CC BY
53требуемых по быстродействию, селективности и чувствительности характеристик возможно в соответствии с [5] применять выносные устройства защиты с необходимыми характеристиками с действием их на расцепитель автомата.
Вывод: Полученные аналитические зависимости, аппроксимирующие опытные характеристики устройств защиты РТ-80, A3700, упрощают процесс согласования по селективности характеристик таких защит и могут быть полезны при прогнозировании поведения последних в условиях проектирования и эксплуатации.
Список литературы:
1. Лукьянов В.Д. Интерполяция и аппроксимация неявно заданной функции// Сб-к научн. трудов. СПб: ВИТУ МО РФ - 2009 - с. 171-175.
2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М.: Наука, 1981.- 718 с.
3. НТЦ «Механотроника», Цифровой блок релейной защиты типа БМРЗ-100. Руководство по эксплуатации. Утвержден ДИВГ.648228.024 РЭ-ЛУ. Регистр ИСО 9001. 2012.- 49 с.
4. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: ОАО Издательство «Высшая школа», 2007.- 639 с.
5. Правила устройства электроустановок. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010.- 688 с.
УДК. 355.359:728.33
Николаев А.В., Ткачёв П.А., Горев О.А. Nikolayev A.V., Tkachev P.A., Gorev O.A.
«Зоновый» принцип интеллектуальной защиты системы электроснабжения
объектов военной инфраструктуры
"Zone" principle of intellectual protection for the power supply system of military
infrastructure objects
Аннотация. Для защиты систем электроснабжения (СЭС) объектов военной
инфраструктуры от наводимых импульсных токов и напряжений современного оружия
разрабатываются специальные аппаратные средства защиты с повышенной энергоемкостью и
скоростью срабатывания. Рассмотрены новые типы устройств защиты СЭС, разработанные на
основе «Зоновой концепции защиты», приведены их схемные решения, параметры и результаты
экспериментальных исследований, которые показали высокую эффективность применения данных
устройств для защиты электрооборудования СЭС.
40
Annotation. To protect the power supply systems (PSS) of military infrastructure objects from induced impulse currents and modern weapon voltages, special hardware protectors with increased energy intensity and operating speed are being developed. New types of PSS protection devices, developed on the basis of the "Zone" protection concept, are considered, their circuit solutions, parameters and results of experimental studies that have shown high efficiency of using these devices to protect the electrical equipment of PSS are presented.
Ключевые слова: система автономного электроснабжения, объекты военной инфраструктуры, электротехническое оборудование, мероприятия по защите.
Keywords: system of autonomous power supply, objects of military infrastructure, electrical equipment, protection measures, device for protection against impulse overvoltages.
Проблемы надежного и эффективного функционирования пунктов управления ВС становятся особенно острыми и актуальными в связи с дальнейшим совершенствованием и развитием средств вооруженной борьбы и возможным применением различных видов современного и перспективного оружия, в том числе высокоточного и оружия на новых физических принципах. Острота данной проблемы обусловлена также в связи с насыщением данных объектов многочисленными электрическими сетями, электротехническим и радиоэлектронным оборудованием, особенно чувствительным к электромагнитным излучениям (ЭМИ) различной физической природы.
Основными системами и устройствами, обеспечивающими нормальное функционирование и защиту объектов и их технических, технологических систем, вооружения и военной техники, как в мирное, так и в военное время, являются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), а также системы контроля состояния изоляции электрических сетей.
В реальных условиях эксплуатации объекта военной инфраструктуры защита от ЭМИ должна строиться на основе интеллектуальной системы защиты системы автономного электроснабжения (СЭС) от импульсных электромагнитных помех.
В состав системы должны входить:
- УЗИП различных классов;
- программно-аппаратный модуль управления системой защиты;
- устройства термостабилизации (для снятия тепла с варисторов);
- счетчики срабатывания УЗИП;
- датчики тока утечки;
- устройства диагностики состояния УЗИП;
- индикаторы состояниям УЗИП;
- датчики контроля протекающего тока (тока проводимости) через ограничитель питающего напряжения (ОПН), текущего значения напряжения и температуры окружающей среды;
- устройства контроля соотношения амплитуд 1, 3 и 5 гармоник полного тока утечки;
41
- устройства контроля соотношения амплитуд 1 и 3 гармоники активной составляющей тока проводимости ОПН;
- датчики температуры окружающей среды.
Связь программно-аппаратного модуля системы с управляющей суперЭВМ может быть осуществлена через интерфейс ЯБ-485. Для уменьшения общих затрат на прокладку линий связи в объекте военной инфраструктуры может использоваться радиоканал приборов «ФЕРРА» (ООО «НПО ФЕРРА», ООО «И4еЬ») или «СТИЛЛЕТ» (ОАО «АМКОР» и «КИС») для обмена информацией и управления системой.
Главными электронными компонентами устройств защиты от импульсных перенапряжений, наводимых электромагнитным импульсом, молнией и другими источниками естественного и искусственного происхождения в электрических сетях, являются варисторы или нелинейные резисторы. Одним из важнейших параметров оксидно-цинкового варистора является пропускная способность, характеризующая его способность поглощать и рассеивать энергию импульсов токов, протекающих через УЗИП при ограничении перенапряжений. Она определяется числом импульсов заданной формы и максимального значения, которое варистор выдерживает без пробоя (разрушения), перекрытия по боковой поверхности и значительного изменения (деградации) характеристик.
На пропускную способность оксидно-цинкового варистора в большей мере оказывает влияние однородность материала (однородность размера зёрен и межзерновой структуры). Неоднородность структуры материала оксидно-цинковых варисторов, обусловленная технологией изготовления, приводит к неравномерному распределению плотности тока по их объему. При протекании импульсов тока активные части р-п переходов, плотность тока в которых наибольшая, подвергаются тепловому разрушению (выгоранию). Соседние кристаллы ZnO соединяются, и варисторы теряют свои нелинейные свойства.
При протекании коротких импульсов тока, характерных для грозовых перенапряжений, пробой или иной вид разрушения варисторов не наблюдается даже при большой плотности тока, что подтверждено испытаниями УЗИП, проведенными
ВНИЦ-900 РФЯЦ ВНИИТФ имени Е.И. Забабахина в рамках опытно-конструкторской работы (ОКР) «Депозит». Однако при этом возможно перекрытие по боковой поверхности дисков оксидно-цинковых варисторов. Перекрытие происходит при напряжении значительно меньшем электрической прочности воздушного зазора между металлическими электродами варисторов. Это связано с тем, что разряд между электродами развивается каскадно от одного кристалла к другому, перекрывая по воздуху только межкристаллические прослойки, удельное сопротивление которых соизмеримо с сопротивлением диэлектриков.
Повысить пропускную способность варисторов в разы удается применением диэлектрического покрытия боковой поверхности дисков стеклом или полимерными материалами.
42
Однако, указанных мер недостаточно для увеличения ресурса нелинейного резистора, увеличения пропускной способности при воздействии многократных импульсных помех на СЭС. Увеличение ресурса РВУ приведет к увеличению межпериодного интервала закупок системы интеллектуальной защиты для САЭС и снижению затрат на эксплуатационные расходы и производство.
В настоящее время ориентировочная стоимость только одного УЗИП составляет около 2 млн. рублей с ресурсом около 15 циклов разряд для СЭС с глухозаземленной нейтралью. Это связано с тем, что под требования заказчика приходится разрабатывать новые нелинейные резисторы при высокой степени отбраковки выращенных материалов с высокими токами утечки, что приводит к удорожанию УЗИП в целом. При наличии в перечне электронной компонентной базы нового варистора и разрядного вакуумного устройства, разработанного специально для УЗИП, стоимость его может быть уменьшена на порядок.
Для решения вышеуказанных технико-экономических задач необходимо в рамках комплексной целевой программы (КЦП) провести работы в области технологии создания оксидно-цинковых варисторов, направленные на повышение однородности материала (размеров кристаллов оксида цинка, толщины межкристаллических прослоек, равномерного распределения легирующих присадок и т. д.). Повышение однородности материала неизбежно приведет к снижению разброса их пробивных токов и позволит при использовании устройства термостабилизации повысить пропускную способность УЗИП и создать недорогую интеллектуальную систему защиты СЭС и перспективных образцов вооружения и военной техники, например, подвижных грунтовых ракетных комплексов от многократных мощных электромагнитных импульсов.
Не менее важным является вопрос о снижении токов утечки варисторов под рабочим напряжением. Для этого необходимо в рамках КЦП разработать технологии входного контроля сырьевых материалов, из которых изготавливается варистор (качество, наличие посторонних примесей, гранулометрический состав и т.д.)
Не менее важными при построении системы, особенно для УЗИП 1 класса защиты, являются разрядники вакуумные управляемые (РВУ). Разрядники вакуумные управляемые способны работать в широком диапазоне напряжений (1...50 кВ) и импульсных токов (0Д...300 кА). Во включенном состоянии падение напряжения на устройстве в сильноточном режиме составляет 50.100 В [11].
В последние годы, в связи с развитием электроразрядных технологий, возникла необходимость в разработке новых РВУ, способных многократно (ресурс до 106 срабатываний) коммутировать сравнительно короткие импульсы тока (от единиц до десятков микросекунд) с количеством электричества несколько кулон при напряжении до 20 кВ. Для этих целей были разработаны малогабаритные разрядники типа РВУ-27, РВУ-71 и РВУ-73С.
Традиционной областью применения РВУ является подключение высоковольтных емкостных накопителей энергии к нагрузке. Это мощные электрофизические установки и различные электроимпульсные технологии. Другим перспективным направлением является использование РВУ
43
для быстродействующей интеллектуальной защиты СЭС от импульсных перенапряжений, наводимых электромагнитным импульсом, молнией и другими источниками естественного и искусственного происхождения в электрических сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью. Увеличение ресурса и пропускной способности РВУ приведет к увеличению сроков эксплуатации и межпериодного интервала закупок системы интеллектуальной защиты для СЭС, а также к снижению затрат на его производство.
Возможность улучшения эксплуатационных характеристик РВУ, как составной части УЗИП, связана со способами диагностики и контроля работы, как РВУ, так и УЗИП в целом. Таким образом, создание вышеуказанных электротехнических изделий в рамках комплексной целевой программы позволит значительно повысить боевую готовность объектов военной инфраструктуры, являющихся важным элементом системы управления государством и Вооруженными Силами, в условиях применения противником современных и перспективных средств поражения.
Перед научно-исследовательскими организациями Министерства обороны и оборонно-промышленного комплекса была поставлена задача по разработке и созданию на основе современных технологий принципиально новых типов УЗИП, которые должны удовлетворять установленным современным требованиям по защите СЭС объектов военной инфраструктуры от воздействий мощных электромагнитных импульсов искусственного происхождения.
В рамках государственного оборонного заказа поставлена опытно-конструкторская работа «Депозит» по разработке и созданию новых УЗИП специального исполнения, удовлетворяющих требованиям современных действующих ГОСТов и военных стандартов. Военным институтом (инженерно-техническим) и НИИ (ВСИ МТО ВС РФ) Военной академии МТО имени генерала армии А.В. Хрулёва были разработаны научно-обоснованные тактико-технические требования к новым типам УЗИП. В соответствии с утверждёнными требованиями организациями ОАО «Авангард», ВНИЦ-900 РФЯЦ ВНИИТФ имени Е.И. Забабахина и Всероссийским электротехническим институтом имени В.И. Ленина для САС на номинальные напряжения до 10(6) кВ и 0,4 кВ разработан и запущен в серийное производство арсенал специальных устройств защиты от мощных электромагнитных воздействий [4, 5, 7].
При разработке требований к УЗИП реализована «зоновая концепция защиты» [1, 2, 3]. Для гарантированной защиты объекта от воздействия мощных импульсов тока и напряжения «Зоновой концепцией защиты» предусмотрена трехступенчатая схема включения УЗИП. Основные классы УЗИП для низковольтных электрических сетей, методики их испытаний и принципы применения приведены в следующих стандартах МЭК /1, 2/.
Согласно требованиям данных стандартов УЗИП, в зависимости от способности отводить импульсные токи и места их установки, делятся на классы: I, II, III. Основные требования к ограничителям перенапряжения разных классов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Требования к ограничителям перенапряжения разных классов приведены защиты
Класс устройства Назначение устройства
I Предназначены для защиты от прямых ударов молнии и ЭМИ в систему молниезащиты здания объекта. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током Iimp с формой волны 10/350 мкс.
II Предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс.
III Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех. Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Нормируются комбинированной волной напряжения (1,2/50) мкс и тока (8/20) мкс.
В соответствии с данной концепцией в ОКР разработаны УЗИП 3-х классов защиты:
- УЗИП класса защиты 1, тип 1 и тип 2;
- УЗИП класса защиты 2;
- УЗИП класса защиты 3.
УЗИП первого класса защиты являются устройствами комбинированного типа, а УЗИП 2 и 3 классов защиты устройствами ограничивающего типа. Устройств защиты первого класса разработаны на базе управляемых вакуумных разрядников РВУ-27 и блоков высоко-нелинейных варисторов марки МНР-58-1, устройства защиты второго и третьего классов разработаны на базе блоков высоко-нелинейных варисторов марки МНР-58-1. При этом обеспечивается защита во всем диапазоне длительностей воздействующих импульсов токов и перенапряжений, установленных в ТТЗ. Технические характеристики УЗИП приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Тактико-технические характеристики УЗИП
Наименование параметра Количественные значения параметров
УЗИП 10 УЗИП 6 УЗИП 0,4 1 класса УЗИП 0,4 2 класса УЗИП 0,4 3 класса
1 2 3 4 5 6
Номинальное рабочее напряжение, кВ 10 6 0,22/0,38 0,22/0,38 0,22/0,38
Максимальное длительное рабочее напряжение, кВ, не более 12,5 7,5 0,24/0,42 0,24/0,42 0,24/0,42
Остаточное напряжение (и ост), кВ, не более 40 30 4; 2,5 2,5 1,5
Ожидаемый ток короткого замыкания источника питания, кА 30 20 10
Сопротивление изоляции, Мом, не менее 100 100 1000 1000 1000
Принцип действия Комбинированный Ограничивающий
Параметры токов и напряжений, выдерживаемых УЗИП при воздействиях мощных ЭМИ
Номинальный (многократный) разрядный ток ЭМИ, выдерживаемый каждым полюсом, кА - - 50 5 1
Максимальный (однократный) разрядный ток ЭМИ, выдерживаемый каждым полюсом, кА 50 50 75 10 5
Длительность фронта импульсов тока ЭМИ на входе УЗИП на уровне 0,1-0,9 амплитуды, с, не более 5-10-7 5-10-7 5 •Ю-7 5-10"7 5-10"6
Длительность импульсов тока ЭМИ на входе УЗИП на уровне 0,5 амплитуды, с, не менее. 5-10-3 5-10-3 5-10-3 5-10-3 5-10-3
Скорость нарастания воздействующего импульса напряжения, кВ/мкс, не менее 100 100 100 50 10
Параметры токов и напряжений, выдерживаемых УЗ и коммутационных перенапря ИП при воздействиях молнии жений
Импульсный ток, (10/350 мкс), кА - - 150 75 50
Номинальный разрядный ток, (8/20 мкс), кА - - 75 50 10
Коммутационные перенапряжения, кВ - - 4,5 4,5 4,5
Принципиальная электрическая схема фазного модуля УЗИП 0,4 1 класса защиты приведена на рис. 1.
_____I I______I I______
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема фазного модуля защитного устройства 1 класса.
В состав фазного модуля УЗИП входят: - блок фильтра низких частот А1; - блок ограничения напряжения А2; - блок коммутации А3; - блок запуска РВУ А4.
Защитные функции устройства выполняются в четыре этапа. На первом этапе работает блок фильтра низких частот. При поступлении импульса перенапряжения на вход ХА индуктивность Ь и емкость С сглаживают фронт импульса и обеспечивают включение блока ограничения напряжения.
На втором этапе блоком варисторов Я], Я2 осуществляется ограничение перенапряжения до заданного уровня, не превышающего 1500 В. Длительность работы блока варисторов определяется временем включения вакуумного разрядника (блока коммутации).
На третьем этапе включается вакуумный разрядник и (блок коммутации) и закорачивает линию электропередачи на землю и шунтирует блок ограничения напряжения, снимая с него нагрузку. Момент включения вакуумного разрядника определяется временем подачи запускающего импульса, формируемого блоком запуска, на управляющий электрод 2 вакуумного разрядника. Время подачи запускающего импульса задается выбором параметров интегрирующей цепочки ЯзСзЯз.
На четвертом этапе по окончанию воздействия помех, обеспечивается восстановление всех защитных функций УЗИП и подготовка к ограничению последующих воздействий.
Внешний вид УЗИП 0,4 1 класса без защитного корпуса приведен на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид одной фазы УЗИП- 0,4 1 класса
47
УЗИП 2 и 3 классов защиты являются устройствами ограничивающего типа. Принципиальная электрическая схема фазного модуля УЗИП 0,4 2 класса защиты приведена на рис. 3а, а внешний вид - рис. 3б.
Рис. 3. УЗИП- 0,4 2 класса: а - принципиальная электрическая; б - внешний вид УЗИП 2 класса защиты
ОАО «ВЭИ имени В.И.Ленина» для высоковольтного электрооборудования на номинальные напряжения 6(10) кВ разработаны и запущены в серийное производство устройства защиты типов УЗИП 3-6-50 и УЗИП 3-10-50 [6].
Техническим заданием для данных УЗИП заданы две основные формы воздействующего импульсного тока и напряжения.
Форма № 1: - скорость нарастания импульса напряжения не менее 10 кВ/мкс, длительность фронта импульсов напряжения и тока на входе устройства защиты на уровне 0,1.. .0,9 амплитуды не более 0,1 мкс, длительность импульсов напряжения и тока на уровне 0,5 амплитуды до 5 мс.
Форма № 2: - скорость нарастания импульса напряжения не менее 5000 кВ/мкс, длительность фронта импульсов напряжения и тока на входе устройства защиты на уровне 0,1.0,9 амплитуды не более 25 нс, длительность импульсов напряжения и тока на уровне 0,5 амплитуды до 100 нс.
Конструктивно устройства защиты УЗИП 3-6-50 и УЗИП 3-10-50 выполнены в трехфазном исполнении. Принципиальная электрическая схема аналогична 1 классу УЗИП - 0,4 и состоят из трех аналогичных однофазных модулей. Внешний вид УЗИП 3-6-50 приведен на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид одной УЗИП 3-6-50. 48
Выводы. Разработанные в ОКР «Депозит» типы УЗИП удовлетворяют современным требованиям ГОСТов и военных стандартов в части защиты электрооборудования от воздействий мощных ЭМИ, генерируемых источниками естественного и искусственного происхождения. Наличие арсенала данных УЗИП позволяет реализовать регламентируемые современными нормативными документами требования по защите электрооборудования на основе «Зоновой» концепции.
Результаты Государственных испытаний опытных образцов устройств защиты показали, что испытуемые образцы устройств защиты сохранили свою работоспособность и обеспечили необходимые защитные функции при воздействии импульсных токов и перенапряжений в соответствии с требованиями технического задания. Опытные образцы рекомендуются к применению для защиты систем автономного электроснабжения объектов военной инфраструктуры от мощных импульсных воздействий молний и электромагнитных излучений современного оружия.
Конструкторская документация на опытные образцы УЗИП полностью адаптирована к текущему производству, соответствует освоенным технологическим процессам и составу имеющегося на производстве оборудования.
По своим тактико-техническим характеристикам УЗИП не имеют аналогов в России, превосходят аналогичные зарубежные устройства и обеспечивают эффективную защиту СЭС от воздействия мощных ЭМИ, генерируемых источниками естественного и искусственного происхождения.
Список литературы:
1. ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1:2005) «Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний».
2. МЭК-61643-12 (2002): «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии. Часть 12. Выбор и принципы применения».
3. ГОСТ Р 50571.19-2000 «Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 443. Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений».
4. Фоминич Э.Н., Хромов В.В. Устройства защиты систем автономного электроснабжения от мощных электромагнитных воздействий. Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники. Сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции. 2016. С. 474-476.
5. Фоминич Э.Н., Филиппов В.Г., Исаков А.В. Универсальное комбинированное устройство для зашиты систем электроснабжения 6(10) кВ от мощных электромагнитных воздействий. // Технологии электромагнитной совместимости. 2013. № 1 (44). С.18-22.
49
6. Алфёров Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Управляемые вакуумные разрядники: основные свойства и применение.//-М., ЭЛЕКТРО. 2002. №2. - С. 31-37.
7. Фоминич Э.Н., Хромов В.В, Курьяков Е.В. Современное состояние устройств защиты систем электроснабжения от импульсных перенапряжений естественного и искусственного происхождения // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. Сборник научных трудов ВА МТО. Санкт-Петербург: Изд-во Государственного политехнического университета им. Петра Великого, 2016. - С. 437-443.
8. Фоминич Э.Н., Хромов В.В. Устройства защиты систем автономного электроснабжения от мощных электромагнитных воздействий. // Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники. Сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции. 2016. С. 474-476.
9. 11. Алфёров Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Управляемые вакуумные разрядники: основные свойства и применение. // -М., ЭЛЕКТРО. 2002. №2.-С. 31-37.
Теория воинского обучения и воспитания
УДК:355.232.6:159.9
Пашкин С.Б., Мозеров С.А., Мозерова Е.С.
Pashkin S.B., Mozerov S.A., Mozerova E.S.
Психолого-педагогические аспекты изучения индивидуальных особенностей военнослужащих Psychological and pedagogical aspects of studying military men's individual characteristics
Аннотация:
В статье рассматриваются вопросы специфики понятия «индивидуальные особенности
личности военнослужащего» и применения психолого-педагогических методов при их изучении.
Abstract:
The article deals with the specifics of the concept of "individual characteristics of the military men's
personality" and the use of psychological and pedagogical methods in their study.
Ключевые слова: психология, педагогика, деятельность, профессионализм, служба, организация,
классификация.
Keywords: psychology, pedagogy, activity, professionalism, service, organization, classification.
