Молниезащита • События • Конференция
V РОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МОЛНИЕЗАЩИТЕ
В центре внимания – нормативная база
Подготовил Александр Гайворонский, к.т.н., заместитель директора филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» – СибНИИЭ, г. Новосибирск
C 17 по 19 мая 2016 г. в Петербурге прошла V Российская конференция по молниезащите. В ее работе приняли участие 162 делегата из различных регионов России и ряда зарубежных стран, в том числе из Германии, Индонезии, Испании, Казахстана, Киргизии, Китая, США, Таиланда, Украины, Франции, Швейцарии и др. Участники конференции и члены научного комитета знакомились с докладами (в течение трех дней были представлены 66 докладов), посвященными новейшим разработкам в области молниезащиты, анализировали существующие проблемы и оценивали перспективы развития молниезащиты.
Конференция была организована НПО «Стример» при поддер- жке Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. В приветственном слове председатель оргкомитета конференции, генеральный директор НПО «Стример» Иван Житенев отметил:
– С ростом глобального потепления усиливается грозовая активность, поэтому тематика конференции становится всё более актуальной. Еще один важный фактор – появление новых технологий, которым требуется защита от молний. Необходимо рассматривать проблему молниезащиты намного шире, нежели это происходило раньше.
Программа конференции отражала различные аспекты молниезащиты, включая физику молнии и закономерности ориентировки ее на наземные объекты, методы исследования грозовой деятельности, а также практические вопросы выбора средств грозозащиты, нормирования и опыта эксплуатации устройств молниезащиты энергообъектов.
Работа конференции проходила по 6 секциям:
Секция 1. Руководитель: Э.М. Базелян, д.т.н.
Физика молнии и характеристики грозовой деятельности. Закономерности ориентировки 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: М.И. Чичинский, к.т.н.
Молниезащита энергетических объектов и опыт ее эксплуатации.
Секция 4. Руководитель: В.А. Раков
Приборы и методы исследования грозовой деятельности и параметров молнии.
Секция 5. Руководитель: О.И. Громов
Вторичные проявления наземных и межоблачных разрядов молний и средства защиты от них.
Секция 6. Руководитель: Г.В. Подпоркин, д.т.н.
Средства молниезащиты: молниеотводы, защитные аппараты, заземляющие устройства, изоляция.
Без преувеличения можно сказать, что работа V конференции по молниезащите прошла под девизом совершенствования нормативной и методической базы.
В первую очередь, проблемы нормирования молниезащиты в России нашли подробное освещение в пленарном докладе, представленном Э.М. Базеляном*. В качестве основных недостатков отечественных нормативных документов выделяются недостатки в нормировании токов молнии, выборе молниеотводов на основе построения зон защиты, в нормировании и расчете заземляющих устройств (ЗУ) по условиям молниезащиты и др.
В частности, как отмечается в докладе, в расчетах молние- защиты недостаточно полно учитывается статистика токов молнии и параметры многокомпонентных разрядов, а также влияние амплитуды и полярности тока молнии на эффективность защитного действия молниеотводов. При нормировании и расчете ЗУ по условиям молниезащиты не учитываются нелинейные свойства ЗУ, связанные с процессами искрообразования и со скин-эффектом в грунте (затуханием электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды), а также полностью игнорируются вопросы электробезопасности при грозовых разрядах.
Предложения по развитию нормативной и методической базы молниезащиты нашли также отражение в докладах В.М. Куприенко, С.Л. Шишигина и других российских участников конференции.
Вопросы совершенствования нормирования молниезащиты объектов железнодорожного транспорта и взрывоопасных объектов нефтепроводного транспорта обсуждались в докладах, представленных специалистами компаний «Форатек АТ» и «АК Транснефть».
Общее мнение, высказанное в дискуссии по данной тематике и закрепленное в решении конференции, сводится к необходимости пересмотра действующих стандартов и разработке единого национального стандарта по молниезащите на основе последних достижений в исследовании физики молнии и механизмов ее опасных воздействий, новых средств молниезащиты, а также тенденций развития современной техники.
Серия докладов была посвящена импульсным характеристикам ЗУ при воздействии тока молнии. Расчетные модели для определения импульсных сопротивлений сосредоточенных и протяженных ЗУ рассматривались в докладах В.В. Ивонина, А.Н. Данилина и Е.С. Колечицкого, С.Л. Шишигина. Технико-экономические аспекты выбора искусственных заземлителей опор ВЛ рассмотрены в докладе О.В. Таламанова.
Группа авторов из ведущих исследовательских учреждений РФ в сфере энергетики (ОИВТ РАН, ТРИНИТИ и др.), подготовила сообщение, содержащее новые экспериментальные данные о характеристиках ЗУ на импульсном токе, полученные в ходе испытаний с помощью мобильного ГИН на 4 МДж при импульсах тока амплитудой до 80 кА. Показано значительное (в 2–5 раз) снижение сопротивления растеканию тока за счет процессов искрообразования в грунте при амплитудах тока до 70 кА.
Актуальные проблемы развития национальной сети грозопеленгации нашли отражение в докладах на секции «Приборы и методы исследования грозовой деятельности». Мировой опыт развития систем грозопеленгации, представленный в обзорном докладе В.А. Ракова, свидетельствует о достаточно высокой эффективности применения таких систем для предупреждения о грозовой обстановке, определения места ударов молнии, накопления статистических данных о параметрах разрядов молнии.
Отечественный опыт создания систем грозопеленгации весьма ограничен. Система дистанционной пеленгации грозовых разрядов НАМОС-ВГИ, представленная в докладе Н.К. Андреева и А.Б. Боярского, базируется на 8 пунктах пеленгации Vaisala на территории юга России. Интересным направлением в развитии данной системы является интегрирование ее в систему специализированного мониторинга опасных погодных явлений, используемую в электросетевых компаниях. Система грозопеленгации, представленная в докладе А.А. Булатова, Ю.В. Шлюгаева, развернута в Нижегородской области и представляет интерес как полностью отечественная разработка.
Тезисы ряда выступлений дополняют представление о проблематике V Российской конференции по молниезащите. (Полностью тексты всех докладов приведены в сборнике, подготовленном к началу мероприятия, а с презентациями, сопровождавшими выступления, можно ознакомиться на сайте www.lightningprotection.ru).
Э.М. Базелян (Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского) и А.И. Федоров (ООО «ДЕН РУС») посвятили доклад особенностям использования УЗИП для защиты от грозовых перенапряжений, вызванных многокомпонентными молниями. По мнению авторов, в этой ситуации в дополнение к УЗИП 1 класса целесообразно устанавливать УЗИП 2 класса (с обеспечением селективности).
В докладе отмечается, что расчет доли тока молнии в УЗИП по упрощенным схемам в большинстве случаев связан с недопустимой погрешностью, нарушающей нормальную работу защищаемого электротехнического оборудования в грозовой обстановке, поэтому нормативные документы по молниезащите предлагается дополнить указаниями по расчету токовой нагрузки УЗИП в низковольтных цепях. Кроме того, так как оценка уровня индуцированных грозовых перенапряжений по нормированной скорости роста тока последующих компонентов может многократно превысить их реальную величину, методика расчета индуцированных перенапряжений должна быть доработана с учетом реальной скорости распространения волны тока главной стадии молнии по ее плазменному каналу.
Д.В. Красноборов и А.С. Рожанков (ООО «КомплектПо- ставка») привлекли внимание к вопросам использования конструкций DAS для защиты высотных объектов от удара молнии. В основе функционирования устройства, представляющего собой каркас с множеством игл-электродов, лежит принцип дробления коронного тока по многочисленным очагам короны, вследствие чего ни на одном из них встречный разряд не переходит в стримерную форму, необходимую для старта от вершины сооружения встречного лидера.
При этом, как подчеркивают авторы доклада, DAS не имеет зоны защиты. Действие конструкции распространяется только на собственную поверхность и укрытое ею сооружение и сводится к существенному сокращению числа ударов молнии в них. Отмечается, что при подборе оптимального радиуса DAS число ударов молнии в укрытое данной системой высотное сооружение уменьшается на порядок. Соответственно уменьшается и число близких и, следовательно, опасных воздействий электромагнитного поля тока молнии.
В.М. Куприенко (23-й ГМПИ – филиал АО «31 ГПИСС») проанализировал методики расчета размеров зоны защиты зданий и сооружений трех стержневых молниеотводов (МО), приведенные в разных нормативных документах (НД) по молниезащите, и сравнил их результаты с результатами крупномасштабных испытаний в длинных искровых промежутках. Диаметр окружности, соединяющей вершины треугольника (а следовательно, определяющий размеры внутренней зоны защиты), при одинаковых условиях рассчитанный по разным НД, отличается более чем в 1,5 раза, что неприемлемо при проектировании молниезащиты с использованием трех стержневых МО. Анализ результатов испытаний показал, что внутренняя область трех стержневых МО защищена до тех пор, пока угол защиты при снижении высоты активной части МО не превысит 69о. При этом интенсивность поражения периметра объекта в каждой серии из 100 воздействий резко возрастает, начиная с угла защиты, равного 60о. Исследование подтвердило возможность использования расчетного значения угла защиты, полученного для четырех стержневых МО, при расчете надежности молниезащиты внутренней области трех стержневых МО.
А.А. Кучерявенков (Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН) рассказал о построении геоинформационной системы (ГИС) грозовой активности на базе имеющегося комплекса ВЛ 6–35 кВ с использованием указателей поврежденного участка линии – индикаторов короткого замыкания (ИКЗ). ИКЗ передают данные о текущей грозовой деятельности в SCADA-систему или в систему мониторинга линий электропередачи «КОМОРСАН».
Докладчик подчеркнул, что от энергокомпаний, оснащенных современными ИКЗ, создание ГИС грозовой активности не требует дополнительных вложений. При этом ГИС дает возможность оперативно устранить повреждения на линии, благодаря их точным GPS-координатам, улучшить проектирование системы ВЛ на основе точных статистических данных о грозовой активности за длительный период времени, повысить безопасность людей во время грозы и уменьшить экономический ущерб от грозовых явлений.
Р.Ф. Манасыпов, И.В. Корягин, А.А. Нигматкулов (ООО «Амнис») подготовили доклад об исследовании характеристик активных (химических) заземляющих электродов. Испытаниям подвергли серийно выпускаемые электролитические электроды горизонтальной установки длиной 3 м, внутренний объем которых заполняется солевым раствором.
Работа позволила сделать несколько важных выводов. Во-первых, изменение погодных условий практически не влияет на сопротивление заземления активных электродов. Во-вторых, наличие солевого раствора внутри электролитического заземляющего электрода и обсыпка его грунтозамещающей смесью не оказывают существенного влияния на снижение сопротивления заземления. В итоге исследователи пришли к заключению, что монтировать электролитический электрод в виде трубы из нержавеющей стали с перфорацией и заполнять эту конструкцию реагентом экономически нецелесообразно.
К.Ю. Мягких и С.В. Филякин (Диагностический центр ПАО «Ленэнерго») представили сообщение об опыте эксплуатации молниезащитного оборудования на подстанциях Санкт-Петербургских высоковольтных электрических сетей (СПбВС). После завершения грозового сезона специалисты «Ленэнерго» по его результатам анализируют отключения и повреждение оборудования. Большой объем информации для анализа дает такой эффективный метод обследования, как тепловизионный контроль объектов молниезащиты.
Авторы отмечают, что замена вентильных разрядников (РВ) на ОПН требует тщательного подхода. Так, одна из основных причин повреждения и отбраковки РВ и ОПН – разгерметизация элементов вследствие длительной эксплуатации либо дефектов при изготовлении. Кроме того, особое внимание при эксплуатации ОПН следует обращать на изменение во времени величины тока проводимости при нормальном рабочем напряжении.
В вопросе эксплуатации заземляющих устройств предлагается уделять больше внимания состоянию цепей между элементами контура, находящимися в земле, и заземляемым оборудованием. Авторы указывают также на то, что в связи с изменением климата карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах, приведенная в ПУЭ (раздел 2 рис. 2.5.3), нуждается в актуализации.
А.Н. Новикова, О.В. Шмарго, А.М. Носова, Л.И. Галкова (ОАО «НИИПТ») на примере воздушных линий МЭС Юга проанализировали влияние природно-климатических условий на эксплуатационные показатели грозоупорности ВЛ. Поводом для исследования стало нелогичное соотношение эксплуатационных значений числа грозовых отключений на участках без грозозащитного троса на двух близких по протяженности линиях: ВЛ 500 кВ «Ростовская АЭС–Буденновск» и ВЛ 330 кВ «Буденновск– Кизляр–Чирюрт». Было отмечено, что удельное число грозовых отключений из-за перекрытия изоляции на участках без грозозащитного троса на ВЛ 500, имеющей большую (примерно на 40%) импульсную прочность линейной изоляции, оказалось в 2,5 раза больше, чем на ВЛ 330 кВ.
Изучение характеристик интенсивности грозовой деятельности позволило ученым сделать ряд выводов. Одним из них стало заключение о том, что создание детальной региональной карты продолжительности гроз в часах для рассматриваемой территории не может дать исчерпывающую информацию для разработки и модернизации систем грозозащиты. В данном случае необходима региональная карта плотности разрядов молнии на землю, которая может быть разработана по результатам регистрации разрядов молнии сетью пеленгации, а регион МЭС Юга должен быть одним из первых в плане развития национальной пеленгационной системы.
С.А. Сухоруков (ЗАО «ЭМСОТЕХ») поделился своей гипотезой о возможности переноса через глобальную электрическую цепь Земля–ионосфера мощных электрических зарядов, способных негативно влиять на объекты. В качестве иллюстрации такого влияния автор привел аварии, зафиксированные в 2012 и 2014 гг.: взрыв кровли предприятия и взрыв и пожар на газораспределительном оборудовании. По его мнению, эти случаи связаны с процессами перезарядки грозового облака через землю.
Автор предполагает, что в зоне возникновения длительного относительно слаботочного разряда и выхода из земли объемного электрического заряда кратковременно существует аномально сверхвысокая напряженность электрического поля, которая при определенных условиях может представлять большую опасность, чем разряд обычной молнии, и приводить к взрыву зданий и сооружений. Он предложил принять приведенные соображения и расчеты за основу для более детального анализа и отметил, что если изложенная в докладе гипотеза верна, то нормативные документы по молниезащите необходимо дополнить.
А.Е. Усачев и Э.Р. Гайфутдинова (Казанский государственный энергетический институт) рассмотрели вопросы применения высокочастотных (ВЧ) заградителей для защиты оборудования от приходящих на подстанции с ЛЭП волн грозовых перенапряжений (ВГП). Исследователи предлагают устанавливать на входе ОРУ модифицированные ВЧ-заградители для увеличения длительности переднего фронта набегающих волн и снижения на порядок величины тока молнии, проходящего через защитные аппараты. Кроме сглаживания переднего фронта импульса волн грозовых перенапряжений, дополнительная индуктивность на входе ОРУ приводит к перераспределению токов молнии, проходящих на ПС.
Отмечается, что с распространением оптоволоконных линий в ближайшем будущем возможно высвобождение большого числа ВЧ-заградителей на ПС. Чтобы использовать эти устройства в качестве защиты от ВГП, следует удалить из них элементы настройки и устройства защиты от перенапряжений, оставив только основную катушку. Предлагается устанавливать эти устройства на всех фазах (или на верхнем фазном проводе), а ОПН каскадной защиты перенести с первой опоры и установить непосредственно за заградителем. По мнению авторов доклада, такая компоновка схемы позволит полностью исключить аварии, причиной которых могут стать набегающие ВГП.
С.Л. Шишигин (Вологодский государственный университет) внес на рассмотрение коллег предложения по совершенствованию стандартов в области молниезащиты, заземления и ЭМС. Ряд соображений касается применения метода катящейся сферы (МКС), рекомендуемого стандартом МЭК 62305. Докладчик предлагает определить область применимости МКС в электроэнергетике. В частности, МКС позволит избежать ситуации, когда при проектировании и реконструкции ПС удар молнии во внутренние молниеотводы моделируется с завышенным током, что приводит к избыточным, затратным техническим решениям задач ЭМС, связанным с ограничением кондуктивных и электромагнитных помех. Амплитуда тока молнии каждого молниеотвода для задач ЭМС должна рассчитываться с учетом экранирующего действия других молниеотводов, для чего, по мнению ученого, наравне с методами имитационного моделирования следует применять МКС.
Еще одной проблемой, требующей отражения в стандартах, является определение зоны защиты, создаваемой многократным молниеотводом, когда при внешнем замкнутом контуре защиты внутри него образуются незащищенные области. Предлагается рассматривать многократный молниеотвод как совокупность тройных молниеотводов. Требует отражения в нормативах и проблема программного обеспечения (ПО) для решения задач ЭМС: зачастую результаты расчетов, выполненных в разных программах, различаются, а набора тестовых задач для проверки достоверности и функциональности ПО пока нет.
Кроме того, в докладе содержатся предложения относительно расчета кондуктивных помех и нагрева экрана контрольного кабеля, а также обязательного использования многослойной горизонтально-слоистой модели земли при расчете заземлителей.
С.Л. Шишигин, А.В. Черепанов, Д.С. Шишигин (Вологодский государственный университет) сформулировали предложения по расчету кондуктивных помех и нагрева экрана контрольного кабеля. Расчет следует выполнять с учетом магнитных связей кабеля с другими проводниками. Для расчета кондуктивных помех при первом импульсе тока молнии рекомендуется приведенная авторами формула на основе RL-схемы замещения, в общем случае – использование 3D-модели кабеля. Для расчета нагрева разработан шаговый алгоритм на основе ГОСТ 28895-91, позволяющий учесть уменьшение тока в процессе нагрева и магнитные связи кабеля.
Для снижения кондуктивных помех и нагрева экрана контрольного кабеля следует снижать ток экрана путем прокладки параллельных проводников ЗУ, шин уравнивания потенциала или прокладки кабеля в металлических лотках, трубах и т.п. Эти технические решения не всегда удается обосновать расчетным путем, если критерием является снижение (выравнивание) потенциала ЗУ согласно действующим стандартам.
По результатам работы участниками конференции было выработано Решение. В этом итоговом документе, кроме необходимости создания современной системы национальных стандартов и нормативных документов по молниезащите, зафиксировано решение обратиться к руководству РАН с просьбой возглавить эту работу, сформировав с этой целью межотраслевую рабочую группу из ведущих специалистов в области физики молнии и практической молниезащиты. Руководству РАН предлагается обратиться к ведущим научно-исследовательским и проектным организациям с просьбой делегировать их специалистов в рабочую группу, а также к министерствам, госкорпорациям, заинтересованным ведомствам и организациям с просьбой участвовать в финансировании разработки системы стандартов и норм по молниезащите.
Отмечена также необходимость создания национального Технического комитета (ТК) для формирования современной технической политики в области молниезащиты (проведение экспертизы нормативных документов, расчетных методик, средств защиты от перенапряжений и методов испытаний), а также межотраслевого центра для испытания методов и средств молниезащиты, разрабатываемых и производимых как в РФ, так и за рубежом. Выступить с инициативой создания ТК предлагается руководству РАН.
Насущной задачей с точки зрения участников конференции является скорейшее внедрение в РФ систем грозопеленгации с перспективой организации на базе разрозненных комплексов единой общенациональной сети для построения системы оперативного предупреждения о грозовой опасности, создания достоверных карт грозовой активности, а также механизма учета и регистрации воздействий молнии на объекты промышленности, транспорта и энергетики. Кроме того, по общему мнению, целесообразно продолжить внедрение систем мониторинга грозовых разрядов на ВЛ 110–750 кВ, основанных на волновых методах и предназначенных для предупреждения о грозовой обстановке на трассах ВЛ, получения объективной информации об аварийных отключениях и статистических данных о грозовой активности в районах прохождения ВЛ, выявления участков ВЛ с повышенной избирательной грозопоражаемостью.
Конференция рекомендует организациям, имеющим ведомственные нормы и правила по молниезащите, при совершенствовании таких норм и правил руководствоваться научно обоснованными рекомендациями, не допуская применения оборудования, эффективность которого не имеет достоверного подтверждения, и необоснованного изъятия ранее введенных ограничений на применение неэффективного оборудования.
Полностью Решение конференции доступно на сайте http://lightningprotection.ru.
* См. статью Э.М. Базеляна «Молниезащита зданий и сооружений. Необходимость новой НТД и требования к ней» на стр. 46.
|
