Применение бездугового источника импульсного давления

Page 1
background image

Page 2
background image

88

СЕТИ

РОССИИ

д

и

а

г

н

о

с

т

и

к

а

диагностика

ВВЕДЕНИЕ

Срок

 

службы

 

трансформаторов

 

и

 

другого

 

высоковольтного

 

масло

-

наполненного

 

электротехнического

 

оборудования

  (

ВМЭО

исчисляется

 

десятками

 

лет

В

 

процессе

 

эксплу

-

атации

 

под

 

действием

 

частичных

 

разрядов

нагрева

кавитации

 

и

 

других

 

факторов

 

происходит

 

дегра

-

дация

 

бумажно

-

масляной

 

изоляции

 

(

БМИ

) [1]. 

Со

 

временем

 

ухудшение

 

изоляционных

 

характеристик

 

может

 

превзойти

 

критический

 

уровень

в

 

результате

 

чего

 

внутри

 

ВМЭО

 

воз

-

никнет

 

короткое

 

замыкание

  (

КЗ

), 

которое

как

 

правило

приводит

 

к

 

развитию

 

дугового

 

разряда

  (

ДР

с

 

мощностью

 

в

 

десятки

 

и

 

даже

 

сотни

 

МВт

Под

 

действием

 

ДР

 

происходит

 

интенсивное

 

разложение

 

транс

-

форматорного

 

масла

  (

ТМ

и

 

БМИ

 

с

 

образованием

 

газообразных

 

про

-

дуктов

 

разложения

 

изоляции

 (

ГПРИ

). 

Поскольку

 

ТМ

 

практически

 

несжи

-

маемо

образование

 

газа

 

вызывает

 

значительный

 

рост

 

давления

 

и

как

 

следствие

взрывное

 

разрушение

 

ВМЭО

При

 

перемешивании

 

горячих

 

ГПРИ

вырвавшихся

 

из

 

разрушенно

-

го

 

трансформатора

с

 

атмосферным

 

воздухом

 

возможно

 

воспламенение

 

образовавшейся

 

газовой

 

смеси

Ущерб

 

от

 

возникшего

 

пожара

 

может

 

на

 

порядок

 

превышать

 

стоимость

 

ВМЭО

разрушенного

 

при

 

взрыве

Вероятность

 

возникновения

 

пожа

-

ра

 

после

 

взрыва

 

составляет

 

около

 

15% [2].

В

 

случае

 

особо

 

тяжёлых

 

аварий

 

только

 

стоимость

 

подлежащего

 

заме

-

не

 

оборудования

 

может

 

исчислять

-

ся

 

десятками

 

миллионов

 

долларов

Поэтому

 

повышение

 

взрывобезо

-

пасности

 

ВМЭО

 

является

 

весьма

 

серьёзной

 

проблемой

 

для

 

электро

-

энергетики

которая

 

при

 

существу

-

ющем

 

положении

 

дел

 

будет

 

только

 

усугубляться

Во

-

первых

наблюда

-

ется

 

общая

 

тенденция

 

увеличения

 

установленной

 

мощности

 

единицы

 

оборудования

во

-

вторых

далеко

 

не

 

всегда

 

удаётся

 

обеспечить

 

надлежа

-

щий

 

темп

 

его

 

обновления

.

Степень

 

разрушения

 

ВМЭО

 

при

 

взрыве

 

определяется

 

главным

 

об

-

разом

 

величиной

 

энергии

 

Q

a

вы

-

делившейся

 

в

 

дуговом

 

разряде

Энергия

 

Q

a

 

зависит

 

от

 

длительности

 

горения

 

ДР

 

t

a

  (

или

 

времени

 

сра

-

батывания

 

защитных

 

устройств

), 

места

 

возникновения

 

КЗ

характе

-

ристик

 

внешней

 

цепи

По

 

литератур

-

ным

 

данным

 

диапазон

 

возможных

 

значений

 

этой

 

энергии

 

превышает

 

два

 

порядка

 

величины

Например

в

 

силовых

 

трансформаторах

 

класса

 

напряжений

 735 

кВ

 

значения

 

энер

-

гии

 

Q

a

 

изменялись

 

от

 1 

до

 147 

МДж

 

[2]. 

Бак

 

трансформатора

 

этого

 

клас

-

са

 

напряжений

 

взрывался

 

при

 

энер

-

Применение 

бездугового источника 

импульсного давления

 

Леонид ДАРЬЯН, заместитель директора

 по аналитической и методологической работе

 ЗАО «Техническая инспекция ЕЭС», д.т.н.,

Владимир ПОЛИЩУК, заведующий лабораторией 

Шатурского филиала, к.ф.-м.н.,

 Алексей ШУРУПОВ, директор Шатурского филиала, член-

корр. РАЕН, к.ф.-м.н.,

 Объединённый институт высоких температур РАН


Page 3
background image

89

 5 (26), 

сентябрь

октябрь

, 2014

гии

 

ДР

 

свыше

 8 

МДж

но

 

пожар

 

мог

 

возникнуть

если

 

энергия

 

Q

a

 

превы

-

шала

 14 

МДж

.

В

 

измерительных

 

трансформато

-

рах

 

классов

 

напряжений

 

до

 330 

кВ

 

энергия

 

Q

a

 

обычно

 

составляет

 0,3—

МДж

в

 

распределительных

 

транс

-

форматорах

 

мощностью

 

порядка

 

100 

МВА

 

эта

 

энергия

 

может

 

изме

-

няться

 

в

 

диапазоне

 3—10 

МДж

При

 

ДР

 

в

 

более

 

мощных

 

трансформато

-

рах

 

и

 

коробах

 

высоковольтных

 

вво

-

дов

 

эта

 

энергия

 

может

 

составлять

 

десятки

 

мегаджоулей

.

По

 

условиям

 

эксплуатации

 

ВМЭО

 

нельзя

 

полностью

 

исключить

 

воз

-

можность

 

возникновения

 

внутрен

-

него

 

КЗ

но

 

за

 

счёт

 

технологических

 

и

 

конструкторских

 

решений

 

можно

 

добиться

 

существенного

 

снижения

 

вероятности

 

аварии

 

и

 

уменьшения

 

ущерба

Эта

 

задача

 

может

 

быть

 

ре

-

шена

 

применением

 

ряда

 

мер

а

 

именно

:

• 

совершенствованием

 

методов

 

диагностики

 

степени

 

деграда

-

ции

 

изоляционных

 

свойств

 

ТМ

 

и

 

БМИ

что

 

позволит

 

своевремен

-

но

 

проводить

 

ремонтно

-

профи

-

лактические

 

мероприятия

;

• 

уменьшением

 

времени

 

сраба

-

тывания

 

защитных

 

устройств

;

• 

использованием

 

альтернатив

-

ных

 

изоляционных

 

жидкостей

 

с

 

улучшенными

 

эксплуатацион

-

ными

 

характеристиками

 

вместо

 

минерального

 

ТМ

;

• 

созданием

 

более

 

взрывобезо

-

пасных

 

конструкций

 

ВМЭО

 

и

 

со

-

вершенствованием

 

систем

 

за

-

щиты

Для

 

решения

 

последней

 

задачи

 

необходим

 

эффективный

 

метод

 

ис

-

пытания

 

оборудования

 

на

 

воздей

-

ствие

 

импульса

 

высокого

 

давления

возникающего

 

в

 

ДР

В

 

стандартной

 

методике

 

испытаний

 

на

 

взрыво

-

безопасность

 

используется

 

метод

 

инициирования

 

электрической

 

дуги

 

внутри

 

ВМЭО

 [3]. 

За

 

последние

 

двадцать

 

лет

 

в

 

России

 

и

 

в

 

других

 

странах

 

бывшего

 

СССР

 

утрачены

 

отраслевые

 

испытательные

 

стенды

на

 

которых

 

можно

 

было

 

проводить

 

подобные

 

испытания

В

 

работах

 [3—10] 

приведены

 

ре

-

зультаты

 

исследований

в

 

которых

 

обоснован

 

альтернативный

 

метод

 

испытаний

 

ВМЭО

 

на

 

взрывобезо

-

пасность

В

 

этом

 

методе

 

импульс

 

высокого

 

давления

возникающий

 

после

 

КЗ

 

внутри

 

ВМЭО

моделиру

-

ется

 

за

 

счёт

 

химической

 

энергии

 

взрывчатых

 

материалов

  (

ВМ

). 

Но

-

вый

 

метод

 

позволяет

 

отказаться

 

от

 

дорогостоящих

 

испытательных

 

установок

 

и

 

проводить

 

испытания

 

непосредственно

 

на

 

месте

 

изго

-

товления

 

или

 

установки

 

ВМЭО

Как

 

показывают

 

оценки

испытания

 

по

 

альтернативной

 

методике

 

обойдутся

 

значительно

 

дешевле

 

испытаний

 

по

 

стандартной

 

методике

.

В

 

Объединённом

 

институте

 

вы

-

соких

 

температур

 

РАН

  (

Шатурский

 

филиал

по

 

заданию

 

ОАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

» 

был

 

создан

 

бездуговой

 

источник

 

им

-

пульсного

 

давления

 (

БИИД

), 

предна

-

значенный

 

для

 

проведения

 

испыта

-

ний

 

на

 

взрывобезопасность

 

ВМЭО

К

 

настоящему

 

времени

 

опробова

-

ны

 

конструкции

 

БИИД

которые

 

по

-

зволяют

 

проводить

 

испытания

 

на

 

взрывобезопасность

 

ВМЭО

 

с

 

энер

-

гией

 

воздействия

 

до

 5 

МДж

.

В

 

данной

 

работе

 

обобщён

 

наш

 

опыт

 

использования

 

БИИД

 

для

 

по

-

вышения

 

взрывобезопасности

 

ВМЭО

описаны

 

испытания

 

серий

-

ных

 

измерительных

 

трансформа

-

торов

 

класса

 

напряжений

 110 

и

 

330 

кВ

 

и

 

конденсаторов

 

связи

В

 

работе

 

также

 

кратко

 

изложены

 

ре

-

зультаты

 

исследований

 

ДР

 

в

 

ТМ

на

 

основании

 

которых

 

был

 

разработан

 

БИИД

В

 

соответствии

 

с

 

принятым

 

определением

 

взрывобезопасное

 

электрооборудование

 — 

это

 

элек

-

трооборудование

в

 

котором

 

при

 

внутреннем

 

воздействии

 

дуги

 

допу

-

скается

 

разрушение

 

конструкции

но

 

все

 

её

 

фрагменты

 

должны

 

нахо

-

диться

 

внутри

 

нормируемой

 

зоны

 

безопасности

 

вблизи

 

оборудования

размер

 

которой

 

рассчитывается

 

как

 

диаметр

 (

ширина

оборудования

 

об

-

разца

увеличенный

 

на

 

две

 

его

 

вы

-

соты

но

 

не

 

менее

 

чем

 

на

 1,8 

м

.

Уровень

 

взрывобезопасно

-

сти

 

ВМЭО

 

можно

 

определить

 

по

 

характерной

 

величине

 

энергии

 

внутреннего

 

импульсного

 

воздей

-

ствия

 

длительностью

 50—100 

мс

при

 

котором

 

данное

 

оборудование

 

является

 

взрывобезопасным

Это

 

значение

 

энергии

 

определяется

 

на

 

основе

 

анализа

 

данных

 

об

 

авари

-

ях

имевших

 

место

 

в

 

этом

 

оборудо

-

вании

 

либо

 

в

 

его

 

аналогах

Другой

 

способ

 

оценки

 

энергии

 — 

расчёт

 

на

 

основе

 

эмпирических

 

данных

 

о

 

ДР

 

внутри

 

ВМЭО

Можно

 

отметить

что

 

энергия

 

ДР

 

внутри

 

одного

 

и

 

того

 

же

 

трансформатора

 

может

 

изменяться

 

в

 

достаточно

 

широком

 

диапазоне

Сравнительно

 

надёжно

 

можно

 

рас

-

считать

 

лишь

 

минимальную

 

энер

-

гию

 

Q

m

Поэтому

 

уровень

 

взрыво

-

безопасности

 

каждого

 

типа

 

ВМЭО

 

можно

 

определить

 

лишь

 

с

 

логариф

-

мической

 

точностью

.

ДУГОВОЙ

 

РАЗРЯД

 

В

 

ТРАНСФОРМАТОРНОМ

 

МАСЛЕ

 

Результаты

 

наших

 

эксперимен

-

тальных

 

исследований

 

ДР

 

в

 

ма

-

кетном

 

образце

 

ВМЭО

 

подробно

 

изложены

 

в

 

работах

 [3—6]. 

Далее

 

приведены

 

лишь

 

основные

 

харак

-

теристики

 

ДР

полученные

 

в

 

этих

 

работах

Условия

 

опытов

 

были

 

близ

-

ки

 

к

 

тем

что

 

возникают

 

после

 

КЗ

 

в

 

промышленном

 

ВМЭО

в

 

котором

 

ток

 

разряда

 

за

 3—10 

мс

 

нарастает

 

до

 10—30 

кА

Максимальный

 

ток

 

дуги

 

достигал

 30 

кА

 

при

 

времени

 

нарастания

 1—3 

мс

Общая

 

продол

-

жительность

 

горения

 

разряда

 

была

 

3—20 

мс

Максимальное

 

тепловыде

-

ление

 

в

 

дуге

 

Q

a

 

достигало

 0,1 

МДж

Источником

 

энергии

 

служил

 

ёмкост

-

ной

 

накопитель

 

с

 

максимальным

 

напряжением

 5 

кВ

Использовавша

-

яся

 

электрическая

 

схема

 

позволяла

 

моделировать

 

две

 

полуволны

 

тока

 

разной

 

полярности

В

 

ВМЭО

 

мощ

-

ность

 

ДР

 

максимальна

 

в

 

течение

 

первого

 

полупериода

 

тока

в

 

даль

-

нейшем

 

из

-

за

 

снижения

 

удельного

 

сопротивления

 

изоляционной

 

жид

-

кости

 

напряжение

 

на

 

разряде

 

и

 

его

 

мощность

 

уменьшаются

Эксперименты

 

проводились

 

в

 

камере

 

с

 

внутренним

 

диаметром

 

310 

мм

 

и

 

объёмом

 61 

л

Объём

 

жидкости

 

составлял

 35 

л

Оставший

-

ся

 

объём

 

заполнялся

 

азотом

 

при

 

атмосферном

 

давлении

ДР

 

зажи

-

гался

 

между

 

двумя

 

параллельными

 

латунными

 

электродами

 

диаметром

 

20 

мм

расстояние

 

между

 

которыми

 

изменялось

 

от

 17 

до

 30 

мм

Расстоя

-

ние

 

от

 

места

 

возникновения

 

разря

-

да

 

до

 

границы

 

раздела

 «

жидкость

 — 

газ

» 

составляло

 100 

мм

В

 

экспериментах

 

измерялись

 

ток

 

и

 

напряжение

 

ДР

давление

 

на

 

стен

-

ках

 

камеры

 

и

 

в

 

газовой

 

полости

 

над

 

жидкостью

Время

 

отклика

 

датчиков

 

давления

  (

ДД

составляло

 

менее

 

0,5 

мс

Один

 

ДД

 

был

 

установлен

 

вблизи

 

нижнего

 

фланца

 

камеры

другой

 — 

на

 

расстоянии

 50 

мм

 

от

 

верхнего

 

уровня

 

жидкости

Проводи

-

лась

 

высокоскоростная

 

киносъёмка

 


Page 4
background image

90

СЕТИ РОССИИ

развития

 

разряда

 

с

 

временным

 

раз

-

решением

 0,1 

мс

 

и

 

видеосъёмка

 

границы

 

раздела

  «

жидкость

 — 

газ

» 

с

 

разрешением

 

не

 

ниже

 0,8 

мс

В

 

описанных

 

опытах

 

использова

-

лось

 

ТМ

 

марки

 

ГК

.

Разряд

 

инициировался

 

при

 

пода

-

че

 

напряжения

 

кВ

на

 

электро

-

ды

соединённые

 

медной

 

проволоч

-

кой

 

диаметром

 0,1 

мм

На

 

рис

. 1 

и

 2 

представлены

 

результаты

 

одного

 

из

 

опытов

На

 

рис

. 1 

приведены

 

осцил

-

лограммы

 

токов

 

и

 

напряжения

 

на

 

ДР

Время

 

существования

 

разряда

 

7,5 

мс

близко

 

к

 

длительности

 

по

-

луволны

 

тока

 

на

 

промышленной

 

ча

-

стоте

В

 

начальный

 

момент

 

на

 

осцил

-

лограмме

 

напряжения

 

наблюдается

 

резкий

 

рост

который

 

после

 

взрыва

 

инициатора

 

и

 

формирования

 

плаз

-

мы

 

сменяется

 

быстрым

 

падением

По

 

оценкам

длительность

 

пика

 

вы

-

сокого

 

напряжения

 

20 

мкс

совпа

-

дает

 

со

 

временем

 

электрического

 

взрыва

 

медного

 

инициатора

Скоростная

 

киносъёмка

 

разря

-

да

 

показала

что

 

сначала

 

свечение

 

плазмы

 

было

 

сосредоточено

 

вблизи

 

электродов

В

 

тот

 

момент

 

область

 

свечения

 

расширялась

 

со

 

скоро

-

стью

 

0,3 

км

/

с

но

 

уже

 

через

 0,5 

мс

 

эта

 

скорость

 

уменьшилась

 

пример

-

но

 

втрое

т

.

е

скорость

 

расширения

 

плазмы

 

значительно

 

меньше

 

скоро

-

сти

 

звука

 

в

 

ТМ

которая

 

составляет

 

,4 

км

/

с

 [11]. 

Излучение

 

плазмы

 

перекрывало

 

межэлектродный

 

про

-

межуток

 

примерно

 

через

 1 

мс

 

после

 

возникновения

 

ДР

На

 

спаде

 

тока

 (

рис

. 1) 

наблюдают

-

ся

 

пульсации

 

напряжения

которые

вероятно

связаны

 

с

 

перемещени

-

ем

 

дуги

 

по

 

поверхности

 

электродов

Скорость

 

перемещения

 

дуги

 

соста

-

вила

 

около

 20 

м

/

с

Как

 

показывает

 

анализ

столб

 

ДР

 

вытягивается

 

под

 

действием

 

собственного

 

магнитно

-

го

 

поля

в

 

результате

 

чего

 

напряже

-

ние

 

на

 

ДР

 

увеличивается

возникает

 

шунтирующий

 

пробой

 

и

 

напряжение

 

уменьшается

По

 

оценкам

харак

-

терное

 

значение

 

напряжённости

 

электрического

 

поля

 

в

 

столбе

 

ДР

 

со

-

ставляет

 0,1—0,3 

кВ

/

см

.

На

 

рис

. 2 

приведены

 

осцилло

-

граммы

 

давления

 

в

 

жидкости

Как

 

видно

характер

 

изменения

 

давле

-

ния

 

в

 

ТМ

 

является

 

импульсно

-

пе

-

риодическим

Особенно

 

отчётливо

 

это

 

проявляется

 

в

 

первое

 

время

 

горения

 

ДР

 — 

в

 

течение

     

мс

ког

-

да

 

первые

 

шесть

 

экстремумов

 

дав

-

ления

  (

максимумы

 

и

 

минимумы

следовали

 

с

 

почти

 

постоянным

 

ин

-

тервалом

    ,8 

мс

Прослеживается

 

корреляция

 

между

 

сигналами

 

с

 

ДД

 

и

 

осциллограммой

 

напряжения

 

на

 

разряде

Так

первому

 

максимуму

 

давления

 

соответствует

  «

размазан

-

ный

» 

максимум

 

напряжения

Аб

-

солютному

 

максимуму

 

давления

 

в

 

масле

который

 

был

 

зафиксирован

 

через

 3,71 

мс

 

после

 

возникновения

 

ДР

 

и

 

составил

    ,7 

МПа

  (

рис

. 2), 

предшествует

 

скачок

 

напряжения

 

до

 2,2 

кВ

который

 

произошёл

 

через

 

3,64 

мс

 

после

 

возникновения

 

дуги

 

(

рис

. 1). 

По

-

видимому

при

 

резком

 

снижении

 

напряжения

  (

пробое

на

 

промежутке

 

в

 

жидкости

 

возникают

 

интенсивные

 

звуковые

 

волны

.

ТМ

 

поднималось

 

под

 

действием

 

расширяющегося

 

парогазового

 

пу

-

зыря

что

 

приводило

 

к

 

сжатию

 

газа

 

и

 

росту

 

давления

 

в

 

нём

Как

 

следует

 

из

 

видеосъёмки

уровень

 

жидкости

 

поднимался

 

равномерно

 

на

 

высоту

 

  ,1 

м

после

 

чего

 

происходил

 

про

-

рыв

 

парогазовой

 

смеси

 

в

 

область

занятую

 

азотом

Характерная

 

ско

-

рость

 

подъёма

 

жидкости

 

составляла

 

  0—20 

м

/

с

Из

 

этих

 

данных

 

мож

-

но

 

оценить

 

составляющие

 

баланса

 

энергии

 

в

 

ДР

В

 

обсуждаемом

 

экс

-

перименте

 

величина

 

энергии

 

Q

a

 

составила

 64 

кДж

при

 

этом

 

макси

-

мальная

 

кинетическая

 

энергия

 

дви

-

жения

 

жидкости

 

была

 3—5 

кДж

т

.

е

5—10% 

от

 

всей

 

энергии

выделив

-

шейся

 

в

 

разряде

Основная

 

часть

 

энергии

 

Q

a

 

пошла

 

на

 

нагрев

 

ТМ

 

и

 

его

 

разложение

После

 

разряда

 

в

 

ТМ

 

в

 

азотной

 

«

подушке

» 

устанавливалось

 

избы

-

Рис

. 1. 

Осциллограммы

 

тока

 

и

 

напряжения

Рис

. 2. 

Давление

 

в

 

ТМ

 

вблизи

 

нижнего

 

фланца

ток
напряжение

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

14

12

10

8

6

4

2

0

То

к

кА

Время

мс

Напр

яж

ение

кВ

0

2

4

6

8

Время

мс

0

2

4

6

8

1,8

1,6

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Давление

МПа


Page 5
background image

91

 5 (26), 

сентябрь

октябрь

, 2014

точное

 

давление

 

на

 

уровне

 10—

50 

кПа

которое

 

пропорционально

 

объёму

 

выделившихся

 

газов

 

при

 

разложении

 

ТМ

Процесс

 

разложе

-

ния

 

ТМ

 

в

 

разрядах

 

принято

 

характе

-

ризовать

 

коэффициентом

 

газообра

-

зования

 

B

g

который

 

представляет

 

собой

 

отношение

 

объёма

 

выделив

-

шихся

 

газов

 

к

 

энергии

 

ДР

По

 

на

-

шим

 

данным

B

g

 = 0,11 

л

/

кДж

Проведённые

 

эксперименты

 

по

-

зволили

 

выявить

 

качественные

 

осо

-

бенности

 

динамического

 

воздей

-

ствия

 

ДР

 

на

 

корпус

 

ВМЭО

главная

 

из

 

которых

 

состоит

 

в

 

том

что

 

в

 

жид

-

кости

 

отсутствуют

 

ударные

 

волны

Темп

 

роста

 

среднего

 

давления

 

со

-

ставляет

 0,3—0,5 

МПа

/

мс

На

 

фоне

 

растущего

 

давления

 

в

 

камере

 

на

-

блюдаются

 

интенсивные

 

звуковые

 

волны

Максимальное

 

давление

 

на

 

стенке

 

камеры

 

составляло

 

МПа

При

 

характерной

 

скорости

 

грани

-

цы

 

раздела

  «

жидкость

 — 

азот

» 10—

20 

м

/

с

 

давление

 

в

 

парогазовом

 

пу

-

зыре

 

должно

 

быть

 5—10 

МПа

Представленные

 

результаты

 

позволяют

 

оценить

 

минимальную

 

энергию

 

Q

m

которая

 

может

 

выде

-

литься

 

в

 

ДР

 

после

 

внутреннего

 

КЗ

Нередко

 

мощному

 

ДР

 

предшествует

 

межвитковый

 

пробой

после

 

кото

-

рого

 

возникает

 

слаботочный

 

шун

-

тирующий

 

разряд

 

с

 

напряжением

 

 10 

В

В

 

этом

 

разряде

 

происходит

 

интенсивное

 

разложение

 

БМИ

что

 

с

 

неизбежностью

 

приведёт

 

к

 

пробою

 

на

 «

землю

» (

корпус

 

ВМЭО

), 

в

 

резуль

-

тате

 

чего

 

возникнет

 

сильноточный

 

ДР

Энергия

 

Q

m

 

оценивается

 

из

 

со

-

отношения

:

Q

m

   IEL

m

t

a

,  

                  (1)

где

 

I

 — 

ток

 

разряда

определяе

-

мый

 

параметрами

 

внешней

 

цепи

L

m

 — 

минимальное

 

расстояние

 

от

 

точки

 

возникновения

 

КЗ

 

до

 

корпуса

 

ВМЭО

E

   0,2 

кВ

/

см

 — 

средняя

 

на

-

пряжённость

 

поля

 

в

 

столбе

 

ДР

.

БЕЗДУГОВОЙ

 

ИСТОЧНИК

 

ИМПУЛЬСНОГО

 

ДАВЛЕНИЯ

 

Результаты

 

исследований

 

ДР

 

определили

 

требования

 

к

 

бездуго

-

вому

 

источнику

 

импульсного

 

дав

-

ления

  (

БИИД

), 

с

 

помощью

 

которого

 

можно

 

моделировать

 

воздействие

 

ДР

 

на

 

ВМЭО

В

 

БИИД

 

импульс

 

дав

-

ления

 

формируется

 

при

 

расшире

-

нии

 

струи

 

пороховых

 

газов

 (

СПГ

), 

об

-

разующейся

 

при

 

сжигании

 

ВМ

При

 

этом

 

существенно

что

 

длительность

 

воздействия

 

импульсного

 

давления

 

должна

 

быть

 

достаточно

 

велика

 — 

порядка

 50 

мс

Это

 

условие

 

исклю

-

чает

 

использование

 

для

 

получения

 

СПГ

 

с

 

нужными

 

параметрами

 

ВМ

 

типа

 

гексогена

 

или

 

тротила

В

 

сво

-

их

 

экспериментах

 

мы

 

использовали

 

ВМ

 

типа

 

пороха

который

 

сгорает

 

значительно

 

медленней

чем

 

тротил

Теплота

 

сгорания

 

выбранного

 

ВМ

 

составляет

 3,8 

кДж

/

г

удельное

 

газо

-

образование

 — 0,9 

л

/

г

Генератор

 

СПГ

 

представлял

 

со

-

бой

 

камеру

 

высокого

 

давления

из

 

которой

 

через

 

сопло

 

Лаваля

 

истека

-

ли

 

продукты

 

горения

 

ВМ

Величиной

 

и

 

длительностью

 

импульса

 

давления

 

можно

 

была

 

управлять

изменяя

 

площадь

 

сечения

 

сопла

массу

 

ВМ

 

и

 

распределение

 

ВМ

 

по

 

камере

 

сго

-

рания

Эксперименты

 

проводились

 

в

 

той

 

же

 

камере

что

 

и

 

эксперимен

-

ты

 

с

 

ДР

Генератор

 

СПГ

 

пристыковы

-

вался

 

к

 

одному

 

из

 

окон

 

так

чтобы

 

область

 

воздействия

 

СПГ

 

была

 

при

-

мерно

 

такой

 

же

как

 

и

 

при

 

горении

 

ДР

Рабочими

 

жидкостями

 

являлись

 

ТМ

 

и

 

вода

Расчётное

 

тепловыделе

-

ние

 

при

 

сгорании

 

ВМ

 Q 

изменялось

 

в

 

диапазоне

 10—50 

кДж

Измерялось

 

давление

 

в

 

харак

-

терных

 

точках

 

камеры

проводи

-

лась

 

высокоскоростная

 

съёмка

 

движения

 

жидкости

 

под

 

действием

 

СПГ

Измерения

 

показали

что

 

дав

-

ление

 

в

 

струе

 

на

 

входе

 

в

 

жидкость

 

достигало

 10—20 

МПа

Это

 

давле

-

ние

 

устанавливалось

 

примерно

 

за

 

мс

Длительность

 

воздействия

 

струи

 

на

 

жидкость

 

изменялась

 

от

 

20 

до

 60 

мс

Типичное

 

значение

 

давления

 

на

 

стенках

 

камеры

 

было

 

около

 1 

МПа

Характер

 

движения

 

границы

 

раздела

  «

жидкость

 — 

газ

» 

под

 

действием

 

СПГ

погружённой

 

в

 

жидкость

был

 

таким

 

же

как

 

и

 

под

 

действием

 

ДР

 

при

 

одинаковой

 

энергии

 

воздействия

Граница

 

раз

-

дела

оставаясь

 

плоской

подни

-

малась

 

со

 

скоростью

 10—20 

м

/

с

Следует

 

отметить

что

 

не

 

выявлено

 

заметного

 

отличия

 

реакции

 

воды

 

и

 

ТМ

 

на

 

воздействие

 

СПГ

.

Выполненные

 

эксперименты

 

свидетельствуют

 

о

 

том

что

 

можно

 

обеспечить

 

гидравлическое

 

подо

-

бие

 

течений

 

жидкости

 

при

 

воздей

-

ствии

 

СПГ

 

и

 

ДР

Эквивалентность

 

течения

 

жидкости

 

под

 

действием

 

ДР

 

и

 

СПГ

 

достигается

 

при

 

равен

-

стве

 

энергии

 

и

 

длительности

 

воз

-

действия

При

 

выполнении

 

этого

 

ус

-

ловия

 

генератор

 

СПГ

 (

БИИД

можно

 

использовать

 

для

 

моделирования

 

воздействия

 

ДР

 

на

 

корпус

 

ВМЭО

Бездуговой

 

источник

 

импульс

-

ного

 

давления

 

может

 

применяться

 

для

 

решения

 

целого

 

ряда

 

задач

на

-

правленных

 

на

 

повышение

 

взрыво

-

безопасности

 

ВМЭО

а

 

именно

:

• 

проведение

 

испытаний

 

серий

-

ных

 

образцов

 

ВМЭО

;

• 

проверка

 

эффективности

 

рабо

-

ты

 

взрывозащитных

 

систем

 

и

 

устройств

;

• 

проработка

 

новых

 

конструкций

 

ВМЭО

имеющих

 

более

 

высокий

 

уровень

 

взрывобезопасности

и

 

проведение

 

типовых

 

испытаний

;

• 

получение

 

исходных

 

данных

 

для

 

разработки

 

и

 

верификации

 

чис

-

ленных

 

методов

 

расчёта

 

пер

-

спективных

 

конструкций

 

ВМЭО

 

и

 

систем

 

защиты

 

от

 

взрыва

.

Испытание

 

существующих

 

и

 

перспективных

 

систем

 

защиты

 

ВМЭО

 

с

 

помощью

 

БИИД

 

описано

 

в

 

работе

 [10].

ИСПЫТАНИЯ

 

НА

 

ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

 

ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

И

 

КОНДЕНСАТОРОВ

 

СВЯЗИ

С

 

помощью

 

БИИД

 

нами

 

были

 

проведены

 

испытания

 

на

 

взрывобе

-

зопасность

 

серийных

 

измеритель

-

ных

 

трансформаторов

 

тока

  (

ТТ

и

 

трансформатора

 

напряжения

  (

ТН

), 

а

 

также

 

конденсаторов

 

связи

  (

КС

). 

Заводы

-

изготовители

марки

 

испы

-

танного

 

оборудования

характер

-

ные

 

значения

 

токов

 

при

 

внутрен

-

нем

 

КЗ

 

и

 

ожидаемые

 

характерные

 

значения

 

энергии

 

ДР

 

приведены

 

в

 

таблице

Энергия

 

ДР

 

оценивалась

 

на

 

основании

 

данных

 

заводов

-

изго

-

товителей

 

о

 

токах

 

КЗ

 

и

 

конструкции

 

ВМЭО

Во

 

время

 

испытаний

 

внутри

 

ВМЭО

 

были

 

установлены

 

ДД

 

на

 

раз

-

ных

 

расстояниях

 

от

 

места

 

ввода

 

СПГ

 

и

 

проводилась

 

скоростная

 

видеосъ

-

ёмка

 

с

 

двух

 

взаимно

 

перпендику

-

лярных

 

направлений

 

с

 

временным

 

разрешением

 

не

 

менее

 3,3 

мс

При

 

использовании

 

в

 

тестируемом

 

обо

-