных токов через ОПН» – представили сотрудники Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН (Апатиты).

Половина докладов секции так или иначе была посвящена проблемам грозопеленгации. Принцип действия грозопеленгации основан на синхронных измерениях параметров электромагнитного излучения молнии системой геометрически разнесенных приемников с последующим анализом принятых сигналов по определенным алгоритмам. Грозопеленгация является классическим примером решения «обратной» задачи, в которой по вторичным проявлениям требуется определить характеристики исходного события, т.е. удара молнии: тип молнии (наземная или межоблачная), место удара и основные характеристики: полярность, величину тока, число компонентов, длительность фронта. Успех решения обратных задач зависит от числа анализируемых проявлений исходного события и глубины анализа. Поэтому системы грозопеленгации непрерывно совершенствуются по мере развития представлений о характеристиках молнии, с одной стороны, и технологии приема и обработки сигналов, с другой стороны.

СЕКЦИЯ 5

Специалисты НТЦ ФСК ЕЭС поделились опытом применения линейных разрядников (ЛР) с внешним искровым промежутком для повышения грозоупорности ВЛ 220 кВ в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов. В качестве примера они привели ВЛ 220 кВ «НГРЭС – Тында» и «Тында – Дипкун». Совпадение эксплуатационных и прогнозируемых расчетных показателей по числу грозовых отключений ВЛ после установки ЛР свидетельствует об обоснованности принятых технических решений.

Современная ситуация в электроэнергетической отрасли и на рынке арматуры, изоляторов и защитных устройств для ЛЭП была рассмотрена в докладе НП «Электросетьизоляция». В докладе изложены цели и ключевые направлениями деятельности Партнерства, планируемые мероприятия, а также информация об условиях участия в деятельности экспертных органов Партнерства и правилах членства в нем.

В совместном докладе КНТЦ «Энергия» и НИИПТ рассматривалось влияние рабочего напряжения на поражаемость молнией ВЛ 220–500 кВ без грозозащитного троса. Было отмечено, что фактическая поражаемость средней фазы выше принятой ранее в 2,5 раза при среднем значении 20% и максимальном – 40% от общего числа поражений ВЛ; имеет место несимметрия поражаемости крайних фаз, достигающая 2,5-кратного значения. По мнению выступавших, при отказе на ВЛ от грозозащитного троса необходимо учитывать при расстановке ОПН фактическую поражаемость средней фазы, а также разработать специальные опоры с пониженным уровнем расположения средней фазы.

СЕКЦИЯ 6

В выступлении представителя «Леноргэнергогаза» были рассмотрены обоснование и особенности применения УЗИП для обеспечения электромагнитной совместимости.

В докладе специалиста компании «ДЕН РУС» были рассмотрены результаты сравнительных испытаний УЗИП на основе варисторов и искровых разрядников. При использовании УЗИП на основе искровых разрядников работоспособность нагрузки полностью сохраняется во всем диапазоне импульсных токов за счет того, что энергия, рассеиваемая в ней, меньше предельно допустимой в десятки раз.

На заседании секции также активно рассматривались проблемы молниезащиты, возникающие на железных дорогах.

Ознакомиться с докладами, прозвучавшими на конференции, можно на сайте http://lightningprotection.ru/?page_id=424
Следующую конференцию по молниезащите планируется провести в 2016 году.