Конференция по молниезащите: синтез науки и практики

В мае 2022 г. исследователей грозовых явлений, разработчиков средств молниезащиты и энергетиков собрала VII Российская конференция по молниезащите. В Петербурге, в гостинице «Астория», после вынужденной пандемийной паузы вновь встретились ведущие специалисты страны — теоретики и практики молниезащиты. К их работе подключились в онлайн-формате коллеги из Бразилии, Индонезии, Италии, Таиланда и Швейцарии.

Организатор форума — НПО «Стример» — приложил максимум усилий, чтобы создать единое интеллектуальное пространство для продуктивной работы теоретиков, экспериментаторов, производственников и представителей электросетевых компаний. Научный комитет конференции под руководством Павла Викторовича Гончарова, главного инженера ПАО «Россети Юг», сформировал содержательную программу, соответствующую репутации мероприятия.

Особенность конференции — традиционное участие в ней ведущих ученых и практиков в области молниезащиты. Мероприятие 2022 г. не стало исключением. Выступления таких специалистов, как Э.М. Базелян, В.В. Вычегжанин, А.С. Гайворонский, В.М. Куприенко, Е.А. Мареев, Г.В. Подпоркин, Ф. Рашиди, Ю.В. Целебровский, поддержали высокий профессиональный уровень заседаний.

Наука и жизнь

Открылась конференция секцией, посвященной исследованиям физики молнии и грозовой деятельности. Доклады, представленные на секции, можно разделить на три большие группы.

К первой группе относятся доклады, в которых рассматривались фундаментальные проблемы физики молниевого разряда. Так, руководитель секции Евгений Анатольевич Мареев (ИПФ РАН) представил обзор новых теоретических и экспериментальных результатов исследований молниевого разряда, прежде всего на стадии возвратного удара. В частности, была разработана и протестирована (по данным наблюдения за лабораторными сильноточными разрядами в воздухе для токов от 1 до 250 кА) двумерная самосогласованная модель развития разряда в воздухе, основанная на замкнутом самосогласованном описании газодинамики и электродинамических характеристик канала разряда.

В.С. Сысоев (РФЯЦ ВНИИТФ) рассказал о новых результатах экспериментальных исследований электрического пробоя длинных воздушных промежутков на стенде ВНИЦ в Истре.

В докладах группы Д.И. Иудина (ИПФ РАН, ПИМУ) рассматривались актуальные проблемы инициации молнии. В частности, А.А. Сысоев представил новую численную модель излучения грозового облака на стадии инициации разряда. Сегодня эта проблема — одна из первостепенных в условном списке десяти наиболее важных проблем физики молнии.

Вторую группу составили доклады, посвященные вопросам электромагнитного излучения молниевых разрядов в широком диапазоне частот и развитию методов грозопеленгации. Так, в докладах В.Н. Селиванова (ЦЭС КНЦ РАН) и А.Х. Аджиева (ВГИ) обсуждались особенности молниевой активности соответственно на Кольском полуострове и в Южном регионе России. В докладе Ю.В. Шлюгаева (ИПФ РАН) были рассмотрены перспективы построения сетей локации молнии на основе приема импульсного радиоизлучения разряда в коротковолновом диапазоне.

И наконец, третья группа докладов была посвящена прикладным проблемам, связанным с поражаемостью наземных объектов и оптимизацией молниезащиты. Например, в докладе Э.М. Базеляна (ЭНИН) обсуждались перспективы управляющих воздействий на разряд молнии. В частности, ученый отметил: прямые измерения показали, что следствием кратковременного дополнительного импульса напряжения оказывается не ускорение старта встречного лидера, а его задержка на десятки микросекунд, что, по его мнению, объясняет меньшую эффективность активных (ESE) молниеотводов, чем обычных стержневых равной высоты.

Ю.В. Целебровский (НГТУ) остановился на причинах избирательной поражаемости молнией наземных объектов. Для решения проблем докладчик предложил возобновить применение так называемых противовесов — горизонтальных шунтирующих заземлителей на ВЛ, проходящих в местности с резко неоднородными в электрическом отношении грунтами. В подтверждение своей позиции он привел данные исследований на ВЛ 10, 35 и 11 кВ.

Интересные практические результаты использования магнитной ленты для измерения амплитудных значений тока молнии, протекающего через различные конструкции, были представлены в докладе Б. Денова (Бандунгский технологический институт, Индонезия).

Оценивая работу секции, Евгений Анатольевич Мареев отметил:

— Целый ряд результатов по физике молнии, полученных российскими научными группами и представленных на конференции, соответствуют мировому уровню или даже превосходят его. На следующей конференции было бы целесообразно сформировать программу работы секции, более тесно связанную с запросами эксплуатирующих организаций в области грозопеленгации и молниезащиты.

Слово практикам

Молниезащита энергообъектов и опыт ее эксплуатации — тема второй секции конференции. Руководитель секции Василий Владимирович Рожков, заместитель главного инженера ПАО «Россети», считает, что интересными были и обзорные доклады зарубежных участников, которые глобально изучают воздействие молний на объекты, и выступления российских делегатов, представлявших Урал, Московский регион и Тюмень. Региональные особенности (климат, рельеф, грунты) и экономические соображения определяют подходы к молниезащите.

Об этом говорили не только спикеры на заседании, но и участники в кулуарах. Например, Виктор Владимирович Котоливцев, начальник департамента технологического развития и инноваций ПАО «Россети Юг», напомнил: «Климат меняется, количество гроз и их интенсивность растет. Мы это видим, на всех уровнях об этом говорим и должны в этом направлении работать. При этом нам важно максимально защитить свой электросетевой комплекс минимальными средствами».

Об экономике предложил подумать и Василий Васильевич Вычегжанин, первый заместитель главного инженера по эксплуатации оборудования ПАО «Россети Московский регион». С его точки зрения, сегодня у нас в стране достаточно разработок, производственных мощностей, продуктов, чтобы обеспечить довольно высокий уровень молниезащиты объектов. При этом нужно «оценить эффективность этих решений, поскольку они не всегда носят типовой характер. Это специальные решения, которые не могут широко применяться, поскольку они дорогие. Кроме того, чтобы правильно и эффективно их применять, нужна нормативная база».

Нормативная база: пора что-то менять

Из выступления в выступление повторялась мысль о важности изменения нормативно-технической базы. Даже в первой, сугубо научной части конференции, звучала мысль о необходимости выработать оптимальные стандарты молниезащиты. Руководитель секции Евгений Анатольевич Мареев подчеркнул: «Острой проблемой является создание отечественного нормативного документа по молниезащите нового поколения, который позволил бы рассматривать в качестве единой задачи традиционную защиту современных объектов от прямых ударов молнии и решение проблем электромагнитной совместимости».

Больше всего на самые разные недостатки НТД указывали представители эксплуатации, выступавшие в рамках секции, посвященной молниезащите энергообъектов. С различных точек зрения разработка новых нормативных документов по молниезащите — безотлагательная задача.

Например, Виталий Владимирович Лопатин («Россети Тюмень») указал: «Для корректного принятия решения о применении методики или способа измерения сопротивления ЗУ необходимо подготовить стандарт, позволяющий измерять сопротивление ЗУ опор ВЛ 35–220 кВ и выше без отсоединения грозозащитного троса различными методами, с учетом особенностей проведения измерений в грунтах с высоким удельным сопротивлением, в труднопроходимой местности (на воде, в болоте) и в зимний период».

Недостаткам и путям совершенствования нормативной базы молниезащиты ВЛ посвятил доклад Александр Сергеевич Гайворонский (НИЦ ВО). В частности он сказал: «Существующая нормативная база устарела, не отвечает современным требованиям к выполнению и проектированию молниезащиты ВЛ. Совершенствование нормативной базы молниезащиты ВЛ требует пересмотра основных стандартов, внедрения в практику проектирования современных методов компьютерного моделирования грозопоражаемости ВЛ, актуализации статистических данных по характеристикам грозопоражаемости ВЛ и параметрам разрядов молнии».

Василий Владимирович Рожков («Россети») в свою очередь заметил: «Наверное, нужно закрепить в нормативных документах, сколько грозовых отключений допускается для оборудования. Понятно, что вообще не отключаться от грозы оборудование не может, такого не бывает. Но нужны единые требования в рамках РФ. Потому что если не отключится линия «Россетей», то может отключиться линия потребителя, спроектированная по другим нормативам».

По-своему проблему охарактеризовал руководитель секции, посвященной вторичным проявлениям разрядов молнии, Антон Владимирович Косоруков («Ленгидропроект»/ «ЭМС-Проект»): «Весьма показателен спор участников конференции о необходимости разработки новой НТД. Одна часть инженеров выступает за подход, при котором можно просто знать наизусть НТД. Вторая, напротив, хотела бы уйти от описания конкретных требований и решений по каждому вопросу, оставив лишь общие методы решения проблем. Второй путь требует от специалистов знаний, напрямую не связанных с их привычными обязанностями, и ответственности за принятые решения. Думаю, что истина посередине, а чтобы к ней прийти, надо встречаться и разговаривать».

Кроме того, он обратил внимание на возможность альтернативного подхода: «Отмечу доклад об уникальном пути железнодорожников. Новый стандарт ГОСТ Р 58232 по защите инфраструктуры от перенапряжений позволяет для немногочисленных ударов молнии использовать методы теории вероятности и в большинстве случаев снижать параметры воздействия относительно стандартных. Это в корне отличается от подходов, применяемых в энергосистеме. СТО «Россетей» запрещает «выбирать» параметры тока молнии и требует использовать только стандартные воздействия».

Когда в области молниезащиты одновременно действуют госты, идентичные стандартам МЭК, документы, унаследованные от СССР, и отраслевые стандарты, необходимость найти выход из ситуации осознают все члены профессионального сообщества.

Василий Васильевич Вычегжанин («Россети Московский регион») предложил действовать сообща: «Нужно сообществу — эксплуатации, науке и производителям объединиться и сформировать правила игры — новый актуальный стандарт. Тогда у проектировщиков появится инструмент для проектирования электросетевых объектов с применением новых решений, у производителей появится понимание, сколько, где и как будут использоваться новые технические решения, и исходя из этого планировать работу».

Иван Вячеславович Житенёв (НПО «Стример»), со своей стороны, подчеркнул: «Чувствуется, что даже внутри «Россетей» есть разные подходы к тому, как должна работать молниезащита, что от нее ожидается, какими конечными параметрами должно обладать защищенное оборудование. Там есть разногласия, конечно. Важно, что в «Россетях» есть понимание, что создавать нормы без ученых и без компаний-разработчиков невозможно. Это должен быть продукт общего труда».

Есть все и даже больше

Отдельная секция была посвящена обсуждению средств молниезащиты: разработке, испытаниям и применению защитных аппаратов, заземляющих устройств, молниеотводов.

Д.В. Куклин (ЦЭС КНЦ РАН) рассказал о методике полевых измерений частотно-зависимых параметров грунта, которые проводятся в исследовательских и инженерных целях в частотном диапазоне токов молнии с помощью нового портативного устройства. С.Л. Шишигин и Д.С. Шишигин («ЗУМ») посвятили выступления соответственно расчетам заземлителей молниезащиты с учетом ионизации и частотных свойств грунта и расчетам грозовых перенапряжений ВЛ и ПС в цепных схемах.

В.Н. Бабарыкин («Инкаб») остановился на трех технологиях распределенных датчиков, внедряемых для мониторинга ВЛ путем использования ОКГТ — оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос. В.А. Ломан (НГТУ) представил результаты разработки и испытаний частотно-зависимого защитного устройства для ВЛ 35 кВ, а Н.М. Лепехин (РФЯЦ ВНИИТФ) — результаты экспериментальных исследований УЗИП, разработанных на основе комбинированного использования оксидно-цинковых варисторов и управляемых вакуумных разрядников.

Д.А. Матвеев (МЭИ) доложил о разработке системы автоматизированного проектирования молниезащиты ПС и ВЛ, включающей в себя методику проектирования (реализована в виде проекта стандарта организации), базу данных по типовым техническим решениям и программный комплекс из ранее разработанных программ и нового ПО. Последнее обеспечивает расчет статистических параметров, характеризующих грозовые отключения ВЛ и повреждение изоляции подстанционного оборудования от набегающих с линий волн грозового происхождения. Работа выполнена в рамках НИОКР ПАО «Россети Кубань».

Блок докладов НПО «Стример» был посвящен разработке и испытаниям мультикамерных разрядников. Руководитель секции профессор Политехнического университета Г.В. Подпоркин рассказал о работе над разрядниками нового типа с гашением дуги «в импульсе» для защиты ВЛ 10 кВ с изолированной нейтралью и 13,8 кВ с заземленной нейтралью. А.С. Чистяков представил результаты моделирования комбинированного устройства: конструкция из последовательно соединенных разрядника и ОПН способна обеспечить гашение электрической дуги в импульсе (разрядник гасит импульсный ток, а высокий импеданс ОПН не дает образоваться сопровождающему току).

Выступление Е.Ю. Енькина было посвящено работе над мультикамерным разрядником закрытого типа (РМКЗ) с разрядными модулями, предназначенным для защиты ВЛ 110 кВ. О характеристиках и исследовательских испытаниях РМКЗ-110 шла речь в докладе А.С. Юля. По пропускной способности эти разрядники аналогичны ОПН наивысшего 5 класса и могут без ограничений применяться на ВЛ, не оборудованных молниезащитным тросом.

Продолжил тему Д.В. Коткин сообщением об испытаниях РМКЗ-110 на установке, позволяющей моделировать воздействие двухкомпонентной молнии на разрядник. А.Н. Чусов на примере разрядников мультикамерного типа (РМК) показал, что применение математического моделирования позволяет достаточно точно оценивать эффективность вариантов конструкции и ускорять поиск новых технических решений. Д.О. Белько остановился на расчетной методике, которая используется в ПО Groza компанией «Стример» для анализа грозоупорности ВЛ до 110 кВ с тросом или без и позволяет сократить расчетное время.

Сегодня рынок страны насыщен современными средствами молниезащиты, разработанными и изготовленными в России. Представители эксплуатации признают, что в этом сегменте отечественные производители не только следуют за их запросами, но и зачастую идут на шаг впереди. «Наши производители в некоторой степени опережают наши возможности, — заметил Григорий Константинович Гладковский, заместитель главного инженера ПАО «Россети». — То есть ряд устройств, те же разрядники, достаточно эффективно решают задачи, но нет нормативной базы для их использования либо они присутствуют как «и иное оборудование», что явно не способствует применению подобных решений при проектировании».

Его поддержал Андрей Иванович Семендяев («Башкирэнерго»): «Я бы не сказал, что в части защиты от перенапряжений зарубежные производители нас опередили. Нет, даже на примере «Стримера» видно, что российские компании не стоят на месте. Я не знаю импортных изделий, которые работали бы лучше, чем наши».

Александр Сергеевич Гайворонский (НИЦ ВО) напомнил: «В конце 1990-х — в начале 2000-х в части новых технологий молниезащиты на основе применения линейных ОПН и разрядников мы немножко запаздывали. А затем резко стартовали, потому что у нас было очень много проблем с грозоупорностью линий. Активно включились производители этого оборудования, научные и проектные организации, были проработаны методики проектирования, методики расчета таких средств. Здесь мы сегодня впереди планеты всей».

В свою очередь Иван Вячеславович Житенёв отметил: «Мы давно шли к географической диверсификации, расширяли свой продуктовый портфель. Сегодня «Стример» — международный игрок, все наши новые продуктовые группы растут достаточно быстро. Наша компания стала более гибкой, она способна перестраиваться, меняться. Надеюсь, что скорость и направление изменений мы определим верно».

Без совместимости не прожить

Вторичным проявлениям молниевых разрядов, электромагнитной обстановке в условиях грозы и обеспечению ЭМС была посвящена работа секции, которой руководил Антон Владимирович Косоруков, к.т.н., представитель компаний «Ленгидропроект»/«ЭМС-Проект»:

— Меня беспокоит проблема знаний и квалификации, так как в связи с постоянным дооснащением объектов новыми электронными системами, такими как видеонаблюдение, кондиционирование, контроль доступа и т.п., риски существования спящих дефектов возрастают. Мы уже сталкиваемся с повреждениями этих систем, и, что самое плохое, с возгораниями в системах их питания. Причина банальна — организации, монтирующие подобное оборудование на зданиях и высотных сооружениях, не имеют представления о молниезащите. Знания об организации системы молниезащиты необходимы тем, кому собственник доверил эксплуатацию.

В настоящий момент производители оборудования обеспечили нас обширным арсеналом средств для защиты от перенапряжений. Ключевым вопросом становится умение выбирать их параметры и места установки, то есть проектирование. В этих вопросах мы медленно идем в сторону создания САПР, но так как каждый объект по-своему уникален, находится в местности с определенным грунтом и грозовой активностью, то нерешенных задач еще много.

Предложения и пожелания

Участники конференции не только анализировали и обсуждали выступления коллег, но и предлагали темы возможных исследований и разработок, организационные меры, направления работы.

Например, по мнению Григория Константиновича Гладковского («Россети»), со стороны государства было бы целесообразно поддержать производителей оборудования: «Испытания оборудования, связанного с молниезащитой, например такие, как испытания токами КЗ, часто приводят к уничтожению образцов и проводятся не один раз. Возможность со стороны государства просубсидировать именно испытания помогла бы ускорить темпы внедрения новых российских решений».

Андрей Иванович Семендяев («Башкирэнерго») считает, что многим производителям оборудования стоит обратить внимание на надежность изделий. По его мнению, гарантия — не выход из положения: «Нам нужна надежная работа оборудования, а не возможность его менять после каждого выхода из строя. Есть такое понятие, как необслуживаемое оборудование, и в части ОПН, разрядников это должно быть именно так: поставил и забыл».

Дмитрий Николаевич Просвирнин (филиал «Россети Урал» — «Челябэнерго») указал на проблемы с грозопеленгацией: «Те данные, которые нам сегодня предоставляют центры по гидрометеорологии, не отвечают никаким требованиям к достоверности информации о грозовой деятельности. Ограниченный круг метеостанций, территории, на которых они определяют погодные условия, совершенно не соотносятся с прохождением трасс наших линий, расположением ПС. Поэтому выбор ПО и систем пеленгации молний позволили бы нам более конкретно анализировать аварийность и соответственно формировать адекватные мероприятия по повышению грозоупорности».

Василий Владимирович Рожков («Россети») полагает, что необходимы компании, способные обследовать оборудование, например на ПС, найти слабые места и дать обоснованные научные рекомендации по усилению молниезащиты.

Виктор Владимирович Котоливцев («Россети Юг») предложил заранее публиковать на сайте конференции тезисы докладов, чтобы можно было задать вопросы авторам и получить ответы. Сайт, по его мнению, должен стать передовой площадкой для обсуждения проблем молниезащиты, а возможность задать вопросы заранее и получить квалифицированные ответы на заданные вопросы, позволит оптимизировать работу конференции.

Как отметил Антон Владимирович Косоруков («Ленгидроект»/«ЭМС Проект»), специфика систем молниезащиты в том, что об их состоянии, качестве их монтажа и проектирования можно узнать только после относительно редких событий — ударов молнии. Результаты такой проверки не всегда удовлетворительны, поэтому всем специалистам, занятым эксплуатацией объектов, он рекомендует в безоблачный период не забывать о грозе и знакомиться с материалами конференции.

Конференция объединяет

Работу конференции — наиболее значимого на сегодня события страны в области физики молнии и средств грозозащиты — подытожил председатель оргкомитета, руководитель «Стримера» Иван Вячеславович Житенёв:

Конференция выполнила свою задачу: объединила чистую науку, которая смотрит далеко вперед, производителей, воплощающих научные идеи в реальных изделиях, и эксплуатацию, которая с одной стороны использует результаты работы производителей, а с другой — формирует свое видение будущего, запрос на инновации и исследования. Так образуется круг взаимосвязанных интересов и идей.

В этом году на конференции было много дискуссий, и, что очень важно, активного общения в кулуарах, ведь если доклады завершились, а участники не расходятся и продолжают обмениваться мнениями, значит, им было интересно и мероприятие удалось.

Еще один важный момент — участие в конференции иностранных коллег. Мы занимаемся наукой и техникой и хотим объединять людей. Слоган нашей компании — «Сохраняя свет». И наша миссия — консолидировать профессионалов разных инженерных школ, с разнообразным опытом, из различных стран, чтобы в итоге все получали импульс к развитию. Один из путей к этому — наша конференция.

Мы делали максимум возможного, и у нас все получилось!

Запись выступлений и тексты докладов — на сайте rclp2022.com.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»