Современная электроника №2/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2020 Электронное реле для защиты силового электрооборудования от воздействия геомагнитно-индуцированных токов ЭМИ ЯВ Рис. 1. Протекание геомагнитно-индуцированных токов (ГИТ) через нейтрали силовых трансформаторов Т1 и Т2 В статье рассмотрена проблема геомагнитно-индуцированных токов (ГИТ), возникающих в нейтралях силовых трансформаторов при воздействии электромагнитного импульса ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ), и их влияние на силовое электрооборудование энергосистем. Приведено описание разработанного комплекта, состоящего из защитного электронного реле повышенной надёжности и тестера для проверки реле. Разработанные устройства построены на стандартных электронных компонентах и пригодны для массового производства. Владимир Гуревич (vladimir.gurevich@gmail.com) В ВЕДЕНИЕ Защита электрооборудования энер- госистем от воздействия электромаг- нитного импульса высотного (более 30 км) ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ) является актуальной проблемой, кото- рой в последнее время уделяется боль- шое внимание [1, 2]. Это связано с тем, что высотный ЯВ не влияет непосред- ственно на людей, но электромагнит- ный импульс, образующийся в резуль- тате такого взрыва, является мощным разрушительным фактором для элек- тронного оборудования энергосистем и силового электрооборудования. Как известно, ЭМИ ЯВ состоит из трёх компонентов: Е1, Е2 и Е3. Эти компоненты существенно отличают- ся друг от друга по своим свойствам и характеристикам, что связано с целым комплексом сложных физических эффектов, возникающих в ионосфере при ЯВ. Например, компонент Е1 – это очень короткий одиночный импульс (2,5/25 нс), создающий очень высокую напряжённость поля у поверхности земли (50 кВ/м). Компонент Е3, наобо- рот, очень медленный колебательный процесс с частотой менее 0,1 Гц, про- должительностью в несколько минут и очень низкой напряжённостью поля, не превышающей 85 В/км [3]. Е2 – компонент, очень близкий по сво- ему воздействию к разряду молнии, от которого энергетическое оборудова- ние, как правило, защищено. В данной статье рассмотрена защита силового электрооборудования энерго- систем от компонента Е3 ЭМИ ЯВ. В ОЗДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТА Е3 НА СИЛОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМ На первый взгляд, проблема защи- ты от медленных электромагнитных колебаний с такой низкой напряжён- ностью, как 85 В/км, может показать- ся надуманной, но это далеко не так. Дело в том, что данные электромаг- нитные колебания наводятся в мно- гокилометровых воздушных линиях электропередач (ЛЭП) и замыкают- ся через цепь, имеющую очень низ- кое полное сопротивление, например через систему заземления (см. рис. 1). В результате через нейтрали силовых трансформаторов могут протекать гео- магнитно-индуцированные квазипо- стоянные токи (ГИТ) с амплитудой в десятки и сотни ампер. При этом маг- нитопровод трансформаторов быстро насыщается, а его импеданс, соответ- ственно, снижается. Существенно воз- растают рабочие токи, протекающие через его обмотки, и, соответственно, увеличивается нагрев трансформато- ра. При аналогичных воздействиях на силовые трансформаторы геомагнит- но-индуцированных токов во время сильных солнечных бурь в северном полушарии Земли уже зафиксировано несколько случаев перегорания обмо- ток очень мощных силовых трансфор- маторов стоимостью в миллионы дол- ларов в Канаде и США. Помимо высо- кой стоимости таких трансформаторов дополнительными проблемами явля- ются длительные сроки их изготовле- ния и очень сложная транспортиров- ка к месту установки. В связи с этим выход из строя подобных трансфор- маторов является чрезвычайным про- исшествием с большими последстви- ями для энергосистем, и предприя- тия готовы к существенным затратам на мероприятия, предотвращающие такие ситуации. Компанией АВВ активно продвигает- ся устройство SolidGrid™ для блокиров- ки ГИТ в нейтралях силовых трансфор- маторов (см. рис. 2). Как можно видеть из рисунка, это устройство представ- ляет собой крупную высоковольтную установку, требующую подготовки довольно большой площадки для мон- тажа на подстанции. Стоимость устрой- ства составляет около $300 тыс. Изна- Компонент Е3 ЭМИ ЯВ Индуцированный ток в проводах ЛЭП Ток в земле Т1 Т2 I I I I I I I I