9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

20 Ленинградская

(ЭБ-4)

Испытания электромагнитной совместимости и качества сети на-

дежного питания системы бесперебойного электроснабжения

ПТК-УСБТ и КСКУЗ.

2010 г.

21 Кольская

(ЭБ-3)

Обследование электромагнитной обстановки и испытания в ре-

альных условиях эксплуатации УСБТ TELEPERM XS на устойчи-

вость к электромагнитным воздействиям.

2010 г.

22 Курская

(ЭБ-3)

Обследование электромагнитной обстановки в помещениях АБП,

ЩПТ, оборудования РЗиА, Г5, Г6, 26Т, 5Т, систем возбуждения

Г5, Г6. Проведение испытаний на соответствие требованиям ЭМС,

оценка влияния оборудования АБП и ЩПТ на работу КСКУЗ,

СФКРЭ.

2010 г.

23 Билибинская

(ЭБ-1÷ЭБ-4)

Выпуск комплекта методических документов по обследованию

электромагнитной обстановки и состояния электромагнитной со-

вместимости оборудования СУЗ с целью продления эксплуатации

за пределами назначенного срока службы.

2010 г.

24 Ленинградская

(ЛАЭС-2)

Обследование параметров электромагнитной обстановки природ-

ного и техногенного происхождения в районе размещения ЛАЭС-

2 для проектирования СКУ важных для безопасности и для анали-

за безопасности эксплуатации энергоблоков.

2010 г.

Целью выполненных работ являлось обобщение

результатов обследований фактического состояния

по устойчивости штатного оборудования и систем

АСУ ТП АЭС к регламентированным и реально су-

ществующим на энергоблоках АЭС электромагнит-

ным воздействиям.

По результатам работ выявлены технические

средства АСУ ТП, не удовлетворяющие требованиям

электромагнитной совместимости, проведена оценка

оперативных запасов по устойчивости обследован-

ных АСУ ТП к реально существующим электромаг-

нитным воздействиям, разработаны программы и

комплекс мероприятий по повышению помехозащи-

щенности технических средств АСУ ТП на АЭС с

реакторами ВВЭР, РБМК и БН.

Результаты работ приведены в [1-7].

Литература

1. Основные работы, выполненные в 2009 году,

Сборник работ ОАО «ВНИИАЭС», М., 2010.

2. Сборник аннотаций работ 2009 года, ОАО

«ВНИИАЭС», М., 2010.

3. Программа повышения помехозащищенности

оборудования и систем АЭС по результатам анализа

проведенных обследований, ОАО «Концерн Рос-

энергоатом», М., 2007г.

4. Типовая программа и методика обследования

электромагнитной обстановки и определения запасов

по устойчивости АСУ ТП к электромагнитным воз-

действиям, ОАО «Концерн Росэнергоатом», М., 2007.

5. Сарылов О.В., Сарылов В.Н. Электромагнит-

ная совместимость преобразователей давления СКУ

в реальных условиях эксплуатации на энергоблоках

атомных станций, 5-я Российская межотраслевая

школа-семинар «Эксплуатационная устойчивость

элементов атомных станций», Абхазия, Пицунда, 6-9

октября 2009г.

6. Сарылов В.Н., Сарылов О.В., Лопанчук А.А.,

Югай Т.З. Эксплуатационная устойчивость энерго-

блоков АЭС в условиях электромагнитных воздейст-

вий природного и техногенного происхождения,

Шестая Международная научно-техническая конфе-

ренция, «Концерн Росэнергоатом», М., 2008г.

7. Даниленко К.Н., Сарылов В.Н., Сивоконь

В.П. Электромагнитная совместимость, эффектив-

ность и безопасность эксплуатации атомных стан-

ций, 7-й Международный симпозиум по электромаг-

нитной совместимости и электромагнитной эколо-

гии, 26-29 июня 2007г., С-Петербург.

ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ПАРАМЕТРОВ

ФИЛЬТРУЮЩИХ ДРОССЕЛЕЙ НА ПАРАМЕТРЫ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

В.

Л.

УГАЁВ

ОССИЯ

СПбГЭТУ «ЛЭТИ» кафедра РАПС, bugayov.v@gmail.com

Аннотация. Электропривод (ЭП) со статическим преобразователем частоты (ПЧ) является интен-

сивным источником электромагнитных помех, воздействующих на устройства автоматики и связи в

электроприводных системах производственных механизмов. Структура статического преобразовате-

ля частоты, нагрузка ЭП, а также алгоритмы управления ПЧ существенно влияют на параметры

электромагнитной совместимости. В статье приведены результаты моделирования электромагнитных

процессов в цепи питания ЭП. Произведено сравнение результатов компьютерного моделирования

системы с экспериментальными данными.

Abstract. An electric drive with the frequency converter is a source of intense electromagnetic interference.

It affects the automatics and communication in electric drive systems. The structure of the frequency con-

verter, the load of electric drive, algorithms of electric drive control have an effect on the parameters of elec-

tromagnetic compatibility. The results of modeling of electromagnetic processes in supply circuit of electric

drive are shown in this research. The comparison of the results of computer simulation with the experimental

data is executed in the paper.

Введение

Все помеховые влияния электропривода можно

разделить по мере их важности на следующие [1]:

 влияние на питающую сеть – ПЧ генерирует

в сеть высшие гармоники тока,

 влияние на выходе преобразователя – ПЧ

формирует выходное напряжение с помощью ши-

ротно-импульсной модуляции (ШИМ). Поэтому вы-

ходное напряжение характеризуется высоким du/dt,

что неблагоприятно сказывается на двигателе (до-

полнительный разогрев обмоток и подводящих кабе-

лей, старение изоляции, пульсации электромагнит-

ного момента),

 высокочастотное влияние в диапазоне от 150

кГц до 30 МГц на входе и выходе – вызвано работой

силовых ключей ПЧ в ключевом режиме на больших

частотах, что может оказывать влияние на слаботоч-

ные сигналы управляющих устройств, сигналы радио

и телевидения, систем безопасности и т.д.,

 влияние через излучение до 1 ГГц.

В данной работе рассматривается только влия-

ние ЭП на питающую сеть. ПЧ потребляет из сети

несинусоидальный ток, что приводит к появлению

высокочастотных составляющих тока и напряжения

в питающей сети. На величину этих искажений

влияют такие факторы как: мощность преобразова-

теля, величина нагрузки двигателя, величина индук-

тивности в звене постоянного тока и на стороне сети

питания ПЧ, мощность входного трансформатора и

его импеданс, мощность короткого замыкания пи-

тающей сети.

Экспериментальные данные

Натурные исследования проводились на ЭП

насосной станции с ПЧ на 30 кВт без дополнительных

помехоподавляющих средств. На входной стороне

присутствует понижающий трансформатор ТМГ-400

кВА со следующими характеристиками:

 напряжение КЗ – 4,5%,

 ток ХХ – 2,1%,

 потери ХХ – 800 Вт,

 потери КЗ – 5500 Вт.

Измерения осуществлялись с помощью «Стенда

мобильного для проведения испытаний по

электромагнитной совместимости ФГУП «ЦНИИ

имени академика А.Н. Крылова»,. На рис. 1-3 пред-

ставлены форма тока, гармонический состав тока и

напряжения соответственно.

Рис.1. Форма входного тока ЭП.

Показатели несинусоидальности напряжения и

тока следующие [2,3]:

 коэффициент искажения синусодальности

кривой напряжения (THDu),

 коэффициенты n-ой гармонической состав-

ляющей напряжения (U

*100),

 коэффициент искажения синусоидальности

кривой тока (THDi),

 коэффициенты n-ой гармонической состав-

ляющей тока (I

*100).

Эти показатели представлены на рис.2-3 (где по оси

абсцисс откладывается номер гармоники).

Рис.2. Гармонический состав входного тока ЭП.

Из приведенных выше рисунков видно, что

входной ток существенно несинусоидальный. Наи-

большая амплитуда у гармоник канонического по-

рядка [4], THDi=72,9%.

Рис.3. Гармонический состав напряжения на входе ЭП.

Искажения напряжения не существенны

(THDu=3,3%), Преобладают гармоники кратные 3, что

говорит о не равномерной загрузке по фазам. ЭП прак-

тически не влияет на гармонический состав напряжения.

На рис.4. представлен спектральный состав

входного тока в диапазоне от 0 Гц до 100 кГц.

Рис.4. Спектральный состав входного тока ЭП.

Основная часть спектра лежит в диапазоне до 2

– 3 кГц, но при этом на входе присутствуют состав-

ляющие на несущей частоте широтно-импульсной

модуляции (ШИМ) ПЧ равной 10 кГц и кратные ей.

Моделирование

Аналогичные показатели получаются и при

компьютерном моделировании в среде

MATLAB/Simulink с помощью инструмента FFT-

Analysis. Результат сравнения приведен на рис.5.

Рис.5. Гармонический состав входного тока ЭП.

Сравнение результатов моделирования

с экспериментом.

Показатели THDi и I

лучше отражают эмис-

сию гармонических искажений источником. THDu и

зависят от параметров сети и от искажений

тока вызванные не только исследуемым источником,

но и всеми потребителями, подключенными к точке

общего присоединения.

Задача этой работы определить влияние ЭП с

ПЧ на сеть. Так как параметры сети существенно

влияют на показатели несинусоидальности тока и

напряжения, то дальнейшее моделирование будет

производиться без учета параметров сети. Парамет-

ры моделируемой системы:

 Источник напряжения 3-фазы, 380 В, 50 Гц,

 Неуправляемый 6-пульсный выпрямитель,

 Емкость в звене постоянного тока - 14мФ,

 Асинхронный двигатель – 110 кВт, 1487

об/мин.

Сравним искажения тока ПЧ при различных на-

грузочных моментах (100,80,60,40,20% от номиналь-

ного) без средств помехоподавления. Результаты

сравнения приведены на графике (рис.6.).

Рис.6. Зависимость THDi и I

от нагрузки ЭП.

По оси абсцисс – номер гармоники, амплитуды

указаны в процентах от основной. Рис. 6 показывает,

что с уменьшением нагрузки процентное значение

искажений возрастает; при том амплитуды этих ис-

кажений в абсолютном значении снижаются, а сле-

довательно, снижается влияние на сеть и разогрев

кабелей и оборудования. Максимальное влияние на

сеть будет при номинальной нагрузке.

Для уменьшения гармонических искажений

применяют различные средства. Их можно разделить

на следующие типы:

 пассивные - AC-дроссели (сетевые), DC-

дроссели (звена постоянного тока), многопульсные

схемы, LC-фильтры различных конфигураций,

 активные - схемы с активным выпрямителем

(active-front-ends), активные фильтры гармоник.

Наиболее часто применимы различные дроссе-

ли, в ЭП большой мощности (больше 200 кВт) эф-

фективно применяются многопульсные схемы [5].

Модель позволяет показать как изменяются по-

казатели несинусоидальности тока ЭП с DC- и AC-

дросселем при изменении их индуктивности.

На рис.7. приведены графики зависимости THDi и

при различных значениях индуктивности DC-

дросселя.

Рис.7. Зависимость THDi и I

от индуктивности

DC-дросселя

Из рис.7. видно, что DC-дроссель существенно

снижает искажения тока. При увеличении

индуктивности дросселя эффективность его

увеличивается до определенных пределов, при

дальнейшем увеличении индуктивности искажения

снижаются не существенно. При этом даже при

максимальной индуктивности дросселя, ЭП не будет

удовлетворять стандарту на ограничение гармоник

тока [6,7] (минимальный THDi = 31,14% при 2 мГн).

На практике производители предлагают около 0,25

мГн для ПЧ на 110 кВт, отражение справедливости

этого можно увидеть на рис.7.

На рис.8. приведены графики зависимости THDi

и I

при различных значениях индуктивности AC-

дросселя.

Рис.8. Зависимость THDi и I

от индуктивности

AC-дросселя.

AC-дроссель лучше фильтрует гармоники тока

5-11 порядка, что увеличивает его эффективность по

сравнению с DC-дросселем. Применение AC-

дросселей ограничивается на практике тем, что при

увеличении его индуктивности увеличивается

падение напряжения и уменьшается cosφ. Если

сравнить рис.2 и рис.8, то можно увидеть, что в

первом рисунке содержание гармоник такое, как

было бы при наличии AC-дросселя. Индуктивность

сети возрастает с увеличением ее мощности.

Поэтому при увеличении отношения мощности сети

к мощности ЭП можно уменьшать индуктивность

дросселя.

Выводы

Влияние на сеть тем выше, чем больше нагрузка

ЭП с ПЧ. При этом гармонический состав будет

хуже, если в сети присутствует большое количество

ПЧ, работающих на неполную нагрузку.

AC- дроссели снижают искажения тока,

вносимые ЭП, лучше DC-дросселей, но из-за

увеличения падения напряжения с увеличением

индуктивности рекомендуется совмещать их с DC-

дросселями.

При выборе дросселя необходимо учитывать не

только параметры ЭП, но и параметры сети.

Литература

1. J. Novak, J. Simanek, O. Cerny, R. Dolecel.

EMC of Frequency Controlled Electric Drives// Radio-

engineering, Vol. 17, № 4, DECEMBER 2008, p. 101-

105.

2. ГОСТ 13109-97, Электрическая энергия. Со-

вместимость технических средств электромагнитная.

Нормы качества электрической энергии в системах

электроснабжения общего назначения.

3. ГОСТ 23875-88. Качество электрической

энергии. Термины и определения. Переиздание 2003.

4. Анисимов Я.Ф. Электромагнитная совмес-

тимость полупроводниковых преобразователей и

судовых электроустановок / Я.Ф. Анисимов, Е.П.

Васильев. – Л.: Судостроение, 1990. – 264 с.

5. Variable Frequency Drive Solutions for Low

Harmonics

Publication DRIVES-BR011B-EN-P – Au-

gust 2009

6. IEEE Standard 519-1992, Recommended Prac-

tices and Requirements for Harmonic Control in Electri-

cal Power Systems, The Institute of Electrical and Elec-

tronics Engineers, 1993.

Hoevenaars T., LeDoux K., Interpreting IEEE

Std 519 and Meeting its Harmonic Limits in VFD Appli-

cations// Material IEEE Paper No. PCIC-2003-15 May 6,

2003

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ

СРЕДСТВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРЯМЫХ МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ

К.

В.

РМАКОВ

ОССИЯ

Ю.

Г.

ЯБОВ

ОССИЯ

ООО «Газпромэнергодиагностика», e-mail:office@gazpromenergy.ru

Аннотация. В статье рассматриваются преимущества и недостатки существующих способов защиты

наземных объектов от прямых молниевых разрядов и приведены перспективные разработки в данной

области.

Abstract. Some advantages and defects of existing methods of lightning stroke protection for overland ob-

ject are considered in article. Promising developments in this area are given.

В настоящее время с каждым годом проявляется

устойчивый рост количества пожаров и катастроф на

объектах нефтегазовой отрасли, обусловленных воз-

действием прямых молниевых разрядов (например,

пожар на нефтебазе «Конда» в августе 2009 года).

При этом результаты проведения экспертизы по вы-

явлению причин возникновения пожара, показыва-

ют, что система молниезащиты (МЗ) объектов, на

которых происходили пожары, соответствовала тре-

бованиям действующей нормативной документации.

Многолетние наблюдения за грозопоражаемо-

стью высотных объектов показали, что с высотой

сооружения резко снижается его эффективность за-

щиты от прямых ударов нисходящих молний. Как

пример, можно привести нередко наблюдаемые слу-

чаи боковых молниевых разрядов в телевизионные

башни (рис. 1), также фиксируются случаи ударов

молнии в основание башен и в расположенные рядом

с ними объекты.

Рис. 1. Боковые удары молнии в высотный объект

Имеется много фактов, когда после первого МР,

молниеприемное устройство (или его часть) блоки-

руется и не воспринимает последующие разряды.

В течение многих лет наблюдения за грозовыми

разрядами проводились специалистами Энергетиче-

ского института им. Г.М. Кржижановского. Стати-

стический анализ данных показал, что 5-7 процентов

всех ударов молнии поражают боковую поверхность

башни значительно ниже ее вершины, а вблизи Ос-

танкинской телебашни нисходящие молнии бьют в

землю так же часто, как и до ее строительства.

Это говорит о том, что применяемые принципы

построения МЗ объектов не обеспечивают достаточ-

ный уровень безопасности от прямых молниевых

разрядов (МР).

Для определения возможных способов обеспе-

чения МЗ наземных объектов рассмотрим механизм

ориентирования МР. Лидер нисходящего МР, рож-

денного в грозовом облаке на высоте в несколько

километров над поверхностью земли, в начале пути

движется по непрогнозируемой траектории, претер-

певая многочисленные отклонения от вектора на-

пряженности внешнего электрического поля атмо-

сферы. Это происходит потому, что поле в окрестно-

сти лидерной головки, где ионизуется воздух и рож-

дается новый участок плазменного канала, по край-

ней мере, на 2 порядка больше внешнего [1]. Поле

создается собственным зарядом лидера, который

размещен на поверхности канала и в чехле, сформи-

рованном стримерной зоной перед головкой лидера.

Ориентирование нисходящего лидера связано с

развитием, так называемого, встречного лидера, ко-

торый стартует от вершины наземного объекта и на-

правляется навстречу (отсюда и название) лидеру

молнии. Контакт лидеров завершает процесс их раз-

вития [2]. Понятно, что чем длиннее встречный ли-

дер, тем на более дальних подступах к защищаемой

зоне он перехватывает МР.

Исходя из вышеописанных принципов, можно

определить два основных принципа обеспечения МЗ:

1. Раннее возбуждение встречного лидера, при-

тягивающего молниевый разряд к специальным уст-

ройствам, обеспечивающим безопасное растекание

тока молнии. На этом принципе основано действие

традиционных систем МЗ и генераторов ранних

стримеров [3].

2. Предотвращение молниевых разрядов над за-

щищаемой областью за счет блокирования развития

встречных лидеров и отражения нисходящего лидера

(рис. 3). К таким системам относятся конструкции

типа Dissipation Array System® (DAS®). В России

подобные разработки известны как «Кактус» и

«Метла», которые применяются для защиты от элек-

трических полей в авиационной и оборонной техни-

ке [4, 5].

Провоцирование молниевых разрядов в тради-

ционных системах МЗ вызывает необходимость

обеспечения безопасного растекания тока молнии и

влечет к увеличению количества МР в защищаемую

область. В результате:

- увеличивается риск прорыва МР через систему

МЗ;

- увеличиваются уровни электромагнитных воз-

действий на оборудование защищаемого объекта за

счет стягивания МР к защищаемой зоне, что вызыва-

ет необходимость повышения уровня защиты объек-

тов от вторичных проявлений МР (заноса потенциа-

ла, воздействия электрического и магнитного полей).

Тем не менее, в связи с отсутствием фундамен-

тальных исследований, результатов испытаний или

других приемлемых стандартов такие системы МЗ

продолжают использоваться для защиты зданий и

сооружений от прямых МР.

На основе описанного принципа действия в РФ

разработана усовершенствованная конструкция бе-

зыскрового молниеотвода. Молниеотвод содержит

металлическую мачту и стержневой молниеприем-

ник (рис. 3). Металлическая мачта размещена внутри

экранирующей оболочки, состоящей из набора тон-

ких металлических проводников, установленных с

равным шагом. Нижняя часть металлической мачты

и заземляющее устройство установлены в емкости с

водой.

Рис. 3. Безыскровой молниеотвод.

Недостатком такой конструкции является то,

что при протекании по натянутым проводникам тока

МР на них будет возникать динамическое усилие,

вызывающее натяжение проводников в сторону

стойки. После окончания импульса тока молнии про-

водники будут совершать колебания на своей резо-

нансной частоте, что приведет к индуцированию на

их концах напряжения, достигающего 200 МВ с про-

тивоположной полярностью. При этом наведенное

электрическое поле будет отталкивать последующий

лидер, увеличивая вероятность поражения защищае-

мых объектов.

Другим недостатком описанной конструкции

является эксплуатация стальных элементов заземли-

теля в условиях повышенной влажности, вызывая их

окисление. Кроме того, капельный полив в трубах

заземлителя имеет ограниченное использование по

территории РФ за счет неприменимости в условиях

вечной мерзлоты и в регионах, где температура

грунта выше 30° С, так как в таких условиях воз-

можно прорастание спор грибов и корней растений,

которые будут нарушать контакт электродов с грун-

том. Применять же фунгициды для гражданских

объектов запрещено.

Существуют разработки более продвинутых

конструкций, известных как генераторы ранних

стримеров или активные молниеприемники (ESE

Lightning Rod) (Рис. 4). Принцип их действия осно-

ван на предположении, что некоторая сложная фор-

ма приемника может инициировать встречный «ли-

дер» быстрее, чем Франклиновский стержень.

Рис. 4. Активный молниеприемник.

Однако опыт эксплуатации таких систем не по-

казал значительного увеличения зоны молниезащиты

в сравнении с Франклиновскими стержнями, а ре-

зультирующие преимущества несоизмеримы со

стоимостью устройств. Это связано с тем, что вели-

чина напряженности электрического поля, генери-

руемого активными молниеприемниками (до

50кВ/м), на порядки ниже напряженности поля,

генерируемого при МР (около 20кВ/см).

Одной из конструкций, основанной на принципе

предотвращения МР в защищаемую зону является

Dissipation Array System® (DAS®), пример которой

представлен на рис.6.

Рис. 5. Молниезащита DAS.

Принцип работы системы DAS заключается в

создании восходящим током электростатического

экрана над защищаемым объектом. Этот экран пред-

ставляет собой слой объемного заряда (корону), ко-

торый создает поле обратного направления и задер-

живает образование восходящих стримеров. Движу-

щийся сверху стример усиливает это поле, которое

отталкивает его от себя [8].

Пример образования объемного заряда пред-

ставлен на рис. 6.

Рис. 6. Образование объемного заряда

на ионизаторе DAS.

Этот экран представляет собой слой объемного

заряда (корону), который создает поле обратного

направления и задерживает образование восходящих

стримеров. Движущийся сверху стример усиливает

это поле, которое отталкивает его от себя. Это озна-

чает, что система препятствует попаданию МР в зону

защищаемого объекта.

Подобный метод МЗ позволяет обеспечить на-

дежную защиту от прямых МР и снизить влияние

вторичных воздействий МР за счет удаления очагов

прямых МР от защищаемого объекта. Это подтвер-

ждается опытом внедрения подобных систем компа-

нией Lightning Eliminators & Consultants, Inc. с 1971г.

За весь период функционирования систем не зафик-

сировано МР в объекты, находящиеся в защищаемой

зоне.

В России на основе описанного принципа дей-

ствия разработана другая конструкция (Рис. 7), кото-

рая состоит из стержня 1 и объемного купола 2, ме-

таллическая поверхность которого состоит из сопря-

женных фигур: конуса, имеющего кривизну эквипо-

тенциальной поверхности профиля Роговского (Фе-

лиси), переходящий в эквипотенциальную поверх-

ность фигуры тора [6, 7]. Основание купола 3 через

переходник соединено с токоотводом 4.

Рис.8. Молниеприемник,

выполненный по профилю Роговского.

При прохождении грозового фронта заряженная

туча индуцирует на поверхности земли заряды про-

тивоположной полярности нижнего слоя облака. В

результате этого напряженность электрического поля

Ео в пространстве «земля-туча» увеличивается до

значений 8-30 кВ/м. Соответственно на куполе по-

тенциал ориентировочно составит Uп = Ео·hв, где

hв- высота молниеприемника над поверхностью зем-

ли. Если принять Ео = 20 кВ/м, а hв =30 м потенциал

составит Uп = 600 кВ.

Стекание зарядов вызывает протекание тока в

токоотводе, а напряженность поля Ео, воздействую-

щая на проводящую сферу купола, вызывает распре-

деление зарядов, под воздействием которого внутри

пространства купола по закону индукции образуется

противодействующее поле напряженностью Ев. Это

поле и образовавшиеся заряды над куполом препят-

ствуют возможности эмиссии восходящего потока

зарядов и создают отталкивающее поле для нисхо-

дящего лидера. Эквипотенциальная поверхность ку-

пола обеспечивает равномерное растекание зарядов

по поверхности, не вызывая локальных мест крити-

ческих напряженностей электрического поля, вызы-

вающих развитие встречных лидеров.

Многовековая история защитных свойств купо-

лов церквей и мечетей, противодействие которых

прямым МР обеспечивалось, как правило, только за

счет защитных свойств купола, подтверждает техни-

ческую и экономическую целесообразность пред-

ставленной системы. Редкие случаи прямых МР в

купола были вызваны несовершенством токоотво-

дов, выполняемых только за счет «сырой» проводи-

мости по стенам и отсутствием организованных за-

землителей.

Работоспособность описанной системы также

частично подтверждает случай в слободе Стрелецкой

Старосельского района Белгородской области, про-

изошедший в июле 2008 г., когда МР ударил в землю

непосредственно перед входом в церковь, несмотря

на то, что по общепринятой теории молния должна

была ударить в объект с большей высотой, т.е. в ку-

пол церкви.

На основе изложенной информации можно сде-

лать следующий вывод- применение на опасных

производственных объектах традиционной системы

МЗ (Франклиновких стержней) не обеспечивает в

полной мере достаточный уровень защиты объектов

от прямых МР. Необходимо внедрение инновацион-

ных систем молниезащиты, основанных на принципе

предотвращения МР в защищаемые объекты.

Применение подобных систем наиболее эффек-

тивно для объектов, расположенных в северных ре-

гионах, т. к. при применении традиционной системы

МЗ наблюдается значительное увеличение плотности

и мощности МР в зоне защищаемых объектов, что

ведет к увеличению риска повреждения оборудова-

ния и поражения персонала в результате прорыва

молнии через систему МЗ.

Литература

1. О.А.Троицкий, Молнии – оружие богов,

М.1998 г, Рекламно-издательский центр Информэ-

лектро, с.56.

2. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика мол-

нии и молниезащиты. М.: Физматлит 2001, 320с.

3. IEC 62305-1:2006. Lightning protection.

Part 1: General principles.

4. Ермаков К.В., Рябов Ю.Г, «Концепция

потенциальной молниезащиты объектов и техниче-

ских средств. Новые подходы и принципы обеспече-

ния (часть I)». «Технологии ЭМС». №4, 2010.

5. Ермаков К.В., Рябов Ю.Г. «Рациональ-

ные электрофизические методы обеспечения защиты

объектов и технических средств от воздействия пря-

мых молниевых разрядов (часть II)» «Технологии

ЭМС №1, 2011.

6. Резвых К.А. «Расчет электростатических

полей в аппаратуре высокого напряжения». М.,

«Энергия»,1967, 120с. С илл.(стр. 37, 39).

7. Тэнэсеску Ф, Крамарюк Р. «Электроста-

тика в технике»/ Пер. с рум.- М.: Энергия, 1980-296.,

ил.(стр. 40, рис.1-22; стр. 43; стр. 82, рис. 2-18).

100

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО БЕЗЫСКРОВОГО

ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ МОЛНИЕЗАЩИТЫ

К.

В.

РМАКОВ

ОССИЯ

Ю.

Г.

ЯБОВ

ОССИЯ

ООО «Газпромэнергодиагностика», e-mail:office@gazpromenergy.ru

Аннотация. В докладе рассматриваются преимущества и недостатки существующих способов за-

земления средств молниезащиты и приведены перспективные разработки в данной области.

Abstract. Some advantages and defects of existing grounding system of the lightning strokes protection fa-

cilities are considered. Promising developments in this area are given.

В настоящее время с каждым годом проявляется

устойчивый рост количества пожаров и катастроф на

объектах нефтегазовой отрасли, обусловленных воз-

действием прямых молниевых разрядов (МР), на-

пример, пожар на нефтебазе «Конда» в августе 2009

года. Ежегодно по статистике Министерства по чрез-

вычайным ситуациям только в нефтегазовой отрасли

МР поражают около 8% объектов. При этом резуль-

таты проведения экспертизы по выявлению причин

возникновения пожара, показывают, что система

молниезащиты (МЗ) объектов, на которых происхо-

дили пожары, соответствовала требованиям дейст-

вующей нормативной документации.

Это говорит о том, что применяемые принципы

построения МЗ объектов не обеспечивают достаточ-

ный уровень безопасности от прямых МР [1, 2].

Проблема состоит в том, что при протекании

высоких уровней тока по элементам заземления про-

исходит развитие скользящих вдоль поверхности

грунта разрядов, инициирующих восходящие стри-

меры в местах ввода токоотвода в заземлитель. Это

вынуждает создавать разветвленную сеть заземляю-

щих устройств систем МЗ и увеличивать удаление

элементов МЗ от взрывоопасных объектов, увеличи-

вая при этом высоту средств МЗ, что в свою очередь

влечет к увеличению вероятности МР в мачту. Про-

мерзание и высыхание грунта, ударно-акустические

воздействия и коррозионные процессы на поверхно-

сти электродов влекут к образованию вдоль поверх-

ности заземлителей неэлектропроводных слоев оки-

слов и воздушных зазоров, что влечет к снижению

площади соприкосновения с грунтом и повышению

напряжения пробоя.

Это влечет к необходимости обеспечения таких

систем МЗ специальной безыскровой системой за-

земления.

Недостаток применяемых в настоящее время тра-

диционных сосредоточенных заземлителей [3] состо-

ит в низкой эффективности при протекании импульс-

ного тока МР, в результате чего индуцируются высо-

кие уровни потенциалов на токоотводах. Это влечет к

возникновению скользящих вдоль поверхности земли

искровых разрядов, инициирующих восходящие

стримеры в местах ввода токоотвода в заземлитель.

Сезонные условия, ударно-акустические воздействия,

коррозионные процессы на поверхности электродов

повышают уровни напряжения пробоя в результате

появления неэлектропроводных слоев окислов и воз-

душных зазоров, снижающих площадь соприкоснове-

ния с грунтом, что влечет к необходимости создания

разветвленной сети заземляющих устройств, позво-

ляющей обеспечить достаточно низкие значения со-

противлений заземления.

Описанные проблемы обуславливают необхо-

димость создания новых методов построения зазем-

ления, обеспечивающих безыскровое стекание тока

молниевого разряда в грунт, что позволит обеспе-

чить надежную защиту наземных объектов от пря-

мых МР и снизить влияние вторичных воздействий

МР за счет удаления очагов прямых ударов молний

от защищаемого объекта.

Существует усовершенствованная конструкция

заземлителя для систем МЗ, заземлитель которой

выполнен в виде многолучевой конструкции, сооб-

щенной с емкостью с водой и изготовленный из тру-

бы с дренажными отверстиями, позволяющими про-

изводить капельный полив грунта.

Недостатком описанной конструкции является

эксплуатация стальных элементов заземлителя в ус-

ловиях повышенной влажности, вызывая их окисле-

ние. Кроме того, капельный полив в трубах заземли-

теля имеет ограниченное использование по террито-

рии РФ за счет неприменимости в условиях вечной

мерзлоты и в регионах, где температура грунта выше

30°С, т.к. в данных условиях возможно прорастание

спор грибов и корней растений, нарушающих кон-

такт электродов с грунтом. Применение же фунгици-

дов для гражданских объектов запрещено.

Решение вышеописанных проблем возможно с

помощью применения нового безыскрового зазем-

ляющего устройства (авторская заявка на изобрете-

ние №2011112257 от 30.03.2011 и на полезную мо-

дель №2011112195, авторы Ю. Г. Рябов, К. В. Ерма-

ков), принцип работы которого заключается в ис-

пользовании парных остриев V-образной формы 2

(рис. 1), изготовленных из меди, либо нержавеющей

стали, смонтированных на электродах заземлителя.

Острия диффузно рассеивают переменные и им-

пульсные токи в воздушные включения в грунт без

искрообразования путем одновременного стекания

зарядов по всей поверхности заземляющих электро-

дов [4].