CC BY
119
УДК 621.3.022: 621.7.044.7 М.И. Баранов, С.В. Рудаков
РАЗРАБОТКА НОВЫХ СХЕМ РЕЗИСТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ МОЩНЫХ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ ОТ АВАРИЙНЫХ ТОКОВ
Приведені результати розробки нових схем резистивного захисту високовольтних імпульсних конденсаторів потужних ємнісних накопичувачів енергії від руйнівної дії на них аварійних імпульсних струмів амплітудою до сотень кілоампер, що протікають за відсутності подібного захисту через дані конденсатори при електричному пробої їх внутрішньої або зовнішньої ізоляції. Бібл. 14, рис. 3.
Ключові слова: потужний ємкісний накопичувач енергії, аварійний струм, резистивна схема захисту високовольтних конденсаторів, високовольтні постійні графіто-керамічні резистори.
Приведены результаты разработки новых схем резистивной защиты высоковольтных импульсных конденсаторов мощных емкостных накопителей энергии от разрушающего действия на них аварийных импульсных токов амплитудой до сотен килоампер, протекающих при отсутствии подобной защиты через данные конденсаторы при электрическом пробое их внутренней или наружной изоляции. Библ. 14, рис. 3.
Ключевые слова: мощный емкостный накопитель энергии, аварийный ток, резистивная схема защиты высоковольтных конденсаторов, высоковольтные постоянные графито-керамические резисторы.
Введение. Сейчас в технике высоких напряжений, больших импульсных токов и сильных импульсных электрических (магнитных) полей, а также в экспериментальной физике, сильноточной электронике и современных электротехнологиях достаточно широкое применение нашли мощные емкостные накопители энергии (ЕНЭ), зарядно-разрядные цепи которых содержат параллельно-последовательно соединенные высоковольтные импульсные конденсаторы с металлическими (изоляционными) корпусами общим числом в десятки и сотни штук [1-4]. Накопленный отечественный опыт при эксплуатации подобных ЕНЭ непосредственно указывает на необходимость выполнения защиты их конденсаторов от аварийных токов - токов короткого замыкания при электрическом пробое изоляции конденсаторов ЕНЭ на стадии их заряда или разряда [5-7]. Отсутствие подобной защиты в мощных ЕНЭ может приводить к катастрофическим последствиям для них действия аварийных импульсных токов амплитудой в сотни килоампер на пробитые электрическим сильноточным разрядом конденсаторы ЕНЭ: взрывному разрушению металлических (изоляционных) корпусов конденсаторов; возгоранию жидкого диэлектрика конденсаторов и окружающих поврежденные конденсаторы конструкций; травматическому поражению обслуживающего персонала и выходу из строя используемого при исследованиях и испытаниях дорогостоящего электрофизического оборудования из-за ударного воздействия на них разлетающихся продуктов взрыва конденсаторов и др. В этой связи разработка и создание схем защиты высоковольтных импульсных конденсаторов мощных ЕНЭ от аварийных токов являются актуальными задачами.
Постановка задачи. Одним из возможных вариантов практической реализации рассматриваемой защиты высоковольтных конденсаторов мощных ЕНЭ является тот, который базируется на применении в составе их зарядно-разрядных цепей резистивных защитных схем [5, 6]. Рассмотрим зарядно-разрядную цепь мощного ЕНЭ, содержащую высоковольтные импульсные конденсаторы и защитные резисторы,
выполненные на основе высоковольтных объемных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60 на номинальное постоянное напряжение ±25 кВ, изготавливаемых в промышленных масштабах при рассеиваемой мощности 60 Вт для постоянного тока различного номинала R03 по активному сопротивлению в РФ [8, 9]. Принимаем, что указанные защитные резисторы установлены непосредственно на высоковольтных выводах конденсаторов ЕНЭ. Такое размещение защитных резисторов позволяет минимизировать габаритные размеры соответствующих многочисленных защитных устройств мощных ЕНЭ и конструкционно выполнить их наиболее технологичным путем, а также снизить их паразитное влияние на протекающие в сильноточной разрядной цепи ЕНЭ с электрической нагрузкой электромагнитные процессы. Следует указать то, что такие собственные электрические параметры разрядных цепей мощных ЕНЭ как активное сопротивление RC и индуктивность LC реально могут изменяться в широких пределах [1, 10]: по RC - от десятков миллиом до единиц Ом, а по LC -от единиц микрогенри до десятков миллигенри. В этой связи использование защитных резистивных схем для малоиндуктивных и низкоомных сильноточных разрядных цепей мощных высоковольтных ЕНЭ на практике сопряжено с выполнением жестких требований по их электрическим параметрам RC и LC. Требуется разработать инженерно-технические подходы по приближенному выбору основных параметров новых резистивных схем защиты высоковольтных конденсаторов мощных ЕНЭ от аварийных токов, содержащих графито-керамические резисторы типа ТВО-60 с номиналом их сопротивления R03 в зарядноразрядных цепях таких ЕНЭ различного исполнения.
Мощный высоковольтный ЕНЭ одномодульного исполнения с резистивной защитой конденсаторов. На рис. 1 приведена в упрощенном виде электрическая схема такого мощного ЕНЭ, содержащего в своей зарядно-разрядной цепи защитные сопротивления R3,
© М.И. Баранов, С.В. Рудаков
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
47
установленные прямо на высоковольтных выводах параллельно соединенных конденсаторов общим числом n и собранные из к числа параллельно включенных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60 с номиналом активного сопротивления R03. Приведенные в [9] результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что при длительном протекании по этим резисторам импульсов тока микро- и миллисекундной длительности максимальное (критическое) значение рассеиваемой тепловой энергии Wk для высоковольтных постоянных графитокерамических резисторов типа ТВО-60-24 Ом составляет примерно 2,5 кДж. Из имеющегося в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» опыта эксплуатации мощных ЕНЭ с резистивной защитой их конденсаторов, выполненной на основе резисторов типа ТВО-60, следует, что значение W^2,5 кДж может быть использовано в первом приближении и для других их номиналов из диапазона 24 Ом^03<100 Ом [6, 7].
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема мощного высоковольтного ЕНЭ одномодульного исполнения с резистивной защитой его высоковольтных конденсаторов в аварийном режиме работы, вызванном пробоем изоляции его конденсатора на рабочее напряжение U0 (U3=U0<±50 кВ - зарядное напряжение параллельно включенных в количестве n конденсаторов емкостью C; R3 - защитное сопротивление, собранное из высоковольтных постоянных графитокерамических резисторов типа ТВО-60; F - высоковольтный трехэлектродный управляемый воздушный коммутатор [10]; ГВПИ- генератор высоковольтных поджигающих импульсов на напряжение ±100 кВ [10]; CP - высоковольтный разделительный конденсатор емкостью 180 пФ на напряжение ±120 кВ [10]; RH, LH - активное сопротивление и индуктивность электрической нагрузки) [7, 10]
В рассматриваемом случае для аварийного режима работы ЕНЭ, вызванного, как правило, электрическим пробоем одного из его конденсаторов на стадии их заряда от повысительно-выпрямительного устройства (ПВУ), для сильноточной цепи разряда неповрежденных конденсаторов ЕНЭ на поврежденный (пробитый) конденсатор с апериодическим импульсом аварийного тока будет всегда выполняться следующее неравенство [11]: R3>2[LC/(n-1)C]1/2. Поэтому величина защитного сопротивления R3 может быть найдена из следующего приближенного соотношения: R3 - из/Imp, (1)
где U3 - зарядное напряжение конденсаторов ЕНЭ; Imp - амплитуда максимально допустимого для импульсных конденсаторов ЕНЭ аварийного тока [2].
Согласно [2] для характерных типов высоковольтных импульсных конденсаторов (например, ИК-50-3 и ИМ-5-140), широко используемых в зарядно-
разрядных цепях мощных ЕНЭ при формировании больших импульсных токов различных амплитудновременных параметров (АВП), величины их зарядного постоянного напряжения U3 изменяются в диапазоне ±5 кВ<и3<±50 кВ, а величины максимально допустимых для них амплитуд Imp разрядного тока - в диапазоне ±2,5 кА<1тр<±50 кА. Из (1) для характерного в области высоковольтной импульсной техники электрофизического случая (U3= ±50 кВ; Imp= ±10 кА [1, 7]) следует, что значение защитного сопротивления R3, устанавливаемого на высоковольтный вывод каждого из конденсаторов мощного ЕНЭ одномодульного исполнения, должно численно составлять около R3~5 Ом. Тогда при априори известном числе n параллельно включенных в высоковольтных зарядно-разрядных цепях мощного ЕНЭ импульсных конденсаторов (U3= ±50 кВ; Imp= ±10 кА) с номинальной емкостью С и соответственно с заданной номинальной энергоемкостью Wn=nCU32/2 конденсаторной батареи ЕНЭ для числа к параллельно соединенных на высоковольтном выводе каждого из конденсаторов такого ЕНЭ графито-керамических резисторов типа ТВО-60 находим:
к - R03/R3. (2)
В результате с учетом (1) и (2) для общего числа N3 графито-керамических резисторов типа ТВО-60 в используемой резистивной схеме защиты высоковольтных конденсаторов мощного ЕНЭ одномодульного исполнения от аварийного тока получаем:
N3 = nk . (3)
Для мощного высоковольтного ЕНЭ одномодульного исполнения проверка правильности осуществленного выбора по приведенным приближенным формулам (1) - (3) числа N3 графито-керамических резисторов типа ТВО-60, устанавливаемых в его резистивную схему защиты силовых импульсных конденсаторов от аварийного тока, может быть выполнена по следующим критериальным соотношениям:
W0(n-1)/N3 < Wk ; (4)
R03 /N3 < Rc , (5)
где W0=CU32/2 - номинальное значение электрической энергии, запасаемой в одном конденсаторе ЕНЭ.
При указанном выше защитном сопротивлении R3~5 Ом и применении в резистивной схеме защиты конденсаторов ЕНЭ графито-керамических резисторов типа ТВО-60 с номиналом активного сопротивления R03=24 Ом из (2) вытекает, что для числа к будет справедливо следующее неравенство: 4<к<5. Из опыта разработки и создания в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» в последние годы уникальных мощных одномодульных ЕНЭ с RC в десятки миллиом и LC в единицы микрогенри на основе высоковольтных импульсных конденсаторов типа ИК-50-3 (U3=±50 кВ; Imp=±10 кА) следует, что наиболее технологичным вариантом при практической реализации резистивной схемы защиты их импульсных конденсаторов от аварийных сверхтоков с применением высоковольтных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60-24 Ом является тот, при котором к=4 [7, 10].
На рис. 2 приведен внешний вид фрагмента зарядно-разрядных цепей мощного высоковольтного
48
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
ЕНЭ одномодульного исполнения (Wn=420 кДж; W0=3,75 кДж) разработки НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» с жестко установленными на высоковольтных выводах их конденсаторов типа ИК-50-3 (n=112; k=4; Ж3=448) защитными графито-керамическими резисторами типа ТВО-60 номиналом R03=24 Ом (W^2,5 кДж) [7, 10]. Данный ЕНЭ согласно расшифровкам соответствующих осциллограмм затухающего синусоидального тока в его разрядной цепи имеет собственное активное сопротивление RC~0,057 Ом [10]. Подставив в (4) и (5) соответствующие численные данные для указанного мощного одномодульного ЕНЭ (W0=3,75 кДж; n=112; k=4; Ж3=448), убеждаемся, что выбранные параметры резистивной защиты высоковольтных конденсаторов этого ЕНЭ от аварийных токов удовлетворяют указанным выше критериям.
Рис. 2. Внешний вид фрагмента зарядно-разрядных цепей мощного ЕНЭ одномодульного исполнения на номинальное напряжение ±50 кВ и номинальную запасаемую электрическую энергию Wn=420 кДж с высоковольтными импульсными конденсаторами типа ИК-50-3 и установленными на их высоковольтных выводах защитными постоянными графито-керамическими резисторами типа ТВО-60-24 Ом [10]
Расчетную оценку амплитуды Im апериодического импульса аварийного тока, протекающего в рассматриваемом мощном ЕНЭ через его поврежденный (пробитый) конденсатор типа ИК-50-3, выполним по следующему приближенному соотношению [7]:
Im * U3k / R03. (6)
Из (6) при U3=±50 кВ, R03=24 Ом и k=4 следует, что Im~±8,33 кА. Видно, что в данном случае Im<Imp. Этот результат может говорить о том, что в случае электрического пробоя на стадии заряда одного из конденсаторов типа ИК-50-3 указанного мощного ЕНЭ аварийный ток не вызовет опасное для него и персонала разрушение поврежденного конденсатора.
Расчетную оценку АВП слабозатухающего синусоидального аварийного тока, протекающего через пробитый электрическим разрядом конденсатор типа ИК-50-3 рассматриваемого мощного ЕНЭ (U0=U3=±50 кВ; LC~2,5 мкГн; С=3 мкФ; п=112) в режиме короткого замыкания, при отсутствии в нем резистивной защиты выполним по следующему соотношению [7, 11]:
Im * U3P^[Lc /(п-1)C]-1/2, (7)
где рА - нормирующий коэффициент (в нашем случае pA~1,59), рассчитываемый согласно [12].
Из (7) при указанных выше исходных электрических параметрах для исследуемого мощного высоковольтного ЕНЭ (Wn=420 кДж; U3= ±50 кВ) получаем,
что Im~ ±363 кА. Отсюда можно аргументировано заключить, что применяемая в составе этого мощного одномодульного ЕНЭ резистивная защита обеспечивает 43-х кратное ограничение амплитуды Im аварийного тока, протекающего через его поврежденный (пробитый электрическим разрядом) конденсатор.
Мощный высоковольтный ЕНЭ многомодульного исполнения с резистивной защитой конденсаторов. Одним из недостатков конструкционного варианта одномодульного исполнения мощного ЕНЭ, содержащего в своем составе сотни параллельно соединенных, заряжающихся и разряжающихся на общую электрическую нагрузку высоковольтных импульсных конденсаторов, является вероятная опасность взрывообразного разрушения в аварийном режиме его работы (случай электрического пробоя одного из его конденсаторов на стадии их заряда) защитных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60 [13]. Наличие в таких ЕНЭ большого количества параллельно включенных конденсаторов приводит к их большой электрической емкости Cn=nC и соответственно к появлению большой длительности тр аварийного тока, лежащей в миллисекундном временном диапазоне. В подобных случаях выделяемая в указанных защитных резисторах, ограничивающих амплитуду Im аварийного тока, тепловая энергия WP может значительно превышать значение максимальной (критической) тепловой энергии Wk, многократно рассеиваемой графито-керамическими резисторами типа ТВО-60 от действия на них апериодического импульса аварийного тока. Несмотря на высокоскоростную «отсечку» при этом аварийного тока, вызванную взрывообразным разрушением защитных графито-керамических резисторов на высоковольтном выводе электрически пробитого конденсатора, подобное разрушение защитного сопротивления R3 влечет за собой опасность поражения осколками от его взрыва как элементов ЕНЭ, так и окружающего оборудования. Для исключения на практике таких случаев, снижающих безопасность функционирования мощных ЕНЭ и несущих угрозу травматизма для их обслуживающего персонала, конденсаторную батарею ЕНЭ целесообразно разбивать на отдельные модули [13].
На рис. 3 приведена в упрощенном виде электрическая схема мощного ЕНЭ многомодульного исполнения, содержащая в составе резистивную защиту его высоковольтных импульсных конденсаторов, выполненную на основе высоковольтных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60. В соответствии с рис. 3 в режиме заряда от ПВУ до постоянного напряжения U0= ±U3<±50 кВ высоковольтных конденсаторов емкостью С, разбитых на m модулей по П параллельно соединенных конденсаторов в каждом из модулей ЕНЭ, его 1,...,m модули между собой соединены высоковольтными междумодульными сопротивлениями Rp, выполненными также как и защитные сопротивления R3 ЕНЭ из постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60. В режиме разряда конденсаторов ЕНЭ на общую электрическую RL- нагрузку его отдельные модули при помощи короткозамыкателей Pb...,Pm с электромагнитным приводом будут через общий высоковольтный
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
49
коммутатор F [14], сравнительно малоиндуктивную и низкоомную электрическую цепь параллельно разряжаться на указанную нагрузку. В аварийном режиме, обусловленном электрическим пробоем одного из конденсаторов m-го модуля ЕНЭ на стадии их заряда (наихудший случай аварийного режима), на поврежденный конденсатор будут разряжаться практически лишь высоковольтные конденсаторы общим числом (n-1) аварийного модуля данного мощного ЕНЭ [13].
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема мощного высоковольтного ЕНЭ многомодульного исполнения с резистивной защитой высоковольтных конденсаторов в аварийном режиме работы, вызванном пробоем изоляции одного из его конденсаторов на рабочее напряжение U0=±U3<±50 кВ (Rp - междумодульное сопротивление, выполненное на основе высоковольтных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60;
1,..,,m - число модулей в ЕНЭ; ,Pm - короткозамыкатели
разрядных цепей отдельных модулей ЕНЭ; F - общий высоковольтный трехэлектродный управляемый воздушный коммутатор ЕНЭ [10, 14])
Выбор для схемы на рис. 3 величины защитного сопротивления R3 и числа к параллельно соединенных в нем графито-керамических резисторов типа ТВО-60 осуществляется, как и для схемы на рис. 1, по приближенным формулам (1) и (2). Что касается общего числа N3 используемых в предлагаемой согласно рис. 3 резистивной защите высоковольтных импульсных конденсаторов мощного ЕНЭ многомодульного исполнения от аварийного тока постоянных графитокерамических резисторов типа ТВО-60, то оно может быть определено по следующему соотношению:
N3 = пкт . (8)
Число модулей m в зарядно-разрядных цепях мощного ЕНЭ многомодульного исполнения при известном типе его высоковольтных конденсаторов находим по следующему приближенному выражению: m * Wmnl(nWo), (9)
где Wmn - энергоемкость многомодульного ЕНЭ.
Число п параллельно соединенных в каждом модуле мощного ЕНЭ высоковольтных конденсаторов емкостью С на зарядное постоянное напряжение U3<±50 кВ с учетом требований по предотвращению взрывообразного разрушения защитных графитокерамических резисторов типа ТВО-60 в аварийном режиме работы ЕНЭ находим из соотношения [13]:
п * 6к3Wк/(Ro2312mpC) +1. (10)
Критериальные соотношения (4) и (5), по которым можно оценить достоверность проведенного выбора п, к, m и числа N3 графито-керамических резисторов типа ТВО-60, устанавливаемых в резистивную
схему защиты от аварийного тока высоковольтных импульсных конденсаторов мощного ЕНЭ многомодульного исполнения, в этом случае приобретают вид: W0(n - 1)/(пк) < Wк; (11)
^3/0^ < RC . (12)
Величина междумодульного сопротивления Rp в схеме мощного ЕНЭ на рис. 3 может быть выбрана из следующего приближенного соотношения [13]:
RP * 10R3 . (13)
Рассмотрим работоспособность расчетных соотношений (1), (2) и (8) - (13) применительно к мощному высоковольтному ЕНЭ многомодульного исполнения с конденсаторами типа ИК-50-3 и резистивной схемой их защиты от аварийного тока на основе постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60, характеризующемуся следующими электрическими параметрами: Wmn=420 кДж; U3=±50 кВ; Imp=±10 кА; С=3 мкФ; W0=3,75 кДж; RC^0,057 Ом; LC—2,5 мкГн; R03=24 Ом; W^2,5 кДж. Из (1) при указанных исходных данных для исследуемого мощного ЕНЭ получаем, что R3~5 Ом, а из (2) и приведенных рекомендаций следует, что к=4. Тогда из (10) находим, что в каждом модуле такого ЕНЭ должно размещаться не более семи параллельно соединенных конденсаторов указанного типа (п~7). Из (9) для числа модулей m в ЕНЭ получаем, что m~16. В результате из (8) для общего числа N3 постоянных графитокерамических резисторов типа ТВО-60-24 Ом, установленных на высоковольтных выводах конденсаторов типа ИК-50-3 рассматриваемого мощного многомодульного ЕНЭ, следует, что N3~448. Подставив полученные расчетные данные в (11) и (12), убеждаемся, что рекомендуемые критериальные соотношения выполняются.
Расчетная оценка для мощного многомодульного ЕНЭ амплитуды Im аварийного апериодического импульса тока длительностью Tp^0,7^k'l^R03^(n—1)^С~75,6 мкс, выполненная по (6), показывает, что и в этом электрофизическом случае Im~±8,33 кА (амплитуде Im при этом соответствует время tm~1,33 мкс), а Im<Imp. Величина междумодульного сопротивления Rp согласно (13) принимает численное значение около 50 Ом, которому соответствует промышленно выпускаемый в РФ высоковольтный объемный постоянный графито-керамический резистор типа ТВО-60-51 Ом [8]. При отсутствии же рассматриваемой резистивной защиты на высоковольтных выводах конденсаторов в указанном многомодульном ЕНЭ, модули которого на стадии заряда их конденсаторов разделены между собой лишь междумодульными сопротивлениями Rp~50 Ом, первая амплитуда Im аварийного слабозатухающего синусоидального тока в таком режиме короткого замыкания в его m-ом модуле согласно (7) окажется примерно равной ±120 кА (Р^~1,12). Это дает основание говорить о том, что применение предлагаемой резистивной защиты в мощном высоковольтном ЕНЭ многомодульного исполнения (см. рис. 3) с указанными выше электрическими параметрами обеспечивает 14-ти кратное ограничение амплитуды Im аварийного тока в пробитом конденсаторе ЕНЭ.
50
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
Выводы.
1. Мощные высоковольтные ЕНЭ, содержащие в зарядно-разрядных цепях десятки и сотни параллельно-последовательно включенных силовых импульсных конденсаторов, в целях повышения своей функциональной безопасности и обеспечения безопасных условий труда для обслуживающего их персонала должны содержать специальные устройства защиты высоковольтных конденсаторов от аварийных импульсных токов амплитудой до сотен килоампер, протекающих через поврежденные (пробитые) электрическим разрядом конденсаторы подобных ЕНЭ.
2. Предложены две новые схемы резистивной защиты высоковольтных импульсных конденсаторов мощных ЕНЭ одно- и многомодульного исполнения от аварийных импульсных токов, базирующиеся на использовании в их составе высоковольтных постоянных графито-керамических резисторов типа ТВО-60 номиналом от 24 до 100 Ом, устанавливаемых прямо на высоковольтных выводах конденсаторов ЕНЭ. Резистивная схема защиты от аварийных токов высоковольтных конденсаторов типа ИК-50-3 для мощного одномодульного ЕНЭ (Wn=420 кДж; U3=±50 кВ; n=112; k=4) прошла практическую апробацию.
3. Показано, что предложенные схемы резистивной защиты высоковольтных импульсных конденсаторов мощных ЕНЭ от аварийных импульсных токов способны в аварийных режимах работы подобных ЕНЭ (электрический пробой внутренней или наружной изоляции конденсаторов на стадии их заряда или разряда) обеспечить многократное ограничение по амплитуде аварийных токов и тем самым предотвратить опасное для дорогостоящего высоковольтного электрофизического оборудования и обслуживающего его персонала взрывообразное разрушение силовых конденсаторов (как правило, с жидким минеральным диэлектриком), сопровождающееся обычно их воспламенением и поражающим действием разлетающихся от них осколков разрушаемых металлических и изоляционных элементов их конструкций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Техника больших импульсных токов и магнитных полей / Под ред. В.С. Комелькова. - М.: Атомиздат, 1970. - 472 с.
2. Берзан В .П., Геликман Б .Ю., Гураевский М.Н., Ермурат-ский В.В., Кучинский Г.С., Мезенин О.Л., Назаров Н.И., Перегудова Е.Н., Рудь В.И., Садовников А.И., Смирнов Б.К., Степина К.И. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 656 с.
3. Гулый Г.А. Научные основы разрядно-импульсных технологий. - Киев: Наукова думка, 1990. - 208 с.
4. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004. - 704 с.
5. Колиушко Г.М. Исследование и разработка систем защиты для емкостных накопителей энергии: дисс. ... канд. техн. наук. - Х., 1981. - 218 с.
6. Баранов М.И. Выбор и установка защитных высоковольтных керамических резисторов в зарядно-разрядных цепях мощных емкостных накопителей энергии // Вісник НТУ «ХПІ». - 2014.- №50(1092). - С. 13-20.
7. Баранов М.И. Основные показатели термомеханической защиты высоковольтных конденсаторов в зарядноразрядных цепях мощных емкостных накопителей энергии
от аварийных сверхтоков // Вісник НТУ «ХПІ». - 2014. -№50(1092). - С. 20-27.
8. ГОСТ 11324-76. Резисторы постоянные объемные типа ТВО. - М.: Госстандарт СССР, 1976. - 20 с.
9. Баранов М.И., Бочаров В.А., Носенко М.А. Предельные характеристики по рассеиваемой импульсной мощности и энергии высоковольтных керамических объемных резисторов типа ТВО-60 // Вісник НТУ «ХШ». - 2007. - №20. - С. 45-56.
10. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И., Недзель-ский О.С., Дныщенко В.Н. Генератор тока искусственной молнии для натурных испытаний технических объектов // Приборы и техника эксперимента. - 2008. - №3.- С. 81-85.
11. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов. Том 1. - Л.: Энергоиздат, 1981. - 536 с.
12. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики. Том 2, Кн. 2: Теория электрофизических эффектов и задач. - Х.: НТУ «ХПИ», 2010. - 407 с.
13. Баранов М.И. Новая резистивная схема защиты высоковольтных конденсаторов в зарядно-разрядных цепях мощных емкостных накопителей энергии // Вісник НТУ «ХПІ». - 2015. - №20(1129). - С. 3-10.
14. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И., Рудаков С.В. Мощный высоковольтный генератор апериодических импульсов тока искусственной молнии с нормированными по международному стандарту IEC 62305-1-2010 амплитудно-временными параметрами // Електротехніка і електромеханіка. - 2015. - №1. - С. 51-56.
REFERENCES
1. Komel'kov V.S. Tehnika bol'shih impul'snyh tokov i magnit-nyh polej. [Technique large pulsed currents and magnetic fields]. Moscow, Atomizdat Publ., 1970. 472 p. (Rus).
2. Berzan V.P., Gelikman B.Yu., Guraevsky M.N., Ermuratsky V.V., Kuchinsky G.S., Mezenin O.L., Nazarov N.I., Peregudova E.N., Rud' V.I., Sadovnikov A.I., Smirnov B.K., Stepina K.I. Elektricheskie kondensatory i kondensatornye ustanovki. Spra-vochnik [The electrical capacitors and condenser options. Directory]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1987, 656 p. (Rus).
3. Gulyi G.A. Nauchnye osnovy razriadno-impul'snykh tekhnologii [Scientific basis of the discharge-pulse technology]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1990. 208 p. (Rus).
4. Mesiats G.A. Impul'snaja energetika i elektronika [Pulsed power and electronics]. Moscow, Nauka Publ., 2004. 704 p. (Rus).
5. Koliushko G.M. Issledovanie i razrabotka sistem zashchity dlia emkostnykh nakopitelei energii. Diss. cand. techn. nauk [Research and development of security systems for capacitive energy storage. Cand. tech. sci. diss.]. Kharkov, 1981. 218 p. (Rus).
6. Baranov M.I. Selection and installation of high-voltage ceramic protective resistors in the charge-discharge circuit powerful capacitive energy storage. Visnyk NTU «KhPI» - Bulletin of NTU«KhPI», 2014, no.50(1092), pp.13-20. (Rus).
7. Baranov M.I. Key indicators thermo protection in high-voltage capacitors charge-discharge circuit powerful capacitive energy storage of emergency overcurrent. Visnyk NTU «KhPI» -Bulletin of NTU «KhPI», 2014, no.50(1092), pp.20-27. (Rus).
8. GOST 11324-76. Rezistorypostoiannye ob"emnye tipa TVO [State Standard 11324-76. Resistors constant volume type TVO]. Moscow, USSR State Standard Publ., 1976. 20 p. (Rus).
9. Baranov M.I., Bocharov V.A., Nosenko M.A. Limit characteristics of the scattered pulse power and high-power ceramic resistors bulk type TVO-60. Visnyk NTU «KhPI» - Bulletin of NTU «KhPI», 2007, no.20, pp. 45-56. (Rus).
10. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzelskyi
O.S., Dnyschenko V.N. A current generator of the artificial lightning for full-scale tests of technical objects. Pribory i tekhnika eksperimenta - Instruments and experimental techniques, 2008, no.3, pp. 81-85. (Rus).
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
51
11. Neyman L.R., Demirchyan K.S. Teoreticheskie osnovy elek-trotekhniki. V 2-kh t. T. 1 [Theoretical bases of electrical engineering. In 2 vols. Vol. 1]. Leningrad, Energoizdat Publ., 1981, p. 536. (Rus).
12. 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, NTU «KhPI» Publ., 2010. 407 p. (Rus).
13. Baranov M.I. New resistive circuit protection in high-voltage capacitors charge-discharge circuit powerful capacitive energy storage. Visnyk NTU «KhPI» - Bulletin of NTU «KhPI», 2015, no.20(1129), pp. 3-10. (Rus).
14. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Rudakov S.V. A powerful high-voltage generator of aperiodic impulses of current of artificial lightning with the peak-temporal parameters rated on an International Standard IEC 62305-1-2010. Elektro-tekhnika і elektromekhanika - Electrical engineering & electromechanics, 2015, no.1, pp. 51-56. (Rus).
Поступила (received) 29.07.2015
Баранов Михаил Иванович1, д.т.н., гл.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: eft@kpi.kharkov.ua
4 Национальный университет гражданской защиты Украины,
61023, Харьков, ул. Чернышевского, 94,
тел/phone +38 057 7073438, e-mail: serg_73@i.ua
M.I. Baranov1, 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.
Development of new charts of capacitance-resistance defense of high-voltage capacitors of powerful capacity stores of energy from emergency currents.
Purpose. Development of new charts of capacitance-resistance defense of high-voltage capacitors of powerful capacity stores of energy (CSE) from emergency large impulsive currents (LIC) at the electric hasp of one of condensers of such CSE on the stage of their charge or discharge. Methodology. Electrophysics bases of the technique of high-voltage and large pulsed currents, and also scientific and technical bases of planning of devices of high-voltage impulse technique. Results. Two new charts of capacitance-resistance defense of high-voltage impulsive capacitors are offered for powerful CSE of one- and multimodule execution from emergency LIC, being based on the use of high-voltage permanent graphite-ceramic resistors of type of TVO-60 a face value from 24 to 100 Ohm, set on the high-voltage conclusions of all of condensers of CSE. One of the developed capacitance-resistance charts of defense of condensers for powerful one-module CSE passed practical approbation. Originality. It is shown that application of the developed charts of capacitance-resistance defense of high-voltage condensers of powerful CSE is provided by frequent limitation of amplitude of emergency LIC, flowing through broken through an electric discharge condenser of CSE on the stage of his charge or discharge. Such limitation emergency LIC is prevented by explosion destruction of the damaged condenser of high-voltage CSE. Practical value. The use of the developed charts of capacitance-resistance defense of high-voltage capacitors from emergency LIC allows substantially to promote functional safety of powerful CSE of one- and multi-module execution and provide the safe terms of labour for a scientific and technical personnel, attendant similar CSE. References 14, figures 3.
Key words: powerful capacity store of energy, emergency current, capacitance-resistance chart of defense of high-voltage capacitors, high-voltage permanent graphite-ceramic resistors.
52
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №6
