CC BY
44
TexHiKa сильних електричних та магнтних полiв. Кабельна mexHiKa
УДК 621.3.022: 621.319.53: 621.317.32 doi: 10.20998/2074-272X.2017.5.07
М.И. Баранов, В.В. Князев, С.В. Рудаков
КОАКСИАЛЬНЫЙ ДИСКОВЫЙ ШУНТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В СИЛЬНОТОЧНОЙ ЦЕПИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ ИМПУЛЬСОВ ТОКА ИСКУССТВЕННОЙ МОЛНИИ С ИНТЕГРАЛОМ ДЕЙСТВИЯ ДО 15106 ДЖ/ОМ
Описана конструкщя розробленого i створеного вимiрювального коакаального дискового шунта типу ШК-300М2, що дозволяе за допомогою коаксшльноТ кабельноТ лти зв 'язку i цифрових осцилографiв, що запам 'ятовують, одночасно вим!рювати амплiтудно-часовi параметри (АЧП) основних компонент струму штучноТ блискавки, що генеруються високовольтним генератором грозових розрядiв вiдповiдно до вимог нормативных документiв США SAE ARP 5412: 2013 i SAE ARP 5416: 2013. Приведет основт техшчш характеристики вимiрювального коаксшльного дискового шунта типу ШК-300М2. Показано, що даний шунт дозволяе вимiрювати i АЧП аперюдичного тпульсу струму часово'1 форми 10 мкс/350 мкс, нормований штеграл дп якого зйдно вимог мжнародного стандарту IEC 62305-1: 2010 може чисельно складати до 13,5-10' Дж/Ом Бiбл. 11, рис. 4.
Ключовi слова: потужний високовольтний генератор струму блискавки, вимiрювальний коакаальний дисковий шунт, вимiрювальний диск шунта з неiржавiючоï стал^ розрахункова оцшка параметрiв шунта.
Описана конструкция разработанного и созданного измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2, позволяющего с помощью коаксиальной кабельной линии связи и цифровых запоминающих осциллографов одновременно измерять амплитудно-временные параметры (АВП) основных компонент тока искусственной молнии, генерируемых высоковольтным генератором грозовых разрядов в соответствии с требованиями нормативных документов США SAE ARP 5412: 2013 и SAE ARP 5416: 2013. Приведены основные технические характеристики измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2. Показано, что данный шунт позволяет измерять и АВП апериодического импульса тока временной формы 10 мкс/350 мкс, нормированный интеграл действия которого согласно требований международного стандарта IEC 62305-1: 2010 может численно составлять до 13,5-106Дж/Ом. Библ. 11, рис. 4.
Ключевые слова: мощный высоковольтный генератор тока молнии, измерительный коаксиальный дисковый шунт, измерительный диск шунта из нержавеющей стали, расчетная оценка параметров шунта.
Введение. Нормативные документы США 8ЛБ ЛИР 5412: 2013 [1] и 8ЛБ ЛЯР 5416: 2013 [2] определяют требования к амплитудно-временным параметрам (АВП) импульсов тока искусственной молнии, генерируемых соответствующими высоковольтными генераторами грозовых разрядов, обычно называемых у нас высоковольтными генераторами тока молнии (ГТМ), на электрических нагрузках аэрокосмической техники, испытываемой на молниестойкость. Один из подобных типов мощного ГТМ, воспроизводящего по требованиям [1, 2] на активно-индуктивной нагрузке необходимые АВП импульсов тока имитированной молнии, был разработан и создан в 2007 г. сотрудниками отделов №3 высоковольтной импульсной техники и №4 электромагнитных испытаний НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» [3]. Согласно [1, 2] при указанных испытаниях устройств авиационной и ракетно-космической техники могут использоваться импульсная А- (или повторная импульсная Б- ), промежуточная В- и длительная С- (или укороченная длительная С - ) компоненты тока искусственной молнии. Причем, сочетания данных токовых компонент, следующих во времени друг за другом и резко отличающихся своими амплитудами (от сотен килоампер до десятков ампер) и длительностями протекания (от сотен микросекунд до одной тысячи миллисекунд), могут быть по [1, 2] различными. Наиболее часто в практике испытаний отдельных элементов таких летательных аппаратов как самолетов гражданского и военного назначения на молниестойкость применяются следующие комбинации указанных компонент тока молнии [1-4]: А- , В- и С- компоненты, А- , В- и С -
компоненты и Б- , В- и С - компоненты. Для указанных компонент тока молнии такой важный параметр для электротермического нагружения в сильноточной разрядной цепи мощного ГТМ испытываемых объектов авиационной и ракетно-космической техники в соответствии с требованиями [1, 2] как интеграл их действия JL численно не превышает значения 2-106 Дж/Ом ± 20 %. Заметим, что именно величина этого интеграла JL определяет значение тепловой энергии, выделяющейся на испытываемом элементе того или иного объекта. Поэтому величина JL зачастую определяет электротермическую молниестойкость такого объекта. Кроме того, при проведении натурных испытаний по требованиям международного стандарта 1БС 62305-1: 2010 [5] объектов электроэнергетики на молниестойкость значения интеграла действия JL апериодического импульса тока искусственной молнии временной формы 10 мкс/350 мкс, генерируемого разработанным и созданным в 2012 г. в отделе №4 электромагнитных испытаний НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» мощным ГТМ [6], для I уровня их защиты от молнии должны составлять 10-106 Дж/Ом ± 35 %. При электрическом токовом нагружении испытываемых объектов необходимо в оперативном режиме осуществлять регистрацию и контроль АВП используемых при этом компонент тока молнии. Обычно подобные электротехнологические процедуры выполняются при помощи измерительных средств, в качестве которых выступают высоковольтные сильноточные измерительные шунты (ВСИШ) с коаксиальными кабельными линиями связи, работающими в согласованном © М.И. Баранов, В.В. Князев, С.В. Рудаков
волновом режиме [3, 4], и цифровые запоминающие осциллографы (ЦЗО). Как правило, ВСИШ являются специальными нестандартизованными измерительными средствами, которые промышленностью из-за своей незначительной количественной потребности и отсутствия у бизнесменов к такой продукции коммерческого интереса не выпускаются. Поэтому отечественным электротехникам-высоковольтникам вместе с инженерами-метрологами приходится самостоятельно решать возникающие инженерно-технические задачи по их разработке и изготовлению с последующей государственной метрологической аттестацией.
1. Состояние инженерно-технической задачи. В [7] были описаны конструкция и технические характеристики измерительного коаксиального шунта типа ШК-300 для определения АВП импульсов тока искусственной молнии, генерируемых в сильноточных разрядных цепях ГТМ в соответствии с требованиями нормативных документов [1, 2]. В состав конструкции данного шунта входит манганиновый измерительный диск толщиной К^0,3 мм с наружным диаметром Д^-80 мм, определяющий импульсное активное сопротивление шунта, равное примерно ^,^0,185 мОм ± 1% [3, 7]. Практика эксплуатации в лабораторных условиях шунта типа ШК-300 показала его недостаточную электротермическую и электродинамическую стойкость в сильноточной разрядной цепи ГТМ, воспроизводящего на активно-индуктивной нагрузке (^^0,1 Ом; ¿¡~1 мкГн) импульсный ток /¿(/) искусственной молнии с интегралом действия, равным около ./¿~2-106 Дж/Ом ±20 % [1, 2]. После примерно 100 указанных сильноточных разрядов ГТМ на испытываемую нагрузку и измерительный шунт типа ШК-300 последний теряет свои метрологические характеристики и становится не пригодным к его дальнейшему использованию. При прохождении согласно [5] по токоведущим частям измерительного шунта типа ШК-300 апериодического импульса тока 15 мкс/315 мкс искусственной молнии амплитудой !ть~184 кА (./¿~7,88-106 Дж/Ом) указанный шунт был разрушен внутренним импульсным газодинамическим давлением в несколько сотен атмосфер из-за электрического взрыва (сублимации) части материала его тонкого измерительного манганинового диска [8]. Как видим, при использовании в области высоковольтной импульсной техники с разрядными токами конденсаторных батарей ГТМ в сотни килоампер к выбору конструкции соответствующего измерительного шунта должны предъявляться повышенные требования к его электротермической молниестойкости.
В [9] была приведена конструкция стержневого шунта для измерения импульсных токов микросекундной длительности с амплитудой до 75 кА. В качестве высокоомного измерительного элемента в этой конструкции шунта были использованы параллельно соединенные прямолинейные отрезки нихромовой проволоки, размещенные по окружности между двумя массивными коаксиальными цилиндрическими электродами шунта - внутренним латунным и наружным дюралюминиевым [9]. Концы каждого отрезка ни-хромовой проволоки, размещенного параллельно продольной оси шунта, были припаяны твердым при-
поем к двум параллельно расположенным массивным латунным дискам, между которыми находился цилиндрический керамический изолятор. При чувствительности шунта около 350 мВ/кА он позволял надежно измерять лишь большие микросекундные импульсы токи высоковольтной электрофизической установки (амплитудой не более 75 кА) и передавать без искажений фронт токового импульса до 0,6 мкс [9].
Целью статьи является разработка и создание в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2, позволяющего надежно измерять АВП импульсов тока искусственной молнии в широких амплитудных и временных диапазонах с интегралом действия до 15-106 Дж/Ом.
2. Постановка задачи. Накопленный в отделе №4 электромагнитных испытаний НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» опыт эксплуатации в составе мощного ГТМ [3] высоковольтного сильноточного измерительного шунта типа ШК-300 свидетельствует о том, что с учетом изложенного выше в разделе 1 состояния назревшей в области высоковольтной импульсной техники актуальной задачи метрологического обеспечения испытаний по [1, 2, 5] отечественной авиационной и ракетно-космической техники, а также объектов электроэнергетики на молниестойкость в указанной конструкции шунта усовершенствованию должны подлежать: во-первых, тонкий измерительный манганиновый диск; во-вторых, изоляция между массивным внутренним латунным и массивным наружным латунным цилиндрическими электродами. Именно эти две позиции являются «слабыми звеньями» в конструкции измерительного шунта типа ШК-300 при его предполагаемом применении в составе измерительных средств, предназначенных для реализации технических задач согласно жестких требований по [1, 2, 5].
Требуется в рамках прикладного инженерно-технического подхода рационально выбрать геометрию и материал измерительного диска, а также изоляцию между основными латунными электродами в измерительном коаксиальном шунте, приобретшем после усовершенствования название ШК-300М2. Кроме того, необходимо после модернизации измерительного коаксиального дискового шунта выполнить его практическую апробацию и проверку работоспособности в составе сильноточной разрядной цепи действующего мощного высоковольтного ГТМ по [3].
3. Расчетная оценка некоторых параметров измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2. В качестве материала измерительного диска коаксиального шунта типа ШК-300М2 нами была выбрана широко распространенная в технике и быту нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т отечественного производства [10]. Усредненная толщина Кт стенки измерительного диска исследуемого сильноточного высоковольтного коаксиального шунта типа ШК-300М2 в адиабатическом режиме его работы на основании известных законов электро- и теплофизики может быть оценено по соотношению вида:
Кт « №т ГЧО^А )/(0,АТА )]1/2, (1) где Б е/2; р , с, ds - соответственно удельное электрическое сопротивление, удельная теплоемкость
и плотность материала диска при температуре окружающей среды Т0, равной комнатной температуре 20 °С; ДТ=(Т-Т0) - допустимый кратковременный перегрев материала диска шунта с его текущей температурой Т , вызванной протекающим по нему током.
Из конструкционных соображений принимаем, что наружный диаметр измерительного стального диска в шунте типа ШК-300М2 равен Д^-80 мм, а его внутренний диаметр составляет Д„~10 мм. Тогда из (1) при Д^-40 мм, ./¿~15-106 Дж/Ом, ДТя100 °С и известных согласно [10] исходных данных для нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т (о^72,5-10-8 Омм; с^462 Дж/(кг-°С); ds=7900 кг/м3) получаем, что усредненная по радиусу толщина стенки измерительного стального диска будет численно равной Кт~1,4 мм. С учетом определенного запаса по толщине К т и принимая во внимание наши весьма ограниченные технологические возможности в подборе материалов, выбираем толщину стенки измерительного диска из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т равной к/тр2 мм.
Отметим, что в (1) для исследуемого шунта типа ШК-300М2 величина кратковременного перегрева ДТ материала измерительного диска, происходящая за время действия тока /^(0 не более 1000 мс практически в адиабатическом режиме, лимитируется видом твердой изоляции, применяемой для его отделения от основных латунных электродов шунта. При использовании фторопластовой изоляции величину перегрева ДТ для надежной работы шунта ШК-300М2 в составе ГТМ целесообразно выбирать не более 100 °С [3, 4]. При ДТ^50 °С и принятых выше исходных данных для интеграла действия ^ импульсного тока молнии, геометрических, электро- и теплофизических характеристик стального диска шунта из (1) следует, что толщина К т диска как раз и будет равной около 2 мм.
Активное сопротивление К$0 измерительного стального диска коаксиального шунта ШК-300М2 в квазистационарном режиме, практически соответствующем в рассматриваемом случае режиму протекания по нему постоянного тока, может быть в приближенном виде найдено по следующей формуле [11]:
^0 ~0,5 (яИш )~1Р, ВДе / Б/ ). (2)
Из (2) при мм, р ^72,5-10-8 Ом-м, Д^-80 мм и Д„~10 мм вытекает, что искомая величина К$0 оказывается примерно равной 0,12 мОм. Измерение практически равного величине К$0 активного сопротивления шунта типа ШК-300М2 в сборе, проведенное специалистами-метрологами в высокостабильной схеме генератора постоянного тока силой 19 А, показало, что в этом экспериментальном случае ^х0^0,094 мОм. Видно, что расхождение расчетных и опытных данных для К80 в нашем случае не превышает 22 %.
4. Практическая реализация измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2.
На рис. 1 и 2 приведены соответственно общий вид и схематическое устройство измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2. Масса этого измерительного шунта составляет около 3,2 кг, а его габаритные размеры не превышают 90x95 мм.
Рис. 1. Общий вид коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2, предназначенного для измерения на экранах ЦЗО в согласованном режиме работы его коаксиальной кабельной линии связи мощных импульсов тока искусственной молнии в сильноточной разрядной цепи высоковольтного ГТМ с интегралом их действия до 15-106 Дж/Ом
Из данных рис. 2 видно, что измерительный стальной диск 5 толщиной кт~2 мм на своем рабочем участке плотно зажат между массивными дисками 6 и 7 толщиной 10 мм, выполненными из листовой фторопластовой изоляции. Между массивными латунными цилиндрическими электродами 1 и 4 шунта, через которые от конденсаторов ГТМ протекает измеряемый импульс тока /¿(/) искусственной молнии, установлены изоляционные втулки 2 и 3 толщиной 3 мм, изготовленные также из фторопластовой изоляции.
Рис. 2. Элементы конструкции коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2 в его продольном осевом разрезе (1 - массивный внутренний цилиндрический электрод; 2,3 -изоляционные втулки; 4 - массивный наружный цилиндрический электрод; 5 - высокоомный стальной измерительный диск; 6,7 - массивные изоляционные диски; 8 - бандажный диск; 9,10,12 - винты крепления; 11 - выходной коаксиальный разъем типа СР-75; 13 - массивное прижимное кольцо; 14,15 - соответственно входные (потенциальные) и выходные (заземленные) элементы болтового подсоединения шунта к сильноточной разрядной цепи ГТМ)
Данные втулки существенно повышают электрическую прочность изоляционных зазоров между токо-ведущими частями высоковольтного сильноточного шунта типа ШК-300М2, что положительно сказывается на надежности его функционирования в составе мощного ГТМ. Повышенную электродинамическую
стойкость исследуемого шунта обеспечивают массивное прижимное латунное кольцо 13 толщиной 7 мм, бандажный латунный диск 8 толщиной 5 мм и стальные винты крепления 12 в количестве 8 шт., равномерно распределенные по наружному круговому периметру массивного латунного электрода 4 шунта.
Измерительный коаксиальный дисковый шунт типа ШК-300М2 включается в разрыв сильноточной высоковольтной разрядной цепи мощного ГТМ того или иного исполнения [3, 5]. Причем, внутренний цилиндрический латунный электрод 1 диаметром 29 мм шунта подсоединяется при помощи элементов 14 болтового соединения к потенциальной части сильноточной разрядной цепи ГТМ, а его наружный цилиндрический латунный электрод 4 диаметром 80 мм при помощи элементов 15 болтового соединения - к заземленной части разрядной цепи ГТМ (обычно к металлическому заземленному коллектору мощной высоковольтной конденсаторной батареи генератора).
5. Результаты экспериментальной апробации измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2 в сильноточной цепи высоковольтного ГТМ. На рис. 3 приведена осциллограмма импульсной А- компоненты тока искусственной молнии, полученная при помощи измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2, включенного в разрядную цепь мощного ГТМ [3], воспроизводящего по требованиям нормативных документов [1, 2] на активно-индуктивной нагрузке (R~0,1 Ом; Lp1,5 мкГн) импульсы тока искусственной молнии.
Тек _|~1_ 11 Ready М Pos: 200.0jus CURSOR
Рис. 3. Осциллограмма импульсной А- компоненты тока искусственной молнии с нормированными АВП в сильноточной разрядной цепи ГТМ [3], полученная с помощью измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2 (/^=-200 кА; ^¡=38 мкс; 74=2,39-106 Дж/Ом;
Ц^-29,7 кВ; ^^-Ю3 А/В; масштаб по вертикали - 125 кА/клетка; масштаб по горизонтали - 50 мкс/клетка)
В ходе экспериментальных исследований поведения усовершенствованной конструкции и характеристик шунта типа ШК-300М2 в разрядной цепи ГТМ [3], конденсаторная батарея которого при формировании приведенной на рис. 3 компоненты тока молнии заряжалась до постоянного напряжения исА~-29,7 кВ, было установлено, что его импульсное активное сопротивление Я5 принимает численное значение, равное около Я.5-0,08 мОм ± 1%. Данное опытное значе-
ние Я5 в условиях протекания по измерительному стальному диску шунта приведенного на рис. 3 импульсного тока искусственной молнии отличается от активного сопротивления Яяз-0,094 мОм исследуемого шунта постоянному току не более, чем на 15 %. Следует заметить то, что указанные значения активных сопротивлений Я5 и Я50 находятся в хорошем согласовании с результатами ранее выполненных исследований переходных электромагнитных процессов и глубин проникновения импульсного электромагнитного поля в проводящих немагнитных средах на участках трех первых полуволн воздействующего на них затухающего синусоидального импульса тока [4]. Из-за особенностей распределения в металле измерительного диска шунта импульсного электромагнитного поля от измеряемого импульсного тока имитированной молнии его импульсное активное сопротивление Я5 будет всегда меньше активного сопротивления Я50 диска, измеренного при постоянном токе [4].
Известно, что величина импульсного активного сопротивления Я5 измерительного диска шунта в согласованном режиме подключения его коаксиальной кабельной линии связи к ЦЗО определяет его коэффициент преобразования 55, имеющий размерность А/В и рассчитываемый по соотношению 55,-2/Я5. В этом случае значение параметра оказывается численно равным силе тока, протекающей по диску шунта при подаче на его вход напряжения, равного 1 В. В этой связи АВП измеряемого при помощи коаксиального шунта типа ШК-300М2 импульсного тока искусственной молнии в разрядной цепи мощного ГТМ будут определяться следующим соотношением:
^ (Г) - SsULO «, (3)
где иш(() - импульсное напряжение, регистрируемое при помощи измерительного шунта на экране ЦЗО.
С учетом представленных результатов находим, что коэффициент преобразования рассматриваемого измерительного шунта типа ШК-300М2 для режима регистрации им согласно [1, 2] А- и Б- компонент импульсного тока искусственной молнии, а также по [5] импульса тока временной формы 10 мкс/350 мкс будет составлять 5ХА-2/Я5-25-103 А/В. При использовании в конце коаксиальной кабельной линии связи шунта, выполненной на основе радиочастотного кабеля марки РК 75-7-11 с волновым сопротивлением 75 Ом, согласующего делителя напряжения (СДН) [3, 7] коэффициент преобразования исследуемого измерительного шунта типа ШК-300М2 в режиме регистрации им промежуточной В-, длительной С- и укороченной длительной С - компонент тока искусственной молнии будет равным 5хс-1/Ях-12,5-103 А/В. Указанный СДН выполняется с двумя выходными коаксиальными разъемами 1:1 (для БА и 1:2 (для 55с) на базе трех резисторов номиналом 110 Ом и размещается в отдельном экранированном корпусе [3, 7].
На рис. 4 приведена осциллограмма укороченной длительной С - компоненты тока искусственной молнии в сильноточной разрядной цепи ГТМ [3], следующей во времени сразу за импульсной А - токовой компонентой молнии и одновременно зафиксированной на экране ЦЗО при помощи измерительного коаксиального
дискового шунта типа ШК-300М2. Укажем, что в проведенных экспериментах были использованы ЦЗО серии Tektronix TDS 1012, размещенные в заглубленном измерительном бункере и удаленные от разрядных цепей Г!М на расстоянии примерно 70 м.
Tek JL 9 Acq Complete M Pos: 40.00ms CURSOR
Рис. 4. Осциллограмма укороченной длительной С - компоненты тока искусственной молнии с нормированными АВП в разрядной цепи ГТМ [3], полученная одновременно с протекающей перед нею токовой А- компонентой при помощи измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2 (/тС*=-750 А; ГтС*=5 мс; трС*=15 мс; дС~-18,1 Кл; 5ХС»=12,5-103 А/В; исС*~-4 кВ; масштаб по вертикали - 625 А/клетка; масштаб по горизонтали - 10 мс/клетка)
Зарядное напряжение отрицательной полярности конденсаторной батареи ГТМ [3], формирующей на активно-индуктивной нагрузке (Я/-0,1 Ом; ¿/-1,5 мкГн) укороченную длительную С*- компоненту тока имитированной молнии, применительно к данным рис. 4 составляло исС*~-4 кВ. Заметим, что приведенные на рис. 3 и 4 АВП импульсной А - и укороченной длительной С - компонент тока моделируемой в лабораторных условиях молнии соответствуют действующим требованиям нормативных документов [1, 2].
Выводы. 1. Разработанный и созданный в отделе №4 электромагнитных испытаний НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» усовершенствованный измерительный коаксиальный дисковый шунт типа ШК-300М2 позволяет при его прямом размещении в сильноточной высоковольтной разрядной цепи мощного ГТМ с помощью одной дополнительно экранированной коаксиальной кабельной линии связи длиной до 70 м и нескольких находящихся в удаленном от ГТМ заглубленном экранированном бункере ЦЗО в согласованном режиме их работы одновременно и многократно измерять на активно-индуктивной нагрузке испытываемого объекта основные компоненты тока искусственной молнии с нормированными АВП по требованиям нормативных документов США 8АБ АКР 5412: 2013 и 8АБ АИР 5416: 2013 при их амплитуде до ±220 кА и интеграле действия до 2,4-106 Дж/Ом.
2. Измерительный коаксиальный дисковый шунт типа ШК-300М2 способен многократно регистрировать на активно-индуктивной нагрузке и передавать в согласованном режиме по коаксиальной кабельной линии связи на ЦЗО формируемые в сильноточной
высоковольтной разрядной цепи мощного ГТМ апериодические импульсы тока временной формы 10 мкс/350 мкс короткого удара искусственной молнии с нормированными АВП по требованиям международного стандарта IEC 62305-1: 2010 при их амплитуде до ±220 кА и интеграле действия до 13,5-106 Дж/Ом.
3. Проведенные в июне 2017 г. на экспериментально-испытательном полигоне НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» сильноточные эксперименты на мощном высоковольтном ГТМ подтвердили согласно требованиям нормативных документов США SAE ARP 5412: 2013 и SAE ARP 5416: 2013 работоспособность измерительного коаксиального дискового шунта типа ШК-300М2, прошедшего государственную метрологическую аттестацию в ГП «Харьковстандартметрология» (сертификат соответствия №06/0206 от 19.07.2017 г.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. SAE ARP 5412: 2013. Aircraft Lightning Environment and Ralated Test Waveforms. SAE Aerospace. USA, 2013. - pp. 1-56.
2. SAE ARP 5416: 2013. Aircraft Lightning Test Methods. SAE Aerospace. USA, 2013. - pp. 1-145.
3. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzel'skii O.S., Dnyshchenko V.N. A Current Generator of the Artificial Lightning for Full-Scale Tests of Engineering Objects // Instruments and Experimental Technique. - 2008. - no.3. -pp. 401-405. doi: 10.1134/s0020441208030123.
4. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики: Монография в 3-х томах. Том 2, Кн. 2: Теория электрофизических эффектов и задач. - Х.: Точка, 2010. - 407 с.
5. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning. Part 1: General principles». Geneva, IEC Publ., 2010.
6. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Rudakov S.V. A generator of aperiodic current pulses of artificial lightning with a rationed temporal form of 10 ^s/350 ^s with an amplitude of ±(100-200) kA // Instruments and Experimental Techniques. - 2015. - vol.58. - no.6. - pp. 745-750. doi: 10.1134/s0020441215060032.
7.Дныщенко В.Н., Еремеев В.О., Недзельский О.С., Пону-ждаева Е.Г. Измерительный шунт ШК-300 для определения амплитудно-временных параметров имитированного импульса тока молнии // Вюник НТУ «ХП1». Серш: «Технжа та еле-ктрофiзика високих напруг». - 2007.- №20. - С. 75-79.
8. Баранов М.И., Князев В.В., Рудаков С.В. Расчетная и опытная оценка результатов электротермического воздействия нормированного по международному стандарту IEC 62305-1-2010 импульса тока короткого удара искусственной молнии на тонкостенное покрытие из нержавеющей стали // Електротехнжа i електромеханжа. - 2017. - №1. - С. 31-38. doi: 10.20998/2074-272X.2017.1.06.
9. Донец С.Е., Леденев В.В., Литвиненко В.В. Стержневой шунт для измерения сильных токов микросекундной длительности // Вюник НТУ «ХП1». Серш: «Технжа та електро-фiзика високих напруг». - 2008. - №44. - С. 39-44.
10. http://prom.ua/p19700265-pischevaya-nerzhaveyuschaya-stal.html.
11. Баранов М.И., Белый И.В., Хименко Л.Т. Эквивалентные электрические параметры коаксиальных систем различной формы с однородным азимутальным магнитным полем в зазоре // Теоретическая электротехника. - 1976. -Вып. 20. - С. 67-74.
REFERENCES
1. SAE ARP 5412: 2013. Aircraft Lightning Environment and Ralated Test Waveforms. SAE Aerospace. USA, 2013. - pp. 1-56.
2. SAE ARP 5416: 2013. Aircraft Lightning Test Methods. SAE Aerospace. USA, 2013. - pp. 1-145.
3. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzel'skii O.S., Dnyshchenko V.N. A Current Generator of the Artificial Lightning for Full-Scale Tests of Engineering Objects. Instruments and Experimental Technique, 2008, no.3, pp. 401405. doi: 10.1134/s0020441208030123.
4. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki. Tom 2, Kn. 2: Teoriia elektrofizicheskikh effektov i zadach [Selected topics of Electrophysics. Vol.2, Book 2. A theory of electrophysical effects and tasks]. Kharkiv, Tochka Publ., 2010. 407 p. (Rus).
5. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning. Part 1: General principles». Geneva, IEC Publ., 2010.
6. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Rudakov S.V. A generator of aperiodic current pulses of artificial lightning with a rationed temporal form of 10 ^s/350 ^s with an amplitude of ±(100-200) kA. Instruments and Experimental Techniques, 2015, vol.58, no.6, pp. 745-750. doi: 10.1134/s0020441215060032.
7. Dnyshchenko V.N., Eremeev V.O., Nedzelsky O.S., Ponudzhaeva E.G. SC-300 measuring shunt for determining the amplitude-time parameters of the simulated lightning current pulse. Bulletin of NTU «KhPI». Series: Technique and electro-physics of high voltage, 2007, no.20. pp. 75-79. (Rus).
8. Baranov M.I., Kniaziev V.V., Rudakov S.V. Calculation and experimental estimation of results of electro-thermal action of rationed by the international standard IEC 62305-1-2010 impulse current of short blow of artificial lightning on the thin-walled coverage from stainless steel. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no.1, pp. 31-38. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2017.1.06.
9. Donets S.E., Ledenev V.V., Litvinenko V.V. Rod shunt to measure strong currents of microsecond duration. Bulletin of NTU «KhPI». Series: Technique and electrophysics of high voltage, 2008, no.44. pp. 34-44. (Rus).
10. Available at: http://prom.ua/p19700265-pischevaya-nerzhaveyuschaya-stal.html (accessed 12 June 2014). (Rus).
11. Baranov M.I., Belyi I.V., Khimenko L.T. Equivalent electrical parameters of coaxial systems of various shapes with a homogeneous azimuthal magnetic field in the gap. Theoretical electrical engineering, 1976, no.20, pp. 67-74. (Rus).
Поступила (received) 09.08.2017
Баранов Михаил Иванович1, д.т.н., гл.н.с., Князев Владимир Владимирович1, к.т.н., с.н.с, Рудаков Сергей Валерьевич2, к.т.н., доц.,
1 НИПКИ «Молния»
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, тел/phone +38 057 7076841, e-mail: [email protected], [email protected]
2 Национальный университет гражданской защиты Украины, 61023, Харьков, ул. Чернышевского, 94,
тел/phone +38 057 7073438, e-mail: [email protected]
M.I. Baranov1, V.V. Kniaziev1, S.V. Rudakov2
1 Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute «Molniya», National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine.
2 National University of Civil Protection of Ukraine, 94, Chernyshevska Str., Kharkiv, 61023, Ukraine.
Coaxial disk shunt for measuring in the heavy-current chain of high-voltage generator of storm discharges of impulses of current of artificial lightning with the integral of action to 15106 J/Ohm.
Purpose. Description of construction and basic technical descriptions developed and created in Research & Design Institute «Molniya» National Technical University «Kharkiv Polytechnic
Institute» high-voltage heavy-current coaxial disk shunt of type of SC-300M2, allowing reliably to measure the peak-temporal parameters (PTP) of impulses of current of artificial lightning in wide peak and temporal ranges with the integral of their action to 15106 J/Ohm. Methodology. Electrophysics bases of highvoltage impulsive technique, scientific and technical bases of development and creation of high-voltage heavy-current impulsive electrical equipment, including the powerful generators of current of lightning (GCL), and also measuring methods in bit chains powerful high-voltage GCL AVP large impulsive currents of micro- and millisecond temporal ranges. Results. Offered and described new construction of measuring high-voltage heavy-current shunt, containing a measuring round disk from stainless steel easily soiled a 12X18H10T thickness 2 mm and external diameter 80 mm. Experimental a way impulsive active resistance of RS~0,08 mOhm of the indicated measuring disk and on his basis a calculation coefficient transformation is found of SS of coaxial disk shunt of type of SC-300M2, numeral equal in the concerted mode of operations of his coaxial cable line (CCL) SS~2/Rf~25-103 A/V. It is rotined that it is expedient to use this value SS for measuring in the heavy-current bit chain of GCL ATP impulsive A- and repeated impulsive D- component of current of artificial lightning, and also ATP of aperiodic impulse of current of artificial lightning of temporal form 10 pc/350 pc. It is set that taking into account application in the end CCL of shunt of a co-ordinate divizor of voltage with two output coaxial sockets 1:1 (for Ssa~25-103 A/V) and 1:2 (SSC~12,5-103 A/V) at measuring of ATP intermediate B-, protracted C- and shortened protracted C*- component of current of artificial lightning in GCL it is expedient to utillize a numeral value SS for the examined shunt, equal 12,5103 A/V. Practical approbation and verification of capacity of the improved measuring coaxial disk shunt of type of SC-300M2 is executed in the high-voltage heavy-current bit chain of powerful GCL, forming on the actively-inductive loading of A- and C*- the components of current of artificial lightning with rationed ATP. Originality. Developed and created new high-voltage heavy-current measuring shunt of type of SC-300M2, allowing reliably to register rationed ATP of attenuation sinewave and aperiodic impulses of current of artificial lightning in the bit chains of powerful GCL with amplitude to ±220 kA and integral them action to 13,5106 J/Ohm. On the measuring coaxial disk shunt of type of SC-300M2 from government metrology service of Ukraine the certificate of accordance of the set form is got. Practical value. Application of the created shunt of type of SC-300M2 in composition the high-voltage heavy-current bit chains of powerful GCL will allow in a certain measure to improve the metrology providing of tests of aviation and space-rocket technique, and also objects of electroenergy on stability to lightning. References 11, figures 4.
Key words: powerful high-voltage generator of current of lightning, measuring coaxial disk shunt, measuring disk of shunt from stainless steel, calculation estimation of parameters of shunt.
